DE2822480A1

DE2822480A1 - Verfahren zur raffinierung von zucker

Info

Publication number: DE2822480A1
Application number: DE19782822480
Authority: DE
Inventors: Milovan Bosnjak
Original assignee: Buttes Gas and Oil Co Corp
Current assignee: Buttes Gas and Oil Co Corp
Priority date: 1977-05-23
Filing date: 1978-05-23
Publication date: 1978-12-07
Also published as: GB1604105A; JPS53148549A; US4119436A

Description

P.O. Box 2071, Oakland, County of Alameda,

California 94604, USA

8 MÜNCHEN 22

MAXlMrLlANSTRASSS 43

23. Mai 1978 P 12 735

Verfahren zur Raffinierung von Zucker

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Raffinierung von Zucker.

Bei den bekannten Zuckerraffinierungsverfahren wird ein wäßriger Zucker enthaltender Extrakt zunächst durch Eindampfen konzentriert, wodurch ein Konzentrat erhalten wird, das eine vorgewählte prozentuale Menge von Feststoffen enthält. Dieses Konzentrat wird sodann einer Behandlung unterworfen, bevor der Zucker durch Sieden auskristallisiert wird, wobei Dampf als Wärmequelle verwendet wird.

Die Konzentrierung durch Eindampfen kann unter Verwendung von Mehreffekt-Verdampfern bzw. Mehrstufenverdampfern (beispielsweise mit fünf Effekten bzw. Stufen) durchgeführt werden, wobei solche Systeme in den USA eine weite Anwendung ge-

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TEUSPON (O8O) S3 98 S3

TELEX O0-2O SBO

TELEKOf¹IEReR

funden haben. Der Dampf von der letzten Stufe kann dazu verwendet -werden, um die Zuckerlösung während der Umkristallisationsstufe zu erhitzen, während der Dampf, der in dieser letzteren Stufe erzeugt wird, nach weiterem Aufheizen zusammen mit dem Dampf, der verwendet wird, um die erste Verdampferstufe
zu erhitzen, und dem Dampf, der in den ersten vier Stufen erzeugt wird, dazu verwendet wird, um verschiedene Prozeßerhitzungserfordernisse zu tragen. Solche Systeme benötigen jedoch im allgemeinen eine hohe Energiezufuhr, die unter Berücksichtigung der derzeitigen hohen Brennstoffkosten die ökonomische Wirtschaftlichkeit solcher Systeme in Frage stellt.

Es ist auch schon bekannt, die Konzentration eines Zucker enthaltenden Extrakts unter Verwendung von wirksameren Wärmekompressionsverdampfern durchzuführen, in denen der erzeugte
Dampf komprimiert und hierdurch erhitzt wird und durch den zu konzentrierenden Extrakt in Wärmeaustauscherbeziehung zurückgeleitet wird. Ein solches System ist sch?matisch in Figur 1 dargestellt, und dieses System wird beispielsv/sise in Aarberg, Schweiz, verwendet. Es wird ersichtlich,, daß das Aarberg-System eine 100<&Lge Wiederkomprimierung der Dämpfe in der Konzentrationsstufe (A, B und C), eine lOOfiige direkte vJiederkomprimierung für das Zuckergieden (S) und Niederdruckcarapf für die
Boiler zur Prozeß erhitzung verwendet. Sorr,lt erfährt die gesamte Wasserzuführung in den Zucker enthalte;.den Extrakt eine
Wiederkomprimierung. Als Ergebnis wird daher ein dichtes konzentriertes Produkt erhalten, das zux Verdampfen eine große
Temperaturdifferenz erfordert, was -z.wZ $i* wer.iger wirksamen Wärmeübertragungseigenschaften ej:,is ?ol-Oi>.?n Produkts zurückzuführen ist.

Weiterhin ist es bei der siedender. Zuckerphase des Aarberg-Prozesses notwendig, die Temperatur des resultierenden Dampfs immer bis zu 11O⁰C zu erhöhen, d.h. ^T = 50⁰C. Dieser Vor-

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gang erfordert sehr große und teure Kompressoren, große Energiemengen und hohe Verdampfungsoberflächen.

