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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Weißzucker aus Rohzucker
durch Ausschleudern und Decken mit feuchter Luft. Vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine ihm entsprechende Vorrichtung, um aus Rohzucker
jeder Art, eingeschlossen Nachprodukte und deren Füllmassen, Weißzucker, d. h. Kristall-
und Affinationszucker, durch Decken mit feuchter Luft herzustellen und bezweckt
eine Erhöhung sowohl der Ausbeute als auch bei Nachprodukten der Qualität bei Erleichterung
der Arbeitsweise, insbesondere durch Verminderung der Abläufe und der Menge der
zu kochenden Nachproduktfüllmassen. Das Verfahren hat ferner eine Verringerung der
Zahl der erforderlichen Zentrifugen und im Zusammenhang damit des Brennstoff- und
Lohnaufwandes zur Folge.
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Die Erfindungszwecke werden wesentlich dadurch erreicht, daß beim
Decken des zu verarbeitenden Rohzuckers dafür Sorge getragen wird, daß Feuchtigkeit
zum Lösen des an den Zuckerkristallen haftenden Sirups einer Luftnebeldecke entnommen
wird, welche bei entsprechender Feuchtigkeits- und Temperaturbemessung an jeder
Stelle der Zuckerschicht immer nur so viel Feuchtigkeit abgibt, als zur Auflösung
des Sirups erforderlich ist, so daß ein Verlust an Zuckerkristallen durch Auflösung
vermieden wird.
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Eine solche Behandlung mit einer Luftnebeldecke setzt voraus, daß
der feuchte Luftstrom mit zugemessenem Feuchtigkeitsgehalt unter höherem Druck zur
Einwirkung auf die Zuckerschicht in der Zentrifuge gebracht wird. Dazu gehört, daß
das Decken der Zuckermassen in einer luftdicht abgeschlossenen Zentrifugentrommel
vor sich geht, deren Siebwinden die Zuckermasse in dicker Schicht gleichm'ißig angelagert
ist, so daß in der Mitte der Trommel nur ein verhältnismäßig geringer, wesentlich
zylindrischer Hohlraum zur Einführung der Luftnebeldecke verbleibt.
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Eine derartige Füllung einer Trommel stellt sich bei Einführung des
Rollzuckers in sie nicht ohne weiteres ein, sondern sie setzt praktisch voraus,
(laß der Rohzucker, bevor er in die Zentrifugentrommel gebracht wird, durch passende
Vorbehandlung auf ein(- die Fließfähigkeit erhöhende Temperatur von beil'Iutig 6o
- C gebracht wird und daß der so temperierte Rohzucker in gleichmißigem Strom in
die Zentrifugentrommel eingeführt und bei langsamer Drehung der Trommel nach der
Einfithrung unmittelbar durch Zentrifunalwirkrtng der Trommelwand lose angelagert
wird, bis die Trommel gestrichen voll ist, worauf der luftdichte Abschluß der Trommel
als vorbereitende Maßnahme für den Abschleuderungs- und Deckprozeß vorgenommen wird.
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Um den Zweck der Vermeidung der Auflösung von Zuckerkristallen durch
die feuchte Luftnebeldecke, aus welcher die Feuchtigkeit zum Lösen des Sirups entnommen
wird, möglichst vollkommen zu erreichen, ist im Betriebe dafür Sorge zu tragen,
daß bereits von Sirup befreite Zuckerkristalle, die auf dem Wege der Luftnebeldecke
liegen, von der Berührung mit Luftnebeln, die bei den jeweilig in Frage kommenden
Bedingungen kondensationsfähig sind, geschützt bleiben. Aus diesem Grunde ist der
Betrieb so zu leiten, daß in dem Maße, als das Decken der Zuckermasse von der Seite
her, von welcher die feuchte Luft durch die Zuckerschicht in der Zentrifugentrommel
hindurchgetrieben wird, fortschreitet, Luft von abnehmender relativer Feuchtigkeit
benutzt wird, so daß bereits von Sirup befreiten Zuckerkristallen nur relativ trockene
Luft begegnet, welche keinerlei Neigung mehr besitzt, die Kristalle aufzulösen.
