DE3412752A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzielen eines groessenwachstums von kristallen, insbesondere zuckerkristallen, in fuellstoffmassen mittlerer und hoher reinheit - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum erzielen eines groessenwachstums von kristallen, insbesondere zuckerkristallen, in fuellstoffmassen mittlerer und hoher reinheitInfo
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Description
3. April 1984 Reg.-Nr. 126 7 50 Unsere Ref.: 487333 ane
"ERIDANIA" ZÜCCHERIFIGI NAZIONALI S.P.A. und
TEROM S.P.A.
Genova und Funo (Bo), Italien
Verfahren und Vorrichtung zum Erzielen eines Größenwachstums von Kristallen, insbesondere Zuckerkristallen, in Füllstoffmassen
mittlerer und hoher Reinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzielen eines kontinuierlichen Größenwachstums vorgebildeter
Kristalle in Füllstoffmassen mittlerer und hoher Reinheit.
Die Behandlung von Füllstoffmassen in Zuckerfabriken unter
Anwendung bekannter Verfahren läßt sich folgendermaßen zusammenfassen
:
Die Füllstoffraassen werden von den Siedekesseln mit einer
Temperatur von etwa 7 5 C abgegeben. Die Füllstoffmassen
TO mittlerer und niedrigerer Reinheit werden normalerweise mittels
Rühreinrichtungen abgekühlt. Dabei handelt es sich um Anlagen mit horizontaler oder vertikaler Achse, die mit Einrichtungen
zum Rühren und Zuführen der Füllstoffmasse versehen sind
Telefon (0711) 29 6310 u. 29 72 95 Postscheck Stuttgart (BLZ 600100 70) 72 11 -700 Telefonische Auskünfte und Aufträge sin
Telex 7 22 312 (patwo d) Deutsche Bank Stuttgart (BLZ 600 700 70) 1428630 nur nach schriftlicher Bestätigung verbini
und Schlangen oder rotierende. Scheiben aufweisen, die von Kühlwasser durchströmt sind. Die Temperatur der Füllstoffmasse
innerhalb dieser Rührwerke wird fortschreitend verringert, bis ein für das Zentrifugieren geeigneter Wert
erreicht ist. Während der Kühlung innerhalb dieser Rührwerke kristallisiert aufgrund der Obersättigung der Zuckerlösung
ein Teil des gelösten Zuckers, so daß es zu einer Vergrößerung von bereits in der Füllstoffmasse vorhandenen
Kristallen kommt.
Dieses bekannte Verfahren, welches, wie bereits erwähnt, bei Füllstoffmassen mittlerer und niedriger Reinheit anwendbar
ist, bewirkt keine Veränderung des Wassergehalts der ausgegebenen Füllstoffmasse, und die teilweise Kristallisierung,
die sich ergibt, ist lediglich eine Folge der Gesamtabkühlung.
Dieses bekannte Verfahren ist jedoch bei Füllstoffmassen
hoher Reinheit nicht verwendbar. Eine Kühlung durch Wasser würde dabei nämlich die Bildung harter Agglomerate der Füllstoff
masse hervorrufen, die an den metallischen Wänden anhaften, die Durchgänge verstopfen und eventuell die Rühreinrichtungen
zum Stillstand bringen würden.
Üblicherweise werden daher Füllstoffmassen hoher Reinheit,so
heiß wie sie sind, durch Zentrifugieren behandelt.
Um bei Füllstoffmassen hoher Reinheit die gleichen Vorteile
zu erzielen wie bei Füllstoffmassen mittlerer und niedriger Reinheit bedienen sich einige Zuckerhersteller und Anlagen-Ingenieure
bei Füllstoffmassen hoher Reinheit der Vakuumkühlung. Die bekannten Verfahren dieser Art, die nachstehend
kurz erläutert werden, arbeiten aber diskontinuierlich. Van Siedekessel wird die Füllstoffmasse mittlerer oder hoher Reinhext
zu einem geschlossenen Mischer zugeführt, der mit einer Welle mit Rührblättern versehen und mit einer Unterdruckquelle
verbunden ist, um das Abkühlen der Masse und die Entfernung eines Teils des in der Masse enthaltenen Wassers
zu bewirken.
Um die Übersättigung innerhalb der richtigen Grenzen zu
halten, wird Syrup zugesetzt, während der durch Selbstverdampfung gelieferte Dampf mittels des Kondensators der
Unterdruckquelle kondensiert wird.