Da eine direkte Wiederkomprimierung einen sehr sauberen Dampf erfordert, werden beim Aarberg-Prozeß gemäß Figur 1 sehr wirksame Mitreißseparatoren benötigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von Zucksr sowohl aus Zuckerrüben als auch aus Zuckerrohr zur Verfügung zu stellen, bei dem erhebliche Energieeinsparungen resultieren.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung ein solches Zuckerraff 1 rt,1 erungsverfahren zur Verfügung gestellt werden, bei dem ein großer Teil der bereits existierenden Einrichtungen verwendet werden kann und bei dem der Anteil von Verschmutzungen in Form von Wärme, teilchenförmigen Stoffen sowie schädlichen Gasen und Dämpfen vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konzentration des Extrakts durch Eindampfen in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die erste Stufe ein Thermowiederkomprimierungs-Verdampfungsprozeß ist, bei dem ein erster Teil des anfänglichen Wassergehaltes des Extrakts eingedampft und wiederkomprimiert wird. Die zweite Stufe führt zur Erzeugung dieses Konzentrats und durch Eindampfen eines zweiten Teils des Anfangswassergehaltes des Extrakts zu Dampf, dessen Qualität und Menge mindestens genügend ist, damit das Zuckerkochen durchgeführt wird. Der erste und der zweite Teil des Anfangswassergehalts des Extrakts machen die Gesamimenge des Wasser aus, die von dem Extrakt entfernt werden muß, um das Konzentrat zu erzeugen.

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Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Verwendung von zwei verschiedenen Typen von Verdampfungsprozessen eine sehr signifikante Verbesserung und Verminderung der Gesamtenergieerfordernisse im Vergleich zu der ausschließlichen Anwendung von Wiederkomprimierung-Verdampfungstechniken ergibt.

Die zweistufige Verdampfungskonzentrierung gemäß der Erfindung kann unter Verwendung eines Wiederkomprimierungsverdampfers, gefolgt von einem Einzeleffektverdampfer bzw. Einzelstufenverdampfer, durchgeführt werden, wobei der in dem Einzeleffektbzw. Einzelstufenverdampfer erzeugte Dampf abgenommen und in den Zuckerboiler geleitet wird.

Durch richtige Verwendung der Abfallwärme _:der Dämpfe, die während des Zuckerkochens erzeugt werden, ist eine weitere große Ensrgieeinsparung möglich. Hierzu kann mindestens ein Teil der Dämpfe in Wärmeaustauschbeziehung mit einem Kühlmittel kontaktiert werden, um Wärme an das Kühlmittel abzugeben, das sodann komprimiert und als Wärmequelle 'verwendet wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Zuckerraffinierungsanlage gemäß der Erfindung;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm, das die Anlage gemäß Figur 2,modifiziert für einen optimalen Betrieb, zeigt; und

Fig. 4 ein ähnliches Diagramm wie Figur 2,das jedoch modifiziert worden ist, um die Basis für eine generalisierte Analyse der Energieerfordernisse der Anlage zu geben.

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ι '

In den folgenden Ausführungen wurden die folgenden Parameter als konstant für die betreffenden Zuckerraffinierungsanlagen angesehen.

1. Produktionskapazität 1OO Gewichtseinheiten Ruben

von Standardqualität zur Standardproduktion von weißem Zucker pro h (eine Gewichtseinheit ist 0,9071 metrischen Tonnen gleich, wobei im allgemeinen die Flüsse als Einheiten pro h, abgekürzt als "tph" angegeben sind). 100 ι tph von Rüben mit Standardqualität ergeben 130 tph eines wäßrigen Zucker enthaltenden Anfangsextrakts.

2. Elektrische Energieerfordernisse 2500 kW.

3. Verdampfungserfordernisse in der Konzentrierungsstufe 103,0 tph.

4. Verdampfungserfordernisse in der Kristallisierungsstufe 18,0 tph. .

5. Prozeßerhitzungserfordernisse äquivalent zu 24,0 tph

Verdampfung. ·

6. Leistung des Dampf boilers η =* 0,80.

7. Boilerbeschickungswasser mit 100⁰C.

In der Figur 2, auf die nunmehr Bezug genommen wird, ist in schematischer Form ein nicht-optimalisierter. Prozeß gemäß der Erfindung dargestellt. Es wird ersichtlich, daß ein wäßriger Zucker enthaltender Extrakt ("Dünnsaft") zwei Stufen der Verdampfungskonzentrierung unterworfen wird. Es handelt sich um eine erste Stufe der ¥iederkomprimierungs-Verdampfung unter Verwendung eines Verdampfers 20 und eine zweite Stufe einer

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herkömmlichen Einzelstufen-Direktverdampfung unter Verv/endung eines Verdampfers 22. Der in.dem Verdampfer 22 erzeugte Dampf hat eine Qualität und Menge, daß gerade die erforderliche Erhitzung in der Zuckerkochstufe (durchgeführt in dem Boiler 16) erhalten wird.

