DE69909048T2

DE69909048T2 - Verfahren zur Herstellung von Raffinosekristallen

Info

Publication number: DE69909048T2
Application number: DE69909048T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yokohama-shi Inoue; Yoshihiro Simonoseki-shi Semba; Osamu Sibetsu-shi Suda; Yuichi Sibetsu-shi Ohwada
Original assignee: Nippon Tensai Seito KK; Nippon Beet Sugar Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nippon Tensai Seito KK; Nippon Beet Sugar Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2019-03-10
Also published as: JP3639858B2; DK1035128T3; US6224684B1; DE69909048D1; EP1035128B1; JPH1175900A; EP1035128A1

Description

Genaue Beschreibung der Erfindung
Technisches Gebiet, zu dem die Erfindung gehört
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kristallisation von Raffinose durch Kühlung einer raffinosehaltigen Lösung; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein System, das besonders geeignet ist für die industrielle und großtechnische Kristallisation von Raffinose durch Kühlen einer Lösung, die Raffinose in einer hohen Konzentration enthält, wodurch Raffinose effizient kristallisiert wird, ohne starke Anhaftung von Raffinosekristallen an die Wand eines Behälters oder dergleichen.
Insbesondere von einem industriellen Standpunkt ist die Erfindung sehr nützlich, z.B. zum Trennen und Konzentrieren einer raffinosehaltigen Fraktion von Rübenmelasse und dergleichen und nachfolgenden Kristallisieren von Raffinose unter Kühlung.
Stand der Technik
Ein Verfahren zum Kristallisieren von Raffinose, das umfasst, Abfallmelasse einem chromatographischen Trennungsverfahren zu unterziehen, um den Raffinosebestandteil zu isolieren, ist aus JP-B-56-39640 bekannt. Dies sieht vor das Zuführen von Rübenmelasse einer chromatischen Trennung und das Konzentrieren einer Raffinosefraktion (bei einem Sucrose/Raffinose-Verhältnis kleiner oder gleich 2) auf rBx (das heißt refraktometrischer Brix) von 60,8 bis 70, um eine Raffinose-konzentrierte Lösung zu gewinnen, und Stehen lassen der Lösung über Nacht bei leichter Durchmischung, um zu kristallisieren, und Abtrennen der Kristalle. Das Raffinosekristallisationsverfahren ist jedoch nicht geeignet, eine große Menge von Raffinosekristallen effizient zu erzeugen.
G. Vaccari et al. (Proceedings of the Conference on Sugar Processing, Savannah, März 1998, S. 93-108) beschreiben eine Kühlungskristallisation, die auf die Extraktfraktion eines chromatographischen Trennungsprozesses von Melasse angewandt wird. Ein dreistufiges Kühlungskristallisationsverfahren wurde angewandt. Kommerzieller weißer Zucker wurde erhalten aus dem ersten Kristallisationsschritt und durch Wiederverwerten der aus dem zweiten und dritten Schritt gewonnenen Kristalle. Erhöhte Pegel von Betain und Raffinose ermöglichen die Wiedergewinnung von Melasse, die zu –93% aus dem Kristallisationsverfahren erschöpft waren.
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Um effizient eine große Menge von Raffinosekristallen industriell herzustellen, sollte das Kristallisationsverhältnis notwendigerweise erhöht werden. Wie in 1 gezeigt, ist reine Raffinose typischerweise von niedriger Löslichkeit bei niedrigen Temperaturen, und durch Ausnutzen dieser Eigenschaften wird Raffinose in einem Kristallisationsverfahren unter Kühlen kristallisiert. Insbesondere wird die Löslichkeit von Raffinose deutlich reduziert, wenn die Temperatur einer Lösung, die Raffinose enthält, auf 50°C oder weniger gesenkt wird, so dass gesagt werden kann, dass der Temperaturbereich bevorzugt beibehalten wird, um so die Kristallisationseffizienz zu erhöhen. Außerdem ist die effiziente Übertragung der Temperatur innerhalb des Bereichs auf eine Lösung, die Raffinose in hoher Konzentration enthält, ein Schlüsselfaktor für die Erhöhung der Kristallisationseffizienz.