Auch solche zunächst relativ trockene Luft vermag auf ihrem weiteren Wege durch
die dicke Zuckerschicht der Trommel eine deckende Wirkung auszuüben, weil sie bei
zunehmender Entspannung auf ihrem Wege sich durch Expansion abkühlt und dadurch
wieder auf ihren Taupunkt kommt.
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Die Durchführung der Erfindung im einzelnen mag nachstehend im Anschluß
an eine Erläuterung der aus der beiliegenden Zeichnung ersichtlichen Zentrifugenanordnung
gegeben werden. Dabei ist vorausgesetzt, daß der der Zentrifuge zuzuführende Rohzucker
in der oben angegebenen «"eise bereits eine Vorbehandlung in der Art erfahren hat,
daß er in einer drehbaren Trommel, in deren Doppelmantel Kondenswasser von 6o bis
75' C zirkuliert, auf etwa ()o' C vorgewärmt und zur Beseitigung der
bei gelagertem Zucker fast stets vorhandenen Übers'Lttigung des Sirups in der Trommel
in Be-Kihrung mit Luft von go bis roo Prozent relativer Feuchtigkeit gehalten worden
ist, wodurch das fehlende Wasser von dem hygroskopischen Zucker aufgenommen wird.
Diese Vorwärmung außerhalb der Zentrifuge wird vorzugsweise mit einer Behandlung
des Rohzuckers mit Kohlens'iur,#gas, Schwefligsäuregas oder Blankitlösung verbunden,
um die Alkalität des Zuckers, welche Stark viskositäterhöhend wirkt, vorübergehend
zu beseitigen und auch um den Sirup zu bleichen.
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Der auf die soeben angegebene Weise vorbehandelte Rohzucker wird nun
in die auf der
Zeichnung mit i bezeichnete Zentrifugentrommel eingeführt.
Diese ist mit einem festen konischen Deckel 2 mit kreisförmigem Dichtungsbord 3
versehen, welcher die obere Öffnung der Trommel umschließt. Auf diesen Bord paßt
genau die mit Gummipackung ausgelegte Dichtungsnute q. des mit der Trommel rotierenden
Deckels 5, der in der Mitte eine kreisförmige Öffnung 6 mit einem dem inneren Durchmesser
des Rohrstutzens 7 entsprechenden Durchmesser hat (s. auch Abb.3). Um diese Öffnung
6 befindet sich eine kreisförmige Bahn, auf welcher der luftdicht aufgeschliffene
Flansch 8 des nicht mitrotierenden Rohrstutzens 7 gleitet. Das Rohrende des Stutzens
7 ist mittels des kurzen Gummischlauches 9 (Abb. 2) mit dem Rohrende des Luftzuleitungsrohres
io (Abb. i und 2) luftdicht verbunden. Die feste mechanische Verbindung des Rohrstutzens
7 mit dem Rohrende io - die aber doch eine geringe Beweglichkeit des ersteren gestatten
muß - geschieht durch die beiden an den Stutzen angegossenen Daumen ii, welche Abb.
i in der Vorderansicht, Abb. 3 im Grundriß und Abb.5 in vergrößertem senkrechten
Ouerschnitt der Vorderansicht zeigt. Die beiden Daumen ii werden von den beiden
Rahmen 12, die die Abb. q. im Grundriß und die Abb. i und 5 in der Vorderansicht
zeigen, umschlossen, die ihrerseits an dem unteren Teil des knieförmigen Zuleitungsrohres
io festgeschraubt sind, wie aus den Abb. 1, 5 und :i ersichtlich ist; welch letztere
einen Schnitt durch das Zuleitungsrohr io nach der Linie A-B der Abb. i darstellt.
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Zwischen den Rahmen 12 und den Daumen ii sitzen in deren Ausbohrungen
(Abb.3) die Druckfedern 13 (Abb. 5), die den Rohrstutzen 7 fest auf den unter ihm
rotierenden Deckel s drücken, während die Schrauben 14. zur Regulierung des Abdichtungsdruckes
an dieser Stelle dienen.
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Um die Trommel zu öffnen, wird der horizontale Teil des Rohres io
mittels eines daran befestigten Schneckenrades in den Lagern 15 um 9o ° gedreht,
wodurch auch das Knierohr io die gleiche Bewegung ausführt. Hierdurch nimmt der
Flansch 8 (Abb. i) vermittels des über ihm auf den Deckel 5 geschraubten Ringes
16 den Deckel 5 mit in die Höhe, wodurch die Trommel schnell geöffnet, und durch
die entgegengesetzte Bewegung des Knierohres ebenso leicht geschlossen werden kann.
