-
Verfahren zur alkalischen Behandlung von
-
Säften sowie Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur alkalischen Behandlung von Säften
in einem zylindrischen Hauptkalkungsgefäß.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung
des Verfahrens, mit einem zylindrischen Außenmantel mit vertikaler Achse, einem
Deckel und einem vorzugsweise kegelförmigen Boden mit Entleerungsstutzen, einem
koaxial angeordneten zylindrischen Innenrohr dessen untere Öffnung mit dem zwischen
dem zylindrischen Außenmantel und dem zylindrischen Innenrohr gebildeten Ringraum
in Verbindung steht, sowie einem Safteinlauf und einem Saftauslauf.
-
Bestandteil der Saftreinigung in einer Rüben zu ckerfabrik ist eine
hochalkalische Behandlung des Saftes, die sogenannte Hauptkalkung. Im Verlaufe dieser
Behandlung sollen der Invertzucker und Amide zersetzt werden.
-
In der Praxis erfolgt diese hochalkalische Behandlung in der Weise,
daß im Anschluß an eine Vorkalkung (und/oder Vorcarbonation) die Hauptmenge des
Kalkes zugesetzt wird.
-
Dabei wird der Kalk meist in Form von Kalkmilch in einem Rührgefäß
mit dem Saft vermischt. Wegen der größeren Löslichkeit des Kalkes in kälterem Saft
erfolgt die Zugabe der Kalkmilch zum Saft meist vor der Anwärmung auf die für eine
optimale Reaktion erforderliche Temperatur. In der Regel wird dabei der kältere
Saft mit der Kalkmilch in einem kleineren Rührgefäß vermischt und nach erfolgter
Anwärmung dann in einem größeren Reaktionsgefäß, dem sogenannten Hauptkalkungsgefäß
die erforderliche Verweilzeit realisiert. Die Verweilzeit ist abhängig von der Saftqualität
und beträgt bei einer Temperatur zwischen 80 und 900C im allgemeinen 10 bis 20 min.
-
Da der kalte Saft mit der Kalkmilch bereits im kleinen Rührgefäß vermischt
wurde, muß im großen Hauptkalkungsgefäß lediglich dafür Sorge getragen werden, daß
eine Entmischung des Saftes und der suspendierten Teilchen nicht erfolgen kann.
-
Zu diesem Zweck wird im allgemeinen in dem HauptkalkunGsgefäß ein
Rührwerk vorgesehen, das der jeweiligen Größe des Hauptkalkungsgefäßes angepaßt
ist. Mit steigender Kapazität der Zuckerfabriken wurden auch immer größere Gefäße
für die Hauptkalkung eingesetzt. Dementsprechend war es auch notwendig, die Kapazität
der Rührwerke zu erhöhen.
-
Da Balkenrührwerke, die bei kleinen Hauptkalkungsgefäßen ein gutes
Verweilzeitspektrum ergeben, bei großen Gefäß-
Abmessungen nicht
mehr einsetzbar sind, wurden in zunehmendem Maße langsam laufende Propeller-Rührwerke
mit und ohne Leiteinrichtungen eingesetzt. Der Einsatz von langsam laufenden Propeller-Rührwerken
erbrachte aber in den meisten Fällen kein zufriedenstellendes Verweilzeitspektrum.
-
Zur Verbesserung des Verweilzeitspektrums mußten daher bei großen
Hauptkalkungsgefäßen sehr aufwendige Rührwerke und Leiteinrichtungen eingesetzt
werden.
-
In dem Bemühen, ein gutes Verweilzeitspektrum bei geringerem apparativem
Aufwand zu erzielen, wurde auch bereits vorgeschlagen, das Hauptkalkungsgefäß über
eine Strömungsberuhigungseinrichtung in Form eines Zwischenbodens zu unterteilen
(vgl. DE-Gbm 79 25 976). Ein optimales Verweilzeitspektrum ist jedoch auch hierbei
nicht zu erwarten.
-
Ein weiterer Nachteil bekannter Hauptkalkungsgefäße ist der Umstand,
daß sich bei aufsteigender Strömung am zylindrischen Außenmantel infolge ungenügender
Wärmeisolierung Konvektionsströmungen ausbilden, die der Hauptströmung entgegengesetzt
sind. Diese Konvektionsströmungen verschlechtern das Verweilzeitspektrum zusätzlich.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein
Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei dem ohne aufwendige
Rührwerke und Leiteinrichtungen eine Verbesserung des Verweilzeitspektrums erzielt
wird.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,. daß der Saft in
einer Ringströmung schraubenförmig von oben nach unten geleitet, umgelenkt und in
einer getrennten Zylinderströmung von unten nach oben geführt wird.
-
Ein vorteilhafter apparativer Aufbau ergibt sich, wenn die Ringströmung
auf der Außenseite der getrennten Zylinderströmung durchgeführt wird.
