DE3146558A1

DE3146558A1 - Verfahren und vorrichtung zum umsetzen von staerkehaltigen produkten zu maischeloesungen

Info

Publication number: DE3146558A1
Application number: DE19813146558
Authority: DE
Inventors: Bernhard 4720 Beckum Grosse-Lohmann; Hans 2832 Twistringen-Heiligenloh Spradau
Original assignee: GROSSE LOHMANN BERNHARD
Current assignee: GROSSE LOHMANN BERNHARD
Priority date: 1981-11-24
Filing date: 1981-11-24
Publication date: 1983-06-01

Description

Herr Bernhard Grosse-Lohmann
Freiherr-vom-Stein-Straße 19, D-4720 Beckum Herr Hans Spradau D-2832 Twistringen-Heiligenloh Verfahren und Vorrichtung zum Umsetzen von stärkehaltigen Produkten zu Maischelösungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umsetzen von stärkehaltigen Produkten zu Maischelösungen, die als Ausgangslösungen für biochemische Prozesse insbesondere bei der Alkohol- und/oder Biomassegewinnung dienen. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Beim Umsetzen von stärkehaltigen Produkten zu Maischelösungen, die über Zuckerlösungen zur Gewinnung von Alkohol, Biomasse o. dgl. weiterverarbeitet werden, dienen üblicherweise Getreide, Mais oder Kartoffeln als Ausgangsprodukte.
Bei der Herstellung der Maischelösung werden bisher regelmäßig ganze Kartoffeln oder Getreide in vollem Korn in ein als Henzedämpfer" bekanntes Druckgefäß eingesetzt, auf ca. 150 bis 1600C und unter einem Druck von ca. 5 Bar erhitzt Das Erhitzen im Henzedämpfer erfolgt durch Dampfzufuhr in das Druckgefäß, wobei eine Behandlungsdauer von ca. 2,5 h zum möglichst vollständigen Stärkeaufschluß erforderlich ist. Dieses bekannte Konvertierungsverfahren bedingt einerseits eine relativ hohe Wärmezufuhr und andererseits eine relativ große Behandlungsdauer im Druckgefäß. Der relativ hohe Energieaufwand bei herkömmlichen Konvertierungsverfahren von stärkeenthaltenden Produkten ist angesichts der in jüngster Zeit erheblich gestiegenen Energiekosten nicht mehr ohne weiteres tragbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Energiebedarf bei der Alkoholgewinnung, insbesondere im Zuge der Umsetzung von stärkehaltigen Produkten in Maischelösungen, bei relativ geringem apparativen und funktionellen Aufwand wesentlich herabzusetzen.
Ausgehend von dem Verfahren der eingangs genannten Art, schlägt die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß das stärkehaltige Produkt durch Vermahlen oder Vermusen fein zerkleinert-und in eine wasserhaltige warme Vorlage unter atmosphärischem Druck eingerührt wird, daß der warmen Vorlage spätestens mit dem Einrühren des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts Verflüssigungsenzyme beigemischt werden und daß die Maischelösung während des Einrührens des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts bis zur Befüllung des Behälters durch Zufuhr von Dampf unter einer im wesentlichen konstanten Temperatur zwischen 700C und 950C gehalten wird.
Durchjdn dabei ermöglichten Fortfall des Hochdruckdämpfens bei einem Druck vonc5Barund einer Temperatur von weinigstens 150°C ergibt sich, wie Versuche erwiesen haben, eine Energieersparnis gegenüber herkömmlichen Hochdruckkonvertierungsverfahren von ca. DM 10,-- je hl von aus der Maische gewonnenem Alkohol-. Als Mischgefäß auch zur Herstellung der Maischelösung kann/ein herkömmliches Henzegefäß verwendet werden, in das eine auf 70 bis 950C erwärmte Wasservorlage eingefüllt und-vorzugsweise bereits vor der Zugabe des stärkehaltigen Produkts die vorgesehenen Verflüssigungsenzyme beigemischt werden. Die Mögl ichkeit -des Beimischens der Verflüssigungsenzyme bereits im Mischgefäß aufgrund der relativ niedrigen Behandlungstemperaturen beschleunigt die Behandlungsdauer und gewährleistet einen besonders guten und raschen Stärkeaufschluß, zumal das stärkehaltige Produkt entweder musförmig, z. B. bei Kartoffeln, oder mehlförmig, z. B. bei Getreide oder Mais, in den Mischbehälter eingegeben wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Einrühren dadurch erfolgt, daß die Maischelösung unter kontinuierlichem Zugeben des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts laufend umgewälzt wird. Das laufende Umwälzen der Maischelösung fördert die innige Vermischung der Maischelösung mit dem neu zugeführten, fein zerkleinerten Produkt und einen außerordentlich raschen Stärkeaufschluß. Bei Verwendung von Kartoffelmus als stärkehaltiges Ausgangsprodukt ist daher bereits nach vollständiger Befüllung des Mischbehälters und fortgesetztem Umwälzen der Maischelösung ein weitgehender Stärkeaufschluß auch desjenigen Produktes gewährleistet, was zuletzt in den Mischbehälter eingeführt worden ist.
