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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Reinigen
von Zuckersäften,
insbesondere von Zuckersäften
aus Zuckerrüben,
das bei vergleichbarer Qualität
des Klarsaftes eine wesentliche Verringerung des Kalkverbrauchs
erlaubt, die bis zu 70% des Kalkverbrauchs bei gebräuchlichen
Behandlungsanlagen erreichen kann.
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Ein
Reinigungsverfahren für
Zuckersäfte
ist bspw. in der Druckschrift
US-A 4,795,494 beschrieben.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß ein Zuckersaft-Reinigungsverfahren,
das einen geringeren Kalkverbrauch erlaubt und eine Vorrichtung
zur Durchführung
dieses Verfahrens zu schaffen.
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Außerdem ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Zuckersaft-Reinigungsverfahren
zu schaffen, das bei einem gegebenen Kalkverbrauch die Filtrierbarkeit
der Säfte
der ersten und zweiten Karbonatation und den Farbindex des fertigen
klaren Saftes verbessert.
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Darüberhinaus
kann das erfindungsgemäße Verfahren
in vorhandenen Reinigungsanlagen mittels einer geringfügigen Erweiterung
der vorhandenen Anlagen und ohne Veränderung der Einrichtungen zur
Kalkherstellung, zum Pumpen von Kohlensäuregas und der ersten Karbonatation
sowie der zweiten Karbonatation durchgeführt werden.
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Erfindungsgemäß weist
das Verfahren zum Reinigen von Zuckersaft, insbesondere von Zuckerrübensaft,
eine Hauptreinigungsschrittfolge auf, die aufeinanderfolgend eine Vorkalkungsbehandlung des
Zuckersafts, ggfs. eine Reifungsbehandlung des vorgekalkten Saftes,
wenigstens zwei aufeinander folgende Karbonatationsbehandlungen
des vorgekalkten Zuckersafts und ggfs. eine Sulfitierungsbehandlung
zwischen den Karbonatationsbehandlungsschritten umfasst, wobei dieses
Reinigungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es vor der Hauptreinigungsschrittfolge
eine Vorreinigungsschrittfolge aufweist, die aufeinanderfolgend
besteht aus:
- a) Unterziehen der gesamten Menge
des zu reinigenden Zuckersafts einer Vorkalkungsbehandlung mit Zugabe
der Gesamtmenge oder eines Teiles der von der Hauptbehandlungsfolge
herrührenden
Schlämme;
- b) Unterziehen des vorgekalkten Zuckersafts einer Koagulationsbehandlung;
- c) Zugeben eines Ausflockmittels zu dem vorgekalkten und aus
dem Behandlungsschritt b) hervorgegangenen koagulierten Zuckersaft
und Unterziehen der mit dem Ausflockmittel versehenen Zuckersaftfraktion
einer Dekantierung um einerseits einen klaren Vorreinigungs-Zuckersaft
und andererseits Vorreinigungs-Schlämme abzuscheiden; und
- d) Unterziehen des aus dem Behandlungsschritt c) hervorgegangenen
klaren Vorreinigungs-Zuckersafts der Hauptbehandlungsschrittfolge.
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Die
Hauptbehandlungsschrittfolge des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens umfasst
nach dem Behandlungsschritt der ersten Karbonatation aufeinanderfolgend
einen Behandlungsschritt der Abscheidung des nach dem ersten Karbonatationsbehandlungsschritt
erhaltenen trüben
Zuckersafts, um von diesem einen ersten klaren Hauptsaft und Schlämme der ersten
Karbonatation abzuscheiden und ggfs. einen Behandlungsschritt der
Sulfitierung des ersten klaren Hauptsafts bevor dieser dem Behandlungsschritt
der zweiten Karbonatation unterzogen wird. Ein Teil oder die Gesamtmenge
der Schlämme
der ersten Karbonatation werden normalerweise bei der Vorkalkungsstufe
der Vorreinigungsschrittfolge recycelt. Die Fraktion der ggfs. nicht
recycelten Schlämme
der ersten Karbonatation wird den Vorreinigungs-Schlämmen vor
der Filtration zugemischt.