Die Nachteile der bekannten Verfahren dieser Art, wenn sie für Füllstoffmassen mittlerer und hoher Reinheit angewendet
werden, bestehen darin, daß der Prozeß notwendigerweise diskontinuierlich abläuft und daß demzufolge für jeden Siedekessel
einer oder mehrere Vakuummischer zur Verfügung gestellt werden müssen.
Bei einer Zuckerfabrik mit beispielsweise vier Siedekesseln sind vier Vakuummischer dieser Art als Minimum erforderlich
oder, um richtiges Arbeiten zu ermöglichen, mindesten acht derartige Mischer erforderlich, was eine entsprechende Komplizierung
und entsprechend hohe Anlagekosten nach sich zieht. In Anbetracht der Unzulänglichkeiten diskontinuierlich arbeitender
Vakuummischer wurden Versuche unternommen, um mittels Vakuummischern vom sub-horizontalen Typ zu kontinuierlich
arbeitenden Anlagen zu gelangen. Die erhofften Ergebnisse wurden jedoch nicht erreicht. Wie statistisch erwiesen worden
ist, können die Füllstoffmassen den subhorizontalen Mischer
nicht unter Einhaltung durchschnittlicher, ausreichend wenig vom Standardwert abweichender Durchlaufzeiten durchlaufen,
und zwar wegen des unvermeidlichen Vorhandenseins von Stagnationszonen. Als Folge ergibt sich ein zu breiter Variationsbereich hinsichtlich der Granulometrie der Kristalle, die
mit Hilfe dieser kontinuierlich arbeitenden subhorizontalen Vakuummischer gewonnen werden.
Andererseits schien es nicht möglich, unmittelbar auf einen Vakuummischer vom vertikalen Typ überzugehen, falls man nicht
Halte- oder Stopperblenden einbaut, was jedoch zur Bildung der gleichen Stagnationszonen führt wie sie bei den kontinuierlich
arbeitenden subhorizontalen Mischern auftreten.
Wie im Anspruch 1 angegeben, ist das Problem eines kontinuierlichen
Betriebs eines vertikalen Vakuummischer bei Füllstoffmassen
mittlerer und hoher Reinheit erfindungsgemäß in der Weise gelöst, daß der Kristallisationsprozeß in mindestens
zwei Stufen in Kaskadenanordnung durchgeführt wird.
Die richtige Teigigkeit oder Geschmeidigkeit der Füllstoffmasse während des Stadiums des Kristallwachstums kann durch
geeignete Syrupzugabe eingehalten werden.
Die Absonderung der Kristalle größerer Abmessungen wird begünstigt durch differenzierte Rührbedingungen, denen die
Füllstoffmasse während des Kristallwachstums in jeder der
Stufen unterworfen wird. Die letztgenannte Wirkung erzielt man vorzugsweise durch eine Rührtätigkeit, die in den oberen
Bereichen der Füllstoffmasse sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Bewegung hervorruft und in den unteren
Bereichen der Füllstoffmasse lediglich eine Horizontalbewegung, wo sich, ungeachtet der doppelten Rührtätigkeit,
die Kristalle größerer Abmessungen ansammeln.
Gemäß dem Patentanspruch 4 ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens vorgesehen, daß
zum Durchführen jeder Verfahrensstufe eine Zelle mit konkavem Boden vorhanden ist, wodurch Stagnationszonen vermieden
werden. Zwei Rührpropeller in übereinanderliegender Anordnung sind vorzugsweise innerhalb jeder Zelle vorhanden,
wobei der obere Propeller so geformt ist, daß er in der Füllstoffmasse sowohl eine Horizontalbewegung als auch
eine Vertikalbewegung hervorruft, während der zweite oder der untere Propeller beim Rühren Bewegungen hervorruft, die
im wesentlichen in einer Ebene liegen. Der zweite oder untere Propeller verhindert daher die Absonderungsbewegung
der Kristalle größerer Abmessungen gegen den Boden jeder Zelle hin nicht, sondern hat lediglich die Wirkung, eine
Stagnation des besagten, unteren Bereichs der Füllstoff-
masse höheren Kristallisationsgrades in der vor den Auslaßöffnungen
am Grunde jeder Zelle befindlichen Zonen zu vermeiden. Diese Auslaßöffnungen sind mit Steuereinrichtungen
zur Veränderung der Öffnungsgröße in Abhängigkeit von den
Verfahrensparametern jeder Zelle versehen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe-der Füllstoffmasse
innerhalb jeder Zelle.