Demgemäß wird ein Kristallisationsverfahren verlangt, das in der Lage ist, die Bedingungen zu erfüllen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Graphen, der die Beziehung zwischen Raffinoselöslichkeit und Temperatur und die Beziehung zwischen Sucroselöslichkeit und Temperatur wiedergibt;
2 ist ein Flussdiagramm des Raffinoseherstellungsverfahrens; und 3 zeigt eine Anlage zum Kühlen und Kristallisieren.
Mittel zum Lösen der Probleme
Die Erfinder haben ihre Aufmerksamkeit auf den Ausgleich zwischen der Geschwindigkeit der Temperaturabnahme und der Kristallwachstumsgeschwindigkeit gerichtet, wenn eine Lösung, die Raffinose in hoher Konzentration enthält, gekühlt wird, wobei die Erfinder ihre Aufmerksamkeit außerdem auf die hocheffiziente Übertragung der Temperatur zum Kühlen auf die Lösung, die Raffinose in einer Konzentration, deren Übersättigungsgrad 0,5 bis 1,0 bei 50 bis 70°C, deren Raffinosereinheit 60 bis 99 TS% (SD%) und deren refraktometrischer Brix (rBx) 60 oder weniger bei 20°C beträgt, gerichtet haben.
Wenn die Geschwindigkeit der Temperaturabnahme in einer Lösung, die Raffinose in hoher Konzentration enthält, zu groß ist, können möglicherweise falsche Kristallite oder Konglomerate entstehen; wenn die Geschwindigkeit zu klein ist, wird das Wachstum der Kristalle verlangsamt. Wenn eine Lösung, die Raffinose in hoher Konzentration enthält, gekühlt wird, haften die Kristalle außerdem am Inneren der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren. Wenn die Kristalle einmal anhaften, wird die Temperaturübertragung verhindert; außerdem kann eine genaue Flüssigkeitstemperatur nicht schnell erfasst werden, und daher wird eine weit längere Zeit benötigt, bis die vorgegebene Flüssigkeitstemperatur erreicht ist; oder eine empfindliche Temperaturkontrolle kann nicht erreicht werden.
Außerdem können Kristalle, die einmal anhaften, nicht mehr auf einfache Weise entfernt werden, und eine große Menge mühseliger Arbeit ist nötig, um die Kristalle vom Inneren der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren abzulösen; und solche Kristalle wirken als ernsthaftes industrielles Hindernis.
Die Kristallanhaftung kann nicht durch bloßes Durchmischen einer Raffinose enthaltenden Lösung verhindert werden, sondern die Kristalle haften auch am Rührer an. Daher kann der beabsichtigte Zweck nicht erreicht werden.
Vom Standpunkt der Entwicklung einer neuen Technik zur Raffinosekristallisation unter Kühlung im Hinblick auf industrielle Aspekte, um die Kristalladhäsion zu verhindern, haben die Erfinder daher Versuche unternommen, ein Verfahren zum Verhindern der Kristallanhaftung zu entwickeln, wobei das Verfahren für ein Verfahren im industriellen Großmaßstab geeignet sein sollte. Die Erfinder hatten das Ziel, ein Verfahren zum effizienten Herstellen von Raffinosekristallen zu etablieren.
Als Resultat der Untersuchungen in verschiedenen Bereichen haben die Erfinder völlig unerwartet die nützliche, erstaunliche und neue Feststellung gemacht, dass Raffinosekristalle nicht an der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren von Raffinose anhaften, wenn eine Raffinose enthaltende Lösung aus einem Behälter abgezogen wird und dann durch eine Umwälzpumpe in den Behälter zurückgeführt wird, so dass die Raffinose enthaltende Lösung umgewälzt wird.
Folglich wird erstmals ein effizientes Kristallisationsverfahren sogar in einem großvolumigen Tank realisiert, indem die Temperaturabnahme in einer Raffinose enthaltenden Lösung empfindlich gesteuert wird, obwohl die Lösung Raffinose in hoher Konzentration enthält, so dass das Wiedergewinnungsverhältnis von Raffinose aus Melasse im industriellen Maßstab deutlich gesteigert werden kann. Auf diese Weise wurde die Erfindung erlangt.
