DE3120732A1

DE3120732A1 - "verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen verdampfungskristallisation"

Info

Publication number: DE3120732A1
Application number: DE19813120732
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Austmeyer; Erich Prof. Dr. 3340 Wolfenbüttel Reinefeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-25
Filing date: 1981-05-25
Publication date: 1982-12-09
Also published as: EP0065775A3; DE3265214D1; EP0065775A2; EP0065775B1

Description

Professor Dr. Erich Reinefeld Roseggerweg 18, 3340 Wolfenbüttel

"Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Verdampfungskristallisation"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Verdampfungskristallisation in einer aus Saft und Kristallen bestehenden Suspension für die Zuckergewinnung, bei dem die Suspension nacheinander durch mehrere voneinander getrennte Behandlungsräume hindurchgeleitet und in den Behandlungsräumen bei gleichzeitiger Wärmezufuhr unter Aufrechterhaltung eines Brüdendruckes von etwa O₃I bis 0,3 bar in eine interne Umlaufströmung versetzt und in dem ersten Raum mit einer übersättigten Zulauflösung sowie in den nachfolgenden Räumen dosiert mit zugeführtem Einzugssaft vermischt wird.

Bei den bekannten Verfahren vorgenannter Art sind die Behandlungs räume entweder nebeneinander (DE-AS 12 54 589) oder übereinander (DE-AS 26 27 825) angeordnet und mit Einrichtungen zur überlauf-

j regelung versehen in der Weise, daß die in der ersten Kairoer befindliche Suspension nacheinander die folgenden Kammern durchströmt und in diesen Kammern mit zugeführtem Einzugssaft vermischt wird. Die interne Umlaufströmung der Suspension wird in den Kammern der vorgenannten Ausführungsformen allein durch die Einwirkung der in den Kammern vorgesehenen Heizeinrichtungen erzielt.

Bei anderen bekannten Verfahren (Zeitschrift "Zucker" 24.Jahrgang Heft 22, Seiten 687 - 699 und Heft 23, Seiten 715 - 725) erfolgt die kontinuierliche Verdampfungskristallisation entweder in nebeneinander angeordneten Kammern mit einer Überlaufregelung oder aber in einem stehenden Zylinder, welcher als Variante des klassischen diskontinuierlichen Kochapparates ausgebildet und welcher mit um ieine zentrale Welle umlaufend bewegten Rührelementen ausgerüstet ist.

Auch bei einer Anordnung der Behandlungsräume nebeneinander in einem liegenden Zylinder sind bereits Rührarme zur Förderung der Umlaufströmung verwendet worden.

Sowohl bei dem diskontinuierlichen Verfahren als auch beim kontinuierlichen Verfahren der Verdampfungskristallisation ergeben sich Probleme dadurch, daß eine laufende Veränderung der Suspension während der Behandlung erfolgt und zu Beginn des Behandlungsvorganges während des besonders ausgeprägten

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Kristallwachstums die Gefahr der Bildung von Konglomeraten besteht, die sich mit zunehmender Behandlungsdauer und Vergrößerung der Kristallmasse vermindert bei gleichzeitiger Erhöhung der Zähigkeit der Suspension. Durch die sich verändernde Suspension ergeben sich während der Behandlungsdauer auch unterschiedliche Bedingungen für die Erzielung eines günstigen Wärmeüberganges, durch den eine Verkürzung der Behandlungsdauer bzw. Senkung des treibenden Temperaturgefälles und damit eine Energieeinsparung möglich sind.

Bei den bekannten Verfahren sowohl bei der diskontinuierlichen als auch bei der kontinuierlichen Kristallisation ist es bisher nicht möglich, den unterschiedlichen Erfordernissen bei der Behandlung der Suspension vom Beginn des Kristallisationsprozesses bis zur Beendigung des Prozesses hinreichend Rechnung zu tragen.

Ausgehend von vorgenannten Erkenntnissen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das einleitend genannte Verfahren so weiterzubilden, daß eine unterschiedliche Behandlung der Suspension in der Phase der Kristallbildung sowie der nachfolgenden Konzentration des Kristallanteiles bei gleichzeitiger Verminderung des Energieaufwandes erfolgt.

Zur Lösung vorstehender Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Suspension in den ersten Behandlungsräumen, durch die

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i sie hindurchgeführt wird, der Einwirkung hochtouriger Misch-

I rührer zur Erzeugung hochturbulenter Scherfelder ausgesetzt

! und in eine sichtbare Zirkulationsströmung sowie in dem oder

! den nachfolgenden bzw. letzten Behandlungsräumen in eine im

I wesentlichen laminare Umlaufströmung durch Einwirkung nieder-

j touriger Rührer versetzt wird, und daß die Suspension in al-

ι len Räumen in eine konzentrische Ring-Umlaufströmung mit saug-

; seitiger Zufuhr des Einzugssaftes überführt und auf einem

ι möglichst niedrigen, jedoch die Umlaufströmung gewährleisten-

; den Niveau gehalten wird.