-
Bei einem Hauptkalkungsgefäß der eingangs genannten Art wird die erfindungsgemäße
Verfahrensweise dadurch erreicht, daß der Safteinlauf in den Ringraum im. Bereich
des oberen Endes ziels Gefäßes tang.ential einmündet und daß die obere Öffnung des
zylindrischen Innenrohres gegenüber dem Ringraum abgeschlossen und mit dem Saftauslauf
verbunden ist.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sind selbst bei großen Hauptkalkunsgefäßen
aufwendige Rührwerke und Leiteinrichtungen nicht notwendig.
-
Das gute Verweilzeitspektrum bei wesentlich verringertem apparativem
Aufwand ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß aufgrund der erfindungsgemäßen
Verfahrensweise eine gerichtete Strömung erzeugt wird, die schraubenförmig von oben
nach unten erfolgt und nach der Umlenkung von der Ringströmung getrennt weitergeführt
wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Hauptkalkungsgefäßes kann eine
nennenswerte Rückmischung nicht stattfinden.
-
Ein technisch einfacher Weg zur Erzeugung der Rotation im Ringraum
ist die tangentiale Anordnung der Saftzuführung am Deckel oder am Außenmantel. Zur
Erzielung einer gleichmäßigen schraubenförmigen Ringströmung ist es insbesondere
bei sehr großen Hauptkalkungsgefäßen zweckmäßig, daß der Safteinlauf aus einer Anzahl
von tangential am Deckel oder am Außenmantel angeordneten Safteinlaufstutzen gebildet
wird.
-
Eine besonders gleichmäßige Strömung wird dabei dadurch erreicht,
daß die Safteinlaufstutzen eine gleiche tangentiale Ausrichtung haben.
-
Ein technisch einfacher Aufbau eines Hauptkalkungsgefäßes wird dadurch
erreicht, daß das zylindrische Innenrohr mit seinem oberen Öffnungsrand dichtend
an dem Deckel des zylindrischen Außenmantels anschließt und der Saftauslaufstutzen
in der Deckelmitte angeordnet ist. Dadurch kann ein separater Deckel zum Abschluß
des zylindrischen Innenrohres entfallen. Auch wird die Ausgestaltung des Saftauslaufes
dadurch vereinfacht.
-
Es ist jedoch auch möglich im Bedarfsfalle die obere Öffnung des zylindrischen
Innenrohres mit einem separaten Deckel abzuschließen, an dem der Saftauslauf angeschlossen
ist.
-
Dieser separate Deckel kann jede strömungstechnisch geelgncte Form
haben. Zweckmäßig ist es, diesen separaten Deckel gewölbt oder kegelförmig auszubilden.
-
Versuche haben ergeben, daß besonders gute Ergebnisse dann erzielt
werden, wenn das Flächenverhältnis des Querschnittes des Ringraumes für die Ring
strömung gegenüber dem Querschnitt des zylindrischen Innenmantels für die Zylinderströmung
im Bereich zwischen 3:1 und +,5:1 liegt. Vorteilhaft ist das Flächenverhältnis von
1,5:1.
-
Versuche haben ferner ergeben, daß besonders günstige Verhältnisse
durch eine Strömungsgeschwindigkeit des Saftes im Safteinlauf bzw. Safteinlaufstutzen
erzielt werden, die zwischen 0,5 und 3,0 m/s liegt. Vorteilhaft ist es, die Strömungsgeschwindigkeit
im Bereich zwischen 1,0 und 2,0 m/s zu wählen.
-
Um Luftpolster zu vermeiden, ist es zweckmäßig, daß der Ringraum im
Bereich seines oberen Endes mit einem oder mehreren Entlüftungsstutzen ausgestattet
ist.
-
Für die Umlenkung des Saftes im Hauptkalkungsgefäß ist es vorteilhaft,
daß der Abstand der unteren Öffnung des zylindrischen Innenrohres gegenüber dem
Boden des zylindrischen Außenmantels derart gewählt wird, daß sich ein über trittsquerschnitt
ergibt, der dem Querschnitt des zylindrischen Innenrohres entspricht.
-
Im folgenden ist zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
näher beschrieben.
-
Fig. 1 zeigt schematisch in einem Vertikalschnitt ein Hauptkalkungsgefäß
der erfindungsgemäßen Art zur Durchführung des Verfahrens, und Fig. 2 zeigt eine
Draufsicht auf das Hauptkalkungsgefäß gemäß Fig. 1.
-
Das in den Figuren dargestellte Hauptkalkungsgefäß besteht aus einem
zylindrischen Außenmantel 1 mit vertikaler Achse, dessen obere und untere Öffnung
jeweils mit einem Deckel 3 bzw. einem Boden 6 abgeschlossen ist. Sowohl der Deckel
3 als auch der Boden 6 sind im vorliegenden Fall kegelförmig ausgebildet.
-
Innerhalb des zylindrischen Außenmantels 1 ist konzentrisch ein zylindrisches
Innenrohr 2 angeordnet, dessen obere Öffnung dichtend an den Deckel 3 des zylindrischen
Außenmantels 1 anschließt. Die untere Öffnung des zylindrischen
Innenrohres
2 ist im Abstand über dem Boden 6 des zylindrischen Außenmantels 1 angeordnet.
