DE3119237C2

DE3119237C2 - Verfahren zur alkalischen Behandlung von Säften der Zuckerindustrie sowie Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3119237C2
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: 1984-08-30
Also published as: DE3119237A1

Abstract

Bei einem Verfahren und einem Hauptkalkungsgefäß zur alkalischen Behandlung von Säften wird zur Vermeidung von aufwendigen Rührwerken und Leiteinrichtungen sowie zur Verbesserung des Verweilzeitspektrums der Saft in einer Ringströmung schraubenförmig von oben nach unten geleitet, umgelenkt und in einer getrennten Zylinderströmung von unten nach oben geführt. Bei einem Hauptkalkungsgefäß mit einem zylindrischen Außenmantel mit vertikaler Achse, einem Deckel und einem vorzugsweise kegelförmigen Boden mit Entleerungsstutzen, einem koaxial angeordneten zylindrischen Innenmantel, dessen untere Öffnung mit dem zwischen dem zylindrischen Außenmantel und dem zylindrischen Innenmantel gebildeten Ringraum in Verbindung steht sowie mit einem Safteinlauf und einem Saftauslauf wird dies dadurch erreicht, daß der Safteinlauf in den Ringraum tangential im Bereich des oberen Endes des Gefäßes einmündet und daß die obere Öffnung des zylindrischen Innenmantels gegenüber dem Ringraum abgeschlossen und mit dem Saftauslauf verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur alkalischen Behandlung von Säften der Zuckerindustrie in einem zylindrischen Hauptkalkungsgefäß, wobei die mit AlkalisierungsmiUel versetzten Säfte in das Hauptkalkungsgefäß oben eingeleitet und nach Umlenkung im unteren Teil des Gefäßes nach oben abgeführt werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens, mit einem zylindrischen Außenmantel mit vertikaler Achse, einem Deckel und einem 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 Safteinlauforgan und einem Saftauslauforgan.

Bestandteil der Saftreinigung in einer Rübenzuckerfabrik 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 Vorcarbonatation) 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 Vcrweilzeit ist abhängig von der Saftqualität und beträgt bei einer Temperatur zwischen 80 und 90° C im allgemeinen 10 bis 20 min.

Da der kalte Saft mit der Kalkmilch bereits im kleinen

W) Rührgefäß vermischt wurde, muß im großen Hauptkalkungsgefäl.l lediglich dafür Sorge getragen werden, daß eine Kntmischung des Saftes und der suspendierten Teilchen nicht erfolgen kann. Zu diesem Zweck wird im allgemeinen in dem Hauptkalkungsgefäß ein Rührwerk

b^r, vorgesehen, daß der jeweiligen Größe des Hauptkalkungsgefäßes angepaßt ist. Mit steigender Kapazität tier Zuckerfabriken wurden auch immer größere Gefä-Be liiidie I laiiplkalkung eingesetzt. Dementsprechend

war es auch notwendig, die Kapazität der Rührwerke zu erhöhen.

D<\ 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 V· rweilzeitspektrums mußten daher bei großen Hauptkalkungsgefäßen sehr aufwendige Rührwerke und Leiteinrichtungen eingesetzt werden.

In dem Bemühen, ein guies Verweilzeitspektrum bei geringerem apparativem Aufwand zu erzielen, wurde auch bereits vorgeschlagen, das Hauptkalkungsgefäß über eine Strömungsberuhigungseinriehtung in Form eines Zwischenbodens zu unterteilen (vgl. DE-GM 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 KonvektiGnsströmungen ausbilden, die der Hauptströmung entgegengesetzt sind. Diese Konvektionsströmungen verschlechtern das Verweilzeitspektrum zusätzlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Hauptkalkun.gsgefäß 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 die Säfte in einer Ringströmung schraubenförmig von oben nach unten geleitet, umgelenkt und in einer von der Ringströmung getrennten Zylinderströmung von unten nach oben geführt werden.

Ein vorteilhafter apparativer Aufbau ergibt sich, wenn die Ringströmung auf der Außenseite der Zylinderströmung durchgeführt wird.

