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Vorrichtung zur stetigen Kristallisation von Zuckerlösungen und ähnlichen
zu erhöhter übersättigung neigenden Lösungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur stetigen Kristallisation von Zuckerlösungen und ähnlichen zu erhöhter Übersättigung
neigenden Lösungen, d. h. solche Lösungen, die eine relativ kleine Kristallisationsgeschwindigkeit
aufweisen und daher nur bei erhöhtem Übersättigungsgrad auskristallisieren.
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Es ist bereits eine Anlage zur Kristallisation von Zuckerlösungen
bekannt, die aus mehreren Kochgefäßen besteht und bei der nur das Wachsen der Kristalle
in stetigem Betrieb erfolgt. Bei dieser Anlage muß daher den verschiedenen Kochgefäßen
kontinuierlich Sirup zugesetzt werden. Das erste Kochgefäß, in welchem das Korn
gebildet wird, arbeitet jedoch. unterbrochen, so d@aß das Korn in einen Sammelbehälter
abgelassen wird, wo sich Feinkorn bilden kann. Auch hat diese Anlage noch den weiteren
Nachteil, daß die unterbrochene Kornbildung eine dauernde Überwachung erfordert.
Auch hat man vorgeschlagen, beim kontinuierlichen Verkochen von Kristalle bildenden
Lösungen:, insbesondere Zuckerlösungen und Sirupen, die Lösung in stetigem Strome
durch einen durch Trennwände in einzelne Kammern unterteilten Behälter zu führen,
wobei Heizelemente in den Kammern angeordnet sind. Dabei ist es jedoch nicht möglich,
gleichmäßige Kristalle zu erhalten; was darauf zurückzuführen ist, daß die Erzeugung
und das Wachsen der Kristalle in jeder Phase des Kristallisationsvorganges eine
bestimmte und teilweise unterschiedliche Übersättigung verlangen, die für störungsfreies
Kochen, d. h. ohne Auflösung gebildeter Kristalle, ohne Bildung neuer Kristalle
als Feinkorn und ohne Bildung von Konglomeraten, genau -geregelt werden soll. Auch
verlangt eine möglichst weitgehende Erschöpfung des Muttersirups ein gewisses Verhältnis
zwischen Kristallgewicht und Mutterlauge.
Die Erfindung bezweckt
die stetig arbeitende Kristallisationsanlage der obenerwähnten Art derart zu verbessern,
daß den obigen Anforderungen entsprochen wird und eine Füllmasse mit gleichmäßigen
Kristallen erzielt wird. Zu diesem Zwecke werden für jede Kammer des unterteilten
Behälters Leitungen für den Zuzug von Dicksaft oder Sirup sowie eine besondere Regelung
der Heizung und weitere zum Verkochen auf Korn erforderliche Vorkehrungen vorgesehen.
In die erste Kammer -wird dann nur ein. Teil der zu verarbeitenden Lösung zugeführt
und der übrige Teil der Lösung in einzelne -der folgenden Abteilungen des Apparates
kontinuierlich der auskristallisierenden Masse zugesetzt. Durch Regelung dieser
Zuzüge läßt sich dann das Verhältnis des Kristallgewichtes zur Mutterlauge und die
Übersättig ung dieser letzten in jeder Abteilung auf den günstigsten Wert einstellen.
Die Trennwände zwischen den einzelnen Kammern sollen dabei so ausg"bildet sein,
daß sie das Fließen der Masse in einem homogenen Strom durch den Apparat hindurch
gewährleisten, so daß Kristalle und Mutterlauge sich gleichmäßig von Kammer zur
Kammer bewegen. Eine solche Einrichtung kann z. B. aus einem Satz senkrecht zu einer
umlaufenden Welle befestigten Scheiben bestehen, welche Durchbrechungen aufweisen,
«-elche für die unmittelbar nebeneinanderliegenden Scheiben versetzt zueinander
sind, -wie in der amerikanischen Patentschrift i 970 732 beschrieben ist.
