DE2930614A1 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen verfluessigen von staerke - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen verfluessigen von staerkeInfo
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- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B30/00—Preparation of starch, degraded or non-chemically modified starch, amylose, or amylopectin
- C08B30/12—Degraded, destructured or non-chemically modified starch, e.g. mechanically, enzymatically or by irradiation; Bleaching of starch
- C08B30/18—Dextrin, e.g. yellow canari, white dextrin, amylodextrin or maltodextrin; Methods of depolymerisation, e.g. by irradiation or mechanically
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Description
29306H5459
PATENTANWÄLTE "1
BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN
THE A.P.V. COMPANY LIMITED of Manor Royal,
Crawley, Sussex, England
"Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verflüssigen von Stärke"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verflüssigen von Stärke.
Bekanntlich besteht dauernd ein starkes komerzielles Interesse an der Umwandlung von Stärkevorkommen, z.B. von Maniok, Tabioka,
Kartoffel oder Mais, im Zucker, um eine nachfolgende Fermentation zu Alkohol, insb. als Petroleumsubstitut durchführen zu
können.
Die erste Stufe in der Umwandlung ist eine Verflüssigung. Die
Erfindung bezieht sich besonders auf den Schritt dieser Verflüssigung, insb. in Verbindung mit der Verwendung von gegen
hohe Temperaturen widerstandsfähigen bakteriellen Enzymen.
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üblicherweise wird die Stärke mittels Dampfinjektion in Form
einer Aufschlämmung erhitzt, welche beispielsweise 30% Gesamtfeststoffe enthält. Dieser Aufschlämmung wird eine entsprechende
Menge an Enzymen, z.B. bakterielle Amylase zudosiert. Nach dem Erhitzen wird die Aufschlämmung bei einer Temperatur zwischen
100° und 105° C für die Dauer von zwei bis fünf Minuten gehalten und anschließend auf etwa 90° C abgekühlt. Bei dieser Temperatur
wird die Masse für die Dauer bis zu etwa 2 Stunden zur Dextrinbildung gehalten.
Das übliche Vorgehen ist ein getrenntes Ausführen der einzelnen Arbeitsschritte»Dabei wird die Dampfinjektion zur Erhitzung verwendet
sowie eine unter Druck arbeitende Verweilstufe. Weiterhin ist eine sehr rasch wirksame Abkühlanordnung sowie ein für den
Verweilvorgang dienender Haltekessel mit Rührwerk versehen.
Eine solche Anordnung ist nicht ganz zufriedenstellend, wenn ein kontinuierliches Herstellungsverfahren im großen Maße ausgeführt
werden soll. Auch ist eine solche Anordnung in den Fällen übermäßig teuer, in denen ein Zucker hoher Qualität nicht letztendlich erstrebt wird, sodaß die Notwendigkeit einer sehr genauen
Umwandlungskontrolle entfällt.
Es ist Aufgabe der Erfindung hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren und eine zum Ausführen des Verfahrens dienende Vorrichtung
vorzuschlagen, mit denen auf billige Weise in kontinuierlichem Vorgang Stärke in Zucker in großen Mengen und auf
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ökonomische Weise umgewandelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erhitzte
Aufschlämmung kontinuierlich und aufsteigend durch eine Reaktionssäule geleitet und in dieser nacheinander auf Gelatinisierungstemperatur
gehalten, auf Dextrinisierungstemperatur abgekühlt und für eine für die Dextringewinnung ausreichende
Verweilzeit gehalten wird, während die Masse ruhig in der Säule aufwärts geführt wird.
Vorteilhafterweise kann der Masse nach der Abkühlung auf die Dextrinisierungstemperatur als eine zweite Menge an Enzym zudosiert
werden.
Die Masse wird bei ihrer aufsteigenden Bewegung, vorzugsweise wenigstens in der letzten Verweilstufe, sowohl gegen Turbolenz
als auch gegen Rückmischung weitgehend abgeschirmt geführt.
Zum Ausführen des Verfahrens sieht die Erfindung eine Vorrichtung vor, die sich dadurch kennzeichnet, daß ein einziges, eine
aufsteigend durchströmbare Reaktionssäule bildendes Rohr vorgesehen ist, dessen unterem Ende eine Stärkeaufschlemmung kontinuierlich
zuführbar ist, die eine Dosiereinrichtung für Enzyme und eine Injektionseinrichtung für Heizdampf zum Aufheizen der
Aufschlämmung auf Gelatinisierungstemperatur aufweist, und daß die Reaktionssäule einen unteren Verweilabschnitt für die
Gelatinisierung, einen nach oben anschließenden Kühlabschnitt
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mit einer Einrichtung zum Abkühlen der Masse auf die Dextrinisierungstemperatur
und einen darüberliegenden weiteren Verweilabschnitt aufweist, in dem die abgekühlte Masse in ruhiger
Strömung zur Dextrinbildung nach oben führbar ist.
