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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des pH-Wertes bei der Hefeerzeugung
Zur Gewinnung von Hefe aus Sulfitablaugen, vornehmlich Laubholzsulfitablaugen, wurde
bisher die warme, saure Ablauge bei gleichzeitiger Zugabe von Ammoniakwasser als
Hefenahrung zunächst mit Kalkmilch neutralisiert, worauf man einen Teil des Stickstoffes
noch in Form von Diammonphosphat in der Hefebütte zusetzte.
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Bei der Zuteilung der stickstoffhaltigen Nährstoffe in die Neutralisationsbottiche
entstanden ganz erhebliche Stickstoffverluste, und zwar teils durch Verdunsten von
Ammoniak, teils dadurch, daß bei der Reinigung der Bottiche die im unteren Konus
befindliche ammoniakhaltige, neutralisierte Ablauge verlorenging. Diese Stickstoffverluste
ließen sich zwar bei Zugabe der Nährstoffe in die Verhefungsbütten einschränken,
jedoch blieb die ungenügende Regulierungsmöglichkeit des pH-Wertes der Hefebütten
als Nachteil bestehen. Man versuchte das p$ durch Zugabe von saurer, nicht neutralisierter
Ablauge zu senken; jedoch war dieser Ausweg nur zeitweise möglich, da derartige
Ablauge nicht immer vorhanden ist. Auch enthält sie keine Nährsalze, so daß größere
Zusätze nicht gegeben werden konnten, während geringe Ablaugemengen das pg nur geringfügig
beeinflussen. Bei zu niedrigem pn war man gezwungen, den Neutralisationsbottich,
aus dem die Hefebütten gespeist wurden, abzuhängen. Ein neuer Neutralisationsbottich
blieb
dann so lange angeschlossen, bis der alte Bottich zu Ende neutralisiert und wieder
geklärt war.
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Es wurde nun der Vorschlag gemacht, den p$-Wert durch Zusatz einer
neutralen N,-Verbindung zu regeln, die durch Hefe assimilierbaren N2, z. B. Harnstoff,
enthält, in Verbindung mit einem Salzzusatz, dessen Säure von der Hefe assimiliert,
dessen Base aber nicht assimiliert wird, z. B. Ca-Lactate. Da bei Ammoniak oder
Harnstoff nach der Aufnahme des Stickstoffes durch die Hefe keine assimilierbare
Säure in der Maische zurückbleibt, steigt das p$ rasch in die Höhe, und zwar unter
Umständen sogar noch über den Neutralpunkt hinaus ins alkalische Gebiet. Um die
Säure der Maische wieder zu erhöhen, muß dann ein Salz entgegengesetzter Zusammensetzung,
d. h. mit einer assimilierbaren Base und nichtassimilierbaren Säure, z. B. Ammonsulfat,
zugegeben werden.
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Das vorliegende Verfahren beruht nun darin, daß bei Verwendung von
zwei in Wasser gelösten Stickstoffnährmitteln, von denen nur das eine bei der Verarbeitung
durch die Hefe nicht assimilierbare Säure hinterläßt, die N H3 Konzentration beider
Flüssigkeiten gleich groß eingestellt wird und je nach dem p$, das Verhältnis der
Mengen beider Flüssigkeiten bei der Zugabe in die Verhefungsbütte geändert wird.
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Als sehr vorteilhaft erwiesen sich die beiden Lösungen Ammoniakwasser
zur Steigerung des pg und die wäßrige Auflösung eines Ammonsalzes, z. B. Ammonchlorid,
zur Senkung des pg. Trotzdem Ammonsulfat wegen der Stellung des Sulfations in der
Iyotropen Reihe als Hefenährmittel gegenüber dem Ämmonchlorid bevorzugt werden sollte,
empfiehlt es sich doch, Ammonchlorid zu verwenden, da bei der Zugabe des ersteren
zur Ablauge Gipsausfällungen zu befürchten sind.
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Es empfiehlt sich, das pn der Ablauge bei der Neutralisation mit Kalkmilch
etwas zu hoch einzustellen, damit in die Hefebütte immer eine Mischung von Ammonchloridlösung
und Ammoniakwasser gegeben werden muß und Fehler bei der p$-Einstellung in der Neutralisation
durch Variation des Verhältnisses Ammoniakwassermenge zu Ammonchloridwassermenge
ausgeglichen werden können. Es gelingt so, das für die Hefeausbeute optimale p$
der Ablauge von 5,3 bis 5,8 konstant beizubehalten und damit unter der Voraussetzung
ausreichender Nährsalzzugabe die höchstmögliche Hefeausbeute zu erzielen. Außerdem
geraten die N2 Verluste in der Neutralisation in Fortfall.
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Zweckmäßig stellt man die N H3-Konzentration (Gramm NH3 je Liter)
beider Flüssigkeiten gleich ein, dergestalt, daß die Zugabe an Flüssigkeit pro ioo
kg reduzierende Substanz (Zucker) = R S konstant bleibt, und das Verhältnis der
'.Mengen beider Flüssigkeiten variiert je nach dem p$ der Bütte. Es muß also sein:
a 1 Ammoniakwasser -- b 1 Ammonchloridlösung = a -f- b 1 Flüssigkeit pro ioo kg
R S = k (konstant). Das Verhältnis a/b variiert je nach dem px der Bütte.
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Dieses Verhältnis kann mit Hilfe eines p$-Reglers automatisch eingestellt
werden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich für beliebige Flüssigkeiten
bzw. Zuckerlösungen, welche zu verhefen sind, vornehmlich für Sulfitablauge, Molken
u. dgl., bei denen die Einhaltung eines möglichst konstanten p$-Wertes erwünscht
ist.