! Durch die vorgenannten Verfahrensmaßnahmen wird in den ersten

^: Behandlungsräumen durch die Einwirkung hochtouriger Mischrührer infolge der erzeugten, ebenfalls hochturbulenten Scherfelder : die Konglomeratbildung praktisch vollkommen vermieden und gleichzeitig eine Einengung der Korngrößenverteilung während des ersten maßgeblichen Wachstums der Kristalle erreicht. Dabei wird gleichzeitig eine Homogenisierung der Suspension zum Zwecke des größtmöglichen Stoffüberganges erzielt.

Demgegenüber wird die Suspension in dem oder den nachfolgenden Behandlungsräumen lediglich in eine laminare Umwälzströmung versetzt, bei der einerseits ein günstiger Wärmeübergang von der Heizeinrichtung auf die Suspension gewährleistet wird, jedoch andererseits eine nachteilige Beeinträchtigung der Kristalle durch den Rührvorgang vermieden wird.

- ίο -

Dadurch, daß in allen Räumen die Zufuhr des Einzugssaftes auf der Saugseite des Rührers erfolgt, wird eine intensive und gleichmäßige Vermischung des Einzugssaftes mit der Suspension sichergestellt und durch die Einstellung des Niveaus der Suspension in jeder Behandlungskammer auf einen möglichst niedrigen Wert bei gleichzeitiger Einstellung des Brüdendruckes von etwa 0,1 bis 0,3 bar die erforderliche Verdampfung mit relativ geringer Heizleistung erzielt. Hier wirkt sich der außerordentlich geringe statische Druck, welcher im Bereich des Wärmeüberganges auch in den unteren Zonen der Behandlungsräume in der Suspension herrscht, besonders günstig aus. Schließlich wird auch durch die unterschiedliche Behandlung der Suspension der Energieaufwand für die Erzeugung der Misch- bzw. Umlaufströmung durch die Verwendung der unterschiedlichen Rührer gering gehalten.

Zweckmäßig ist es, wenn die Suspension niveaugesteuert aus den einzelnen Behandlungsräumen jeweils druckseitig abgezogen und saugseitig dem nächstfolgenden Behandlungsraum zugeführt wird. Hierdurch wird zum einen sichergestellt, daß in den einzelnen Behandlungsräumen das Niveau nicht unter einen Wert sinkt, durch den die Umlaufströmung gestört wird, während andererseits eine Erhöhung des Niveaus, welche automatisch auch zu einer Erhöhung des statischen Druckes in der Suspension führen würde, unterbunden wird. Die druckseitige Entnahme

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der Suspension ist deshalb zweckmäßig, weil die Suspension im Druckraum, also nach unmittelbarer Durchmischung durch den Rührer weitgehend homogenisiert ist. Die saugseitige Zuführung der Suspension zum nächstfolgenden Behandlungsraum gewährleistet, ähnlich wie die Zuführung des Einzugssaftes, eine schnelle Vermischung der zugeführten Suspension mit dem Inhalt des Behandlungsraumes, dem die Suspension zugeführt wird.

Der Einzugssaft wird zweckmäßigerweise den einzelnen Behandlungsräumen in Abhängigkeit von der jeweiligen Zähigkeit bzw. elektrischen Leitfähigkeit oder Siedepunktserhöhung bzw. Dichte der in dem entsprechenden Behandlungsraum befindlichen Suspension gesteuert zugeführt. Durch diese Art der Steuerung des Einzugssaftes können beispielsweise Schwankungen in der Heizleistung ausgeglichen werden. Wenn beispielsweise die Heizleistung vorübergehend geringer wird, verlangsamt sich auch die Viskositätsänderung, so daß in diesem Falle nur eine geringere Menge des Einzugssaftes in den entsprechenden Behandlungsraum überführt wird, so daß die Verweilzeit der Suspension in dem Behandlungsraum sich entsprechend verlängert, da gleichzeitig mit der Verminderung der Zuführung des Einzugssaftes auch eine Verlangsamung der Niveauänderung einhergeht und demgemäß der niveaugesteuerte Abzug der Suspension aus dem betreffenden Behandlungsraum verringert wird.

j - 12 -

, Das neue Verfahren ist insbesondere für die Kristallisation

^; von Nachprodukten bei der Zuckergewinnung geeignet, weil bei

; der Behandlung des Nachproduktes die Gefahr der Inkrustation in den einzelnen Behandlungsräumen bzw. in den die Behänd-

: lungsräume verbindenden Rohrleitungen gering ist. Bei dieser ^: bevorzugten Anwendung des Verfahrens können bereits vier oder fünf Behandlungsräume ausreichen, von denen z.B. in den beiden ersten die genannten hochturbulenten Scherfelder durch entsprechend hochtourige Mischrührer erzeugt werden, während in den nachfolgenden Behandlungsräumen die Suspension durch die Einwirkung der niedertourigen Rührer nur in eine laminare Umlauf strömung versetzt wird·. .

Bei der Anwendung des kontinuierlichen Verfahrens zur Kristallisation aus Lösungen höherer Reinheit, insbesondere bei der Weißzucker-Kristallisation - im folgenden wird diese Anwendungsart als Weißzucker-Kristallisation bezeichnet - ist eine Inkrustation praktisch unvermeidbar. Alle Bemühungen, dieser Inkrustation zu begegnen, sind bisher fehlgeschlagen, so daß sich die bisherigen kontinuierlichen Kristallisationsverfahren für die Weißzuckerherstellung in der Praxis nicht haben durchsetzen können.