Vorzugsweise ist der letzte Verweilabschnitt der Reaktionssäule mit Strömungsrichteinrichtungen vorgesehen, um jede
Rückmischung und auch weitgehend die Turbulenz auszuschalten.
Sofern in dem Kühlabschnitt Strömungsrichtelemente vorgesehen sind, sind diese vorteilhafterweise zugleich als Kühlelemente
ausgebildet. Im Bereich des Austrittes aus dem Kühlabschnitt kann der Reaktionssäule vorteilhafterweise eine weitere Enzym-Dosiereinrichtung
zugeordnet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Verflüssigen von Stärke gemäß der Erfindung
und
Fig. 2 ein schematischer Querschnitt, der Elemente zur Verhinderung
von Turbulenz und Rückmischung in der Reaktionssäule zeigt.
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Aus Fig. 1 ist ein zur Bildung einer Aufschlämmung dienender Tank 1 vorgesehen. Dieser ist mit einer Rühreinrichtung 2 versehen.
In diesem Tank wird eine Aufschlämmung von beispielsweise 30% Gesamtfeststoffen einer Stärke, z.B. aus Tabiokamehl, Maniokraaische,
frischer Kartoffelmaische in Wasser mit oder ohne der
korrekten Enzymmenge gebildet. Diese Aufschlämmung wird durch eine Pumpe 3 entlang einer Leitung A gepumpt. In dieser Leitung
passiert die Masse eine alternative Zuführungsstelle 5 für Enzym, an der das Enzym, z.B. eine bakterielle Amylase in der
entsprechenden Menge zugeführt werden kann. Danach passiert die Aufschlämmung eine Dampfzuführungssteile, in der Dampf in die
Masse injiziert wird, um die Temperatur von beispielsweise 20° C auf die Gelatinisierungstemperatur von etwa 105° C anzuheben.
Dies wird dadurch erreicht, daß man Dampf an der Dampfinjektionsstelle 6 injiziert. Der auf der Gelatinisierungstemperatur
befindliche Schlamm wird dann im Bereich des Bodens einer einzigen Reaktionssäule 7 eingeleitet. In dieser wird
die Aufschlämmung nach oben geführt und zwar ohne nennenswerte Rückmischung. Im unteren Bereich der Säule ist bei 8 eine
Gelatinisierungszone angedeutet. In dieser wird die Aufschlämmung im wesentlichen auf Gelatinisierungstemperatur für
eine Verweilzeit von beispielsweise 2 bis 5 Minuten gehalten. Von der Gelatinisierungsstufe gelangt die Aufschlämmung in eine
Kühlzone 9 der Säule. Diese ist mit einer Kühleinrichtung versehen, um die Temperatur der Aufschlämmung von etwa 105 C bis
auf etwa 90 C abzusenken, welches im wesentlichen die Dextrinisierungstemperatur
ist. Wenn die Masse auf diese Temperatur
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abgekühlt worden ist, gelangt sie in den obersten und längsten Abschnitt der Säule, nämlich einer Dextrinisierungsstufe 10. In
dieser weist die Masse eine Verweilzeit bis zu etwa 2 Stunden auf, um eine adäquate Dextrinbildung bis auf Werte von etwa 8 bis
12 DE während der langen Verweilzeit zu gewährleisten. Die Bezeichnung DE ist das Dextroseäquivalent, d.h. ein Maß für den
reduzierten Zuckergehalt, der sich aus der Dextrose ausrechnet und der als Prozentsatz der gesaraten trockenen Feststoffe ausgedrückt
wird. Das bedeutet, daß z.B. der Wert 8 DE anzeigt, daß das Produkt 8% Zucker in den Trockenfeststoffen ausgedrückt in
Dextrose enthält und ein Maß für den Umfang der Umwandlung der Stärke in Zucker darstellt.
Annähernd am Eingang der Dextrin-Umwandlungszone ist eine zweite Dosierstelle 11 für Enzyme bekannt. Dabei wird davon ausgegangen,
daß es in einigen Fällen nützlich ist, die gesamte Enzymmenge in zwei Stufen einzubringen, nämlich eine Menge vor und
eine nach der Gelatinisierung. Die in Dextrin umgewandelte Stärke wird am oberen Ende der Säule abgezogen. Es ist dabei zweckmäßig,
an dieser Stelle eine Kühlung vorzusehen, um eine Abkühlung auf die sacharinbildende Temperatur oder bis herab auf eine
Fermentationstemperatur nach Wunsch zu erzielen, und zwar ohne Gefahr einer Retrogradation in Stärke.