Somit wird anstelle, daß 100% der Dämpfe - wie beim Aarberg-Erozeß (Figur 1) - wiederkomprimiert werden, nur derjenige Teil wiederkomprimiert, der übriggelassen worden ist, nachdem bestimmt' worden ist, welche Fraktion davon zum Zuckerkochen benötigt wird. Der andere bestimmende Parameter ist die gewünschte Dichte des Dicksaftes, der nach der Konzentrierung der erhitzten Zuckerflüssigkeit (Dünnsaft) zurückbleibt, die in das System eingegeben worden ist. Anders ausgedrückt, wenn das System so betrieben wird, daß der Dicksaft, der von der Konzentrierungsstufe des Prozesses austritt, beispielsweise 65% fixierte Feststoffe haben sollte, dann muß die Wiederkomprimierungs-Verdampfungsstufe denjenigen Teil des ursprünglichen Wassergehalts des Dünnsaftes verdampfen, der zusammen mit der Dampf menge, die in dem Verdampfer 22 für das Zuckerkochen entfernt wird, den Dicksaft mit der erforderlichen Konzentration ergibt. Signifikanterweise ist, wenn man so verfährt, eine geringere Temperaturdifferenz erforderlich, da das Produkt weniger dicht ist und bessere Wärmeübertragungseigenschaften hat. Wie dargestellt, benötigt auf der Basis einer Anlage mit 100 tph das erfindungsgemäße System nur 85 tph Eingabe, wobei 18 tph direkt zum Zuckerkochen verdampft werden und 27 tph Dicksaft mit 65% fixierten Feststoffen zurückbleiben. Im Falle des Aarberg-Prozesses werden 103 tph Dämpfe wiederkomprimiert.

Um die Abfallwärme, die in den während des Zuckerkochens erzeugten Dämpfen enthalten ist, in der richtigen Weise zu verwerten, werden diese Dämpfe in Wärmeaustauscherbeziehung mit einem Kühlmittel in Kontakt gebracht, das so angeordnet ist, daß

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Wärme den Prozeßerhitzungserforderriissen der Anlage zurückgeführt wird (beispielsweise A2 der Figur 2).

Nunmehr wird eins modifizierte Form der Anlage der Figur 2 unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben. Diese modifizierte Anlage hat eine größere Signifikanz für die Praxis. In der Anlage gemäß Figur 3 ist der Einzeleffektverdampfer bzw. Einzelstufenverdampfer der zweiten Verdampfungskonzentrierungsstufe so angeordnet, daß genügend Dampf nicht nur für das Zuckerkochen, sondern auch für die Ergänzungserhitzung erzeugt wird. _ Von den 103 tph des Dampfes, die von den 130 tph des Extrakts, der in die Anlage eintritt, verfügbar sind, werden 18 tph zum Zuckerkochen und 8,6 tph für die Ergänzungs erhitzung verwendet, Somit wird alles, ausgenommen diese Menge von (18+8,6) tph, einer Wiederkomprimierung unterworfen (d.h. 76,4 tph werden wiederkomprimiert). Das restliche 26,6 tph verwendet verfügbaren Dampf zur Verdampfung. Es ist ein so hoher Wert von /\,T erforderlich, der bewirkt, daß die Endkonzentrierungsstufe bei einer höheren Temperatur und mit einem größeren /yF-Wert erfolgt als die anfängliche Wiederkomprimierung-Konzentrierungsstufe. Hierzu ist eine kleinere Verdampfungsoberfläche, ein erheblich kleinerer Kompressor und naturgemäß erheblich weniger Energie erforderlich.

Was die Zuckerkochphase anbelangt, wird anstelle, daß man versucht, die Temperatur des gesamten Dampfes -von 60°C zurück auf 11O⁰C zu bringen (was einem /yü-Wert von 50⁰C entspricht), was naturgemäß die Verwendung von großen Kompressoren, Verdampfungsoberflächen etc., wie vorstehend erwähnt, benötigt, nur so viel des Dampfes, wie tatsächlich für die Prozeßerhitzung erforderlich ist, in Wärmeaustauscherbeziehung mit einem Kühlmittel in Kontakt gebracht, da3 sodann wiederkomprimiert wird. Sein ^T-Wert wird auf 95⁰C erhöht, was für die Prozeßerhitzung sehr hoch ist. Der resultierende _/\T-Wert von nur 35°C er-

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ΊΑ

fordert eine um ein Drittel geringere Energie als der Λτ-Wert von 50⁰C, der bei dem Aarberg-Prozeß verwendet wird. Tatsächlich sind die Kapitalskosten des Systems der Figur 3 nur etwa 30% von denjenigen des Aarberg-Prozesses, da unter anderem die Kühlsysteme erheblich billiger sind als Dampfkompressoren mit hohem /S^T-Wert.