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Da das Verfahren nicht nur eine sehr dicke Schicht des Schleudergutes
zuläßt, sondern eine solche geradezu nötig macht, so ist es notwendig, Trommeln
von großen Abmessungen zu verwenden, wodurch es möglich wird, mit zwei Trommeln
von 2 300 mm Durchmesser bei i Zoo mm Höhe täglich 3 ooo dz Zucker zu affinieren.
Gemäß der hierbei sich ergebenden großen Ladung von 5 ooo bis 5 5oo kg und der besonderen
Beschaffenheit des Materials ist die @ Beschickung der Trommel in der bisher gebräuchlichen
Weise durch Einschütten des Zuckers bis zu einem Drittel oder der halben Höhe der
Trommel, Anlaufen- und »Steigenlassen« der Masse bis an den Deckel der Trommel unausführbar,
denn es wären Ungleichmäßigkeiten der Ladung und daher Exzentrizität des Schwerpunktes
nicht zu vermeiden, die ein gefährliches Schlagen der schweren Trommel zur Folge
hätten.
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Der Zucker muß vielmehr in ganz gleichmäßigem Strome, so wie ihn die
Ausladeschnecke des Anwärmeapparats liefert, nach seinem Einlaufen in die Trommel
sofort nach dem Sieb blech befördert und hier durch die Zentrifugalkraft festgelegt
werden, wozu bei der angegebenen Dimensionierung der Trommel etwa 3o Touren in der
Minute erforderlich sind, welche ein Hilfsmotor der Trommel erteilt.
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Auf diese Weise wird die Trommel mit Zucker vollständig, d. h. bis
an den Dichtungsbord 3, auch in der Mitte, gestrichen voll geladen. Hierbei ist
die Ausnutzung des Laderaumes der Trommel 350 Prozent gegenüber der sonst
gebräuchlichen.
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Die langsam rotierende Trommel kann sofort geschlossen werden, da
der auf den Dichtungsbord gedrückte Deckel s von ihm leicht mitgenommen wird. Nach
Einschaltung des Zentrifugenmotors kommt die Trommel schnell auf 6oo Touren.
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Der heiße Zucker läßt dann infolge der höheren Zentrifugalkraft im
Zentrum einen zylindrischen Raum von etwa 3oo mm frei, um welchen der Zucker als
ein i m dicker Ring lagert.
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Nach 7 bis 8 Minuten sind ungefähr vier Fünftel des vorher rund io
Prozent betragenden Sirups vom Zucker abgeschleudert, wonach die Ladung aus etwa
97,8 Prozent reiner Zuckerkristalle und 2,2 Prozent noch daran haftenden Sirups
besteht, und es ist nun die Aufgabe eines rationellen Deckverfahrens, diesen Sirup
bei möglichster Schonung der Kristalle zu entfernen.
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Dieses Ziel kann in der geschlossenen Trommel bei Anwendung der »Luftnebeldecke«
gemäß der Erfindung besser und sicherer als durch andere Deckverfahren erreicht
werden, weil die heiße, feuchte Luft keine Abkühlung von außen erleidet und das
Wasser in ganz besonders feiner Verteilung enthält. Ferner wird die Luft mit einem
fünfzig- bis hundertmal größeren Druck und mit einer dementsprechenden Geschwindigkeit
durch die Schicht getrieben, als es die einfache Ventilatorwirkung der letzteren
bei offener Trommel vermag, wodurch die Deckarbeit sehr beschleunigt wird. Der wesentlichste
Vorteil
der Luftnebeldecke besteht aber darin, daß man imstande
ist, das Wasser nur dort auf den Zucker zur Einwirkung kommen zu lassen, wo dieses
zweckmäßig ist, d. h. man vermag es innerhalb der Zuckerschicht allmählich von innen
nach außen und, je nach Bedarf, auch nur in derjenigen Zone, wo sich noch Sirup
auf den Zuckerkristallen befindet, aus dem Grenzzustande zwischen Gas und Dampf
durch Oberflächenkondensation und durch Expansionskühlung in einen höchst feinen
Nebel zu verwandeln, der sich überall unmittelbar auf dem Sirup der Kristalle niederschlägt
und ihn damit zur Abschleuderung bringt.