Um hier Abhilfe zu schaffen, sieht die Erfindung vor, daß bei der vorgenannten Anwendung des Verfahrens die Suspension jeweils an einem der Behandlungsräume, beginnend beim letzten Behandlungsraum, vorbeigeführt und der jeweilig freie Behandlungsraum mittels Dampf, Wasser oder Dünnsaft von den Inkrusta-

ι tionen befreit sowie nachfolgend mit der Suspension des jeweils vorhergehenden Behandlungsraumes gefüllt wird.

Abweichend von den bisherigen Bemühungen wird durch die Erfindung nicht der Versuch unternommen, die Inkrustationen zu ^: vermeiden, sondern Maßnahmen zu treffen, welche während des

[ kontinuierlichen KristallisationsVerfahrens die Beseitigung von Inkrustationen in jeweils einem der Behandlungsräume vor-

. nehmen, so daß trotz der auftretenden Inkrustationen in den einzelnen Behandlungskammern keine Betriebsunterbrechung des

\ Verfahrens erforderlich wird.

j Die Befreiung der jeweils nicht in das Kristallisationsverfahren eingeschalteten Behandlungskammer ist dabei ohne Schwierigkeiten deshalb möglich, weil diese Befreiung praktisch
durch eine Art "Auskochen" erfolgt. Der entsprechenden Behandlungskammer wird also die Heizenergie in gleicher Weise wie beim Kristallisationsprozeß zugeführt, wobei statt des Kochvorganges der Suspension das Auskochen des Behandlungsraumes
durch den zugeführten und in der Kammer kondensierten Dampf bzw. durch das zugeführte Wasser oder den Dünnsaft erfolgt. Die zum Auskochen der Kammer benutzte Flüssigkeit kann nach der erfolgten Auflösung der Inkrustationen zur Rückgewinnung des Zuckers wieder dem Dünnsaft zugeführt werden, so daß keine Zuckerverluste durch die Beseitigung der Inkrustationen in Kauf genommen werdenjmüssen und der wärmetechnische Mehraufwand gering ist.

j - 14 - .

Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens geht die Erfindung

j von bekannten Vorrichtungen mit Behandlungsräumen aus, die als

! voneinander getrennte zylindrische Kammern übereinander ange-

j ordnet sind, und eine von Heizdampf durchströmbare Heizkammer

ι aus Rohr- oder Ringelementen und zwischen diesen vorgesehene '. durchströmbare Querschnitte für die Suspension aufweisen so- ; wie mit Einrichtungen zur dosierten Zuführung des Einzugssaf- ^! tes, zum Abführen des Brüdens und zur überführung der Suspense'ion von der oberen in die jeweils darunterliegende Kammer ausgerüstet sind. Derartige Vorrichtungen kennzeichnen sich erfindungsgemäß dadurch, daß die voneinander getrennten Kammern jeweils entsprechend den Rührwerkskochapparaten für die diskontinuierliche Kristallisation ausgebildet sind und eine Heizkammer mit radial außenliegenden Heizelementen, ggf. auch in Form von Platten, oberhalb des Bodens, ein zentrisches Leitrohr sowie ein unten in diesem gehaltenes Rührwerk aufweisen, wobei die Rührwerke der erstdurchströmten Kammer bzw. Kammern als hochtourige Mischrührer und die Rührwerke der nachfolgenden Kammern als niedertourige Umwälzrührer ausgeführt sind, und daß in den Kammern jeweils Niveausteuerungen zur Einpegelung des Niveaus dicht oberhalb der Heizkammer vorgesehen sind.

Als hochtouriger Mischrührer kommt beispielsweise ein Rührer mit einem schmalflügeligen Propeller in Betracht, während als niedertouriger umwälzrührer ein.kaplanförmiger Propeller beispielsweise zur Anwendung kommen kann. Statt dieser Rührer mit einem Propeller als Rührorgan können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, die in der Technik allgemein

ΐ bekannt sind. Durch die Anordnung der einzelnen Behandlungs- \ j kammern übereinander ergibt sich eine Art Kaskadenschaltung, !

j welche jddoch im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen in

jeder der Kammern mit einem Rührwerk bzw. einem Rührer ausge- , j rüstet ist, durch den der StoffÜbergangsprozeß bei gleichzei- \ ί tiger Verbesserung der Produktqualität beschleunigt wird. j

j :

I Zur Zuführung des Einzugssaftes in die Kammern ist ein ober- \ '; halb des Rührers der jeweiligen Kammer ausmündendes Zulauf- ' ' rohr über ein Steuerventil mit einer Speiseleitung verbunden, ;

während im Raum unterhalb des Rührers bzw. im Boden des je- .