Es sollte auch beachtet werden., daß die direkte Wiederkomprimierung sehr sauberen Dampf erfordert und daß daher bei dem Aarberg-Prozeß sehr wirksame Separatoren zum Entfernen, von mitgerissenen Stoffen erforderlich sind. Demgegenüber werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die vorstehenden Probleme vollständig wegen der Anwendung einer indirekten Einrichtung zur Erhöhung der Temperatur und der Wärmeübertragung eliminiert.

Es wird daher ersichtlich, daß das erfindungsgemäße System gemäß Figur 3 gegenüber bekannten Systemen einen dreifachen Vorteil hat, nämlich

(1) niedrigeren Gesamtenergieverbrauch,

(2) niedrigere Betriebskosten und

(3) niedrigere Kapitalinvestitionskosten.

Im Hinblick auf die Figuren 2, 3 und4-sollen nun wichtige Beziehungen, die aufgestellt werden können, erläutert werden. Der Dampfboiler 12 erzeugt Dampf mit 600⁰C und 82 ATU. Der verbrauchte Gesamtdampf D wird durch die Beziehung:

D = S₁ + S₂ + S₃

angegeben, worin S₁ = Dampf, der für die Energieerzeugung

15,7 tph verbraucht wird,

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S₂ = Dampf, der beim Konzentrieren des Dünnsaftes 7,0 tph verbraucht wird, und

S-J = Dampf, der für die Kühlung 3,9 tph verbraucht wird.

In der Eindampfungs/Konzentrierungs-Ehase des Verfahrens besteht das gesamte verdampfte Wasser W aus derjenigen Menge R, die in dem Wiederkomprimierungsverdampfer RC verdampft wird, und der zusätzlichen Menge C, die in dem Einzeleffekt- bzw. Einzelstufenverdampfer DE verdampft wird. Diese Gesamtmenge ist konstant. Es gilt daher folgendes:

W = R + C = Konst. = 103,0 tph

In der Kristallisationsstufe wird eine weitere Menge des Wassers B in dem Verdampfer S eingedampft. Auch die Menge B ist konstant. Es gilt daher folgendes:

B = Konst. = 18,0 tph

Die Gesamtprozeß-Erhitzungserfordernisse A werden durch die Summe von A₁, A₂ und A, angegeben. Es gilt daher folgendes:

A = A₁ + A₂ + A,

Eine bestimmte Menge der Wärme Bj, wird durch Kühlung wiedergewonnen. Wie aus dem Schema hervorgeht, ist dies A₂. Es gilt daher folgendes:

Der Gesamtwärmeverbrauch C ist dem Gesamtdampfverbrauch D gleich. Auch die Summe der in dem Prozeßerhitzer (fr.*) verbrauchten Wärme, die durch C^ ausgedrückt wird, und von C₂, die in dem Verdampfer DE verbraucht wird, wird mathematisch wie folgt dargestellt:

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D = C = C₁ + C₂ Es gilt jedoch folgendes:

Cp — Β« Daraus ergibt sich:

D = C = C₁ + B. Wie oben angegeben, ist:

A = A₁ + A2 + A·*. Dieses ist seinerseits gleich folgendem:

Darin bedeutet B₁ den Bruchteil von B (Figur 4) der Verdampfer, die in den Erhitzer A₁ eintreten. Es gilt daher folgendes:

C₁ - A - A₃ - B₁ -

A+B-A,=Q= Konst.

Daraus ergibt sich:

	D =	Q-B.
und
	B =	*B₁ ]**
worin
1 ~ ⁵R

⁵R ^{+ B}L'

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_L = Wärme, die bei der Kondensation verloren geht, wenn

B₁ = B_L = 0,

dann	ist	D =	_ TJ	h	oder
und			A -

die gesamte verbrauchte Dampfmenge sollte den Prozeßerhitzungserfordernissen der Erhitzer A₁ und A₂ gleich sein.

