-
Verfahren und Vorrichtung zum Trennen nach Setzgeschwindigkeit von
in Flüssigkeit suspendierten Mais stärke- und Eiweißteilchen
Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gewinnung von Maisstärke. Insbesondere betrifft
sie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von in Flüssigkeit suspendierten
Maisstärke- und Eiweißpartikeln, wobei die Trennung nach Setzgeschwindigkeit in
einer einzigen oder in mehreren Trennvorrichtungen durchgeführt wird.
-
In der Maisstärkeindustrie gewinnt man die Stärke aus einer vorwiegend
Stärkepartikeln und Eiweißpartikeln enthaltenden wäßrigen Suspension. Der Rest,
der nach dem Gewinnen der Stärke verbleibt, wird nach weiterer Verarbeitung als
Futtermittel verwendet. Weil die mittlere Setzgeschwindigkeit der Stärkepartikeln
größer als die der Eiweißpartikeln ist, trennt man sie gewöhnlich mittels Fluten
oder Zentrifugen. In der Figurenbeschreibung soll näher auf die Ursachen eingegangen
werden, warum die Ergebnisse der mit ihnen erzielten Trennung unbefriedigend sind,
hier sei nur bemerkt, daß die Stärke nach ihrer Fertigstellung sich stets als recht
beträchtlich durch Eiweißpartikeln verunreinigt erweist, während in das Viehfutter
eine bedeutende Menge Stärkepartikeln gelangt sind. Die Erfindung bezweckt deswegen,
die Güte des Maisstärkefertigprodukts zu verbessern und die Ausbeute an Stärke zu
steigern.
-
Wie bereits bemerkt, ist die mittlere Setzgeschwindigkeit der Stärkepartikeln
größer als diejenige der Eiweißpartikeln. Die größeren Eiweißpartikeln weisen
aber
eine höhere Setzgeschwindigkeit auf als die kleineren Eiweißpartikeln. Außerdem
enthält das zu trennende Gemisch zusammengesetzte Partikeln, die sowohl Eiweiß als
Stärke enthalten.
-
Das Vorhandensein der größeren Eiweißpartikeln beeinträchtigt die
Trennung, und demnach wird mit der Erfindung angestrebt, die größeren Eiweißpartikeln
zu zerkleinern, ohne daß zugleich eine Zerkleinerung der Stärkepartikeln stattfindet.
-
Erfindungsgemäß wird die Trennung in einer einzigen oder in mehreren
Trennvorrichtungen durchgeführt. Das Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet,
daß man wenigstens einen Teil der in die Trennvorrichtung einzuleitenden Suspension
als Vorbehandlung einer Diminutorströmung aussetzt und dabei einen derartigen Zufuhrdruck
anwendet, daß infolge des in der Diminutorströmung auftretenden Winkelgeschwindigkeitsgradienten
zwar eine Feinzerlegung der Eiweißpartikeln bewirkt, die Größe der Stärketeilchen
aber nicht beeinflußt wird.
-
Unter einem Diminutor soll in diesem Zusammenhang eine Kammer verstanden
werden, deren Begrenzungsfläche einer geschlossenen Umdrehungsfläche entspricht
und die mindestens eine tangentiale Zuleitung und mindestens einen zentralen Auslaß
aufweist. Die in einem Diminutor auftretende Strömung bezeichnet man als Diminutorströmung.
-
In diesem Diminutor gerät die eingeleitete Suspension in schnelle
Rotation, und es werden an den gegenseitigen Berührungsflächen der durch die Rotation
entstehenden Suspensionsdünnschichten Schubspannungen erzeugt, wodurch eine Feinzerlegung
der Eiweißpartikeln auftritt, die Größe der Stärketeilchen aber nicht beeinflußt
wird. Somit können sich die Eiweißteilchen nach der Vorbehandlung in der Diminutorströmung
langsam setzen, und die Trennung von Stärke- und Eiweißteilchen geht leichter vor
sich.