^: weiligen Behandlungsraumes ein mit einem Ventil bzw. einer '

i ;

> Klappe ausgerüstetes Suspensionsabzugsrohr vorgesehen und mit j f . ''

! einem Suspensionszuführrohr der nächstfolgenden Kammer verbunden :

ist. Das Steuerventil des Zulaufrohres für den Einzugssaft
ist mit einem in der zugehörigen Kammer angeordneten Fühler zur
Ermittlung der Zähigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der
Dichte oder der Siedepunktserhöhung der Suspension und das Ven- : til oder die Klappe des Suspensionsabzugsrohres mit einem in
der gleichen Kammer dicht oberhalb der Heizeinrichtung angeordneten Niveaufühler oder -schalter verbunden. Hierdurch ist
_: es möglich, in Abhängigkeit von bestimmten Zustandsgrößen der ^; Suspension in den einzelnen Kammern die Zuführung des Einzugssaftes bzw. die überführung der Suspension von der einen in
die andere Kammer zu steuern bzw. zu regeln und eine gleichmäßige Behandlung der jeweils in den einzelnen Kammern befindlichen Suspension zu gewährleisten.

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Eine konstruktiv einfache Lösung ergibt sich, wenn bei mehreren übereinander angeordneten Kammern mit hochtourigen Rührern bzw. bei mehreren übereinander angeordneten Kammern mit niedertourigen Rührern die hochtourigen bzw. niedertourigen Rührer jeweils auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet sind.

Bei der Behandlung von Nachprodukt-Suspensionen wird die Förderung der Suspension durch die einzelnen Kammern zur -.Erzielung einer Umlaufströmung erheblich durch die zunehmende Zähigkeit der Suspension erschwert. Hierdurch ergeben sich₄ insbesondere in der oder den letzten Behandlungskammern, äußerst ungünstige Betriebszustände sowohl hinsichtlich der Wärmeübertragung als auch in bezug auf die notwendige Leistung des Rührwerkes.

Um hier Abhilfe zu schaffen, empfiehlt es sich, bei Vorrichtungen zur Kristallisation von Nachprodukt-Suspensionen den Durchmesser der Behandlungskammern von der erstdurchströmten bis zur letztdurchströmten zu vergrößernder wenigstens die von der Suspension zuletzt durchströmten Kammern mit einem größeren Durchmesser auszubilden als die erstdurchströmten Kammern. Es soll, mit anderen Worten, der hydraulische Durchmesser der durchströmten Heizelemente bei Aufrechterhaltung der Größe der Heizfläche und der Höhe der Heizkammer entsprechend der Zunahme der Zähigkeit der Suspension vergrößert werden.

Bei Vorrichtungen zur Weißzucker-Kristallisation sind Vorkehrungen für die bereits einleitend beschriebene Beseitigung der Inkrustationen zu treffen. Aus diesem Grunde sieht die Erfindung bei Vorrichtungen zur Kristallisation aus Lösungen höherer Reinheit, wie Weißzucker-Kristallisation, vor, daß alle Kanunern zur Beseitigung von Inkrustationen an eine Zuführungsleitung für Dampf, Wasser und/oder Dünnsaft über Steuerventile angeschlossen und bodenseitig mit ventilgesteuerten Ablaufleitungen für das die Inkrustation auflösende Medium ausgerüstet sind, und daß die Zu- und Ablaufrohre für dieSus- ; pension an einer durchgehenden Speiseleitung jeweils über Drei- ■ Wegeventile angeschlossen sind. Hierdurch ist es möglich, je-

weils wenigstens eine der Kammern während des normalen Betrie- j bes der anderen Kammern von den Inkrustationen zu befreien ; und die Kammern nacheinander zu reinigen, so daß der kontinuierliche Kristallisationsprozeß hierdurch nicht unterbrochen werden muß.

Die jeweilige Anzahl der Kammern kann unterschiedlich gewählt werden, wobei im allgemeinen für die Behandlung von NachproduK)-Suspensionen eine geringere Anzahl von Kammern erforderlich ist als für die Weißzucker-Kristallisation.

Bei einer Vielzahl von Kammern empfiehlt es sich, diese in Form zweier aufrechtstehender Türme oder Zylinderbehälter zu bilden und die Kammern der Türme bzw. Zylinderbehälter strömungstechnisch so in Reihe zu schalten, daß die Kammern jedes

Turmes oder jedes Zylinderbehälters von oben nach unten durchströmt werden.

Die Zeichnung gibt Ausführungsbeispiele der Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens in schematischer Darstellung wieder.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung in Form eines Längsschnittes durch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Kristallisation von Nachprodukt für die Zuckergewinnung,

Fig. 2 ebe_nfalls eine im Längsschnitt wiedergegebene schematische Darstellung einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Kristallisation aus Lösungen höherer Reinheit, z.B. zur Weißzucker-Kristallisation.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 besteht aus einem aufrechtstehenden zylindrischen Behälter, welcher insgesamt mit 1 bezeichnet ist. Der zylindrische Behälter 1 ist in diesem Beispiel unterteilt in vier Behandlungsräume 2 bis 5j welche voneinander getrennte zylindrische Kammern bilden, die übereinander angeordnet sind. Die Kammern 2 bis 5 dienen zur Aufnahme der zu behandelnden aus Saft und Kristallen bestehenden Suspension, welche in den einzelnen Kammern jeweils in eine Umlaufströmung versetzt wird. Die Böden 2a bis 5a der Kammern sind dem Verlauf der Stromlinien angepaßt. Relativ dicht oberhalb der Böden 2a bis 5a befinden sich in den einzelnen Behandlungskammern die Heizkammern 6, welche aus Rohr-, Platten- oder Ringheizkörpern bestehen mit frei durchströmbaren Querschnitten zwischen den Heizkörpern, um die Umlaufströmung der Suspension zu 'ermöglichen. Die Heizkammern 6 sind in dem Beispiel an eine gemein-