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Der
Trübsaft
der zweiten Karbonatation wird ebenfalls in der Regel einem Abscheidungsbehandlungsschritt
unterzogen, um einen zweiten klaren Hauptsaft und Schlämme der
zweiten Karbonatation abzuscheiden. Der zweite klare Saft kann einem
Entkalkungsbehandlungsschritt und ggfs. einen Sulfitierungsbehandlungsschritt
sowie der Zugabe von Natriumbisulfit unterzogen werden, bevor er
einem Verdampfungsbehandlungsschritt unterzogen wird.
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Ein
Teil oder die gesamte Menge der Schlämme der zweiten Karbonatation
werden an der Vorkalkstufe der Vorreinigungsschrittfolge recycelt. Die
Fraktion der ggfs. nicht recycelten Schlämme der zweiten Karbonatation
wird den Schlämmen
der Vorreinigung vor der Filtrierung zugemischt.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Durchführung des oben beschriebenen
Verfahrens zur Reinigung eines Zuckersafts, die über eine Hauptanordnung von
Behandlungseinheiten verfügt, welche
hintereinander liegend eine Vorkalkungseinheit, ggfs. eine Reifungseinheit
und wenigstens eine erste und eine zweite Karbonatationseinheit
aufweist, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, dass sie außerdem eine
Anordnung von Vorreinigungseinheiten aufweist, die umfasst
- – eine
Vorkalkungseinheit, der die gesamte Menge des zu reinigenden Zuckersaftes
zugeführt wird;
- – eine
Koagulationseinheit, der gleichzeitig der vorgekalkte Zuckersaft
und ein Koagulationssmittel zugeführt werden;
- – ein
Mittel, um den koagulierten Zuckersaft und ein Ausflockmittel gleichzeitig
in eine Dekantiereinheit einzubringen, in der einerseits ein klarer Vorreinigungs-Zuckersaft
und andererseits Vorreinigungsschlämme abgeschieden werden; und
- – ein
Mittel, um den klaren Vorreinigungs-Zuckersaft in die Vorkalkungseinheit
der Hauptanordnung von Behandlungseinheiten einzubringen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die beigefügte Figur,
welche schematisch eine erfindungsgemäße Reinigungsanlage veranschaulicht.
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In
der Figur ist eine erfindungsgemäße Reinigungsanlage
dargestellt, die eine Hauptanordnung A von Behandlungseinheiten
und eine Vorreinigungsanordnung B von erfindungsgemäßen Vorreinigungseinheiten
aufweist.
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Die
Hauptanordnung A weist aufeinanderfolgend eine Vorkalkungseinheit 1,
eine Reifungseinheit 3, eine erste Karbonatationseinheit 4,
eine Abscheideeinheit 5, 5' für einen ersten klaren Hauptsaft
JC1 und für
Schlämme
der ersten Karbonatation, eine zweite Karbonationseinheit 6 und
eine Abscheideeinheit 7, 7' für einen zweiten klaren Hauptsaft
JC2 und für
Schlämme
der zweiten Karbonatation auf.
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Wie
in der Figur dargestellt, kann zwischen der Vor kalkungseinheit 1 und
der Reifungseinheit 3 eine Heizvorrichtung 2 angeordnet
sein, um den vorgekalkten Saft vor seiner Einführung in die Reifungseinheit 3 zu
erwärmen.
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Gegebenenfalls
kann eine (nicht dargestellte) Sulfitierungseinheit nach der Abscheideeinheit 5, 5' zur Behandlung
des ersten klaren Hauptsaftes JC1 und/oder nach der Abscheideeinheit 7, 7' zur Behandlung
des zweiten klaren Hauptsaftes JC2 vorgesehen sein.