Beim Umsetzen von kornförmigem Gut, wie Getreide oder Mais in Maischelösung, sieht die Erfindung vor, daß das kornförmige Gut zunächst vermahlen und in das Vorlagewasser eingerührt wird, wobei eine Vorlagewassermenge von 2200 bis 30001 pro Tonne Mehl verwendet wird, und daß die Maischelösung nach Beendigung der Mehl zugabe über einen Zeitraum 30 bis 60 Minuten solange weiter umgewälzt wird, bis die Stärke des Mehls aufgeschlossen ist.
Beim Umsetzen von Kartoffeln in Maischelösung kann dagegen eine wesentlich geringere Vorlagewassermenge von 40 bis 60 1 je Tonne Mus verwendet werden. Nach Beendigung der Muszufuhr wird die Maischelösung bei Aufrechterhaltung der Temperatur von 70 bis 950k solange weiter umgewälzt, bis auch die stärke des zuletzt eingefUhrten Muses aufgeschlossen ist.
Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist einen die Maischelösung aufnehmenden Behalter, der im oberen Bereich mit einer Einlaufanordnung zur Einführung des stärkehaltigen Produkts, im Bodenbereich mit einem Ablauf zur Abführung der Maischelösung und mit seitlichen Dampfzuleitungen versehen ist, auf. Diese Vorrichtung zeichnet sich-erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine Umwälzleitung vom Ablauf zur Einlaufanordnung geführt ist und eine Umwälzpumpe zum Umpumpen der Maischelösung durch die Umwälzleitung enthält. Vorhandene herkömmliche Maischesysteme mit Henzedämpfern zur Her-Stellung der Maischelösung lassen sich in überraschend einfacher Weise auf die Erfindung umrüsten0 Es genügt, dem Einlauf eine geeignete Zerkleinerungsvorrichtung in Form eines Musers oder einer Mühle, beispielsweise eine-Hammermühle, vorzuschalten und die Ablaufleitung über eine Pumpe und eine Rückführleitung zum Einlauf zurückzuführen. fieber die Pumpe und die Rückführleitung erfolgt dann zum Aufschluß der Stärke eine kontinuierliche Umwalzung, wobei durch Dampfzufuhr zum Henzebehälter unter atmosphärischem Druck eine erhöhte Temperatur von 70 bis 950C, vorzugsweise 80 bis 900C in der Maischelösung aufrechterhalten wird. Aufgrund der erhöhten Temperatur und der ständigen Umwälzung wird einerseits ein rascher Stärkeaufschluß erreicht und andererseits eine Klumpenbildung des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts verhindert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiei s näher -erläutert.
In der Zeichnung ist schematisch eine Anlage zur Maischebereitung aus rohen Kartoffeln dargestellt.
Die Kartoffeln werden über einen Schneckenförderer 1 dem Aufgabetrichter eines Musers 2 zugeführt. Das durch die Siebe des Musers 2 durchgepreßte Mus wird von einer Verdrängerpumpe3 durch eine Aufgabeleitung 4 dem Einlauf 5 eines Mischbehälters 6 zugeführt. Der Einlauf 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als kegelförmiger Verteilerkopf ausgebildet, der das Mus möglichst gleichmäßig über den Oberflächenspiegel der Maischelösung 7 bzw. der Vorlage verteilt. Das Mischgefäß 6 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines Henzedämpfers mit einem zylindrischen oberen Abschnitt und einem trichterförmigen unteren Abschnitt, an dessen unteren Ende ein Ablauf 8 angeordnet ist.
Von einer geeigneten Dampfquelle 9 führen Dampfleitungen 10 über individuell einstellbare Regelventile 11 in den Mischbehälter 6, in den Ablaufstutzen 8 unanieine Umwälzleitung 12. Die Dampfzuleitungen münden im trichterförmigen unteren Endabschnitt des Mischbehälters 6 und dienen dem Zweck, die im Behälter 6 befindliche und über die Umwälzleitung 12 vom Ablauf 8 über eine Pumpe 13 umgewälzte Maischelösung 7 auf der vorgesehenen Vorlagetemperatur von beispielsweise 85 0C über die gesamte Behandlungsdauer zu halten. Die Regelventile 11 können unter Berücksichtigung der von Thermometern 14 angezeigten Maischelösungstemperaturen geeignet eingestellt werden.