Bei einem Hauptkalkungsgefäß der eingangs genannten Art wird die erfindungsgemäße Verfahrensweise dadurch erreicht, daß das Safteinlauforgan in den Ringraum im Bereich des oberen Endes des Gefäßes tangential einmündet und daß die obere öffnung des zylindrischen Innenrohres gegenüber dem Ringraum abgeschlossen und mit dem Saftauslauforgan verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sind selbst bei großen Hauptkalkungsgefäßen 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 Ringslrömung ist es insbesondere bei sehr großen Hauplkalkungsgefäßen zweckmäßig, daß das Safleinlauforgan aus einer Anzahl von tangential am Deckel oder am Außenm3ntel angeordneten Stutzen gebildet wird.

Ein technisch einfacher Aufbau eines Kauptkalkungsgefäßes wird dadurch erreicht, daß das zylindrische Innenrohr mit seinem oberen Öffnungsrand dichtend an dem Deckel des zylindrischen Außenmanielä anschließt und das Saftauslaulorgan in der Deckelmitte angeordnet isL Dadurch kann ein separater Deckel zum Abschluß des zylindrischen Innenrohres entfallen. Auch wird die Ausgestaltung des Saftauslauforgan dadurch vereinfacht.

ίο Es ist jedoch auch möglich im Bedarfsfalle die obere öffnung des zylindrischen Innenrohres mit einem separaten Deckel abzuschließen, an dem das Saftauslauforgan angeschlossen ist. Dieser separate Deckel kann jede strömungstechnisch geeignete 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 Ringströmung gegenüber dem Querschnitt des zylindrischen Innenmantels für die Zylinderströmung im Bereich zwischen 3 :1 und 0,5 :1 liegt. Vorteilhaft ist das Flächenverhältnis von 1,5 : 1.
Versuche haben ferner ergeben, daß besonders günstige Verhältnisse durch eine Strömungsgeschwindigkeit des Saftes beim Safteinlauf 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 Übertrittsquerschnitt 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 Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch in einem Vertikalschnitt ein Hauptkalkungsgcläß 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 zylindrischer. Außenmantels 1 angeordnet.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist am Dekkel 3 tangential ein Safteinlauforgan in Form eines Stutzens 4 ai.geordnet. Im Bedarfsfalle kann das Safteinlauforgan auch aus mehreren Stutzen bestehen. In F i g. 2 ist

b5 ein Ausführungsbeispiel mit insgesamt vier, jeweils 90° zueinander versetzten Stutzen 4 mit strichpunktierten Linien angedeutet.
Das Saftauslauforaan in Form eines Stutzens 8 befin-

det sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Mitte des Deckels 3.

Der Deckel 3 trägt ferner einen Entlüftungssiutzen 5.

Der Boden 6 des zylindrischen Außenmantels 1 ist in seiner Mitte mit einem Entleerungsstuizen 7 ausgestat- ^r> tot.

Das Flächenverhältnis des Querschnittes des Ringraumes zwischen dem /yiindrischen Außenmantcl 1 und dem zylindrischen Innenrohr 2 gegenüber dem Querschnitt des zylindrischen Innenrohres 2 betragt im vor- ι ο liegenden Ausführungsbeispiel ca. 2.5 : 1. Der Abstand der unteren öffnung des zylindrischen Inncnrohres 2 gegenüber dem Boden 6 des zylindrischen Außcninantels 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel derart gewählt, daß sich ein Überirittsquerschnitt ergibt, der r> etwa dem Querschnitt cies zylindrischen inncnrohres 2 entspricht.

Wird nun Saft durch den (bzw. die) Stutzen 4 in den Ringraum zwischen dem zylindrischen Außenmantcl 1 und dem zylindrischen Innenrohr 2 mit einer Strö- 2n mungsgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 3,0 m/s eingespeist, so bildet sich aufgrund der tangcniialcn 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 Innenrohrcs 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 jo in der Mitte des Deckels 3 über den Stutzen 8 dem Hauptkalkungsgefäß entnommen.