Für ein selbst enthaltendes System werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn das folgende Gleichgewicht vorliegt:

S* + S₀ + S-, = C₁ +B (unter der Annahme, daß ¹²³¹ B₁-O)

Somit ist:

5₂ = K₂ χ R

5₃ = K₃ x B_R
und

R = W - (C₁ + B).

Wenn K₂ das Wiederkomprimierungsverhältnis von wiederkomprimiertem Dampf zu dem Kompressorverbrauch in der Rückdruckturbine ist, und K₂ das Kühlverhältnis ist, dann gilt bei den gegebenen Bedingungen folgendes:

B = 18,0 tph, A₃ = 6,0 tph A₁ + A₂ = 18,0 tph

S₁ = 15,7 tph, K₉ = 0,0915 Frischdampf/1 kg ¹ ^d (Dampf)

K₃ = 0,41 kg/kg
W = 103,0 tph

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S₁ + K₂ x [W - (C₁ + B)] + K₃ χ B_R = C₁ +B

S₁ + K₂ x W - K₂ x C₁ - K₂ χ B + K₃ χ B_R = C₁ + B

C₁ - A_{1 +} A₂ - B_R = 18 - B_R

5₁ + K₂ χ W - 18 K₂ + K₂ B_R - K₂ B + K₃ B_R = B - B_R +

Bp_L (1 + K₂ + K₃) = 18 + B (1 + K₂) + 18 K₂ - K₂ W" - S₁. Wenn man in folgender Weise substituiert:

,B_R = 14,17 : 1,5015 = 9,4 tph
und

C₁ = 18 - 9,44 = 8,6 tph

R = 103 - 8,56 - 18 s 76,4 tph

B_L = B - B_R = 18 - 9,44 = 8,6 tph

5₂ = 7,0 tph, S₃ = 3,0 tph

S = 15,7 + 7,0 + 3,0 = 26,6 tph.

Die Figur 4 ermöglicht es, das optimale Wärmegleichgewicht für einen gegebenen Satz von Bedingungen zu bestimmen. So kann man z.B. aus der Beziehung:

S = D = (A + B) - (A₃ + B₁ + B_R)

ersehen, daß der Energieverbrauch des Systems vermindert werden kann, wenn es möglich wäre, folgendes durchzuführen:

(1) die Wiedergewinnung der Wärme von den Kondensaten (A₃) zu verbessern;

(2) die Wiedergewinnung der Wärme von den Dämpfen, die während des Zuckerkochens erzeugt werden (B₁ und B_R), zu raaximalisieren; und

(3) das Prozeßerhitzungserfordernis (A) und die ZuGkerkocherfordernisse (B) zu minimalisieren.

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Überraschenderweise spielt die Wasserraenge, die während der Konzentrierung (¥) verdampft wird, keinerlei wichtige Rolle, wie es bei bekannten Systemen der Fall ist. Wenn man von Sp = L x R rückrechnet und auf die Eingabeenergieeinheiten abstellt, dann ergibt sich folgendes:

Zur Verdampfung von 1 kg Wasser v/erden 540 kcal benotigt - *der

i;
und 137°C beträgt 213 kcal/kg;

adiabatische Enthalpieabfall von 82 ATU und 600°C auf 3,5 ata

spezifischer Dampf verbrauch K₂ = 0,0915 kg/kg und 540 : (0,0915 x 213) = 30,1 kg/kg, was bedeutet, daß zur Erzeugung sines extra kg von Dampf in den Boilern es möglich wird, 30 kg Wasser unter Verwendung des Wiederkomprimierungsverdampfers zu verdampfen, anstelle von nur 2,6, wie es im Fall der Verwendung von vierstufigen Verdampfern der Fall ist.

Da die Fluktuationen jedoch im allgemeinen ziemlich klein sind, könnten die Prozeßstörungen nur mit sehr geringen Kapazitätsveränderungen in den Boilern, beispielsweise in der Gegend von 1 bis 2%, gehandhabt werden.

Für existierende Anlagen mit Niederdruckdampfboilern ist es möglich, den Kompressor bzw. die Kompressoren mit elektrischer Energie anstelle von Dampfturbinen zu betreiben. Es gilt z.B. folgendes:

A₁ + A₂ = 13 tph, B = 18 tph

S = S₁ = K₀ χ 2500 kWh . ·

Bei 21 Atü und 400°C

K₀ = 11,0 kg/kWh, S = 27,5 tph C₁ = S - B = 27,5 - 18,0 = 9,5 tph B_R = A₁ = A₂ - C₁ = 18 - 9,5 = 8,5 tph R=W-D= 103,0 - 27,5 = 75,5 tph.