: ■ - 19 - .

same Heizdampfleitung 7 angeschlossen. Die Austrittsstutzen 8 j

_: der Heizkammern 6 sind ihrerseits mit einer in der Zeichnung ;

j nicht wiedergegebenen Sammelleitung für das Kondensat verbunden. .

i ; Die Heizkammern 6 umschließen ein zentrisches Leitrohr 9j in

j welches die insgesamt mit 10 bzw. 11 bezeichneten Rührwerke

! : mit ihren Rührern 12,13 bzw. 14,15 hineinragen. Dabei sind die ; ι beiden Rührer 12 und 13 über eine gemeinsame Antriebswelle 16 · j mit dem Antriebsmotor 18 bzw. die Rührer 1*1,15 über die gemein- >

ι- ί

! same Welle 17 mit dem Motor 19 verbunden. i

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! Die Rührwerke 10 und 11 erzeugen in den Kammern 2 bis 5 Umlauf-

I strömungen der Suspension in der Weise, daß diese in Richtung

j der Pfeile durch die freien Querschnitte der Heizkammern 6 von

I unten nach oben hindurchströmt und von oben in die zentrischen

j Leitrohre 9 gelangt.

I Zur Abführung des Brüdens aus den einzelnen Behandlungskammern

' 2 bis 5 sind in diesen Kammern angeordnete Abzugseinrichtungen

; 20 vorgesehen, welche mit einer gemeinsamen Abführungsleitung

: 21 verbunden sind, die zu einer in der Zeichnung nicht wieder-

^: gegebenen Brüdenkompression führen kann. Die Brüdenabzugsein-

: richtungen 20 können dabei mit Filtern, Abscheidern oder dgl.
in bekannter Weise ausgerüstet sein.

In die Behandlungskammer 2 wird in einem nicht dargestellten
Dünnschichtverdampfer konzentrierte Zulauflösung durch die
Zuführungsleitung 22 eingeführt. Weiterhin ist die Behänd-

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lungskammer 2 mit einer Zuführungsleitung 23 verbunden, durch welche der Kristallfuß (Saatgut) eingespeist wird. Die Zuführungsleitung 22 endet in dem zentrischen Rohr 9 der Kammer 2 dicht oberhalb der Außenkante des Rührers 12.

Die Zuführung der Einzugslösung zu allen Behandlungskammern 2 bis 5 erfolgt über eine Speiseleitung 24, welche über Steuerventile 25 mit den einzelnen Zulaufrohren 26 der Kammern 2 bis 5 verbunden ist. Die Zulaufrohre 26 enden ebenfalls auf der Saugseite der Rührer 12 bis 15 in dem zentrischen Leitrohr 9· Die Steuerventile 25 sind mit Fühlern 27 und Regeleinrichtungen 28 verbunden zur Regelung der Zähigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Dichte oder der Siedepunktserhöhung der in der jeweiligen Kammer befindlichen Suspension. Ferner ist in jeder Kammer ein Niveaufühler 29 vorgesehen, über welchen der Füllungsstand der Suspension in jeder Kammer dicht oberhalb der Heizkörper gehalten wird, da die Nieveaufühler 29 über elektrische Leitungen ein Ventil bzw. eine Klappe 30 zwischen einem Suspensionsabzugsrohr 31 der jeweils zugehörigen Kammer und einem Suspensionszuführungsrohr 32 für die nächstfolgende Kammer steuern, wobei das Suspensionsabzugsrohr 31 im jeweiligen Boden 2a bis 5a. der Kammern 2 bis 5 angeordnet ist, während die Suspensionszuführungsrohre 32 wiederum auf der Saugseite der Rührer 12 bis 15 in dem zentrischen Leitrohr enden. Das Suspensionsabzugsrohr 31a der Kammer 5 dient dabei zur Weiterleitung der fertigbehandelten Suspension, welche als Produktmagma den Weiterverarbeitungsstationen zugeführt wird.

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.: Das Rührwerk 10 mit den Rührern 12 und 13 in den Kammern 2 ; und 3 ist als hochtouriger Mischrührer ausgebildet und in der

zeichnerischen Darstellung mit Rührern 12 und 13 ausgerüstet,

] welche im Durchmesser kleiner gehalten sind als die Rührer 14 j und 15 des Rührwerkes 11, welches den Kammern 4 und 5 zuge-■ ordnet ist.

Das Rührwerk 11 ist im Gegensatz zu dem Rührwerk 10 als nieder- : touriger Umwälzrührer ausgebildet.

