DE3119237A1

DE3119237A1 - Verfahren zur alkalischen behandlung von saeften sowie hauptkalkungsgefaess zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3119237A1
Application number: DE19813119237
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Chem. 5800 Hagen Forth
Original assignee: H Putsch GmbH and Co KG
Current assignee: H Putsch GmbH and Co KG
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE3119237C2

Description

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

Claims

Verfahren zur alkalischen Behandlung von Säften sowie Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens Patentansprüche 1. Verfahren zur alkalischen Behandlung von Säften in einem zylindrischen Hauptkalkungsgefäß, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Saft in einer Ringströmung schraubenförmig von oben nach unten geleitet, umgelenkt und in einer getrennten Zylinderströmung von unten nach oben geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ringströmung auf der Außenseite der getrennten Zylinderströmung durchgeführt wird.
3. Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, mit einem zylindrischen Außenmantel (1) mit vertikaler Achse, einem Deckel (3) und einem vorzugsweise kegelförmigen Boden (6) mit Entleerungsstutzen (7), einem koaxial angeordneten zylindrischen Innenrohr (2), dessen untere Öffnung mit dem zwischen dem zylindrischen Außenmantel (1) und dem zylindrischen Innenrohr (2) gebildeten Ringraum in Verbindung steht, sowie einem Safteinlauf (4) und einem Saftauslauf (8), dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Safteinlauf (4) in den Ringraum im Bereich des oberen Endes des Gefäßes tangential einmündet und daß die obere Öffnung des zylindrischen Innenrohres (2) gegenüber dem Ringraum abgeschlossen und mit dem Saftauslauf (8) verbunden ist.
4. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Safteinlauf ein Safteinlaufstutzen (4) vorgesehen ist, der am Deckel im Bereich des Ringraumes oder am Außenmantel tangential angeordnet ist.
5. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Safteinlauf aus einer Anzahl von tangential am Deckel im Bereich des Ringraumes oder am AußenmanteL angeordneten Safteinlaufstutzen (4) besteht.
6. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Safteinlaufstutzen (4) eine gleiche tangentiale Ausrichtung aufweisen.
7. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das zylindrische Innenrohr(2) mit seinem oberen öffnungsrand dichtend an den Deckel (3) des zylindrischen Außenmantels (1) anschließt und der Saftauslauf (8) in der Deckelmitte angeordnet ist.
8. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die obere Öffnung des zylindrischen Innenrohres mit einem separaten Deckel abgeschlossen ist, an den der Saftauslauf anschließt.
9. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der separate Deckel gewölbt oder kegelförmig ist.
10. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Flächenverhältnis des Querschnittes des Ringraumes für die Ringströmung gegenüber dem Querschnitt des zylindrischen Innenrohres für die Zylinderströmung 3:1 bis 0,5:1 beträgt.
11. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 10, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das Flächenverhältnis 1,5:1 ist.
12. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strömungsgeschwindigkeit desSaftes im Safteinlauf bzw. Safteinlaufstutzen (4) im Bereich von o,5 bis 3,o m/s liegt.
13. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 12, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1,0 und 2,0 m/s beträgt.
14. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ringraum im Bereich seines oberen Endes mit einem oder mehreren Entlüftungsstutzen (5) ausgestattet ist.
15. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 3, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand der unteren Öffnung des zylindrischen Innenrohres (2) gegenüber dem Boden (6) des zylindrischen Außenmantels (1) derart gewählt ist, daß sich ein ttbertrittsquerschnitt ergibt, der dem Querschnitt des zylindrischen Innenrohres (2) entspricht.