DE69116325T2

DE69116325T2 - Diskontinuierliches Verfahren zur Kristallisation eines Syrups und Einrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE69116325T2
Application number: DE69116325T
Authority: DE
Inventors: Cremoux Jacques De
Original assignee: FCB
Current assignee: FCB
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1991-11-07
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2011-11-08
Also published as: EP0488839A1; DK0488839T3; ES2081454T3; CA2055793A1; ATE132910T1; FR2669510A1; FR2669510B1; US5223040A; EP0488839B1; DE69116325D1

Description

Die Erfindung betrifft die Erzeugung von Zuckerkristallen aus Sirup in einem diskontinuierlich arbeitenden Apparat, der aus einem geschlossenen Behälter besteht, welcher unter Unterdruck gesetzt wird und der an seinem unteren Teil mit einer dampfgespeisten Heizkammer ausgerüstet ist sowie möglicherweise einem Rührwerk zur Beschleunigung der Sirup- und Kristallzirkulation. Dieses Verfahren umfaßt bei jedem Zyklus folgende Schritte: Füllen des Apparats mit einem Sirupvolumen, das ausreichend ist, um die Heizkammer zu bedecken, Eindicken dieses Sirupvolumens, um den Sirup in den Übersättigungszustand zu bringen, und Impfen durch Einführung einer dosierten Menge von Keimkristallen, um einen Kristallfuß zu bilden, anschließend Kristallwachstum mit Hinzufügung von frischem Sirup, um die Zuckerkristallisation und die Wasserverdampfung auszugleichen und den Muttersirup im Übersättigungszustand zu halten, bis die Füllmasse einen bestimmten Stand im Kessel erreicht, und letztlich Abkochen der Füllmasse zur Erhöhung des Brix (Trockensubstanzgehalt) bis auf den gewünschten Wert.
Allgemein benutzt man zur Durchführung des Verfahrens vertikale zylindrische Apparate, die mit einer niedrigen Heizkammer ausgerüstet sind (niedriger als 1,5 m), um die Kristallfußmenge zu begrenzen. Während der Kristallwachstumsphase steigt der Füllmassestand allmählich an, und am Ende des Kochvorgangs liegt bei den allgemein üblichen Apparaten die Füllmassehöhe über der Heizkammer zwischen 1,5 m und 2 m, je nachdem ob sie mit natürlicher Zirkulation arbeiten oder mit einem Rührwerk ausgerüstet sind. In diesen Apparaten liegt das Kristallfußvolumen zwischen 25 % und 35 % des Nutzvolumens.
Dieses Verfahren und diese Apparate werden vormals in dem Buch "La sucrerie de canne" von E. Hugot im Kapitel "Cuite" beschrieben.
Aufgrund der großen Füllmassehöhe über der Heizkammer ist der statische Druck im unteren Teil des Kochapparats hoch und die Siedetemperatur des Muttersirups ist bedeutend höher als die mittlere Temperatur der Füllmasse, was zwei Nachteile mit sich bringt: einerseits muß zum Heizen des Apparats Dampf mit hohem Druck und hoher Temperatur benutzt werden, und andererseits besteht das Risiko einer teilweisen Wiederauflösung der Kristalle, wenn sie den Boden des Apparats durchlaufen.
Ferner ist selbst bei Apparaten mit Rührwerk die Bewegung im Füllmassenvolumen über der Heizkammer nur schwach, da die Rührwerke immer im Boden des Apparats angeordnet sind, woraus sich eine schlechte Homogenität der Füllmasse ergibt, vor allem was die Korngröße der Kristalle anbelangt.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, den Wärmeaustausch und die Füllmassezirkulation zu erhöhen, um die Kochzeit herabzusetzen und die Korngrößenverteilung der Zuckerkristalle zu verbessern, die Benutzung von Dampf mit niedrigerem thermischen Niveau zu gestatten und die Dauer der Zyklen zu regularisieren.
