DE3412752C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines kontinuierlichen Größenwachstums vorgebildeter Kristalle in als Füllstoffmasse vorgesehenen Saccharosen hoher Reinheit. Außerdem betrifft die Erfindung ein mit einer solchen Vorrich­ tung durchzuführendes Verfahren.

Die Behandlung von Füllstoffmassen in Zuckerfabriken unter Anwendung bekannter, in der Zuckerindustrie gebräuchlicher Verfahren läßt sich folgendermaßen zusammenfassen:

Die Füllstoffmassen werden von den Siedekesseln mit einer Temperatur von etwa 75°C abgegeben. Die Füllstoffmassen 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 und Schlangen oder rotierende Scheiben aufweisen, die von Kühl­ wasser 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 Übersättigung 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 ausgege­ benen 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 Füllstoffmasse hervorrufen, die an den metallischen Wänden anhaften, die Durch­ gänge verstopfen und eventuell die Rühreinrichtungen zum Still­ stand 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. Vom Siedekessel wird die Füllstoffmasse mittlerer oder hoher Reinheit einem geschlossenen Mischer zugeführt, der mit einer Welle mit Rühr­ blättern 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 Sirup 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 ein 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, mindestens acht derartige Mischer erforderlich, was eine entsprechende Kompli­ zierung und entsprechend hohe Anlagekosten nach sich zieht. In Anbetracht der Unzulänglichkeiten diskontinuierlich arbeitender Vakuummischer wurden Versuche unternommen, um mittels Vakuum­ mischern vom subhorizontalen 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 kontinu­ ierlich arbeitenden subhorizontalen Mischern auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung aufzuzeigen und ein Verfahren anzugeben, welche die Möglichkeit eröffnen, die vorstehend erwähnten, aus der Bildung von Stagnations­ zonen resultierenden Probleme zu beseitigen, so daß eine wirt­ schaftliche industrielle Zuckergewinnung bei der Verarbeitung von Saccharosen hohen Reinheitsgrades ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 6 gelöst.

Dadurch, daß bei der Erfindung so vorgegangen wird, daß zum Erzielen einer Größenzunahme der in der Füllstoffmasse enthaltenen, vorgebildeten Kristalle die Füllstoffmasse in mehreren Stufen bei herrschendem Unterdruck mechanisch gerührt wird und der Rührvorgang dabei in jeder Stufe in zumindest zwei vertikal übereinanderliegenden Bereichen unterschiedlich durch­ geführt wird, erreicht man, daß in jeder Stufe die kleineren Kristalle von größeren abgesondert und in Suspension gehalten werden, während gleichzeitig durch dreidimensionale Rührbewe­ gungen im oberen Bereich jeder betreffenden Stufe eine Agitation der übrigen Füllstoffmasse mit noch kleineren Kristallen bewirkt wird, die erst nach entsprechender Größenzunahme in den unteren Bereich gelangen. Dadurch wird die Gefahr der Ausbildung von Stagnationszonen vermieden, so daß eine kontinuierliche Betriebs­ weise und damit ein besonders wirtschaftlicher Betriebsablauf möglich gemacht werden.

Aus der GB-PS 4 02 324 ist zwar ein Verfahren bekannt, um in Salzlösungen, z. B. Lösungen von Natriumsulfat, Natriumcarbonat, Magnesiumsulfat oder Kaliumchlorid, Kristalle zu bilden wobei, um gewünschte Kristalleigenschaften zu erzielen, die Salz­ lösung in mehreren Stufen unter unterschiedlichen Druckbedingungen behandelt wird, wobei in jeder der Stufen ein Rührvorgang durch­ geführt wird, um die gebildeten Salzkristalle in der betreffenden Lösung suspendiert zu halten. Abgesehen davon, daß diese bekannte Technik ausschließlich die Herstellung einer kristallinen Masse aus Salzlösungen betrifft, also eine Technik, die wegen der andersartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Saccharosen nicht ohne weiteres für die Belange der Zucker­ industrie einsetzbar ist, besteht der grundsätzliche Unter­ schied der bekannten Technik gegenüber der Erfindung darin, daß bei dem bekannten Verfahren in jeder Stufe der Rührvorgang der Salzlösung lediglich in der Weise durchgeführt wird, daß gebildete Kristalle in der Salzlösung suspendiert bleiben. Bei der Erfindung wird demgegenüber der Rührvorgang in jeder Stufe in mehreren Stufenbereichen jeweils unterschiedlich durch­ geführt, und zwar dergestalt, daß im oberen Bereich jeder Zelle ein dreidimensionales Bewegen der Füllstoffmasse und im unteren Bereich der Zelle ein im wesentlichen horizontales Bewegen der Füllstoffmasse stattfindet.