In anderen Worten wird in Übereinstimmung mit der Erfindung die Raffinosekristallisation effizient beschleunigt, indem eine Raffinose enthaltende Lösung, die mit Raffinoseimpfkristallen versehen worden ist, in einem Behälter, der mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet ist, unter Durchmischung oder ohne Durchmischung gekühlt wird, während die Lösung kontinuierlich oder intermittierend aus dem Behälter abgezogen und die abgezogene Lösung zur Umwälzung in den Behälter zurückgeführt wird, während die Lösung im Behälter gekühlt wird. Außerdem kann eine weitere Raffinose enthaltende Lösung, die ähnlich hergestellt worden ist und die mit Raffinoseimpfkristallen versehen worden ist, nach der Zugabe der vorerwähnten Impfkristalle in den Behälter eingebracht werden, getrennt von oder nach Durchmischung mit der oben erwähnten abgezogenen Lösung, und die entstandene Lösung im Behälter wird, ähnlich wie oben erwähnt, umgewälzt. Auf diese Weise kann die Anhaftung von Raffinosekristallen an der Anlage verhindert werden, und eine genaue und schnelle Steuerung der Temperatur kann bewirkt werden, und dadurch kann eine effiziente Kristallisation von Raffinose erreicht werden. Die weitere Raffinose enthaltende Lösung kann identisch mit, die gleiche wie oder verschieden von der vorerwähnten, mit Impfkristallen versehenen Raffinose enthaltenden Lösungen sein, die für die Umwälzung abgezogen wird. Ein Beispiel dieser weiteren Lösung ist eine Lösung aus einem anderen Behälter oder einer anderen Charge.
Das hauptsächliche Verfahren der vorliegenden Erfindung ist somit wie folgt:
Ein Verfahren zur Herstellung von Raffinosekristallen, welches umfasst:

(1) Zuführen einer Lösung, die Raffinose enthält, in einen mit einer Kühlvorrichtung versehenen Behälter;
(2) Kühlen der Lösung;
(3) Zugeben von Raffinoseimpfkristallen und
(4) kontinuierliches oder diskontinuierliches Umwälzen der geimpften Lösung durch Abziehen aus dem Behälter, Durchführen durch eine Rohrleitung und Zurückführen in den Behälter, während die geimpfte Lösung gekühlt wird.

Und ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, das von dem Hauptverfahren abhängig ist, ist das Verfahren, in dem außerdem die oben erwähnte weitere Lösung in dem Hauptverfahren zugefügt wird, wie oben erklärt.
Der Begriff "Impfung" bedeutet eine Flüssigkeit, in der pulverförmige Raffinose suspendiert ist; das heißt, Raffinose löst sich darin nicht auf (z.B. kann dazu absoluter Ethylalkohol verwendet werden).
Die Erfindung wird nun im Einzelnen beschrieben.
Raffinose ist in Rübenmelasse und dergleichen enthalten und man hat Raffinose für eine der Verunreinigungen während der Herstellung von Rübenzucker gehalten. In den vergangenen Jahren hat man jedoch entdeckt, dass Raffinose eine Wirkung besitzt, die Bewegung des Dickdarms rhythmisch zu fördern oder zu unterdrücken sowie weitere Wirkungen. Dementsprechend hat sich die Aufmerksamkeit nun auf die Nützlichkeit der Raffinose konzentriert, aber es ist noch kein synthetisches Verfahren dafür entwickelt worden, das kein Problem im Hinblick auf das Sicherheitsprofil aufweist; bis jetzt ist Raffinose durch ein Extraktionsverfahren aus Rübenmelasse als Rohmaterial (2) hergestellt worden; aber die Melasse enthält einen extrem niedrigen Gehalt an Raffinose. Daher ist, wie oben beschrieben wurde, in der Industrie ein Bedarf für ein Verfahren zum effizienten Kristallisieren von Raffinose entstanden.
Gemäß der Erfindung können Raffinosekristalle auf eine effiziente Weise aus einer Raffinose enthaltenden Lösung hergestellt werden; die Raffinose enthaltende Lösung schließt jede beliebige Raffinose enthaltende Lösung ein; und als ein repräsentatives Beispiel dafür wird eine Lösung, die aus Rübenmelasse stammende Raffinose in hoher Konzentration enthält, angeführt, um die Erfindung im Einzelnen zu beschreiben.