Die Umwälzpumpe 13, die beispielsweise als Dickstoffkreiselpumpe ausgebildet sein kann, ist nahe dem Ablauf 8 in der Umwälzleitung 12 eingebaut. Ein hinter der Umwälzpumpe angeordnetes Schauglas 15 dient der Prozeßkontrolle. Von der Umwälzleitung 12 führt über ein Absperrventil 16 eine Leitung 17 zu einem Maischbottich 18, in welchem die Maischelösung heruntergekühlt und weiter behandelt wird.
Bis dahin ist das Absperrventil 16 geschlossen und das hinter dem Anschluß der Leitung 17 in der Umwälzleitung 12 eingebaute Absperrventil 19 geöffnet. Bei Beendigung der Wärmebehandlung im Mischbehälter 6 wird das Absperrventil 19 geschlossen und das Absperrventil 16 geöffnet, so daß die Maischelösung aus dem Mischbehälter 6 von der Umwälzpumpe 13 durch das Absperrventil 16 und die Leitung 17 in den Maischbottich 18 überführt werden kann.
Das Maischverfahren mit Kartoffeln als Ausgangsprodukt läuft in der zuvor beschriebenen Maischebereitungsanlage wie folgt ab.
In den Mischbehälter werden etwa-- 50 1 Warmwasser (70 bis 950C, vorzugsweise 850C) je Tonne Kartoffelmus vorgelegt.
Danach wird der Warmwasservorlage ein Verflüssigungsenzym beigegeben, das bei der Temperatur von beispielsweise 85 0C der Warmwasservorlage beständig ist. Sodann beginnt die Zufuhr des kalten Muses über die Schneckenpumpe 3, die Zuleitung 4 und den Verteilerkopf 5 in den Mischbehälter 6. Die Suspension aus Warmwasservorlage und über den Verteilerkopf 5 zugeführtem Kartoffelmus wird von der Umwälzpumpe 13 kontinuierlich durch den Auslaß und die Umwälzleitung 13 bewegt und umgewälzt und über den Behälterdom wieder in den Mischbehälter 6 eingeführt. Während der Muszufuhr wird die Maischelösung 7 laufend mit Hilfe einer in den Behälter 6 und die Umwälzleitung 12 eingeführten geeigneten Dampfmenge auf einer der ursprünglichen Vorlagetemperatur entsprechenden Behandlungstemperatur von beispielsweise 85 0C gehalten. Unter Einwirkung der bereits im Mischbehälter 6 beigegebenen Verflüssigungsenzyme, der Behandlungstem peratur von beispielsweise 850C und der ständigen Umwälzung wird die im Kartoffelmus bzw. in der Maischelösung 7 enthaltene Stärke sehr rasch aufgeschlossen. Bereits kurz nachdem der Mischbehälter 6 mit Maischelösung 7 befUllt ist und die weitere Muszufuhr durch Abschalten der Verdrängerpumpe 3 unterbrochen ist, kann das Absperrventii 19 geschlossen und das Ventil 16 geöffnet werden, um die fertige Meischelösung in den Maischbottich 18 zu überführen und dort wetter zu behandeln. Die Maischeldsung 7 wird jedoch nach der Abschaltung der Verdrängerpumpe 3 bzw. der Unterbrechung der Muszufuhr noch weiter umgewälzt.
Bei Verwendung beispielsweise on Getreide als stärkehaltiges Produkt kann an die Stelle des Musers 2 beispielsweise eine Hammermühle treten, welche die Getreide dekörner vermahlt. Von da aus kann das Mehl entweder über einen oder mehrere zwischengeschaltete Vorratsbehalter oder direkt in den Kopfbereich des Mischbehalters 6 eingeleitet werden Die Mehlz!fuhr ist rascher, beispielsweise innerhalb eines Zeitraums von 30 Minuten möglich. Danach wird die Maischelösung noch über 30 bis 60 Minuten umgewälzt, um die Stärke aufzuschließen.
Bei Verwendung von Getreide als stärkehaltiges Produkt ist eine erheblich größere Menge an Vorlagewasser, nXmlich ca. 2 200 bis 3 000 l pro Tonne Getreidemehl erforderlich.
Im übrigen entspricht das Maischeverfahren von Getreide demjenigen von Kartoffelmus.