ι Durch die unterschiedliche Ausbildung der Rührwerke wird in den '■ Kammern 2 und 3 eine intensive Zirkulat ions strömung mit hochturbulenten Scherfeldern erzeugt bei gleichzeitiger Umwälzung der in diesen Kammern befindlichen Suspensionen. Hierdurch wird die Entstehung von Konglomerat bei der in den Kammern 2 und 3 besonders wirksamen Kristallbildung vermieden. Demgegenüber wird in den Kammern 4 und 5 durch die dort befindlichen niedertourigen Rührer lediglich eine laminare Umlaufströmung erzeugt, in welcher bei günstiger Wärmezufuhr das Kristallwachstum beendet und eine erhöhte Kristallkonzentration erreicht werden. Dabei wird durch die Nieveauregulierung der Suspension in den ^: Kammern 2 bis 5 dicht oberhalb der Heizkammer 6 der hydrostatische Druck in der Suspension sehr niedrig gehalten und hierdurch die Verdampfung des Wassers aus der Suspension sehr begünstigt.

Um bei der zunehmenden Zähigkeit der Suspension auf ihrem Wege durch die Behandlungskammern 2 bis 5 auch in den Kammern 4 und 5

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^! eine Umwälzströmung mit hoher Geschwindigkeit der Suspension durch die Durchströmquerschnitte der Heizkammer 6 bei wirt-, schaftlich vertretbarer Antriebsleistung des Rührwerkes 11 zu gewährleisten₃ kann gemäß der gestrichelten Darstellung des rechten Teiles der Behandlungskammer 5 in der Fig. 1 die ί Anordnung so ausgebildet sein, daß von der erstdurchströmten bis zur letztdurchströmten Kammer deren Querschnitt zunimmt bzw. daß zumindest die Kammern 4 und 5 gegenüber den Kammern 2 und 3 mit einem größeren Querschnitt ausgebildet sind, so daß ohne Erhöhung des Niveaus der Suspension in diesen Kammern bei unveränderter Heizfläche größere Durchströmquerschnitte in den Heizkammern 6 vorgesehen werden können.

Statt der in der Fig. 1 wiedergegebenen Anzahl von vier Be-•handlungskammern können auch mehr Kammern vorgesehen sein, wobei die Anzahl der Kammern die Verweilzeitverteilung der Suspension in der Anordnung bestimmt.

Während bei der Kristallisation des Nachproduktes kaum Inkrustationen in den Behandlungskammern auftreten, sind diese bei der kontinuierlichen Kristallisation aus Lösungen höherer Reinheit wie bei der Weißzucker-Kristallisation unvermeidbar. Aus diesem Grunde ist die Anordnung nach dem Beispiel der Fig. 2 so ausgebildet, daß wenigstens jeweils eine der Behandlungskammern nicht von der Suspension durchströmt wird, sondern durch Zuführung von Dampf, Wasser oder Dünnsaft durch Auskochen von den Inkrustationen befreit werden kann.

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-23- ;

> Die Anordnung gemäß Fig. 2 ist bezüglich der einzelnen Karnmern \

j j

! praktisch in gleicher Weise aufgebaut, wie dies im Zusammenhang ;

j mit Fig. 1 beschrieben wurde. Im Vergleich mit der Anordnung

j nach Fig. 1 sind im Beispiel der Fig. 2 jedoch zwei Zylinder-

behälter 1 und Ib vorgesehen, die jeweils vier Behandlungskam-

: mern 2 bis 5 bzw. 2b bis 5b aufweisen.

^; Die Einrichtungen für die Abführung des Brüdens sowie für die

; Zuführung des Einzugssaftes und auch die Steuerungseinrichtungen für die Niveauregelung und die Zuführung des Einzugssaftes

: zu den einzelnen Behandlungskammern sind übereinstimmend mit der Anordnung nach Fig. 1 ausgebildet, so daß sich eine nähere _:

' Beschreibung dieser Einrichtungen erübrigt. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind die vorgenannten Einrichtungen in der Fig. 2 vereinfacht dargestellt und soweit erforderlich mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie dies in der Fig. 1 geschehen ist.

Abweichend von der Ausbildung nach Fig. 1 sind im Beispiel der Fig. 2 alle Kammern 2 bis 5 bzw. 2b bis 5b zusätzlich mit einer Zuführungsleitung 33 für Dampf und in dem dargestellten Beispiel fernerhin mit einer Zuführungsleitung 4l für Dünnsaft bzw. Wasser über Ventile 3H bzw. 35 verbunden. Der Dampf bzw. das Wasser oder auch der Dünnsaft dienen dabei für die jeweils nicht am Kristallisationsprozeß teilnehmende Kammer oder Kammern als Reinigungsmedium für die Beseitigung der Inkrustationen.

Es ist ferner abweichend von der Anordnung nach Fig. 1 bei der Vorrichtung nach Fig. 2 die Zuführungsleitung 22 für die übersättigte Zulauflösung über ein Ventil 38 mit einer Zuführungsleitung 39 zu der Kammer 3 verbunden, damit bedarfsweise bei einer Ausschaltung der Jammer 2 aus dem Kristallisationsprozeß zur Beseitigung der Inkrustationen die Zulauflösung unmittelbar in die Kammer 3 eingeleitet werden kann. Auch das Saatgut kann wahlweise über die Leitung 23 und das Ventil 43 sowie die Leitungen 42 oder 44 in die Kammer 2 oder 3 eingeleitet werden.