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Wiederkompriniierungsenergie:

P₁ = 75,5 χ 16,7 = 1260 kW
Kühlenergie:

P₂ = 3,5 x 75,3 = 640 kW.

Wenn man die Wirksamkeit eines elektrischen Generators (n = 0,63) und eines Dampfgeneratorboiltsrs (n = 0,80) in Betracht zieht, dann ergibt sich dia Energie, die erforderlich ist, um 1260 + 640 = 1920 kW zu erzeugen, wie folgt:

(1920 χ 860). : 0,504 = 3276190 kcal/h.

Zur Erzeugung von 27,5 tph Dampf mit 21 atü und 400°C ergibt sich:

(27500 χ 675) : 0,3 = 23203125 kcal/h, oder insgesamt 26479315 kcal/h.

Dies ist erheblich weniger als diejenige Menge, die bei bekannten Prozessen unter Verwendung von Vieleffektverdampfem oder beim Aarberg-Prozeß erforderlich ist.

Selbst ohne Kühlung gilt folgendes:

D = B + C₁ β 18 + 18 » 36,0 tph R = W - D = 103 - 36 = 67 tph.

Gesamte erzeugte Energie:

36000 : 11 = 3272 kWh.

Für die Elektrizitätsverbraucher verbleiben 2500 kWh und 773 kWh.

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P₁ = 67,0 χ 16,7 = 1120 kW erforderlich.

Die Differenz von 347 kV/ könnte von einer Außenquelle bei einer Energieeingabe von:

(347 x 860) : 0,504 = 592000 kcal/h zugeführt werden.
Für den Dampf gilt folgendes:

(36000 χ 675) : 0,8 = 30375000 oder insgesamt 30967000

kcal/h.

Kühlwirksamkeit:

Bei einer Eingabe von (3900 χ 213) : 0,8 = 1062750 kcal v/erden 9400 χ 540 = 5Ο76ΟΟΟ kcal wiedergewonnen, was eine Leistung von 4,8 ergibt. Die Systeme gemäß Figur 3 scheinen daher die beste praktische Lösung zu versprechen, da ihr Energieverbrauch von 256ΟΟΟΟΟ kcal/h dem theoretischen optimalen Wert, bestimmt für eine hypothetische Anlage, an nächsten kommt.

Die Erfordernisse für ein optimales System sollten daher wie folgt sein: '■'·..

A. 1. Es wird nur so viel Dampf erzeugt, wie erforderlich ist, um den Prozeßerhitzungserfordernissen und den unvermeidbaren Wärmeverlusten an die Umgebung zu genügen; und

2. der Dampf wird auf ein Energieniveau (Druck und Temperatur) gebracht, das ausreichend ist, um genügend Energie zu erzeugen, daß allen Energieverbrauchern genügt wird (im vorliegenden Falle in der Anlage der Figur 4 2500 kW für die Elektrizität, 1280 k¥ für die Wieder-

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komprimiorungsverdampfung und 710 kW für den Kühlzyklus - insgesamt 4490 kW), wobei ein genügendes Energiepotential zurückbleibt, daß diese wiederum verwendet werden könnte (im vorliegenden Falle gesättigter Dampf mit
3,5 ata und 137°C).

B» Es wird ein mechanischer Wiederkomprimierungsverdampfer für die Verdampfungskonzentrierung (anstelle eines Vielfacheffektverdampfers) verwandet, um den Saft vorzukonzentrieren. Die Endkonzentrierung erfolgt in einem Einzeleffektverdampfer, der durch den erschöpften Dampf erhitzt wird.

C. 1. Der gesamte erschöpfte Dampf wird nach Durchlauf durch

die Turbinen zur Endverdampfung/Konzentrierung in einem Einzeleffektverdampfer verwendet und

2. es wird genügend Sekundärdampf mit angemessener Temperatur erzeugt, um den Zuckerkocherfordernissen (im vorliegenden Falle 18,0 tph bei .115⁰C) zu genügen.

D. Die Temperatur der während des Zuckerkochens erzeugten Dämpfe wird auf eine Temperatur erhöht, die für ein
wirksames Erhitzen während des Prozesses geeignet ist.
Es werden jedoch nur die Mengen v/irklich benötigt. Im
vorliegenden Falle nur 9,4 tph von 60°C auf 95°C.

E. Es wird ein Kühlsystem verwendet, um die Temperatur der Dämpfe, die während des Zuckerkochens erzeugt werden,
zu erhöhen.

