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Verfahren zur Gewinnung von wasserhaltiger und wasserfreier Dextrose
aus konvertierter Stärkelösung Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von
kristallinischer Dextrose aus konertierter Stärke, wobei man die konvertierte Stärkelösung
mit Dextrosekristallen der jeweils gewünschten Art (wasserhaltige oder «asserfreie
Dextrose) ansät und dann bei geeigneten Temperaturen unter dauerndem Rühren kristallisieren
läßt. Man war bisher der Meinung, daß sich nach diesem Verfahren nur bei genauer
Innehaltung des für die Bildung der jeweils gewünschten Dextroseart günstigsten
Temperaturbereiches während des Kristallisationsvorganges ein Kristallbrei gewinnen
lasse, aus dem sich die: Dextrose durch einfaches in hoher Reinheit gewinnen läßt.
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Es hat sich aber herausgestellt, daß es möglich ist, sich von der
Notwendigkeit der sorgfältigen Überwachung der Temperatur sowie der sonstigen für
den Kristallisationsvorgang maßgebenden Bedingungen, deren Bestimmung übrigens noch
von dem Konzentrations-und Reinheitsgrade der jeweils verarbeiteten Stärkelösung
abhängig war, freizumachen, wenn man die zur Ansaat benutzte Dextrose in sehr großer
Menge zusetzt, derart, daß der Kristallisationsvorgang durch die Saatdextrose von
vornherein völlig beherrscht wird. Als Saat verwendet man dabei zweckmäßig einen
Teil der von einem früheren Kristallisationsvorgang herrührenden Füllmasse, die
man in entsprechender Menge (bis 4.5 °/o der Gesamtbeschickung) in dem Kristallisationsgefäß,
das die zu kristallisierende frische Stärkeflüssigkeit aufnehmen soll, zurückläßt.
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Durch die Einführung einer verhältnismäßig großen Menge im Zustand
des Wachstums befindlicher Kristalle wird der Kristallisati.onsprozeß mit solcher
Stärke eingeleitet, daß keine engen Temperaturgrenzen eingehalten zu werden brauchen
und die Bildung unerwünschter Kristallarten oder zu kleiner Kristalle verhindert
wird. Wenn die übersättigte Dextroseflüssigkeit bei Beginn der Kristallisationsperiode
eine beherrschende Menge von Kristallen aus einer vorher verarbeiteten Charge enthält,
und namentlich wenn diese Kristalle sich in wachsendem Zustande befinden, wird die
Kristallisation, der in Lösung befindlichen Dextrose viel lebhafter und schneller
eingeleitet und durchgeführt, ohne daß eine besonders aufmerksame C berwachung der
einzuhaltenden Bedingungen in bezug auf Konzentration, Temperatur usw. notwendig
ist. Die Bildung der gewünschten Art von Kristallen, namentlich harter und
sandartiger
Kristalle, ist dabei ohne weiteres gesichert, und die Trennung der Kristalle von
der Mutterlauge macht keinerlei Schwierigkeiten.
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Bei der Herstellung wasserhaltiger Dextrose kann z. B. bei Anwendung
des neuen Verfahrens der Kristallisationsprozeß bei höherer Temperatur eingeleitet
werden, als es sonst möglich war. Daraus folgt, daß man mit Lösungen höherer Konzentration
arbeiten kann, wodurch die für das Verfahren notwendige Zeit erheblich verkürzt
wird; oder aber es wird, wenn dieselbe Konzentration in Anwendung kommt, der Kristallisationsvorgang
und das Schleudern infolge der geringeren Viskosität des Breies erleichtert. Es
ist ferner ganz unbedenklich, die Temperatur gegen Ende der Kristallisationsperiode
erheblich zu erniedrigen, wodurch sich die Ausbeute wesentlich erhöhen läßt. Die
Anwendung einer höheren Anfangstemperatur ist hierbei ohne Gefahr der Bildung von
wasserfreien Kristallen oder unerwünschten Kristallarten deshalb möglich, weil das
Vorherrschen von in wachsendem Zustand befindlichen Kristallen einen sehr fördernden
Einfluß auf die Kristallisation ausübt. Aus demselben Grunde kann die Verringerung
der Temperatur am Ende des Kristallisationsprozesses weiter ausgedehnt werden, weil
offenbar durch die Anwendung einer großen Menge von »Saat«-Kristallen der Brei während
des letzten Teiles der Kristallisationsper iode eine derartige gleichmäßige Menge
solcher Kristalle enthält, daß die sonst bei niedrigerer Temperatur stattfindende
Bildung falscher Kristalle verhindert ist.