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Claims

Herr Bernhard Grosse-Lohmann Herr Hans Spradau Patentanspsüche 1. Verfahren zum Umsetzen von stärkehaltigen Produkten zu Maischelösungen, die als Ausgangslösungen für biochemische Prozesse insbesondere bei der Alkohol- und/ oder Biomassegewinnung dienen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das stärkehaltige Produkt durch Vermahlen oder Vermusen fein zerkleinert und in eine wasserhaltige warme Vorlage unter atmosphärischem Druck eingerührt wird, daß der warmen Vorlage spätestens mit dem Einrühren des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts Ver£1Ussigungsenzyme beigemischt werden und daß die Maischelösung während des Einrührens des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts bis zur Befüllung des Behälters durch Zufuhr von Dampf unter einer im wesentlichen konstanten Temperatur zwischen 70°C und 9500 gehalten wird.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Vorlagewasser bei einer Temperatur zwischen 70 und 9506: in ein Mischgefäß gefüllt und die Verflüssigungsenzyme dem Vorlagewasser beigemischt werden und daß danach in dem Mischgefäß das Einrühren des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einrühren dadurch erfolgt, daß die Maischelösung unter kontinuierlichem Zugeben des fein zerkleinerten stärkehaltigen Produkts laufend umgewälzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Maischelösung zum Umwälzen kontinuierlich aus dem Behälterboden abgepumpt, außerhalb des Behälters hochgepumpt und oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in den Behälter eingepumpt wird.
5. Verfahren'nach einem der Ansprüche ? bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fein zerkleinerte, stärkehaltige Produkt beim Einführen in den Behälter von oben über den Behälterquerschnitt verteilt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maischelösung nach Befüllen des Maischebehälters noch über eine vorgegebene Zeit kontinuierlich weiter umgewälzt wird und danach aus den Behälter abgepumpt und zur Weiterbehandlung in einen anderen Behälter überführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zum Aufrechterhalten der Maischelösungstemperatur unterhalb des Flüssigkeits spiegels der Maischelösung zugemischt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorlagewasser zum Aufheizen auf die Vorlage-Solltemperatur mit einem bei der Weiterbehandlung der Maischelösung anfallenden hochgradigen Produkt, zum Beispiel der Schlempe, in wärmetauschende Beziehung gebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,zum Umsetzen von kornförmigem Gut, wie Getreide oder Mais in Maischelösung, dadurch gekennzeichnet, daß das kornförmige Gut zunächst vermahlen und in das Vorlagewasser eingerührt wird, wobei eine Vorlagewassermenge.von 2200 bis 3000 1 pro Tonne Mehl verwendet wird, und daß die Maischelösung nach Beendigung der Mehlzugabe über einen Zeitraum von 30 bis 60 Minuten solange weiter umgewälzt wird, bis die Stärke voll aufgeschlossen ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,zum Umsetzen von Kartoffeln in Maischelösung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartoffeln zunächst vermust und mus-oder breiförmig über einen Zeitraum von 1 bis 2 h in die Vorlage eingerührt werden, wobei eine Vorlagewassermenge von 40 bis 60 1 je Tonne Mus verwendet wird, und daß die Maischelösung nach Beendigung der Muszufuhr noch über solange weiter umgewälzt wird, bis die Stärke des zuletzt zugeführten Muses auf geschlossen ist.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem die Maischelösung aufnehmenden Behälter, der im oberen Bereich mit einer Einlaufanordnung zur Einführung des stärkehaltigen Produkts, im Bodenbereich mit einem Ablauf zur Abführung der Maischelösung und mit seitlichen Dampfzuleitungen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umwälzleitung (12) vom Ablauf (8) zur Einlaufanordnung (5) geführt ist und eine Umwälzpumpe (13) zum Umpumpen der Maischelösung (7) enthält.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß-auf der Abströmseite der Umwälzpumpe (13) eine Leitung t17) zum Abführen der Maischelösung mit der Umwälzleitung (12) verbunden ist, daß zwischen dem Anschlußpunkt der Abführleitung (17) und der Einlaufanordnung (5) ein erstes Absperrventil (19) und in der Abführleitung ein zweites Absperrventil (16) angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßanordnung (5) einen VerteilerS kegel bzw. -trichter zum Verteilen des stärkehaltigen Produkts über den Behälterquerschnitt aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der AnsprUche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßanordnung (5) Uber eine Leitung (4) und eine Pumpe (3) an einen Muser (2) angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßanordnung (5) einer Stühle nachgeschuLtet ist.