In Übereinstimmung mit der Erfindung bedeutet der Begriff Melasse grüner Sirup (Rohsirup), der während der Trennung von Zuckerfüllmasse im Herstellungsverfahren von Rübenzucker erzeugt wird; und der grüne Sirup umfasst einen ersten grünen Sirup, einen zweiten grünen Sirup, einen dritten grünen Sirup und Abfallmelasse. Um eine effiziente Kristallisation von Raffinose zu erreichen, bedeutet eine Raffinose in hoher Konzentration enthaltende Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Raffinose enthaltende Lösung mit hoher Konzentration, deren Übersättigungsgrad (bei 50 bis 70°C) 0,5 bis 1,0 beträgt, deren Raffinosereinheit 60 bis 99 TS% beträgt und deren rBx (bei 20°C) 60 oder weniger beträgt, wie im Folgenden erklärt. Der Begriff TS% bedeutet Gewichtsprozent von Raffinose, die in der trockenen Festsubstanz der Lösung enthalten ist. Der Übersättigungsgrad einer Raffinose enthaltenden Lösung bei einer Temperatur T wird durch die folgende Formel erhalten:
[Übersättigungsgrad] = A/B
A = [Menge an Raffinose in der Lösung bei 20°C (Mengeneinheit: g)]/[Menge an Wasser in der Lösung bei 20°C (Mengeneinheit: g)]
B = [Löslichkeit von Raffinose bei Temperatur T (g von Raffinose/100 g von H₂O)]/ 100.
Die Löslichkeit von Raffinose ist in 1 gezeigt. Die Beispiele der Raffinose enthaltenden Lösungen mit hoher Konzentration sind (1) ein Konzentrat eines Bestandteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus (a) der Raffinosefraktion, (b) dem Rohsirup und (c) dem Produktsirup, (2) ein Konzentrat einer Mischung von mindestens zwei Bestandteilen ausgewählt aus dieser Gruppe, (3) eine Lösung, die durch Auflösen der Rohkristalle hergestellt wird, und (4) eine Lösung, die durch Auflösen der Raffinose auf dem Sieb (vgl. 2) hergestellt wurde, usw.
Um die Erfindung auszuführen, wird die Raffinose in hoher Konzentration enthaltende Lösung vorzugsweise unter Verwendung einer Anlage zum Kristallisieren von Raffinose unter Kühlung gemäß der Erfindung behandelt; und ein Beispiel der Anlage zum Kristallisieren von Raffinose unter Kühlung gemäß der Erfindung ist in 3 gezeigt.
Die Raffinose in hoher Konzentration enthaltende Lösung wird in den Behälter 1 gegeben, der mit einem Kühlteil ausgestattet ist. Eines oder mehrere Systeme wie Mantelsystem, Trennrohrsystem (calandria system), Schlangensystem und dergleichen kann geeigneterweise als Kühleinrichtung für die Lösung verwendet werden; im vorliegenden Beispiel wird ein Mantelsystem verwendet; durch die Anordnung des Mantels 2 auf der Außenseite von Behälter 1, Zufuhr von Kühlwasser, Kühl-Lösungsmittel, Kühlluft oder dergleichen unter Temperatursteuerung am Manteleinlass 3 und Abziehen aus dem Mantelauslass 4 wird die Lösung auf eine vorgegebene Temperatur gekühlt.
Der Deckel 5 ist auf dem oberen Teil von Behälter 1 angeordnet. Auf dem Deckel 5 sind ein Motor 7 zum Antrieb eines Rührers 6 und ein Reduktionsgetriebe 8 angeordnet. Der Rührer 6 ist mit Schaufeln PD ausgestattet. In der Figur sind drei Schaufel abgebildet, aber die zufriedenstellende Anzahl, Anordnungsstelle und Form der Schaufeln kann beliebig sein. Das Ende des unteren Teils einer jeden Schaufel ist in zufriedenstellender Weise der Innenwand von Behälter 1 näher, aber ein Abstreifer (nicht gezeigt in der Figur) kann in zufriedenstellender Weise am Ende einer jeden Schaufel PD angeordnet sein, so dass Kristalle, die möglicherweise an der Innenwand anhaften, abgestreift werden können, falls notwendig.