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Die bei diesem Verfahren verwendete feuchte Luft kann dadurch erhalten
werden, daß atmosphärische Luft nach dem Austreten aus einem Kapselgebläse durch
Einblasen von Dampf oder durch Berührung mit einer großen Oberfläche von 6o bis
go gradigem Wasser auf Zoo Prozent relativer Feuchtigkeit gebracht wird; die genauere
Einstellung der relativen Feuchtigkeit geringeren Grades geschieht durch Erhitzen
der feuchten Luft über ihre Taupunkttemperatur durch Hindurchleiten durch einen
auf verschiedene Temperaturen heizbaren Röhrenkalorisator. Aus diesem tritt sie
durch das Zuleitungsrohr io in das Innere der Trommel.
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Bei dem Eindringen der bei 8o' vollständig mit Wasser gesättigten,
also auf ihrem Taupunkt stehenden Luft in die Zuckerschicht wird sie von dem um
2o' kälteren Zucker abgekühlt, und es scheidet sich daher eine den absorbierten
latenten Kalorien des in der Luft enthaltenen dampfförmigen Wassers entsprechende
Menge tropfbar flüssigen Wassers als feiner Nebel auf den Kristallen aus. Die hierbei
in der Ladung in Austausch tretenden Kalorien bewirken einerseits die Ausscheidung
von 55 kg Wasser in dem Zucker, und anderseits wird dieser allmählich von 6o auf
8o' erwärmt.
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Die ausgeschiedene Wassermenge genügt vollständig, um jene Siruphäutchen,
die nach dem ersten Abschleudern des Sirups auf dem Zucker zurückgeblieben sind,
zu entfernen, weil diese Reinigung ganz allmählich sowohl in der Richtung der Zentrifugenkraft
als auch auf dem einzelnen Kristall erfolgt. Nichtsdestoweniger würde aber in den
schon weiß gedeckten Schichten ein Verlust durch Auflösen dadurch entstehen, daß
reine Zuckerkristalle von 8o' in einer vollständig mit Wasserdampf gesättigten Luft
von 8o' keineswegs trocken bleiben, weil der Zucker infolge seines Lösungsbestrebens
der Luft einige Prozente Wasser entzieht, die von ihr bei der hohen Sättigung im
Grenzzustande zwischen Gas und Dampf nur schwach festgehalten werden. Diese Verluste
sind um so bedeutender, weil bei 8o' ein Teil Wasser fast Teile Zucker löst. Es
ist aber möglich, durch langsam ansteigende Überhitzung der gesättigten Luft ihren
Taupunkt beliebig zu regeln und damit die Nebelbildung als auch die Wasseranziehung
des weißen Zuckers nach Maßgabe der fortgeschrittenen Reinigung von diesem fernzuhalten
und die Ausscheidung des Nebels erst wieder nach Erreichung des Taupunktes durch
die Expansionskühlung in den Sirup enthaltenden Schichten stattfinden zu lassen.
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Auf diese Weise erreicht man den Reinigungseffekt viel schneller,
mit weniger Wasser und daher mit geringeren Verlusten als bei Anwendung nur völlig
gesättigter Luft. Es werden daher bei dieser Arbeitsweise aus mittleren Rohrzuckern
Ausbeuten von 87 bis 89 Prozent an Kristallzucker erzielt.
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Das Ausdecken der Zuckerschicht durch die Luftnebeldecke kann auch
gleichzeitig mit dem Ausschleudern des ersten Sirups sogleich nach dem Anlassen
der Zentrifuge begonnen werden, weil die beiden Prozesse ungestört nebeneinander
verlaufen, wodurch an Zeit gespart und die Ausübung des Verfahrens wesentlich vereinfacht
wird.
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Nach diesem Verfahren können auch Nachprodukte selbst schlechtester
Qualität in Farbe und Korn mit gutem qualitativem Erfolge bei Ausbeuten von
69 bis 81 Prozent affiniert werden, welche Kochklären von 98 und darüber
an Reinheit ergeben.