Das richtige Ausmaß an Teigigkeit der Geschmeidigkeit der Masse innerhalb jeder Zelle erreicht man mit der Zugabe von Sirup. Die Temperatursteuerung innerhalb jeder Zelle bewirkt man durch Steuerung des Unterdruckes mittels der Verbindung des Innenraums jeder Zelle mit einer Vakuumquelle und, falls erforderlich, dadurch, daß man einen den konkaven Boden jeder Zelle umgegebenden Wassermantel vorsieht, durch den Wasser zur Konditionierung hindurchführbar ist.

Weitere Aspekte, Vorteile und Besonderheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Erläuterung eines Ausführungs­ beispiels hervor, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.

Die einzige Figur zeigt einen Schnitt eines Mischers vom vertikalen Typ, der in drei Zellen in Kaskadenanordnung unterteilt ist, wobei es sich um ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel handelt.

In der Figur ist ein vertikaler zylindrischer Behältermantel mit 10 bezeichnet, der an seiner Oberseite durch ein Deckel­ teil 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 Figur gezeigt ist, aus einem oberen Teil, der im wesent­ lichen 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 der dritte Auslaßleitung zu einer äußeren Pumpe 24 führt und mit dieser verbunden ist.

Die obere Kammer oder Zelle 20 ist mit einem Einlaß 25 ver­ sehen, um Füllstoffmasse aus einem oder mehreren Siedekesseln zuzuführen. Für jede Zelle 20, 120, 220 ist ein Sirupein­ laß 26, 126, 226 vorhanden, der den oberen zentralen Teil jedes Trichters 21, 121, 221 versorgt. Genauer gesagt befindet sich die Austrittsmündung der Einlässe 26, 126, 226 auf der halben Höhe des oberen kegelstumpfförmigen Teils jedes der Trichter, und zwar aus Gründen, die nach­ stehend 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 hin­ durchströmt, 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 oben­ genannten 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 Blatt­ steigung besitzen als die anderen Propeller 32, 132, 232. Tatsächlich kann es sich bei den Letztgenannten, anstelle von richtigen Propellern, um steigungslose, horizontal um­ laufende 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 natürliche Absonderung der Kristalle größerer Abmessungen innerhalb der Füll­ stoffmasse.

Es kann sogar möglich sein, ohne die unteren Propeller aus­ zukommen, 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 anderer­ seits in dem oberen Bereich Füllstoffmasse, wo die Fließ­ fähigkeit 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 Propeller­ bewegungen 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 Rührpro­ peller und ihre Anordnung begünstigt auch aktiv die Abson­ derung 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 Figur 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 ange­ bracht ist.

Die Funktionsweise ist folgende:
Jede der Zellen 20, 120, 220 wird mit einer Vakuumquelle verbunden, vorzugsweise mit einem Druck von 933 h Pa, und zwar über die Leitungen 30, 130, 230, die mit einer Ein­ richtung zur Unterdruckregelung versehen sind. Die Füll­ stoffmasse von einem oder mehreren Siedekesseln wird in die erste oder oberste Zelle 20 über den Einlaß 25 einge­ geben.