Auf dem Deckel 5 kann in zufriedenstellender Weise ein Mannloch (nicht in der Figur gezeigt) angeordnet sein, so dass die Lösung dadurch eingeleitet werden kann oder eine Betriebsperson in den Behälter ein- oder aussteigen kann. 9 ist ein Einlass zum Zuführen der Lösung in den Behälter 1, die aus dem Auslass 10, der am Boden des Behälters 1 angeordnet ist, abgezogen wird. Auslass 10 und Einlass 9 sind miteinander durch die Umwälzpumpe P mit Rohr 11 verbunden.
Zu der Raffinose in hoher Konzentration enthaltenen Lösung, die gekühlt wird, werden Raffinoseimpfkristalle gegeben, und die mit Impfkristallen versehen Lösung wird weiter auf eine vorgegebene Temperatur mittels des Mantels (Kühlteils) abgekühlt. Währenddessen wird die Lösung im Behälter vom Auslass 10 abgezogen, durch das Rohr 11 geleitet und durch den Einlass 9 in den Behälter 1 zurückgeführt, um die Lösung unter Kühlung und Rühren intermittierend oder kontinuierlich umzuwälzen; es ist besser, den Rührer 6 ab dem Beginn der Herstellung der Raffinosekristalle anzutreiben. Die vom Behälter abgezogene Lösung wird zur Umwälzung in den Behälter gegeben, während die Lösung im Behälter gekühlt wird. Eine weitere Raffinose in hoher Konzentration enthaltende Lösung, die ähnlich hergestellt worden ist und mit Raffinoseimpfkristallen versehen worden ist, kann außerdem nach der Zugabe der oben erwähnten Impfkristalle in den Behälter gegeben (zugeführt) werden, getrennt von oder nach dem Mischen mit der oben erwähnten Lösung, die vom Behälter abgezogen wird, und die erhaltene Lösung im Behälter wird, ähnlich wie oben erwähnt, umgewälzt. Die weitere Raffinose in hoher Konzentration enthaltende Lösung kann mit der oben erwähnten, mit Impfkristallen versehenen, Raffinose in hoher Konzentration enthaltenden Lösung identisch sein, die gleiche sein oder von ihr verschieden sein. Ein Beispiel dieser weiteren Lösung, die außerdem zugegeben wird, ist eine Lösung eines anderen Behälters oder einer anderen Charge.
Durch ein solches Umwälzverfahren der Lösung kann die Kristallanhaftung an die Innenwand des Behälters und den Rührer und dergleichen verhindert werden; außerdem kann der Effekt auf die Vorbeugung des Kristallanhaftung durch Drehen des Rührers 6 weiter verstärkt werden. Wenn nur das Rühren ohne Umwälzung der Lösung vorgenommen wird, haften die Kristalle an, so dass das beabsichtigte Ziel nicht erreicht werden kann.
Nach Beendigung dieses Kühl- und Kristallisationsverfahrens wird der Auslass 10 geöffnet, um eine Lösung, die entstandene Raffinosekristalle (das heißt Füllmasse) enthält, aus dem an dem Rohr 11 angebrachten Ablassanschluss 12 abzulassen. Im Beispiel funktioniert ein einzelner Anschluss bifunktionell als Auslass 10 und Ablassanschluss 12, aber die beiden Anschlüsse können in vorteilhafter Weise auch getrennt angeordnet sein. Dabei kann der Ablassanschluss 12 in vorteilhafter Weise aus Rücksicht auf die Vorbeugung von Verkrustungen und Verunreinigungen am niedrigsten Boden des Behälters 1 angeordnet sein.
Gemäß der Erfindung ist, wie oben beschrieben, die Umwälzung der Füllmasse (eine Lösung der Raffinosekristalle, die durch Kühlen der Raffinose in einer hohen Konzentration enthaltenden Lösung im Gemisch mit der Mutterlauge anhaften) unerlässlich, da dann die Fließfähigkeit der Lösung erhalten werden kann, indem die Kristalle in einem solchen Zustand der am Rande homogenen Dispersion mittels der Umwälzpumpe in Lösung gehalten werden, um so das Anhaften der Kristalle in der Kühlanlage zu vermeiden; und der Rührer dient gleichzeitig der Ergänzung der Umwälzung.