Durch die Aufteilung des Gesamiquerschnittes des Hauptkalkungsgefäßes in zwei Teilquerschnitte ist die Strömungsgeschwindigkeit des Saftes größer, als wenn r> der Gesamtquerschnitt in nur einer Richtung durchströmt würde. Durch die Wahl des Flächenverhältnisses zwischen Außenring und Innenrohr > 1 ist die Strömungsgeschwindigkeit des aufsteigenden Saftes im zylindrischen Innenrohr 2 größer als die Strömungsge- 4« schwindigkeit des nach unten strömenden Saftes im Ringraum.

Da die maximale Sedimentationsgeschwindigkeit der Teilchen weil unter 10 cm/min liegt, ist eine Strömungsgeschwindigkeit von 0.005 m/s = 30 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 Innenroh- jo res 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 statt dessen 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 mi der Saft in diesem Bereich durch den Saft im Ringraum gegen Wärmeverluste vollständig isoliert ist. F.inc Abkühlung des Saftes an der Wandung des /yiindrischen Außenmantels 1 wiederum führt auch bei unzureichender Wärmeisolierung des Außenmantcls zu keiner Kon- b^r> vektionsströmung. da die Strömungsrichtung im Ringraum zwischen dem zylindrischen Außcnmantel 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur alkalischen Behandlung von Säften der Zuckerindustrie in einem zylindrischen Hauptkalkungsgefäß, wobei die mit Alkalisierungsmittel versetzten Säfte in das Hauptkalkungsgefäß oben eingeleitet und nach Umlenkung im unteren Teil des Gefäßes nach oben abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Säfte in einer Ringströmung schraubenförmig von oben nach unten geleitet, umgelenkt und in einer von der Ringsirömung getrennten Zylinderströmung von unten nach oben geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringströmung auf der Außenseite der ZylLnderströmung durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Saftes beim Safteinlauf zwischen 0,5 und 3,0 m/s beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit zwischen 1,0 und 2,0 m/s beträgt.

5. Hauptkalkungsgefäß zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, mit einem zylindrischen Außenmantel (1) mit vertikaler Achse, einem Deckel (3) und einem 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 sieht, sowie einem Safteinlauforgan (4) und einem Saftauslauforgan (8), dadurch gekennzeichnet, daß das Safteinlauforgan (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 Saftauslauforgan (8) verbunden ist.

6. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (6) kegelförmig ausgebildet ist.

7. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Safteinlauforgan ein Stutzen (4) vorgesehen ist, der am Deckel im Bereich des Ringraumes oder am Außenmantcl tangential angeordnet ist.

8. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Safteinlauforgan aus einer Anzahl von tangential am Deckel im Bereich des Ringraumes oder am Außenmantel angeordneten Stutzen (4) besteht.

9. Hauptkalkungsgefäß nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Innenrohr (2) mit seinem oberen Öffnungsrand dichtend an den Deckel (3) des zylindrischen Außenmantels (1) anschließt und das Saftauslauforgan (8) in der Deckelmitte angeordnet ist.

10. Hauptkalkungsgefäß nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Öffnung des zylindrischen inncnrohres mit einem separaten Deckel abgeschlossen ist, ;in den das Saftauslauforgan anschließt.

11. Haiiptkalkungsgcfäß nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der separate Deckel gewölbt oder kegelförmig ist.

12. Hiiuptkalkungsgcfäß nach Anspruch I, 2, }, 4

oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis des Querschnittes des Ringraumes gegenüber dem Querschnitt des zylindrischen Innenrohres 3 :1 bis 0.5 :1 beträgt

13. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch J2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhäitnis 1,5 :1 beträgt.

14. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum im Bereich seines oberen Endes mit einem oder mehreren Entlüftungsstutzen (5) ausgestattet ist

15. Hauptkalkungsgefäß nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der unteren öffnung des zylindrischen Innenrohres (2) gegenüber dem Boden (6) des zylindrischen Außenmantels (1) derart gewählt ist, daß sich ein Übertrittsquerschnitt ergibt, der eiern Querschnitt des zylindrischen Inncnrohres (2) entspricht.