-
Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist am Deckel 3 tangential
ein Safteinlauf in Form eines Safteinlaufstutzens 4 angeordnet. Im Bedarfsfalle
kann der Safteinlauf auch aus mehreren Safteinlaufstutzen bestehen. In Fig. 2 ist
ein Ausführungsbeispiel mit insgesamt vier, jeweils 900 zueinander versetzten Safteinlaufstutzen
4 mit strichpunktierten Linien angedeutet.
-
Der Saftauslauf in Form eines Saftauslaufstutzens 8 befindet sich
im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Mitte des Deckels 3.
-
Der Deckel 3 trägt ferner einen Entlüftungsstutzen 5.
-
Der Boden 6 des zylindrischen Außenmantels 1 ist in seiner Mitte mit
einem Entleerungsstutzen 7 ausgestattet.
-
Das Flächenverhältnis des Querschnittes des Ringraumes zwischen dem
zylindrischen Außenmantel 1 und dem zylindrischen Innenrohr 2 gegenüber dem Querschnitt
des zylindrischen Innenrohres 2 beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel ca.
-
2,5:1.. Der Abstand der unteren Öffnung des zylindrischen Innenrohres
2 gegenüber dem Boden 6 des zylindrischen Außenmantels 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
derart gewählt, daß sich ein Übertrittsquerschnitt ergibt, der etwa dem Querschnitt
des zylindrischen Innenrohres 2 entspricht.
-
Wird nun Saft durch den (bzw. die) Safteinlaufstutzen 4 in den Ringraum
zwischen dem zylindrischen Außenmantel 1 und dem zylindrischen Innenrohr 2 mit einer
Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 3,0 m/s eingespeist, so bildet sich aufgrund
der tangentialen Zuführung im Bereich des oberen Endes des Ringraumes in diesem
eine gerichtete
schraubenförmig von oben nach unten verlaufende
Ringströmung. Im Bereich des kegelförmigen Bodens 6 wird diese Strömung umgelenkt
und innerhalb des zylindrischen Innenrohres 2 in eine von der Ringströmung getrennte
Zylinderströmung überführt, die von unten nach oben verläuft. Am oberen Ende des
zylindrischen Innenrohres 2 wird der Saft dann in der Mitte des Deckels 3 über den
Saftauslaufstutzen 8 dem Hauptkalkungsgefäß entnommen.
-
Durch die Aufteilung des des Gesamtquerschnittes des Hauptkalkungsgefäßes
in zwei Teilquerschnitte ist die Strömungsgeschwindigkeit des Saftes größer,als
wenn der Gesamtquerschnitt in nur einer Richtung durchströmt würde. Durch die Wahl
des Flächenverhlätnisses zwischen Außenring und Innenrohr ) 1 ist die Strömungsgeschwindigkeit
des aufsteigenden Saftes im zylindrischen Innenrohr 2 größer als die Strömungsgeschwindigkeit
des nach unten strömenden Saftes im Ringraum.
-
Die maximale Sedimentationsgeschwindigkeit der Teilchen weit unter
1o cm/min liegt, ist eine Strömungsgeschwindigkeit von o,oo5 m/s = 3O cm/min innerhalb
des zylindrischen Innenrohres 2 voll ausreichend, um eine Sedimentation der Teilchen
zu verhindern.
-
Ein wirkungsvoller Nebeneffekt ergibt sich im Bereich des Übergangsquerschnittes
zwischen dem Ringraum und dem Innenraum des zylindrischen Innenrohres 2. Relativ
schwere Feststoffe im Saft, wie beispielsweise Sand, werden aufgrund ihrer Masse
nicht umgelenkt, so daß sie nicht in den Bereich der aufsteigenden Strömung geraten
und stattdessen in den konischen Boden 6 des Gefäßes absinken. Von dort können sie
über den Entleerungsstutzen 7 in bekannter Weise über eine Schleuse abgeführt werden.
-
Eine Beeinträchtigung der Gleichförmigkeit der nach oben gerichteten
Strömung im zylindrischen Innenrohr 2 durch Konvektionsströmungen ist ausgeschlossen,
da der Saft in diesem Bereich durch den Saft im Ringraum gegen Wärmeverluste vollständig
isoliert ist. Eine Abkühlung des Saftes an der Wandung des zylindrischen Außenmantels
1 wiederum führt auch bei unzureichender Wärmeisolierung des Außenmantels zu keiner
Konvektionsströmung, da die Strömungsrichtung im Ringraum zwischen dem zylindrischen
Außenmantel 1 und dem zylindrischen Innenrohr 2 ohnehin nach unten gerichtet ist.
Diese Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hauptkalkungsgefäßes sind insbesondere
bei der heute häufig gebräuchlichen Aufstellung im Freien von besonderer Bedeutung.
-
Leerseite