Fußnote:

Während es erscheint, daß die Kosten für ein Kühlsystem erheblich niedriger sind, als die Investitionskosten für eine ge-

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radlinige Dampfkomprimierungseinrichtung, d.h. für die betreffende Temperaturdifferenz und die betreffenden Dampfvolumen, ist eine direkte Wiederkomprimierungseinheit nicht ausgeschlossen.

F. Die gesamte verfügbare empfindliche Warme wird verwendet, um die Kondensate zu erhitzen, und sie wird direkt ohne eine Expandierung/Flashbehandlung verwendet.

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich, daß das erfindungsgemäße System einen verminderten Energieverbrauch, etwa 20 bis 3050 von den am besten operierenden Systemen, mit sich bringt. Weiterhin erfordert der verminderte Energieverbrauch weniger Dampferzeugungskapazitäten und somit kleinere Einrichtungen zur Verhinderung von Verschmutzungen. Das Verfahren ist aufgrund einer Vereinfachung des gesamten Wärmeverteilungssystems (nur ein Dampf zum Zuckerkochen und andere Leistungen, nur drei Kondensate und nur ein getrenntes "Kühlsystem") erheblich einfacher. Weiterhin sind die technischen Maßnahmen bzw. Einrichtungen Standardmaßnahmen bzw. -einrichtungen, die ohne weiteres verfügbar sind.

Dazu kommt weiterhin, daß das System sehr stabil ist und daß die üblichen Schwankungen der Beschickungsqualität und -quantität leicht durch Wirkung des Wiederkomprimierungsverdampfers kompensiert werden können. Weiterhin kann es sich um Anlagen von nur minimaler Extrakapazität handeln und es können immer noch die gewöhnlich auftretenden maximalen Variationen gehändhabt werden. So ist es z.B. nicht unüblich, festzustellen, daß die verdampfte Wassermenge beispielsweise von 103 tph auf 110 tph ansteigt. Um die Differenz in einem bekannten Vielfacheffektverdampfersystem zu verdampfen, wären mehrere tph Dampf erforderlich und das gesamte System würde über einen kleinen

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Zeitraum aus dem Gleichgewicht kommen, da es nicht leicht sein würde, Extraverbraucher für die erhöhte Dampferzeugung (7,0 tph, 6,8%) zu finden.

Demgegenüber wird in dem erfindungsgemäßen System nur (7,0 : 76,4) = 0,0915 tph Dampf verwendet, um 1 tph Wasser einzudampfen. Zur Verdampfung von 7,0 tph wären, daher 7 x (1 - 0,0915) x 0,0915 =0,58 tph Dampf erforderlich. Die Menge von überschüssigem Dampf würde nur 0,58 tph oder 0,56^, was als vernachlässigbar angesehen werden kann, betragen.

Der Zuckerendvorgang sollte sehr glatt verlaufen, da die Dichte des Dicksaftes kontinuierlich und wirksam innerhalb vorgeschriebener Grenzen gehalten werden kann. Das mit einem Kondensator gekuppelte Kühlsystem ist sehr flexibel, da alle Dampfverbrauchvariationen und Verdampfungsgeschwindigkeitsveränderungen wirksam und ohne signifikante Prozeßstörungen gehandhabt werden können.

Es VTxrd darauf hingexiriesen, daß es nicht notwendig ist, Frischdampf ausschließlich für die Energieerzeugung zu verwenden, da jede beliebige äußere oder innere Energiequelle dazu verwendet werden könnte, um die Kompressoren für die Wiederkomprimierungsverdampfer- und Kühlsysteme anzutreiben. Wenn dies erfolgt, dann sind die wirtschaftlichen Verhältnisse nicht nur genauso gut, sondern erheblich besser als bei bekannten Systemen.

Verdampfer vom Fallfilmtyp werden empfohlen, und zwar insbesondere vom Plattenfallfilmtyp, wenn volle Vorteile der Wiederkomprimierung erhalten werden sollen.

Was den Wiederkomprimierungsverdampfer selbst betrifft, sollte dieser bei Temperaturen von 100 bis 125°C betrieben werden, um das spezifische Volumen der Dämpfe zu vermindern, die Wärme-

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übertragung durch Erniedrigung der Viskosität zu verbessern und um innerhalb sicherer Temperaturgrenzen zu bleiben. Einer dieser Vorteile wäre die Möglichkeit, die Betriebstemperatur entsprechend den vorliegenden Bedingungen zu verändern und ohne daß der Rest der Anlage gestört wird.