Das erfindungsgemäße Kristallerzeugungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallfußvolumen praktisch gleich dem Endvolumen der erzeugten Füllmasse ist, und daß der Heizdampf- und der Frischsirupdurchsatz während der Kristallwachstumsphase derart geregelt werden, daß der Muttersirup im Übersättigungszustand gehalten wird und der Füllmassestand praktisch konstant bleibt. Um die Übersättigung während der gesamten Dauer des Zyklus auf dem gewünschten veränderlichen Wert zu halten, mißt man eine für den Zustand der Füllmasse repräsentative Größe, vergleicht sie mit einem Referenzwert, der von der ab dem Beginn des Zyklus oder der Kristallwachstumsphase abgelaufenen Zeit abhängig ist, und regelt den Sirup- und/oder Dampfdurchsatz, um die eventuelle Abweichung zwischen gemessenem und Referenzwert zu beseitigen. Diese Lösung erlaubt die Erhaltung von Zyklen mit konstanter Dauer, was die Lenkung des Zuckerhauses vereinfacht.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Apparat zur Durchführung dieses Verfahrens, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Heizkammer mehr als 2 m hoch ist, und daß er mit einem Rührwerk ausgerüstet ist, welches geeignet ist, die Füllmassezirkulation in der Heizkammer zu sichern. Man kann eine Heizkammer mit vertikal angeordneten Rohren oder mit konzentrisch angeordneten ringförmigen hohlen Platten benutzen. Im ersten Fall sollte der Durchmesser der Rohre der Heizkammer vorzugsweise 150 mm oder mehr betragen; Heizkammern mit ringförmigen Platten sollten gleichwertige hydraulische Durchmesser haben. Der Apparat ist mit einem Regelsystem ausgerüstet, das den Füllmassestand unter einem Höchststand über der oberen Ebene der Heizkammer halten und den Füllmassezustand in Abhängigkeit von der Zeit regeln kann.
In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet der Ausdruck "praktisch konstant" bzw. "praktisch gleich", daß die Füllmassestands- bzw. Volumenschwankungen im Vergleich zu den Schwankungen dieser Größen bei den herkömmlichen Verfahren und Apparaten gering sind.
Nachstehende Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Abbildungen; es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Durchmesserebene eines herkömmlichen Kochapparats;
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine Durchmesserebene eines erfindungsgemäßen Kochapparats; und
Fig. 3 die zeitabhängigen Schwankungskurven des Füllmasse-Brix (durchgehende Linie) und der Übersättigung (gestrichelte Linie), wobei die Zeit in Minuten ausgedrückt ist.
Der auf Figur 1 dargestellte Apparat besteht aus einem geschlossenen, zylindrischen Behälter mit vertikaler Achse 10, der mit einer auf dem Boden des Behälters angeordneten Heizkammer 12 ausgerüstet ist. Diese Heizkammer besteht aus einer Reihe von vertikalen Rohren (auf der Abbildung wurde nur eines dieser Rohre 14 dargestellt), deren Enden in die Öffnungen von zwei horizontalen Platten eingefügt werden, welche mit dem Mantel des Behälters und einem konzentrischen Innenmantel 16 eine Kammer abgrenzen, in welche durch einen Einlaß 18 der Heizdampf eingelassen wird. Der Dampf kondensiert auf der Außenfläche der Rohre 14 und gibt dabei Wärme ab, die durch die Rohrwände hindurch auf die von unten nach oben in den Rohren zirkulierende Füllmasse übertragen wird. Bei Apparaten dieser Art wird die Füllmassezirkulation durch die beim Erhitzen entstehenden Dampfblasen, die eine aufsteigende Bewegung der Füllmasse in den Rohren hervorrufen, und durch ein Rührwerk 24 hervorgerufen. Der Rücklauf der Füllmasse bis unter die Heizkammer erfolgt durch den vom Mantel 16 abgegrenzten zentralen Schacht. Der erzeugte Dampf wird durch einen Auslaß 20 abgeleitet, der an einen Kondensator angeschlossen ist, der es erlaubt, in dem Behälter ein Teilvakuum zu bilden. Der frische Sirup wird durch einen Einlaß 22 eingeleitet.
In Apparaten dieser Art schwankt die Höhe h der Heizkammerrohre zwischen 0,8 m und 1,2 m, und die Höhe h' der Füllmasse über der Heizkammer beträgt am Ende des Kochvorgangs ca. 1,5 m. Der Durchmesser der Heizkammerrohre beträgt ca. 100 mm.