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Ähnliche vorteilhafte Ergebnisse werden nach dem neuen Verfahren auch
bei der Herstellung von wasserfreier Dextrose erzielt.
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Es ist ferner festgestellt worden, daß das Verfahren verbessert und
erleichtert wird, wenn man die konzentrierte Flüssigkeit in besonderen Kühlgefäßen
anstatt in den Kristallisationsgefäßen mit der Füllmasse in Berührung kommen läßt.
Der Kühlprozeß läßt sich schneller in besonderen Kühlern und ohne Gefahr einer vorzeitigen
Einleitung der Kristallisation sowie der Bildung falscher Kristalle durchführen.
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Im nachstehenden sei zunächst das Verfahren der Herstellung wasserhaltiger
Dextrose in einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, wobei auf die Zeichnung
Bezug genommen ist.
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Die Stärke wird vorzugsweise durch Säurehydrolyse umgewandelt, wobei
bis zu 9o "/" Dextrose, auf die Trockensubstanz berechnet, gewonnen wird. Die -Flüssigkeit
wird dann vorzugsweise durch ein Knochenkohlefilter B geschickt, von wo aus sie
durch ein Rohr 2 in ein Vakuumgefäß C gelangt. In diesem Gefäß wird die Flüssigkeit
auf etwa 38 bis 45°B6 konzentriert, wobei einer Dichte von 4o° B6 der Vorzug gegeben
wird. In dem Vakuumgefäß kann die Flüssigkeit je nach den Umständen auf eine Temperatur
von 54.-5 bis 82° C erhöht werden. Aus dem Vakuumgefäß gelangt die Flüssigkeit durch
das Rohr 3 in den Küfiler D, in dem vorzugsweise eine Anzahl Kühlschlangen und ein
von einem Mantel umgebenes schiffschraubenartiges Rührwerk angeordnet sind. Nachdem
die Flüssigkeit genügend abgekühlt ist, wird sie durch das Rohr 7 in das Kristallisationsgefäß
E abgelassen, das zweckmäßig doppelwandig ausgebildet und ebenfalls mit einem Rührwerk
8 ausgerüstet ist. In diesem Gefäß findet die oben als Ansaat bezeichnete Mischung
mit kristallisierter Dextrose statt, die der Füllmasse einer vorhergehenden Beschickung
entnommen worden ist. Vorzugsweise setzt man etwa 40 o/o Füllmasse der neu zu kristallisierenden
Beschickung zu, so daß also 6o "/" aus frisch konvertierter und konzentrierter Stärkelösung,
die dem Kühler D entnommen ist, bestehen. Die Füllmasse besteht gewöhnlich aus vier
bis sechs Zehntel fester Substanz, während der Rest Mutterlauge ist. Die frische
Flüssigkeit wird vorzugsweise in den Kristallisator eingelassen, bevor die Füllmasse
der vorhergehenden Beschickung Zeit gehabt hat, sich abzukühlen und zu setzen.-
Die Temperatur, auf die die neue Beschickung in dem Kühler abgekühlt wird, wird
so bemessen, daß die- Mischung der neuen Beschickung mit der Füllmasse der vorhergehenden
Beschickung diejenige Temperatur aufweist, die am günstigsten für die Einleitung
der Kristallisation ist. Diese Temperatur ist vorzugsweise ungefähr 41 ° C, kann
jedoch -auch bedeutend höher, und zwar bis 54.,5° C sein, je nach der Art und Reinheit
der zu kristallisierenden Flüssigkeit. Die Temperatur des Breies wird im Kristallisationsgefäß
für einige Zeit auf 41' C gehalten. Wenn die durch die Kristallisation entwikkelteWärme
nicht genügend durch Ausstrahlung abgeführt wird, läßt man Kühlwasser durch den
Kühlmantel laufen. Nachdem die Kristallisation eingesetzt hat, kann die Masse durch
weitere Zuführung von Kühlwasser zum Kühlmantel allmählich so weit abgekühlt werden,
daß die Temperatur auf 29,5° C sinkt. Wie weit man mit der Erniedrigung der Temperatur
gehen kann, hängt von der Beschickung und anderen Bedingungen ab. Die Temperatur
wird aber nach Möglichkeit beträchtlich unter den Sättigungsgrad erniedrigt, ohne
die Art der Kristallbildung zu beeinträchtigen.
