DE3412752A1 - Verfahren und vorrichtung zum erzielen eines groessenwachstums von kristallen, insbesondere zuckerkristallen, in fuellstoffmassen mittlerer und hoher reinheit - Google Patents

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

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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.

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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

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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)

-Vt-Patentan sprüche

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 -