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In der ersten Kammer des Apparates kann man das Korn bilden, muß dann
aber die Kristallbildung abbrechen, sobald die gewünschte '.Menge der Kernkristalle
,gebildet ist. Diese Unterbrechung ist besonders wichtig, da sonst die Kristallbildung
weiter fortschreitet, so daß ein gleichmäßiges Korn sich nicht erzielen läßt. Zur
Beendigung der Kristallbildung muß die übersättigung der Mutterlauge in der nächsten
Kammer durch reichlichen Einzug von verdünnter Zuckerlösung oder Wasser aufgehoben
werden. Man kann dann die Periode des Kristallwachstums z. B. dadurch einleiten,
daß man in der nun folgenden Kammer ganz ohne Zuzug von Zuckerlösung arbeitet. In
dieser Kammer wird dann die für das -weitere Auskristallisieren der Lösung erforderliche
übersättigung -wieder hergestellt. In den folgenden Kammern, wo die Kristalle Weiterwachsen,
wird dann Zuckerlösung eingezogen: Nach Beendigung dieser Periode des Kristallwachstums
hat dann die Periode des Fertigkochens zu folgen, wobei keine -weitere Lösung eingezogen
wird.
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Besonders -wichtig ist die Überwachung des Kristallisationsrorgaiiges,
ohne welche die für eine gleichmäßige Kristallbildung erforderliche optimale Übersättigung
nicht ein-Zehalten «-erden kann. Hierzu ist jede Kammer des kontinuierlich arbeitenden
Apparates mit einem Probenehmer oder Probelialni, einem Thermometer und einem Gerät
zur Bestimmung des Übersättigungskoeffizienten der Mutterlauge, wozu ein elektrischer
Leitiähigkeitsmesser dienen kann, versehen.
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jede Kammer kann durch Zusatztrennwände wieder in zwei oder mehreren
Kammern unterteilt sein. Von je zwei nebeneinanderliegenden Kammern wird dann nur
die vordere beheizt. In diese beheizten Kammern wird keine Zuckerlösung oder Sirup
eingezogen. Dieser Einzug findet nur in den unbeheizten Kammern statt, da in denselben
clie Bedingungen für das Wachsen der Kristalle am günstigsten sind. Diese Kammern
wirken daher als reiner Maischeraum: In den reit Heizelementen versehenen Kammern
nimmt die Temperatur zufolge cler Erhitzung zu, während die Übersättigung durch
Wasserverdampfung relativ hoch gehalten wird. In den ungeheizten Kammern findet
zufolge der Abnahme der Temperatur eine weitere Zunahme der Übersättigung der Mutterlauge
statt, welche eventuell zur Bildung von Vielhristallen Anlaß geben kann. Dadurch,
(1a1,1 in diesen Kammern Zuckerlösung eingezogen wird, wird eine unerwünschte Zunahme
der 1'bersättigung wirksam verhindert und ein Produkt mit gleichmäßigem Kristall
erzielt.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung
dargest-llt, wobei Fig. i eine Seitenansicht und Fig. 2 eine schematische Darstellung
in verkleinerten Maßstabe zeigt.
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Die zu kristallisierende gesättigte Lösung wird durch die Leitung
2 zugeführt. Von der Zuführungsleitung 2 ist über ein Ab:perrcenti1 3 eine Leitung
d. abgezweigt, die unmittelbar an dem Behälter i angeschlossen ist. Der Behälter
i ist durch Trennw:inrle in Kammern unterteilt, wobei diese Trennwände als kreisrunde
auf einer unilatifen:len Welle6 befestigte Scheiben ausgebildet sein können, die
mit geeigneten Durchbrechungen derart versehen sind, daß die Masse von der einen
Kammer in die darauffolgende Üb:rtreten kann. Die Scheiben können dabei in der in
der amerikanischen Patentschrift i 970 732 angegebenen Weise finit ihren
Durchbrechungen versetzt zueinander ang@-ordnet sein, so daß eine unmittelbare Durchströmung
von der Einlaßseite zur @us@al.tseite verhindert und ein homogener Durchfluß gewährleistet
-wird. In oder an je_ler Kammer sind ein oder mehrere Heizelement; i i angeordnet,
welche über Asperrventile 8 Dampf aus der Leitung 7 erhalten.