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Obgleich das Verhältnis von 40 °1" Füllmasse
oder
Saat zu 6o °%o frischer Lösung als das normale bezeichnet werden kann, kann in manchen
Fällen, je `nach der Reinheit des Produktes und anderen Bedingungen, eine Änderung
dieses Verhältnisses vorteilhaft sein. Als praktisch in Frage kommende Grenzen kante
man 30 °@" Grund zu 707o Lösung einerseits und 45 °@o Grund zu 55 °f o anderseits
gelten lassen. Diese Grenzen lassen sich aber nach unten und oben noch verschieben.
Jedenfalls ist der Prozentsatz erheblich höher als er bisher üblich war. Gewöhnlich
wurden bisher nicht mehr als ein Prozent, meist sogar noch weniger Saat angewendet,
weil man annahm, daß eine Erhöhung des Prozentsatzes unwirtschaftlich sein würde.
Die Erfindung beruht demnach auf der Erkenntnis, daß eine verhältnismäßig große
Menge der richtigen Art von Kristallsaat, insbesondere im Entwicklungszustande benutzt
werden muß, um den Kristallisationsprozeß in der Flüssigkeit zu beherrschen, so
daß eine weitgehende Erniedrigung der Temperatur möglich ist, ohne die Natur des
Erzeugnisses zu beeinträchtigen oder es für den Schleuderprozeß ungeeignet zu machen.
Zu diesem Zweck müssen die Kristalle gleichmäßig in Art und Größe sein, die Masse
muß möglichst frei von falschen oder zu feinen Kristallen, und es muß die Bildung
von flocken- oder nadelartigen Kristallen ausgeschlossen oder auf ein Mindestmaß
verringert sein. Das Erzeugnis soll eine harte und sandartige Struktur haben.
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Wenn die Kristallisation beendet ist, läßt man etwa 6o°Jo des Breies
durch das Rohr 9 zur Schleudermaschine abfließen, während der Rest als Saat in dem
Kristallisationsgefäß verbleibt, um in diesem so bald als möglich mit einer neuen
Beschickung aus dem Behälter D gemischt zu werden. Der wäßrige Rückstand (Hydrol)
kann ;nach Verlassen der Zentrifuge ein zweites und drittes Mal einem Kristallisationsproze3
unterworfen. werden. Zu diesem Zwecke lassen sich verschiedene Methoden anwenden.
Nach einem bevorzugten Verfahren wird die Restflüssigkeit filtriert, konzentriert,
gekühlt und dann dem Kristallisationsgefäß zugeführt, um dort zunächst wieder mit
einer genügend großen Menge Saat gemischt und dann wie oben beschrieben weiterbehandelt
zu werden. Vom Kristallisationsgefäß wird der erwähnte Teil der zähen, die Kristalle
enthaltenden Flüssigkeit wiederum der Schleudertrommel F zugeführt und die Mutterlauge
vom Zucker getrennt.