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Der
im Vorstehenden beschriebene Hauptkomplex stellt eine klassische
Reinigungsanlage für Zuckersäfte, wie
Zuckerrübensäfte dar.
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Die
oben genannte klassische Reinigungsanlage arbeitet wie folgt:
- – ein
mittels jeden bekannten Extraktionsverfahrens gewonnener Zuckersaft,
bspw. ein Diffusionszuckersaft wird in die Vorkalkungseinheit 1 eingeführt, wo
er mit einer erheblichen Menge Kalk (CAO) vermischt wird, die sich
in der Regel auf eine Zugabe von 10 bis 24 g CAO pro Tonne Zuckerrüben beläuft.
- – Der
vorgekalkte Saft wird in der Regel (mittels der Heizvorrichtung 2)
auf eine Temperatur in der Größenordnung
von 83° bis
85°C erhitzt
und dann in eine Reifungseinheit 3 und anschließend in eine
Einheit der ersten Karbonatation 4 eingebracht, wo er mit
CO2 vermischt wird, das von einem Kalkofen
kommt.
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Der
von der ersten Karbonatationseinheit 4 kommende erste Trübsaft JT1
wird sodann in eine Abscheideinheit 5, 5' eingeführt, die
zum Beispiel Eindickungsfilter oder Dekantiervorrichtungen enthält, um einen
ersten klaren Hauptsaft JC1 und Schlämme der ersten Karbonatation
abzuscheiden.
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Der
ggfs. sulfitierte Klarsaft JC1 wird sodann auf eine Temperatur in
der Größenordnung
von 92° bis
95°C aufgeheizt
und in eine Einheit der zweiten Karbonatation 6 eingebracht,
wo er von Neuem mit Kohlendioxidgas behandelt wird und eine ergänzende Karbonatation
bis zu einem PH-Wert von in der Regel 9 bis 9,3 erfährt.
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Der
Trübsaft
JT2 der zweiten Karbonatation wird sodann in eine Abscheideeinheit 7, 7' eingegeben,
die im Wesentlichen der vorhergehenden entspricht, wo ein zweiter
Klarsaft JC2 von den Schlämmen
der zweiten Karbonatation abgeschieden wird.
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Der
Klarsaft JC2 kann sodann verschiedenen klassischen Verfahrensweisen
unterzogen werden, wie einer Sulfitrierung (SO2-Behandlung),
einer Entkalkung und einer Zugabe von Natriumbisulfit bevor er zu
einer (nicht dargestellten) mehrstufigen Verdampfungseinheit gelangt,
um dort kristallisiert zu werden.
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Die
Sulfitierungen der Klarsäfte
oder die Zugabe von Natriumbisulfit dienen dazu eine vollständige Entfärbung des
fertigen Saftes sicherzustellen.
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Als
Variante können
für die
Entfärbung
der Säfte
Behandlungen mit Aktivkohle eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß weist
die Anlage zusätzlich
eine Vorreinigungsanordnung B auf, die eine Vorkalkungseinheit 8,
eine Koagulationseinheit 10, eine Dekantiereinheit 11,
in der der zu reinigende Zuckersaft behandelt wird, bevor er der
Hauptanordnung A zugeleitet und dort der Hauptbehandlungsschrittfolge unterzogen
wird, auf.
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Erfindungsgemäß wird die
gesamte Menge des zu reinigenden Zuckersafts, bspw. eines Diffusionszuckersafts,
in die Vorkalkungseinheit 8 eingebracht, wo der zu reinigende
Zuckersaft mit der Gesamtmenge oder einem Teil der von der Hauptbehandlungsschrittfolge
herrührenden
Schlämme
der ersten und der zweiten Karbonatation sowie ggfs. einer geringen
Menge Kalkmilch vermischt wird. Die Verweildauer in der Vorkalkungseinheit 8 liegt
zwischen 2 min und 30 min, in der Regel bei etwa 20 min und die
Behandlungstemperatur liegt in der Regel zwischen 40° bis 80°C, vorzugsweise
zwischen 68° und
75°C. Die
Menge der ggfs. verwendeten Kalkmilch entspricht einer Menge, die
gleichwertig mit 0,3 bis 3 g/Liter CAO ist.