Auf
dem nach außen ragenden Ende der Welle 6 ist ein Schneckenrad 9 befestigt, welches
von einer Schnecke io angetrieben wird. Der Behälter t ruht mittels Stühle 12 auf
dem Rahmen 13. Durch die Leitung 4. wird in die Kammer a (Fig.2) des Behälters
ein Teil der zu verarbeitenden Lösung zugeführt. In dieser Kammer wird die Lösung
derart erhitzt und eingedampft, daß die Übersättigungszahl einen solchen: Wert erreicht,
daß sich Kristalle bilden. In der nun folgenden Kammer b wird die Kristallbildung
durch sehr reichlichen Zuzug von Zuckerlösung, eventuell durch Ausschaltung der
Heizung unterbrochen, und zwar derart, daß die Übersättigung der Lösung in dieser
Kammer fast aufgehoben wird. In der Kammer c wird die Lösung langsam wieder so weit
eingedickt, daß die Kristalle zu wachsen anfangen. Dazu wird der Zuzug von Zuckerlösung
ganz oder teilweise ausgeschaltet, die Verdampfung jedoch durch Dampfzufuhr in das
Heizelement wieder eingeleitet. In die nun folgenden Kammern d, e, f und
g wachsen unter Zuzug von Zuckerlösung und Verdampfung des Wassers die Kristalle
weiter. Der Zuzug und die Wärmezufuhr werden entsprechend der Übersättigung geregelt.
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Zur Zuführung der Zuckerlösung dient die Leitung 2, die sich nach
rechts erstreckt und mittels Absperrventile 14 an eine Reihe weiterer Kammern des
Behälters angeschlossen ist. In allen Zulaufleitungen für Zuckerlösung bzw. Sirup
ist je ein Schauglas 15 zur Überwachung des Zuzuges vorgesehen. Durch Regelung der
in die einzelnen Abteilungen über die Ventile 14 zuggeführten Menge der Zuckerlösung
ist es möglich, die richtige Übersättigung in der Masse einzuhalten, so daß bei
dem kontinuierlichen Transport der Masse durch den Behälter die in der Kammer gebildeten
Kristalle gleichmäßig anwachsen.
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In die letzten Kammern des Behälters kann durch die Leitung 17 Zuckerlösung
oder Sirup niedriger Reinheit zugeführt werden. Zu diesem Zwecke ist die Leitung
i7. über Absperrventile 18 an diese Kammern angeschlossen. Durch die Leitung 22
kann in die Kammern jederzeit Wasser zugeführt werden, wodurch die Dichte der zuzuziehenden
Lösung gegebenenfalls noch geregelt werden kann.
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Die zur Überwachung des Krist.allisationsvorganges in jeder Kammer
angebrachten Meß- und Kontrollgeräte sind in der Zeichnung wie folgt angegeben:
Probenehmer i9, Thermometer 2o, Leitfäh.iglceits.messer 21,
Schaugläser 24.
Im allgemeinen ist eine weitere Betätigung der Anlage nicht erforderlich, wenn die
Ventile 3 und 14 bzw. 18 richtig °ingesteilt sind und solange der Zuckergehalt der
zu verarbeitenden Lösung sich nicht wesentlich ändert. Wohl ist es möglich, bei
wechselnden Verhältnissen die Betätigung der Ventile 14 automatisch durchzuführen.
Zu diesem Zwecke werden alle oder einzelne der Leitfähigkeitsmesser 2i mit Kontakten
und Servomotoren versehen, die auf die Ventile 14 einwirken. Die Dampfventile 8
können in ähnlicher Weise automatisch betätigt werden.
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Der Behälter i ist mit einem Dom 23 versehen, der an einer Kondensationsanlage
angeschlossen ist. Die kristallisierte Lösung verläßt den Behälter durch den Überlauf
16 zur weiteren Verarbeitung.
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Zweckmäßig nimmt die pro Volutneneinheit der Kammern vorhandene Heizfläche
nach dem Abgangsende des Behälters hin ab, entsprechend der abnehmenden, Kristalilisationsgeschwindigkeit.
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Die Heizelemente können gegebenenfalls auch außerhalb des Behälters
liegen, müssen dann jedoch so zwischen den Kammern angeordnet sein., daß die Lösung
beim überführen von der einen in die andere Kammer an den Heizelementen: entlang
geleitet wird.
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Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß der Apparat mit allen seinen
Abteilungen ein geschlossenes Ganzes bildet, da es möglich ist, ihn zu unterteilen,
falls der zur Verfügung stehende Raum besser die Aufstellung zweier kurzer Apparate
als eines langen Apparates zuläßt.