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In der Schleuder F wird der Zucker mittels .eines Wasserstrahles gewaschen.
Das Wasser wird durch ein Rohr i i zugeführt, nachdem die Mutterlauge abgelassen
worden ist. Das Waschwasser wird durch ein Rohr i-2 abgeleitet. Nachdem der Zucker
gewaschen ist, wird er aus der Schleudertrommel entfernt und einem Trockenprozeß
unterworfen. Nach diesem Verfahren kann man Zucker von 99,7
bis 99,9°/o Reingehalt
gewinnen.
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Ein grobkörniger Zucker kann nach diesem Verfahren dadurch gewonlnen
werden, daß man eine konvertierte Flüssigkeit von verhältnismäßig niedriger Dichte,
z. B. 38° Be, anwendet. Die Anfangs- und Endtemperaturen der Kristallisationsphase
können dieselben sein wie oben erwähnt. In diesem Falle hat die Anwendung einer
verhältnismäßig großen Menge Füllmasse oder Saat einen unmittelbaren begünstigenden
Einfluß auf die Bildung grobkörnigen Zuckers. Die geringe -Dichte bei gewönhnlicher
Temperatur bedingt eine so leichte Übersättigung, daß keine neuen Kristallarten
oder nur sehr wenige eingeführt werden und fast der gesamte vorhandene Zucker in
derselben Kristallgröße wie die ursprünglichen Kristalle auskristallisiert wird.
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Bei der Herstellung von wasserfreiem Zukker werden dieselben Bedingungen
eingehalten, mit der Ausnahme, daß die Kristallisationstemperatur auf annähernd
54,5° bis 6i,5° C und die Endtemperatur auf 38° bis 5o° C gehalten wird. Diese niedrige
Temperatur ist möglich, ohne daß die Bildung von wasserhaltigen Kristallen zu befürchten
wäre, da auch gegen Ende des Prozesses die Kristallisation durch die vorherrschende
Menge von wasserfreien Kristallen ihr Gepräge erhält. Wenn die Mutterlauge von der
ersten Schleuderung von neuem dem Kristallisationsprozeß unterworfen werden soll,
ist es vorteilhafter, unter Bedingungen zu arbeiten, bei denen die feste Phase wasserhaltig
und nicht wasserfreiauftritt, da bei der Kristallisation der Mutterlauge auf wasserfreie
Kristalle Schwierigkeiten entstehen. Jedoch kann- man nach dem vorliegenden Verfahren
die Mutterlauge, wenn sie nicht zu unrein ist, auf wasserfreie Dextrose verarbeiten.
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Die einzuhaltenden Temperaturen und Dichten werden notwendigerweise
von der jeweils gewünschten. Art und Kristallgröße des Zuckers abhängen, jedoch
auch von der Reinheit und Natur der Lösung. Dementsprechend wird auch die Dauer
der Kristallisation verschieden sein. Auch das zweckmäßigste Verhältnis der Saat
zu der Flüssigkeit wird von derartigen Bedingungen abhängen. Bei Überschreitung
eines gewissen Maßes würde natürlich das Verhältnis von Saat zu frischer Lösung
den Fabrikationsgewinn beeinträchtigen oder schließlich aufzehren. Anderseits wird,
wenn die Menge der Saatkristalle zu gering wird, die Kristallisation ungünstig verlangsamt,
und es werden zu feine oder falsche
Kristalle gebildet, die !e Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens beeinträchtigen würden. Die untere Grenze .dürfte bei etwa 7i/2 0;ö,
bezogen auf die Trockensubstanz, liegen.
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Die günstigsten Bedingungen können leicht von dem Fachmann auf Grund
der obigen Angaben herausgefunden werden. Diese Angaben gehen von einer konvertierten
Flüssigkeit von etwa 88 bis go °/o Reinheit aus. Bei anderen Reinheitsgraden wird
der Fachmann leicht die günstigsten Betriebsbedingungen feststellen können.