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Bei den Nachprodukten ist der Schichtwiderstand und demgemäß auch
der Gebläsedruck höher als bei den Rohrzuckern, weil ihr Kristall kleiner ist, sie
auch mehr Sirup und oft viel Feinkorn enthalten, welches sich auf dem Siebblech
ablagert und den Durchgang des Sirups erschwert.
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Es ist daher in diesem Falle zweckmäßiger, die L üftnebeldecke so
anzuwenden, daß die gesättigte Luft von 8o' zuerst in den Mantelraum außerhalb der
Trommel geblasen und dann durch die Schicht in das Innere der Trommel gesaugt wird,
in welcher dann der Druck o,9 Atm. abs. besteht. Durch Eindringen einer genügenden
Nebelmenge in die äußerste Zone der Schicht wird das Feinkorn durch Auflösen schnell
beseitigt, wodurch sich diese Art des Deckens wesentlich von der sogenannten russischen
Decke unterscheidet, bei welcher nur ein Erhitzen des Trommelmantels bzw. des Siebbleches
durch in den Mantelraum eingeblasenen Dampf erreicht wird. Nach Entfernung des Feinkornes
wird dann die heiße gesättigte oder überhitzte Luft, wie angegeben, in das Innere
der Trommel geleitet.
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Bei der Affination sehr dunkler Nachprodukte, deren Farbstoffe durch
langes Lagern schwer löslich geworden sind, kann sich das Tempe- i raturgefälle
von 8o auf 6o' bzw. die ihm entsprechende ausgeschiedene Nebelmenge als ungenügend
erweisen,
um die äußeren Schichten auszudecken. Bei solchen Produkten kann das Temperaturgefälle
dadurch erhöht werden, daß man kalte atmosphärische Luft in den Mantelraum leitet
und dann durch die Schicht in das Innere der Trommel saugt. Schon nach 5 1VIinuten
ergibt sich dann durch Abkühlung des Zuckers eine Zunahme des Gefälles von 7 bis
8'.
Dann wird die Luftnebeldecke von innen angewandt.
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Bei manchen Produkten, z. B. ganz grobem Korn, ist es auch zweckmäßig,
die Luftnebeldecke intermittierend zwischen innen und außen in beliebigen Zeitzwischenräumen
anzuwenden. Ausführungsbeispiel. In einer horizontalen, drehbaren Trommel, die in
einem Wasserbade auf höhere Temperaturen erwärmt werden konnte, wurden 22 kg eines
mittleren Rohzuckers z Prod. unter Durchleiten von Kohlensäuregas, dem etwas schweflige
Säure beigemischt war, auf 65' C erwärmt. Der Zucker wurde dann möglichst
gleichmäßig in eine langsam rotierende Zentrifugentrommel von 400 mm Durchmesser
bei 18o mm Höhe, die auch auf gleiche Temperatur angewärmt war, eingefüllt und der
hermetisch schließende Deckel der Trommel geschlossen. Die Trommel wurde dann auf
r 5oo Umdrehungen pro Minute gebracht.
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Schon nach 3 Minuten begann der Ablauf eines dicken Sirups, der nach
8 Minuten sehr schwach wurde. Von letzterem wurden 2 226 g aufgefangen.
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Es wurde nun mit Wasserdampf gesättigte Luft von 85' unter
einem Druck von 380 mm W. S. eingeleitet; nach kurier Dauer der Einführung
der mit Wasserdampf gesättigten Luft (etwa 2 Minuten) wurde eine langsame Erhöhung
der Temperatur der Luft bis auf 92' vorgenommen mit dieser Temperatursteigerung
entsprechender Verminderung der relativen Feuchtigke,it: Der während des Deckens
mit feuchter Luft ablaufende Sirup war heller und dünner als der erste und ergab
nach einer Gesamtschleuderdauer von 14 Minuten 718 g.
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Nach dem Öffnen der Trommel zeigte es sich, daß der erhaltene Weißzucker
sehr trocken und ohne jeden Schluß war, so daß er leicht aus der Trommel nach oben
herausgenommen werden konnte. Die Ausbeute betrug 19272 g = 87,6 Prozent vom Rohzucker.
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Die Summe des affinierten Zuckers und seiner beiden Abläufe betrug
222i6 g; es sind also nur 216 g Wasser als feiner Nebel nötig gewesen, um den Zucker
zu affinieren.