Um den geeignet dispergierten Zustand beizubehalten, beträgt die Rotationsgeschwindigkeit des Rührers geeigneterweise 5 bis 20 Umdrehungen pro Minute und die Flussgeschwindigkeit der Umwälzungspumpe beträgt 1 bis 3 BV/h (BV/h bedeutet eine Flussgeschwindigkeit, bei der eine Lösung im Inneren einmal pro Stunde ausgetauscht wird).
Die Kristallisation der Raffinose unter Kühlung wird diskontinuierlich oder kontinuierlich bewirkt. Gerade wenn die Flüssigkeitstemperatur der Raffinose in einer hohen Konzentration enthaltenden Lösung 35 bis 50°C erreicht, werden Raffinoseimpfkristalle (im Folgenden als Impfkristalle bezeichnet) zu der Lösung hinzugefügt, und durch nachfolgendes Absenken der Temperatur in ungefähr umgekehrten Verhältnis zur Zeit über 10 bis 50 Stunden wird die Temperatur schließlich auf 18 bis 22°C eingestellt. Insbesondere aus Rücksicht auf die Verhinderung von Ablagerungen auf dem Kühlteil sind die vorerwähnten Bedingungen angemessen.
Der rBx der Raffinose in hoher Konzentration enthaltenden Lösung in der Kühleinrichtung beträgt maximal 60 und ihr Übersättigungsgrad beträgt ungefähr 0,5 bis 1,0. Oberhalb rBx 60 steigt deren Viskosität in der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren an, was zu einer deutlichen Verringerung der Fließfähigkeit führt, so dass örtlich Kristallisation auftritt. Oberhalb eines Übersättigungsgrades von 1,0 ist die Kristallwachstumsgeschwindigkeit zu groß, um ein Gleichgewicht mit der Geschwindigkeit der Temperaturabnahme zu halten. In jedem Fall bringt das Ablassen der Füllmasse aus der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren viele Schwierigkeiten mit sich; und außerdem führt der Übersättigungsgrad dazu, eine Zunahme von Ablagerungen in dem Kühlteil zu bewirken.
Bei einem Übersättigungsgrad niedriger als 0,5 erfolgt weniger Kristallisation mit daraus folgender niedriger Kristallausbeute, was zu einer Verringerung der Verarbeitbarkeit führt. Die meisten der Raffinose in hoher Konzentration enthaltenden Lösungen in der vorliegenden Erfindung weisen einen rBx von 30 bis 60 auf. Auch wenn der rBx einer Raffinose enthaltenden Lösung weniger als 30 beträgt, ist eine Lösung mit einem Übersättigungsgrad von 0,5 bis 1,0 und einer Raffinosereinheit von 60 bis 99 TS% noch als Raffinose in hoher Konzentration enthaltende Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung anzusehen.
Konstruktiv sollte der Ablassanschluss der Füllstofflösung notwendigerweise am niedrigsten Boden der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren angeordnet sein. Durch die Gegenwart des Ablassanschlusses an einem solchen niedrigsten Boden wird die Restlösung in der Anlage zum Kühlen und Kristallisieren auf ein Minimum verringert. Dadurch kann eine Vermeidung von Ablagerungen und Vermeidung von Verunreinigungen am Anschluss erreicht werden.
Beispiel
Eine genaue Beschreibung erfolgt im folgenden Beispiel.
Eine Melasse (rBx 80), die bei der Herstellung von Rübenzucker durch einen Demineralisierungsprozess erzeugt worden war, wurde verwendet. Ihre Konzentration wurde auf rBx 60 verdünnt und dann wurde sie durch eine simulierte Fließbettanlage, die ein Mehrkomponententrennsystem bei einer Temperatur von ungefähr 80°C einsetzt, hindurchgeleitet, um die vielen Bestandteile (Raffinosefraktion, Süß-Oligo-Fraktion, Sucrosefraktion, Betainfraktion und weitere Fraktionen) voneinander zu trennen.