Zum Zeitpunkt des Einfüllens in die obere Zelle 20 hat die anfängliche Füllstoffmasse beispielsweise die folgenden Eigenschaften:

Prozentsatz der Kristalle in der
anfänglichen Füllstoffmasse50,5% Wasseranteil in der anfänglichen
Füllstoffmasse11,0% Temperatur75°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 dreidimen­ sionalen Bewegungsbahnen in Bewegung gesetzt oder agitiert, wie sie durch die gestrichelten Linien 33 angedeutet sind.

Über den Sirupeinlaß 26 wird Sirup zugesetzt, um die erfor­ derliche 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 Füllstoff­ masse, etwa 20%. Der Prozeß wird in der zweiten Zelle 120 und in der dritten Zelle 220 wiederholt.

Am Auslaß der zweiten Zelle beträgt das Kristallwachs­ tum, verglichen mit der anfälligen Füllstoffmasse ungefähr 36%. Am Auslaß der dritten und letzten Zelle beträgt das Kristallwachstum im Vergleich zur anfänglichen Füllstoffmasse ungefähr 50% entsprechend einem Kristall­ wachstum 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 der­ artige Fabrikanlage mit einer Einrichtung zur Unterdrucker­ zeugung 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 zeit­ weise für Reinigungs- und Waschzwecke vom Prozeß abzutrennen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Kristallen großer Abmessungen in als Füllstoffmasse vorgesehenen Saccharosen hoher Reinheit, mit zumindest zwei Behandlungszellen (20; 120; 220) in übereinanderliegender Anordnung, von denen jede Zelle (20; 120; 220) einen konkaven Boden (21; 121; 221) besitzt und jede an ihrer Oberseite mit einem Einlaß (25) für die Zufuhr der Füllstoffmasse, deren Kristalle vergrößert werden sollen, an ihrer Unterseite mit einer Auslaßleitung (22; 122; 222) für die Abfuhr der entsprechend behandelten Füllstoffmasse, mit Anschlußleitungen (30; 130; 230), die zu einer Unterdruckquelle führen, sowie mit Zuleitungen (26; 126; 226) für die Zufuhr von Sirup verbunden und jede Zelle (20; 120; 220) mit einer Rühreinrichtung zum mechanischen Bewegen der Füllstoffmasse versehen ist, von denen jede Rühreinrichtung zwei Rührpropeller (31, 32; 131, 132; 231, 232) in übereinanderliegender Anordnung aufweist, von denen der obere Propeller (31; 131; 231) von einem zylindrischen Mantel (34; 134; 234) umgeben ist, derge­ stalt, daß die Rühreinrichtung jeder Zelle (20; 120; 220) für ein dreidimensionales Bewegen der Füllstoffmasse im oberen Bereich der Zelle und ein im wesentlichen horizontales Bewegen der Füllstoffmasse im unteren Bereich der Zelle (20; 120; 220) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, 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.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mündungsöffnungen der Zuleitungen (26; 126; 226) für Sirup im zentralen Teil des oberen Bereichs der Füll­ stoffmasse in jeder Zelle (20; 120; 220) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 inner­ halb der zugehörigen Zelle (20; 120; 220) betätigbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Boden (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.

6. Mit der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführendes Verfahren zum Erzielen eines Größenwachs­ tums von Kristallen in Füllstoffmassen, bei dem in zumindest zwei Stufen bei herrschendem Unterdruck ein mechanisches Rühren der Füllstoffmasse durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verarbeitung von als Füllstoffmasse vorgesehenen Saccharosen hoher Reinheit die Füllstoffmasse in jeder Stufe in zumindest zwei vertikal übereinanderliegenden Bereichen unterschiedlich gerührt wird, wobei der Füllstoffmasse im ersten, oberen Bereich eine dreidimensionale Bewegung und im darunter­ liegenden Bereich eine im wesentlichen horizontale Bewegung vermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teigigkeit oder Geschmeidigkeit der Füllstoffmasse in jeder Stufe durch geeignete Zugabe von Sirup gesteuert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Füllstoffmasse und damit ihre Kristallisation durch Einstellen des Unterdrucks und durch Kühlen fortlaufend gesteuert wird.