Die Säule 7 sollte ausreichend hoch sein, um ein Kochen der Aufschlämmung
bei der Gelatinisierungstemperatur zu verhindern. Sie kann beispielsweise eine Höhe von 10 Meter und einen Durchmesser
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von etwa 2 Meter aufweisen. Eine solche Größe sollte auch für eine Verweilzeit bei einer für die Enzyme wirksamen Temperatur
von 80 bis 95 C im Bereich der Dextrinbildung ausreichend sein.
Bei einer Säule dieser Größe kann es notwendig sein, für eine gerichtete oder geradlinige Strömung zu sorgen. Hierzu können
Strömungsleitvorrichtungen, z.B. in Form von Unterteilungstrennwänden !2 vorgesehen sein, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind. Dadurch
wird die Turbulenz vermindert und eine nennenswerte Rückmischung der Aufschlämmung beim Anstieg innerhalb der Säule
verhindert. Eine geringe Rückraischung ist nicht störend, da es das Ziel der Erfindung ist, eine solche ausreichende Dextrinbildung
zu gewährleisten, daß die Sacharinbildung beginnen kann. Dagegen ist es nicht das Ziel der Erfindung, einen Zucker von
besonders hoher Qualität zu erhalten, was eine wesentlich genauere Kontrolle der Verflüssigung erfordern würde.
Dort wo solche Trennwände oder Zwischenwände oder Strömungsleitelemente
zur Steuerung und Ausrichtung der Strömung vorgesehen sind, können diese auch gleichzeitig für bestimmte Stufen,
insb. in der Kühlstufe 9, als Kühleinrichtung ausgebildet sein. Zu diesem Zweck können z.B. die Trennwände eine Reihe von radial
verlaufenden und im Abstand angeordneten Trennwänden umfassen, von denen eine jede aus zwei Blechtafeln besteht, die an ihren
Ecken miteinander abdichtend verbunden sind und einen Zwischenraum bilden, der ausreicht, um von einem Kühlmittel durchströmt
zu werden.
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Claims (9)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Verflüssigen von Stärke, insb. zur Umwandlung in Zucker zur industriellen Gewinnung von als
Petroleumsubstitut dienenden Alkoholen, bestehend aus folgenden Schritten: Zudosieren eines Enzyms in eine Stärkeaufschlämmung,
Erhitzen der Aufschlämmung auf Gelatinisierungstemperatur,Halten
dieser Temperatur, Abkühlen der Aufschlämmung auf die Dextrinüberführungstemperatur und Halten
der Masse auf dieser Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Aufschlämmung kontinuierlich
und aufsteigend durch eine Reaktionssäule geleitet und in dieser nacheinander auf Gelatinisierungstemperatur gehalten,
auf Dextrinüberführungstemperatur abgekühlt und für eine für die Dextrinierung ausreichende Verweilzeit gehalten
wird, während die Masse ruhig in der Säule aufwärts geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Masse nach der Abkühlung eine zweite Menge an Enzym zudosiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse im Wege der Dampfinjektion
erhitzt wird.
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4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Masse bei ihrer aufsteigenden Bewegung gegen Turbolenz und Rückmischung
abgeschirmt geführt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als Enzym eine bakterielle Amylase verwendet wird.
6. Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges, als
aufsteigend durchströmbare Reaktionssäule ausgebildetes Rohr (7) vorgesehen ist, dessen unterem Ende eine Stärkeaufschlämmung
kontinuierlich zuführbar ist (Leitung 4), eine Dosiereinrichtung (5) für Enzyme und eine Injektionseinrichtung
(6) für Heizdampf zum Aufheizen der Aufschlämmung auf Gelatinisierungstemperatur vorgesehen sind, und daß die
Reaktionssäule(7)einen unteren Verweilabschnitt (8) für die Gelatinisierung, einen nach oben anschließenden Kühlabschnitt
(9) mit einer Einrichtung zum Abkühlen der Masse auf die
Dextrinisierungstemperatur und einen darüberliegenden weiteren Verweilabschnitt (10) aufweist, in dem die abgekühlte
Masse in ruhiger Strömung zur Dextrinbildung nach oben führbar ist.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß wenigstens der letzte Verweilabschnitt (10) der
Reaktionssäule (7) mit Strömungsrichtelementen (12) versehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlabschnitt (9) angeordnete
Strömungsrichteleraente (12) zugleich als Kühlelemente ausgebildet
sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Austrittsbereich
des Kühlabschnittes (9) eine weitere Enzym-Dosiereinrichtung (11) vorgesehen ist.
f/Mi 909886/0917
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