Die Raffinosefraktion, auf die hier Bezug genommen wird, bedeutet eine raffinosereiche Fraktion, deren Feststoffgehalt 5 bis 8 und deren Raffinosereinheit 60 bis 70 TS% beträgt.
Eine Mischlösung mit einem Mischungsverhältnis (Feststoffverhältnis) von Raffinosefraktion : Rohsirup : Produktsirup gleich 12 : 7 : 1 wurde hergestellt, die dann in einem Fallschichttyp-Eindickungsspaltrohr auf einen endgültigen rBx von 58 konzentriert wurde.
Dabei sind die Bestandteile der einzelnen Materialien wie folgt.
Als Behälter zum Kühlen und Kristallisieren wurde ein zylindrischer Behälter verwendet, der mit einem Kühlmantel, wie in 3 gezeigt, ausgerüstet ist. Der Behälter besitzt eine Konstruktion, die mit einem Rührer mit Schaufeln und einer Umwälzpumpe zum Umwälzen einer Lösung vom untersten Teil des Behälters zum Oberteil des Behälters ausgerüstet ist. Während des Antriebs des Rührers wurde die oben erwähnte, Raffinose enthaltende, konzentrierte Lösung (rBx: 58, Raffinosereinheit: 57 TS% und Übersättigungsgrad: 0,9 bei 50°C) mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 250 1/h in den Behälter mit einem Innenvolumen von 6,5 m³ bis zu einem Pegel von ungefähr 80% des Volumens zugeführt. Nach Zufuhr der Lösung wurden Raffinoseimpfkristalle (Impfkristalle 2 L/5,0 m³ der Lösung) gerade dann zur Lösung zugefügt, als die Lösungstemperatur 37°C erreichte. Der Begriff Impfkristalle bedeutet hierbei Impfkristalle, die durch Dispergieren von 1 kg Raffinosekristalle, die mit einer Kugelmühle für 3 Stunden pulverisiert worden waren, in 2 Liter 99%igem Ethylalkohol erhalten.
Dann wurde die Lösungstemperatur in ungefähr umgekehrtem Verhältnis zum Zeitverlauf über 40 Stunden auf eine Endtemperatur von 20°C abgesenkt. Bei einer Rührgeschwindigkeit des Rührers von 10 min^-1 und der Umwälzgeschwindigkeit mittels der Umwälzpumpe von 2 BV/h wurde der Zustand des Raffinosekristallfeststoffs in Dispersion in der Mutterlauge beständig beibehalten.
Durch nachfolgendes Trennen der Rohfüllmasse (bei einer Raffinosereinheit von 57 TS%) mittels eines Abscheiders in Kristalle und Sirup wurden rohe Raffinosekristalle (bei einer Raffinosereinheit von 98 TS%) wiedergewonnen.
Das Kristallisationsverhältnis der Rohkristalle wurde unter diesen Bedingungen berechnet. Als Ergebnis betrug das Verhältnis 41%.
Die Rohkristalle wurden erneut in warmem Wasser aufgelöst, gefolgt von Rekristallisation unter Kühlung, um eine Produktfüllmasse (bei rBx 58 und einer Raffinosereinheit von 98 TS%) wiederzugewinnen. Durch nachfolgende Trennung mit einer Trennzentrifuge wurden Produktkristalle (bei einer Raffinosereinheit von 99,5 TS%) und ein Produktsirup (bei einer Raffinosereinheit von 93 TS%) wiedergewonnen. Das Kristallisationsverhältnis der Produktkristalle wurde mit 78% berechnet. Das Kristallisationsverhältnis wurde durch folgende Formel berechnet.