Bei dem auf Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen Apparat ist die Höhe H der Heizkammer 112 im Verhältnis zur Höhe des Behälters 110 bedeutend größer als bei einem herkömmlichen Apparat und beträgt mehr als 2 m. Die Füllmassehöhe H' über der Heizkammer ist dahingegen am Ende des Kochvorgangs geringer und beträgt höchstens 0,5 m. Der Durchmesser der Heizkammerrohre 114 betrgt 150 mm oder mehr. Statt einer Heizkammer mit Rohren könnte man eine Heizkammer mit konzentrisch angeordneten ringförmigen hohlen Platten mit gleichwertigem hydraulischen Durchmesser benutzen.
Der Apparat ist ebenfalls mit einem Rührwerk 124 ausgerüstet, das von einem Motor 126 angetrieben wird.
Die in die Heizkammer eingelassene Dampfmenge und die Frischsirupmenge werden durch ein Rege Isystem 128 derart gesteuert, daß die Muttersirupübersättigung und der Füllmassestand auf Sollwerten gehalten wird. Der Füllmassestand wird während der gesamten Kochdauer praktisch konstant gehalten. Um während des Zyklus die Übersättigung auf dem gewünschten, veränderlichen Wert zu halten, wird eine für den Füllmassezustand repräsentative Größe (Leitfähigkeit, Viskosität und Dichte) auf einem Referenzwert gehalten, der von der ab dem Beginn des Zyklus verflossenen Zeit abhängig ist. Man kann z. B. mit einem Gammadichtemesser den Füllmasse-Brix messen und ihn zeitabhängigen Variationen entsprechend der in Figur 3 mit einer durchgehenden Linie aufgetragenen Kurve unterwerfen; die Übersättigung wird dann gemäß der gestrichelten Kurve variieren. Auf Figur 3 ist der Anfangspunkt der Zeit der Beginn der Kristallwachstumsphase.
Durch Erhöhung der Heizkammerhöhe und Beibehaltung einer relativ geringen Füllmassehöhe über der Heizkammer wird die Wärmeaustauschfläche erhöht und die maximale Siedetemperatur des Muttersirups verringert, was es ermöglicht, Dampf mit einem niedrigeren Wärmeniveau zu benutzen. Ferner wird die Füllmasse intensiver bewegt, wodurch die Korngrößenverteilung der Kristalle verbessert und die Kochdauer verringert wird. Schließlich kann dadurch, daß der Zustand der Füllmasse an die ab dem Beginn des Zyklus verflossene Zeit und nicht wie bei den herkömmlichen Apparaten an den Füllmassestand geknüpft wird, die Zyklusdauer konstant gehalten werden, was die Lenkung des Zuckerhauses vereinfacht.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung von Zuckerkristallen aus Sirup in einem diskontinuierlich arbeitenden mit einer dampfbeheizten Heizkammer versehenen Apparat, das darin beruht, durch Zugabe von Keimkristallen zu einem konzentrierten Sirup einen Kristallfuß zu bilden, das Kristallwachstum hervorzurufen, indem die Übersättigung des Muttersirups durch Verdampfung und Sirupzugabe auf dem gewünschten Wert gehalten wird, und dann den Brix der Füllmasse bis auf den gewünschten Wert zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß das Kristallfußvolumen praktisch gleich dem Endvolumen der erzeugten Füllmasse ist, und daß die Heizdampf- und die Frischsirupmenge zumindest während der Kristallwachstumsphase geregelt werden, um den Muttersirup im Übersättigungszustand und den Füllmassestand praktisch konstant zu halten.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand der Füllmasse zeitabhängig derart geregelt wird, daß die Zyklusdauer gleich einem vorbestimmten Wert ist.

3. Diskontinuierlich arbeitender Kochapparat zur Erzeugung von Zuckerkristallen aus Sirup nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem mit einer Heizkammer (112) und einem Rührwerk (124) versehenen geschlossenen Behälter (110), dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Heizkammer (112) mehr als 2 m beträgt und daß er mit einem Regelsystem (128) ausgerüstet ist, das geeignet ist, den Füllmassestand unter einem Höchststand über der oberen Ebene der Heizkammer zu halten.

4. Kochapparat gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer von Rohren gebildet wird, deren Durchmesser größer als 150 mm ist, oder von ringförmigen hohlen Platten, die einen besagten Rohren äquivalenten hydraulischen Durchmesser haben.