Das richtige Ausmaß an Teigigkeit oder Geschmeidigkeit der Masse innerhalb jeder Zelle erreicht man mit der Zugabe von
Syrup. Die Temperatursteuerung innerhalb jeder Zelle bewirkt man, wie oben erwähnt, durch Verbinden des Innenraums
jeder Zelle mit einer Vakuumquelle und, falls erforderlich, dadurch, daß man einen den konkaven Boden jeder Zelle umgebenden
Wassermantel vorsieht, durch den Wasser zur Konditionierung hindurchführbar ist.
— 6 ~
Weitere Aspekte, Vorteile und Besonderheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels hervor, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug
genommen wird.
Die einzige Fig. zeigt einen Schnitt eines Mischers vom vertikalen Typ, der in drei Zellen in Kaskadenanordnung
unterteilt ist, wobei es sich um ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel handelt.
In der Fig. ist ein vertikaler zylindrischer Behältermantel
mit 10 bezeichnet, der an seiner Oberseite durch ein Deckelteil 11 geschlossen und in drei Zellen 20, 120, 220 mittels
dreier konkaver Trichter 21, 121, 221 unterteilt ist.
Diese konkaven Trichter bestehen vorzugsweise, wie es in der Fig. gezeigt ist, aus einem oberen Teil, der im wesentliehen
die Form eines stumpfen Kegels besitzt, und einem unteren Teil in Form einer sphärischen Kalotte.
Am Boden jeder Kammer befindet sich eine Auslaßleitung 22, 122, 222, die mit einem zugehörigen Steuerventil 23, 123,
223 versehen ist. Die ersten zwei Auslaßleitungen dienen zum Abgeben des am Trichterboden der zugehörigen Zelle befindlichen
Inhalts derselben an die darunterliegende Kammer, während die dritte Auslaßleitung zu einer äußeren Pumpe
führt und mit dieser verbunden ist.
Die obere Kammer oder Zelle 20 ist mit einem Einlaß 25 versehen, um Füllstoffmasse aus einem oder mehreren Siedekesseln
zuzuführen. Für jede Zelle 20, 120, 220 ist ein Syrupeinlaß 26, 126, 226 vorhanden, der den oberen zentralen
Teil jedes Trichters 21, 121, 221 versorgt. Genauer gesagt befindet sich die Austrittsmündung der Einlasse 26, 126,
226 auf der halben Höhe des oberen kegelstumpfförmigen Teils jedes der Trichter, und zwar aus Gründen, die nachstehend
klargestellt werden. Der kegelstumpfförmige Teil
jedes Trichters ist außerdem von einem Mantel 27, 127, 227 umgeben, um einen Zwischenraum zu bilden, durch
den zur Einstellung der Verfahrensbedingungen,Wasser hindurchströitt,
das über Leitungen 28, 128, 228 zugeführt und über Leitungen 29, 129, 229 abgeführt wird.
Das Verdampfen des in der Füllstoffmasse jeder Zelle 20,
120, 220 enthaltenen Wassers wird jedoch in der Hauptsache von einer Vakuumquelle besorgt, mit der jede Zelle über
eine Leitung 30, 130, 230 verbunden ist. Das in den obengenannten Zwischenräumen zirkulierende, konditionierende
Wasser hat lediglich eine Hilfsfunktion für die Steuerung der Temperatur der Füllstoffmasse.
Innerhalb jeder Zelle befinden sich zwei Rührpropeller, von denen einer über dem anderen angeordnet ist und von
denen die oberen Propeller 31, 131, 231 eine größere Blattsteigung besitzen als die unteren Propeller 32, 132, 232.
Tatsächlich kann es sich bei den Letztgenannten, anstelle von richtigen Propellern, um steigungslose, horizontal umlaufende
Stangen oder Rührblätter handeln, die lediglich eine im wesentlichen horizontale Zirkulationsbewegung des
kristallinen Materials während der Trennungsstufe am Grunde des Trichters hervorrufen können. Die unteren Propeller
bilden also kein Hindernis für die natärliche Absonderung der Kristalle größerer Abmessungen innerhalb der Füllstoffmasse.
Es kann sogar möglich sein, ohne die unteren Propeller auszukommen,
vorausgesetzt, daß der obere Propeller in der Lage ist, das Rühren der Kristalle am Grunde jedes Trichters
zu verursachen. Die unteren Propeller 32, 132, 232, die dazu geeignet sind, eine im wesentlichen horizontale
Rührbewegung hervorzurufen, sind am Grunde jedes der Trichter angeordnet.