-
Die Trennung kann in einer einzigen Trennvorrichtung durchgeführt
werden, wobei die gesamte Suspension der Vorbehandlung in einer Diminutorströmung
unterzogen wird und das so entstandene Produkt der Trennvorrichtung zugeleitet wird.
Man kann jedoch der Trennvorrichtung sowohl vorbehandelte als auch nicht vorbehandelte
Suspension zuleiten, die in der Trennvorrichtung in eine stärkereiche, eine stärkearme
und in eine Zwischenfraktion getrennt wird.
-
Dabei kann man die Zwischenfraktion als vorbehandelte Suspension der
Trennvorrichtung wieder zuleiten.
-
Vorzugsweise erfolgt bei der Vorbehandlung im Diminutor nicht nur
eine Feinzerlegung der Eiweißpartikeln, sondern die Suspension wird auch in eine
stärkereiche und in eine stärkearme Fraktion getrennt.
-
Es kann dabei die gesamte Suspension durch den Diminutor hindurchgeleitet
werden, worauf die aus ihm austretende stärkearme Fraktion in eine Trennvorrichtung
zur Abtrennung des Eiweißes eingeleitet wird, während die stärkereiche Fraktion
einer zweiten Trennvorrichtung zur Gewinnung der Stärke zugeleitet wird. Das aus
der Eiweißtrennvorrichtung kommende Konzentrat und die Abgänge der Stärketrennvorrichtung
können dem Diminutor wieder zugeleitet werden.
-
Schließlich kann der Trennvorrichtung sowohl vorbehandelte als auch
nicht vorbehandelte Suspension zugeführt werden, welche in der Trennvorrichtung
in eine stärkereiche und in eine stärkearme Fraktion getrennt werden, wobei die
stärkearme Fraktion einer weiteren Vorbehandlung in einem Diminutor zur Abscheidung
des Eiweißes zugeleitet und die dabei anfallende stärkereiche Fraktion zur Trennvorrichtung
zurückgeleitet wird.
-
Die Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält
mindestens eine Vorrichtung, beispielsweise eine Zentrifuge oder Flute, zum Trennen
von Stärke- und Eiweißteilchen, eine Vorrichtung, beispielsweise eine Pumpe, zum
kontinuierlichen und unter Druck erfolgenden Einleiten einer Suspension in einen
Diminutor und schließlich eine Leitung vom Diminutor zur Trennvorrichtung.
-
Der Diminutor wird, wie bereits oben erwähnt, von einer in sich geschlossenen
Umdrehungsfläche begrenzt und weist mindestens eine Tangentialzuleitung und mindestens
eine zentral angeordnete Abfuhröffnung auf. Vorzugsweise besteht der Diminutor aus
einer zylindrischen Kammer, wobei die Abschlußwände einzeln oder beide mit einem
aus der Kammer herausführenden axialen Rohrstutzen ausgestattet sind Eine solche
Diminutorkammer läßt sich auch mittels Stützen in einem sie umschließenden Mantel
unterbringen, in den die Rohrstutzen einmünden und der ein vorzugsweise tangentiales
Abfuhrrohr aufweist.
-
Gegebenenfalls kann der Diminutor auch aus einem Hydrozyklon bestehen,
aus dem die Partikeln mit der größten Setzgeschwindigkeit durch die Spitzenöffnung
und die Partikeln mit der niedrigsten Setzgeschwindigkeit durch die Überlauföffnung
abgeführt werden.
-
In der Figurenbeschreibung soll noch näher auf die bei den erfindungsgemäßen
Diminutoren zweckmäßigen Abmessungen und Zufuhrdrucke eingegangen werden.
-
Die bei der erfindungsgemäßen Anlage verwendeten Diminutoren können
auch als Multidiminutoren in Form der bekannten Multihydrozyklone ausgebildet sein.
Selbstverständlich gibt es eine Reihe von Anordnungen, in denen sich die sogenannte
Diminutorströmung ausbildet. Die in der Beschreibung geschilderten Ausführungsformen
sind deshalb nur als Beispiele angeführt.