Es sind ferner die Zu- und Ablaufrohre 31»32 für die überführung der Suspension von der einen zur anderen Kammer an Dreiwegeventile 40 angeschlossen und mit einer durchgehenden Leitung 36 verbunden, so daß die Suspension nicht von der einen Kammer zwingend in die nächstfolgende überführt werden muß, sondern in jede beliebige andere Kammer weitergeleitet werden kann. Hierdurch besteht die Möglichkeit, eine oder mehrere Kammern aus dem Kristallisationsprozeß herauszunehmen, um die Beseitigung der Inkrustation in der beschriebenen Weise vorzunehmen .

Zweckmäßigerweise geht man so vor, daß als erste Kammer die Kammer 5b nach Ablauf einer bestimmten Betriebszeit und auftretenden Inkrustationen aus dem Prozeß herausgenommen wird, indem man diese Kammer entleert und mit Dampf bzw. Wasser oder Dünnsaft auskocht. Zur Abführung der Behandlungsflüssigkeit sind die einzelnen Kammern 2 bis 5 bzw. 2b bis 5b mit zusatz-

lichen Abführungsleitungen 37 verbunden, die in eine in der Zeichnung nicht wiedergegebene Sammelleitung ausmünden können. Nach Beseitigung der Inkrustationen der Kammer 5b kann die Suspension aus der Kammer 4b durch entsprechende Steuerung der zugehörigen Dreiwegeventile 40 in die Kammer 5b überführt und somit die Kammer 4b entleert werden, damit diese anschließend von den Inkrustationen befreit wird. Anschließend kann die Kammer J>b von den Inkrustationen befreit werden, indem diese in die Kammer 4b entleert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich bis zur Entleerung der Kammer 2, um auch diese von.den Inkrustationen zu befreien. Während dieser Zeit werden die übersättigte Zulauflösung und das Saatgut durch die Leitungen 22 und 39 bzw. 23 der Kammer 3 zugeleitet und nach Beendigung des Reinigungsvorganges für die Kammer 2 wiederum bei der Kammer 5b mit der bereits beschriebenen Reinigung begonnen.

Auch die Anordnung nach Fig. 2 ist bezüglich der Rührwerke so ausgebildet, daß die Rührwerke der von der Suspension zuerst' durchlaufenen Kammern als hochtourige Mischrührer ausgebildet sind, während die Rührwerke der zuletzt durchströmten Kammern als niedertourige Umwälzrührer ausgeführt sind, wobei auch im Beispiel der Fig. 2 jeweils zwei Rührer auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und von einem gemeinsamen Antriebsmotor betätigbar sind.

Die Anordnung von jeweils vier Kammern in den Zylinderbehältern 1 bzw. Ib in Fig. 2 ist ebenso nur beispielhaft, wie dies in

Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Bei der Weißzucker-Kristallisation ist die im Zusammenhang mit Pig. I beschriebene Erweiterung der zuletzt durchströmten Behandlungskammern nicht erforderlich, weil die Strömungseigenschaften der Suspension bei der Weißzucker-Kristallisation bis zum Ende des Behandlungsvorganges noch hinreichend gut sind,um die Umlaufströmung ohne eine Vergrößerung der Durchtrittsquerschnitte durch die Heizkörper zu gewährleisten.

Leerseite

Claims

PATE NTA N W A 1_Τ·Ε· 7263 6 · O « DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN Ansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Verdampfungskristallisation in einer aus Saft und Kristallen bestehenden Suspension für die Zuckergewinnung, bei dem die Suspension nacheinander durch mehrere voneinander getrennte Behandlungsräume hindurchgeleitet und in den Behandlungsräumen bei gleichzeitiger Wärmezufuhr unter Aufrechterhaltung eines Brüdendruckes von etwa 0,1 bis 0,3 bar in eine interne Umlaufströmung versetzt und in dem ersten Raum mit einer übersättigten Zulauflösung sowie in den nachfolgenden Räumen dosiert mit zugeführtem Einzugssaft vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in den ersten Behandlungsräumen, durch die sie hindurchgeführt wird, der Einwirkung hochtouriger Mischrührer zur Erzeugung hochturbulenter Scherfelder ausgesetzt und in eine sichtbare Zirkulationsströmung sowie in dem oder den nachfolgenden bzw. letzten Behandlungsräumen in eine im wesentlichen laminare Umlaufströmung durch Einwirkung niedertouriger Rührer versetzt wird, und daß die Suspension in allen Räumen in eine konzentrische Ring-Umlaufströmung mit saugseitiger Zufuhr des Einzugssaftes überführt und auf einem möglichst niedrigen, jedoch die Umlaufströmung gewährleistenden Niveau gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₉ dadurc h gekennzeichnet, daß die Suspension niveaugesteuert aus