Die oberen Propeller 31, 131, 231 befinden sich andererseits
in dem oberen Bereich Füllstoffmasse/ wo die Fließfähigkeit der Füllstoffmasse größer ist und wo diese Propeller
dreidimensionale Rührbewegungen hervorrufen, nämlich sowohl vertikale als auch horizontale Bewegungen, wie es mit
gestrichelten Linien .33, 133, 233 angegeben ist. Die oberen Propeller
31, 133, 231 sind, bezogen auf die vertikale Ausdehnung der Füllstoffmasse, die in jeder Zelle enthalten ist,
verhältnismäßig hoch angebracht, so daß ihre Propellerbewegungen sich nicht - zumindest nicht dreidimensional auf
den unteren Bereich der Füllstoffmasse auswirken, der die Kristalle größerer Abmessungen enthält. Es wirkt daher
nicht nur die Konkavform des Grundes jeder Zelle passiv der Materialstagnation entgegen, sondern die Art der Rührpropeller
und ihre Anordnung begünstigt auch aktiv die Absonderung von Kristallen größerer Abmessungen und dementsprechend
den Übertritt derselben zu der nachfolgenden Stufe.
Diese dynamische Absonderung der größeren Kristalle in jeder Zelle wird darüber hinaus durch das Vorhandensein einer
zylindrischen Düse 34, 134, 234 begünstigt, die jeden der oberen Propeller 31, 131, 231 umgibt.
Bei dem in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Propeller der beiden oberen Zellen durch eine gemeinsame
Welle 35 angetrieben, die durch einen Motor 36 betätigt wird, der auf der Oberseite des Deckelteils 11
des Mantels 10 angebracht ist. Die Propeller der letzten Zelle, d.h. der unteren Zelle 220, sind durch eine zweite
Welle 135 angetrieben, die wiederum von einem zweiten
Motor 136 betätigt wird, der unterhalb des Mantels 10 angebracht ist.
Es versteht sich, daß jedwede geeignete andere mechanische Lösung Anwendung finden könnte.
Die Funktionsweise ist folgende:
Jede der Zellen 20, 120, 220 wird mit einer Vakuumquelle
verbunden, vorzugsweise mit einem Druck von 700 mm HG, und zwar über die Leitungen 30, 130, 230, die mit einer Einrichtung
zur Unterdruckregelung versehen sind. Die Füllstoffmasse von einem oder mehreren Siedekesseln wird in
die erste oder oberste Zelle 20 über den Einlaß 25 eingegeben.
Zum Zeitpunkt des Einfüllens in die obere Zelle 20 hat die
anfängliche Füllstoffmasse beispielsweise die folgenden Eigenschaften:
Prozentsatz der Kristalle in der anfänglichen Füllstoffmasse ' 50, 5 %
Wasseranteil in der anfänglichen Füllstoffmasse.. 11,0 %
5 Anfängliche Füllstoff masse 100 %
Temperatur 75 C.
Nach der Anlaufzeit der Einrichtung wird im Innern der Zelle 20 eine Verteilung der Füllstoffmasse durchgeführt, so
daß die größeren Kristalle dazu neigen, sich nach abwärts auf den Grund abzusetzen, während sie durch den unteren Propeller
32 horizontal gerührt werden. Eine obere, geschichtete, teigförmige Masse wird gleichzeitig längs der dreidimensionalen
Bewegungsbahnen in Bewegung gesetzt oder agitiert, wie sie durch die gestrichelten Linien 33 angedeutet sind.
Über den Syrupeinlaß 26 wird Syrup zugesetzt, um die erforderliche
Zähigkeit oder Teigigkeit beizubehalten.
Der Öffnungsgrad des Steuerventils 23 kann in Abhängigkeit von der Füllhöhe der Masse innerhalb der oberen Zelle 20
reguliert werden. Am Auslaß der ersten Zelle 20 beträgt das Kristallwachstum, verglichen mit der anfänglichen Füllstoffmasse,
etwa 20 %. Der Prozess wird in der zweiten Zelle 120
- /la
und in der dritten Zelle 220 wiederholt.
Am Auslaß der zweiten Zelle beträgt das Kristallwachstum, verglichen mit der anfänglichen Füllstoffmasse
ungefähr 36 %. Am Auslaß der dritten und letzten Zelle beträgt das Kristallwachstum im Vergleich zur anfänglichen
Füllstoffmasse ungefähr 50 % entsprechend einem Kristallwachstum relativ zur ursprünglichen Füllstoffmasse von ungefähr
70 %.