-
Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden.
In diesen Zeichnungen ist nicht nur die Zusammensetzung der aus Zusammenballungen
von Stärke- und Eiweißpartikeln bestehenden Teilchen schematisch dargestellt, sondern
auch geeignete beispielsweise Ausführungsformen des Diminutors dargestellt. Weiterhin
zeigen die Zeichnungen beispielsweise einige Schemata, die die sich aus dem Verfahren
ergebenden Ausführungsmöglichkeiten erläutern sollen.
-
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung in größerem Maßstab eines
aus Mais erhaltenen Stärke-Eiweiß-Gemisches; Fig. 2 zeigt ein Schema eines mit einem
nicht vorbehandelten Stärke-Eiweiß-Gemisch angestellten Sedimentationsversuchs;
Fig.
3 zeigt ein Schema eines mit dem gleichen Gemisch angestellten Sedimentationsversuchs,
wobei das Gemisch aber in dem Diminutor vorbehandelt worden ist; Fig. 4 zeigt schematisch
einen senkrechten Querschnitt einer Ausführungsform eines Diminutors; Fig. 5 zeigt
schematisch einen Querschnitt des Diminutors der Fig. 4 senkrecht zu dessen Achse;
Fig. 6 zeigt schematisch eine graphische Darstellung der Beziehung, die in einem
Diminutor zwischen der Tangentialgeschwindigkeit einer Suspensionsschicht und dem
Radius des Bewegungskreises dieser Dünnschicht vorliegt; Fig. 7 zeigt ein Schema
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. 8 zeigt ein Schema einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform; Fig. g zeigt schematisch einen Querschnitt eines
Diminutors in Form eines Hydrozyklons; Fig. 10 zeigt eine Draufsicht des Hydrozyklons
der Fig. g; Fig. II zeigt ein Schema einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. I2 zeigt ein Schema einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
-
Das Problem wird aus Fig. 1 ersichtlich. Die Stärkepartikeln sind
einzeln in eine hauchdünne, zelluloseartige Hülle eingeschlossen. Die Eiweißpartikeln
bestehen hingegen aus Konglomeraten, die sich als Einzelpartikeln verhalten. Letzteres
macht teilweise die Schwierigkeiten verständlich, die mit der Trennung der Eiweißpartikeln
von den Stärkepartikeln verbunden sind.
-
Einen anderen Grund hierfür bildet der Umstand, daß die Eiweißpartikeln
klebrig sind, folglich liegen außer den reinen Eiweißkonglomeraten auch Konglomerate
vor, die aus Eiweißpartikeln und Stärkepartikeln bestehen.
-
Fig. 2 zeigt das Verhalten eines Gemisches von Stärke- und Eiweißpartikeln
in einem Meßzylinder mit einem Fassungsvermögen von 1 1. Zuerst sinkt eine gewisse
Menge Stärke zu Boden, während an der Oberfläche der Flüssigkeit Schaumbildung auftritt.
In der Stärkefraktion lassen sich deutlich die vom Eiweiß stammenden gelblichen
Streifen erkennen.
-
Bei Zunahme der sich absetzenden Stärke klärt sich die Flüssigkeit,
und es geht der Kontakt der sich setzenden Stärke mit der Schaumschicht verloren.
-
Im gelblichen Flüssigkeitsteil zwischen Schaum und Suspension bildet
sich nun eine zweite Stärkefraktion aus kleinen Stärkekörnern, die nicht durch die
Eiweißfraktion hindurch absinken können. Nach etwa halbstündigem Abstehen befindet
sich auf dem Boden des Meßzylinders eine verunreinigte Stärkefraktion; oberhalb
derselben ist die Eiweißfraktion und darüber die zweite Stärkefraktion zu erkennen.
Die über der zweiten Stärkefraktion befindliche Flüssigkeit ist klar, außer an der
Oberfläche, wo sich der Schaum befindet.
-
Die Eiweißfraktion und die beiden Stärkefraktionen sind nicht scharf
gegeneinander abgegrenzt.