! den einzelnen Behandlungsräumen jeweils druckseitig abge-

zogen und saugseitig dem nächstfolgenden Behandlungsraum • zugeführt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2₉ dadurch gekennzeichnet daß der Einzugssaft den einzelnen Behandlungsräumen in Abhängigkeit von der jeweiligen Zähigkeit bzw. elektrischen Leitfähigkeit oder Siedepunktserhöhung bzw. Dichte der in dem entsprechenden Behandlungsraum befindlichen Suspension gesteuert zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3».dadurch gekennzeichnet;, daß zur Kristallisation von Suspensionen höherer Reinheit, wie Weißzucker-Kristallisation, die Suspension jeweils an mindestens einem der Behandlungsräume, beginnend beim letzten Behandlungsraum, vorbeigeführt und der jeweilig freie Behandlungsraum mittels Dampf, Wasser oder Dünnsaft von den Inkrustationen befreit sowie nachfolgend mit der Suspension des jeweils vorhergehenden Behandlungsraumes gefüllt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit Behandlungsräumen, die als voneinander getrennte zylindrische Kammern übereinander angeordnet

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; sind und eine von Heizdampf durchströmbare Heizkammer aus ■ Rohr- oder Ringheizkörpern und zwischen diesen vorgesehene j durchströmbare Querschnitte für die Suspension aufweisen,

sowie mit Einrichtungen zur dosierten Zuführung des Einzugssaftes, zum Abführen des Brüdens und zur überführung

'. der Suspension von der oberen in die jeweils darunterliegende Kammer, dadurch gekennzeichnet

ι daß die voneinander getrennten Kammern (2 bis 5 bzw. 2b bis 5b) jeweils entsprechend den Rührwerkskochapparaten

! für die diskontinuierliche Kristallisation ausgebildet sind und eine Heizkammer (6) mit radial außenliegenden Heizelementen, ggf. auch in Form von Platten, oberhalb des Bodens, ein zentrisches Leitrohr (9) sowie ein unten i

j in diesem gehaltenes Rührwerk (10,12,13 bzw. 11,14,15) ■

ι ■

aufweisen, wobei die Rührwerke der erstdurchströmten Kammer j

bzw. Kammern als hochtourige Mischrührer und die Rührwerke | der nachfolgenden Kammern als niedertourige Umwälzrührer . ausgeführt sind, und daß in den Kammern jeweils Niveau- j Steuerungen (29_s30) zur Einpegelung des Niveaus dicht oberhalb der Heizkammer vorgesehen sind. ■

6. Vorrichtung nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, daß zur Zuführung des Einzugssaftes in i die Kammern (2 bis 5 bzw. 2b bis 5b) ein oberhalb des Rührers (12;13;l4»15) der jeweiligen Kammer ausmündendes Zulaufrohr (26) über ein Steuerventil (25) mit einer Speise-

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leitung (24) verbunden ist, daß im Raum unterhalb des Rührers bzw. im Boden (2a bis 5a) der jeweiligen Kammer ein mit einem Steuerventil oder einer Steuerklappe (30) ausgerüstetes Suspensionsabzugsrohr (31) vorgesehen und mit einem Suspensionszuführrohr (32) der nächstfolgenden Kammer verbunden ist, und daß das Steuerventil des Zulauf j rohres für den Einzugssaft mit einem in der zugehörigen ; Kammer angeordneten Fühler (27) zur Ermittlung der Zähigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Dichte oder der : Siedepunktserhöhung der Suspension und das Steuerventil ^: bzw. die Steuerklappe des Suspensionsabzugsrohres mit einem in der gleichen Kammer dich oberhalb der Heizeinrich-. tung angeordneten Niveaufühler oder -schalter (29) verj bunden sind.

^r

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, : dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren übereinander angeordneten Kammern mit hochtourigen Rührern bzw. bei mehreren übereinander angeordneten Kammern mit niedertourigen Rührern die hochtourigen bzw. niedertourigen Rührer jeweils auf einer gemeinsamen Antriebswelle (l6 bzw. 17) angeordnet sind.

8. Vorrichtung zur Kristallisation von Nachprodukt-Suspensionen nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Behandlungskammern (2 bis 5) von der erstdurchströnten

i bis zur letztdurchströmten Kammer zunimmt oder wenigstens ' die von der Suspension zuletzt durchströmte(n) Kammer(n) ^! einen größeren Durchmesser als die erstdurchströmten : Kammern aufweisen.

9. Vorrichtung zur Kristallisation aus Lösungen höherer Rein- !

heit, insbesondere Weißzucker-Kristallisation, nach einem j

der Ansprüche 5 bis 7, d adurch geke nn- j

zeichnet, daß alle Kammern (2 bis 5 bzw. 2b bis J

5b) zur Beseitigung von Inkrustationen an eine Zuführungs- !

leitung für Dampf (¹Il), Wasser und/oder Dünnsaft (33) j

über Steuerventile (3^i35) angeschlossen und bodenseitig j

I mit ventilgesteuerten Ablaufleitungen (37) für das die \

Inkrustation auflösende Medium ausgerüstet sind, und daß j

j die Zu- und Ablaufrohre für die Suspension (31,32) an j

ι i

einer durchgehenden Speiseleitung (36) jeweils über Drei- j

j Wegeventile (40) angeschlossen sind. j

: 10, Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch

j gekennzeichnet, daß die kammern (2 bis 5

' bzw. 2b bis 5b) zwei aufrechtstehende Türme oder Zylinder-

! behälter (1,1b) bilden und die Kammern der Türme oder

Zylinderbehälter strömungstechnisch so in Reihe geschaltet
; sind, daß sie nacheinander von oben nach unten durchströmt
werden.