Das mit dem beanspruchten Verfahren und Apparat erzielte starke Kristallwachstum bedingt keinerlei erwähnenswerte
Erhöhung des Verbrauchs an Energieträgern, zumal jede derartige Fabrikanlage mit einer Einrichtung zur Unterdruckerzeugung
versehen ist.
Vom Wartungsgesichtspunkt aus betrachtet ist jede weitere
zusätzliche Zelle, die über die unbedingt erforderliche Anzahl von Zellen hinaus vorhanden ist, von Vorteil, weil dadurch
die Möglichkeit geschaffen wird, einzelne Zellen zeitweise für Reinigungs- und Waschzwecke vom Prozeß abzutrennen.
Obgleich zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung in der vorliegenden Beschreibung und in der Zeichnung auf eine
beispielhaft ausgewählte Ausführungsform Bezug genommen ist, können vielfache Abwandlungen und Weiterbildungen demgegenüber
vorgenommen werden, ohne den Rahmen der in den Ansprüchen umrissenen Erfindung zu verlassen.
11 /Patentansprüche
AH
- Leerseite
Claims (9)
1. Verfahren zum Erzielen eines Größenwachstums von
Kristallen in Füllstoffmassen mittlerer und hoher Reinheit, dadurch gekennzeichnet, daß es bei herrschendem Teilvakuum
in zumindest zwei Stufen durchgeführt wird, in deren jeder die Füllstoffmasse in zumindest zwei vertikal übereinanderliegenden
Bereichen unterschiedlich gerührt wird, dergestalt, daß der Füllstoffmasse in dem ersten oberen Bereich
eine dreidimensionaleBewegung und in dem unteren Bereich
eine im wesentlichen horizontale Bewegung vermittelt wird, um einerseits die natürliche Absonderung von Kristallen
größerer Abmessungen zu begünstigen und andererseits gleichzeitig jede unerwünschte Stagnation zu vermeiden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Teigigkeit oder Geschmeidigkeit der Füllstoffmasse in jeder Stufe durch geeignete Zugabe von Syrup gesteuert wird. \
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Füllstoffmasse und damit ihre Kristallisation
durch Einstellen des Unterdrucks und durch Kühlen fortlaufend gesteuert wird.
4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in
übereinanderliegender Anordnung mindestens zwei Zellen (20, 120, 220) aufweist, von denen jede einen konkaven Boden
(21, 121, 221) besitzt und an ihrer Oberseite mit einem Einlaß (25) für die Zufuhr der Füllstoffmasse versehen ist, deren
Kristalle vergrößert werden sollen, und an ihrer Unterseite eine Auslaßleitung (22, 122, 222) für die entsprechend behandelte
Füllstoffmasse besitzt, daß Anschlußleitungen (30, 130, 230) zum Verbinden jeder Zelle (20, 120, 220) mit einer
Unterdruckquelle vorhanden sind und
daß jede der Zellen (20, 120, 220) mit Rühreinrichtungen
versehen ist, mittels denen in den oberen Bereichen der Füllstoffmasse dreidimensionale Bewegungen und in den
unteren Bereichen im wesentlichen horizontale Bewegungen erzeugbar sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der konkave Boden (21, 121, 221) jeder Zelle (20, 120,
220) einen oberen, im wesentlichen kegelstumpfförmigen Abschnitt und einen unteren Abschnitt besitzt, der im
wesentlichen die Form einer sphärischen Kalotte hat.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Zuleitungen (26, 126, 226) für
Syrup versehen ist, deren Mündungsöffnung im zentralen Teil des oberen Bereichs der Füllstoffmasse in jeder Zelle
(20, 120, 220) angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rühreinrichtungen mit je zwei Rührpropellern
(31, 32, 131, 132, 231, 232) in übereinanderliegender Anordnung versehen sind, von denen der obere Propeller
(31, 131, 231) von einem zylindrischen Mantel (34, 134, 234) umgeben ist.
8.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Steuern der Öffnungsgröße der unteren Auslaßleitungen (22, 122, 222) jeder Zelle (20, 120,
220) ein Steuerventil (23, 123, 223) vorhanden ist, das vorzugsweise in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe der Füllstoffmasse
innerhalb der zugehörigen Zelle (20, 120, 220) betätigbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Bodens (21, 121, 221)
jeder Zelle (20, 120, 220) von einem einen Zwischenraum
zwischen sich und dem Boden (21, 121, 221) freilassenden, äußeren Mantel (27, 127, 227) umgeben ist, welcher Zwischenraum
von einem konditionierenden Medium durchströmbar ist.
- 14/Zusammenfassung -
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