Als Anhang zu dem Verfahren wird eine Erweichung/Decalcifizierung des Dünnsafts empfohlen, da hierdurch die Wärmeübertragung verbessert wird, eine stetige Kapazität während des Verfahrens gewährleistet wird und die Gesamtleistung verbessert wird.

Der Endverdampfer sollte bei Temperaturen von 110 bis 125⁰C arbeiten, um angemessene Dämpfe für das Zuckerkochen zu ergeben, die Wärmeübertragung zu verbessern und unterhalb sicherer Tempera turgrenzen zu bleiben. Schließlich könnte das System in Stufen durchgeführt werden, da seine zwei Kauptteile (Wiederkomprimierung und Kühlung) voneinandsr vollständig unabhängig sind.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Raffinierung von Zucker, bei dem ein wäßriger. Zucker enthaltender Extrakt durch Eindampfen konzentriert wird, um ein Konzentrat mit vorgewählter prozentualer Menge von fixierten Feststoffen zu erzeugen, und der Zukker anschließend durch Kochen einer Lösung davon kristallisiert wird, wobei eine vorbestimmbare Menge und Qualität von Dampf als Wärmequelle verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentrierung des Extrakts durch Eindampfen in zwei Stufen vornimmt, wobei die erste Stufe ein Themo-^/iederkomprimierungs-Verdampfungsprozeß ist, bei dem ein erster Teil des Anfangswassergehalts des Extraktes verdampft und wiederkomprimiert wird, und wobei die zweite Stufe durch Verdampfen eines zweiten Teils des Anfangswassergehalts des Extrakts zur Erzeugung des Konzentrats und zur Erzeugung von Dampf führt, wobei die Qualität und Menge des Dampfes mindestens genügend sind, um das Zuckerkochen durchzuführen, und wobei der erste und der zweite Teil des Anfangswassergehalts desExtrakts miteinander die Gesamtmenge des Wassers ausmachen, die aus dem Extrakt entfernt werden muß, um das Konzentrat zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des in der zweiten Verdampfungskonzentrierungsstufe gebildeten Dampfes weiterhin ausreichend ist, um weiteren Prozeßerhitzungserfordernissen zu genügen. .

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man, um v/eiteren Prozeßerhitzungserfordernissen zu genügen, mindestens einen Teil der Gesamtdämpfe, die während des Zuckerkochens gebildet werden, in Viärmeaustauscherbeziehung mit einem Kühlmittel leitet, so daß

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ORIGINAL INSPECTED

an dieses Wärme übertragen v/ird, wobei das Kühlmittel sodann wiederkomprimiert wird, tun dessen Temperatur zu erhöhen, und daß man sodann das Kühlmittel so anordnet, daß es Wärme abgibt, um v/eitere Erozeßerhitzungen durchzuführen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlmittel zu einem Punkt wiederkomprimiert, wo dessen Temperatur ungefähr 95⁰C beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozentmenge von f i- _ xierten Feststoffen in dem Konzentrat, das die zweite Verdampfungskonzentrierungsstufe verläßt, nicht über ungefähr 7096 hinausgeht.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Temperaturdifferenz, die zum Verdampfen und Wiederkomprimieren des ersten Teils des Wassers des Zucker enthaltenden Extrakts in der ersten Verdampf ungskonzentrierungsstufe angewendet wird, bei einem Wert gehalten wird, der erheblich niedriger ist. als derjenige, der erforderlich wäre, um die gesamte Eingabe des Extrakts zu verdampfen und wiederzukomprlinieren.

7. Vorrichtung zur Raffinierung von Zucker, gekennzeichnet . durch Verdampfungskonzentratoren zur Konzentrierung eines wäßrigen Zucker enthaltenden Extrakts, um ein Konzentrat mit einer vorgewählten prozentualen Menge von fixierten Feststoffen herzustellen, und einen Zuckerboiler zur Kristallisation von Zucker aus dem Konzentrat nach dessen Zwischenbehandlung, wobei der Zucker durch Dampf von vorgewählter Menge und Qualität beheizt wird, der in den Boiler eingeleitet wird, und wobei die Verdampfungskonzentratoren einen Thermowiederkomprimierungs-Verdampfungskonzentrator, ge-

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folgt von einem Einzeleffektverdampfungskonzentrator, enthalten und wobei eine Leitungseinrichtung vorgesehen ist, um den Dampf, der in dem Einzeleffektverdampfungskonzentrator gebildet wird, als Heizdampf dem Zuckerboiler zuzuführen.

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