Verhältnis der Raffinosekristallisation = [Kristallreinheit × {(Reinheit der Füllmasse) – (Reinheit des Sirups)}] × 100/[Reinheit der Rohmasse × {(Kristallreinheit) – (Reinheit des Sirups)}]
Vorteile der Erfindung
Kristallisationsverfahren unter Kühlung sind herkömmlicherweise zur Raffinosekristallisation eingesetzt worden, aber bis jetzt ist keine genaue Beschreibung der Kristallisationsverfahren veröffentlicht worden; und solche Verfahren sind auf die Herstellung von Raffinose in einem kleinen Maßstab angewandt worden. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Raffinosekristallen in einem industriellen großen Maßstab und auf eine Anlage dafür und diese sind dafür gedacht, das Kristallisationsverhältnis anzuheben. Ein niedriges Kristallisationsverhältnis bedeutet die Rückfuhr eines großen Volumens einer Mutterlauge in die Anlage zum Kühlen und Kristallisieren, was eine Zunahme der umlaufenden Raffinose im Herstellungssystem nach sich zieht, wodurch die Verarbeitbarkeit einer Ausgangslösung verringert wird, was zu einer Abnahme der letztendlichen Produktivität und zusätzlich zu einer längeren Verweilzeit der Lösung mit einer daraus folgenden Verschlechterung der Produktqualität führt. Daher ist manchmal ein Verfahren zur Auflösung und Rekristallisation notwendig, um eine vorgegebene Qualität zu erreichen. Ein niedriges Kristallisationsverhältnis ist vom Standpunkt der Produktionskosten unvorteilhaft, was durch ein Verfahren zur Herstellung von Raffinosekristallen gemäß der vorliegenden Erfindung überwunden wird.

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung von Raffinosekristallen welches umfasst: (1) Zuführen einer Lösung, die Raffinose enthält in einen mit einer Kühlvorrichtung versehenen Behälter; (2) Kühlen der Lösung; (3) Zugeben von Raffinoseimpfkristallen und (4) kontinuierliches oder diskontinuierliches Umwälzen der geimpften Lösung durch Abziehen aus dem Behälter, Hindurchführen durch eine Rohrleitung und Zurückführen in den Behälter, während die geimpfte Lösung gekühlt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das mit Betrieb eines im Behälter angeordneten Rührers ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem in Schritt (3) die Raffinoseimpfkristalle zugegeben werden, wenn die Temperatur der Lösung im Bereich von 35 bis 50°C liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Raffinose enthaltende Lösung in Schritt (1) eine Lösung ist, die Raffinose in einer Konzentration enthält, deren Übersättigungsgrad 0,5 bis 1,0 bei 50 bis 70°C beträgt, die Raffinosereinheit 60 bis 99 TS% (SD%) und der refraktometrische Brix (rBx) 60 oder weniger bei 20°C beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, in dem die geimpfte Lösung weiter von 35 bis 50°C auf 18 bis 22°C in ungefähr umgekehrten Verhältnis zur Zeit über 10 bis 50 Stunden gekühlt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zusätzlich eine weitere, Raffinose enthaltende Lösung, die mit Raffinoseimpfkristallen versetzt worden ist, nach der Impfung in Schritt (3) in Anspruch 1 in den Behälter gegeben wird, getrennt von oder nach dem Mischen mit der Lösung, die zur Umwälzung aus dem Behälter abgezogen wird, und die erhaltene Lösung im Behälter ähnlich umgewälzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die weitere Raffinose enthaltende Lösung eine Lösung ist, die Raffinose in einer Konzentration enthält, deren Übersättigungsgrad 0,5 bis 1,0 bei 50 bis 70°C beträgt, die Raffinosereinheit 60 bis 99 TS% und der rBx 60 oder weniger bei 20°C beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Apparatur zur Herstellung von Raffinosekristallen durch Kühlung einer Raffinose enthaltenden Lösung verwendet wird, die aufweist: einen Behälter, der mit einer Kühlvorrichtung versehen ist zum Aufnehmen der Lösung, einen am Behälter angeordneten Auslass, einen am Behälter angeordneten Einlass, eine Rohrleitung, die Ein- und Auslass verbindet zum Umwälzen der Lösung, eine an der Rohrleitung angeordnete Pumpe zur Umwälzung, einen am Boden des Behälters angeordneten Auslassanschluss und einen im Behälter angeordneten Rührer.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die Pumpe und der Rührer der Apparatur so eingestellt sind, dass die Fließgeschwindigkeit der Umwälzung 1 bis 3 BV/h bzw. die Rotationsgeschwindigkeit des Rührers 5 bis 50 Umdrehungen pro Minute betragen kann.