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Beispiel Die Löslichkeit von Ammonchlorid in Wasser von o Grad beträgt
laut Chemiker-Kalender 23 g N H4 Cl in ioo g Lösung bzw.
in ioo ccm Wasser bzw. 300 kg N H4 Cl/cbm = 95 kg N H3/cbm Wasser.
Es sind also zwei Behälter vorzusehen, einer für 9,5 volumprozentiges Ammoniakwasser
(g5 kg N H3;cbm), ein zweiter für 3o volumprozentige Ammonchloridlösung (3oo kg
N H,CI = 95 kg NH3,`cbm). Pro ioo kg RS sind laut Planung 4. kg N H3 zuzugeben,
entsprechend q21 Flüssigkeit obiger Konzentration. Das Verhältnis der Mengen beider
Flüssigkeiten variiert je nach dem p$ der Bütte, und zwar je niedriger das pH, um
so mehr Ammoniakwasser und um so weniger Ammonchloridlösung ist zuzugeben, und umgekehrt.
Die Summe beider Flüssigkeitsmengen muB immer q21 pro ioo kg R S betragen.
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Zur praktischen Durchführung der Regulierungsverfahren gemäß der Erfindung
gibt es verschiedene Möglichkeiten.
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Die Zeichnungen zeigen drei beispielsweise Ausführungen in schematischen
Darstellungen für eine mit der Hand steuerbare und völlig selbsttätige pn-Regelung
einer Hefebütte.
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Mit i ist die Verhefungsbütte bezeichnet, in welche in üblicher Weise
Nährflüssigkeiten zugeführt werden. Diese fließen erfindungsgemäß von den Behältern
2 und 3 über einen Mischbehälter q. der Bütte zu. In dem Behälter 2 befindet sich
beispielsweise Ammoniakwasser und im Behälter 3 Ammonchloridlösung. In die bei 5,
5 ca absperrbaren Zuleitungen 6 und 7 zum Mischbehälter q. sind weitere Ventile
8, g eingebaut, welche von Schwimmern io, il gesteuert «-erden. Ein weiteres Ventil
12 in der Leitung 7 ist mit einem Handrad 13 regelbar. Vom Mischbehälter fließt
die Nährflüssigkeit in üblicher Weise über ein Schauglas 1q mit Absperrvorrichtung
in die Verhefungsbütte.- In Abb. 2 und 3 wird das Ventil 12 durch einen Motor 15
betätigt, der mit einem p$-Regler 16 in Wirkungsverbindung steht. Die mit dem pH-Regler
16 zusammenarbeitende Elektrodenkette 17 ist an geeigneter Stelle der Bütte selbst
in einer absperrbaren Umleitung oder in einer Nebenkammer am besten leicht auswechselbar
eingesetzt.
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In Abb. 3 steht der bei 18 und ig absperrbare Abfluß 2o für eine verhefte
Flüssigkeit oder Emulsion beispielsweise mit einer Entlüftungsschleuder 21 in Verbindung.
In einer Ableitung 22 dieser Schleuder ist ein Abflußhahn 23 eingesetzt, mit dem
die entgaste Hefeflüssigkeit einer Elektrodenkette 17 zuführbar ist. In einer Abflußleitung
24 wird diese Meßflüssigkeit wieder in die Entlüftungsschleuder zurückgeführt. Bei
dieser Ausführung wird die Elektrodenkette geschont, ist leicht zu reinigen und
auszuwechseln. Durch Ablagerungen auf dem Elektrodenfühlerstab in der Hefebütte
oder Korrosion wird nämlich die Arbeitsweise der selbsttätigen pg-Regelung in hohem
Maße beeinflußt.
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Diese Vorrichtungen arbeiten wie folgt: Durch die Voreinstellung der
beiden Ventile 5 und 5a wird das Mengenverhältnis der beiden Nährflüssigkeiten eingestellt,
so
daß sich diese stets in der gewünschten Mischung im Behälter 4 befinden. Sinkt nun
beispielsweise aus irgendeinem Grunde das pH der Hefebütte, d. h. steigt der Säuregehalt,
was in üblicher Weise durch pH-Bestimmungen festgestellt werden kann, so muß mit
dem Handrad 13 das Ventil 12 geschlossen werden. Es fließt mehr Ammoniakwasser vom
Behälter 2 zu. Das p$ steigt in der Folge, und das Ventil 12 muß wieder geöffnet
werden, während der Schwimmer io das Ventil 8 schließt. Das gewünschte Verhältnis
der Nährflüssigkeiten stellt sich wieder ein. `'Wird das Ventil 25 über dem Schauglas
geschlossen, so bewirkt ein Nachfließen der Ammonchloridlösung durch Ansteigen des
Flüssigkeitsspiegels im Behälter 4 ein Schließen des Ventils 12. Der Zufluß der
Nährflüssigkeit hört auf, bis das Ventil 25 wieder geöffnet wird. Gegebenenfalls
läßt sich diese Handregelung durch eine Skaleneinteilung am Handrad 13 erleichtern.
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In Abb. 2 und 3 ist die Handregelung durch eine selbsttätig wirkende
Regelung ersetzt. Fällt beispielsweise hier das pH, so wird von der Elektrodenkette
17 in Verbindung mit dem pH-Regler 16 der Motor 15 in einen Stromkreis eingeschaltet
und das Ventil 12 geschlossen. Der übrige Vorgang verläuft wie vordem beschrieben.
Steigt das p$, so wird durch den in der entgegengesetzten Richtung anlaufenden Motor
15 das Ventil 12 wieder geöffnet.