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Die
aus der Vorkalkungseinheit 8 kommende vorgekalkte Mischung
wird sodann, ggfs. nach einer Erwärmung auf eine Temperatur von
78°C oder
mehr, üblicherweise
etwa 80°C
bis 83°C,
in einer Heizvorrichtung 9 in eine Koagulationseinrichtung 10 eingebracht,
wo sie mit einem Koagulationsmittel vermischt wird. Die normalerweise
verwendete Menge Koaguliermittel liegt bei 2 bis 5 ppm pro Liter.
Die Koagulationszeit liegt normalerweise zwischen 5 min und 30 min,
vorzugsweise zwischen etwa 10 bis 15 min.
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Der
in der Koagulationseinheit 10 koagulierte Saft wird sodann
unter Zugabe eines Ausflockmittels, üblicherweise in der Menge von
2 bis 5 ppm/Liter zu einer Dekantiereinheit 11 gebracht,
wo der Vorreinigungs-Klarsaft JCs und sekundäre Schlämme abgeschieden werden. Die
Verweilzeit in der Dekantiereinheit 11 ist normalerweise
in der Größenordnung von
20 min bis 30 min. Der Vorreinigungs-Klarsaft JCs wird sodann in
die Vorkalkungseinheit 1 der Hauptanordnung A eingebracht,
um der Hauptbehandlungsschrittfolge unterzogen zu werden, wie diese
oben beschrieben wurde.
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Auf
der anderen Seite werden die ggfs. einer nicht recycelten Fraktion
von Schlämmen
der ersten und zweiten Karbonatation zugemischten Vorreinigungs-Schlämme von
der Dekantiereinheit 11 zu einer Abscheideeinheit 12,
bspw. einer Filterpresse zur Filtration und Entzuckerung geleitet,
wobei einerseits entzuckerte Schäume
und andererseits ein Filtrat erhalten werden, das in der Regel mit
dem aus der Dekantiereinheit 11 kommenden Vorreinigungs-Klarsaft JCs
recycelt wird.
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Gegebenenfalls
kann dem Koagulationsmittel in der Koagulationseinheit 10,
falls erforderlich, eine geringe Kalkmenge zugegeben werden.
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Im
Rahmen einer Erweiterung bestehender Anlagen kann die Vorreinigungs-Hilfsanordnung
B ohne Änderung
der Anlagen zur Kalkherstellung, zum Pumpen von CO2-Gas
und von Einheiten der ersten und zweiten Karbonatation verwirklicht
werden.
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Das
Verfahren und die Reinigungsanlage gemäß der Erfindung erlauben es
die Filtrierbarkeit der Trübsäfte der
ersten und zweiten Karbonatation und den Farbindex des Kalksafts
der zweiten Karbonatation bei einem vorgegebenen Kalkverbrauch zu
verbessern.
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Darüberhinaus
ermöglicht
es das Verfahren die gleiche gesamte Wirksamkeit der Reinigungsbehandlung
wie das klassische Verfahren zu erzielen (Reinheit und Färbung des
Klarsafts der zweiten Karbonatation). Schließlich verringert das erfindungsgemäße Verfahren
die Abfälle,
wie etwa Schäume
der ersten Karbonatation (zumindest 10 bis 25 kg pro Tonne behandelter
Zuckerrübe)
und demgemäß des in
die Atmosphäre
abgegebenen CO2.
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Der
Zuckerverlust in den Schäumen
wird in gleichem Maße
wie die Schaummenge reduziert.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind im Fall von Zuckerrüben
minderer Qualität noch
deutlicher.