-
Obgleich das in der Industrie angewandte Scheidungsverfahren unter
Anwendung von Fluten und Zentrifugen in mancherlei Hinsicht von dem obenerwähnten
Sedimentiervorgang verschieden ist, so läßt sich doch behaupten, daß die Stärke,
die bei dem Sedimentationsversuch in der oberen Stärkefraktion verbleibt, auch bei
der industriellen Verarbeitung des Maises verlorengeht, weil sie in den Rest gelangt,
der später das Viehfutter bildet, während die verschwommene Trennungsfläche der
verunreinigten Stärkefraktion und der Eiweißfraktion die Schwierigkeiten ahnen läßt,
auf die man stößt, wenn man auf industriellem Wege versucht, aus einem derartigen
Gemisch die Stärke in reiner Form zu gewinnen.
-
Bei Anwendung richtig bemessener Schubkräfte auf das Gemisch aus
Stärkepartikeln und Eiweißkonglomeraten werden diese Konglomerate in kleinere Partikeln
zerlegt, während die Stärkepartikeln durch die Einwirkung dieser Kräfte fast nicht
verändert werden. Das Zerlegen von Eiweißkonglomeraten war stets mit Schwierigkeiten
verbunden. Es mußte somit eine Vorrichtung erdacht werden, mit der natürliche Konglomerate
von Eiweißpartikeln der Einwirkung von Schubspannungen ausgesetzt und mittels dieser
Schubspannungen in Kleinstpartikeln zerlegt werden können, ohne daß dabei die Stärkekörner
in Mitleidenschaft gezogen werden. Es wurde gefunden, daß derartige Schubspannungen
in einem Diminutor mit geeigneten Abmessungen erzeugt werden können.
-
Ein natürliches Eiweißteilchen besteht aus einer traubenähnlichen
Zusammenballung oder Flocke von Eiweißpartikeln. Der Diminutor zieht nachweislich
die mutmaßlich aus Eiweißmolekeln bestehenden Zusammenballungen von Eiweißpartikeln
auseinander oder dispergiert sie und bewirkt auf diese Weise, daß jedes Teilchen,
das an sich aus einer klumpigen Masse besteht, in eine große Zahl von Einzelteilchen
kleinerer Abmessungen zerlegt wird.
-
Fig. 3 zeigt das Verhalten der gleichen Suspension von Eiweiß und
Stärke in einem Meßzylinder nach Vorbehandlung in einem Diminutor, dessen Abmessungen
und Betriebsdaten später näher beschrieben werden.
-
Die aus diesem zweiten Experiment folgenden Ergebnisse ähneln denen
bei dem ersten Sedimentierversuch mit folgenden Unterschieden: Bei dem zweiten Versuch
sinkt eine größere Menge Stärke zu Boden, die gelblichen Streifen fehlen nahezu
oder ganz, weiterhin ist die Menge der zweiten Stärkefraktion bedeutend geringer
und die Trennungsfläche zwischen Stärkefraktion und Eiweißfraktion stärker ausgeprägt.
Schließlich sinken die Eiweißpartikeln um vieles langsamer zu Boden.
-
Offensichtlich sind beim zweiten Versuch die Eiweißteilchen zerkleinert
worden, und folglich hat sich ihre Setzgeschwindigkeit verringert.
-
Die Abwärtsbewegung der Stärkekörner dagegen wird nicht gehemmt,
und folglich können die gröberen Stärkekörner, ohne durch Eiweißpartikeln verunreinigt
zu werden, schnell zu Boden sinken, während nur die äußerst feinen Stärkekörner
in der zweiten Stärkefraktion verbleiben. Die zweite Stärkefraktion ist als verloren
zu betrachten. Bei dem zweiten Versuch läßt sich somit mehr Stärke gewinnen, und
diese Stärke weist eine größere Reinheit auf als beim ersten Versuch.
-
Der Diminutor ist also ein Vorbehandlungsapparat, mittels dessen
nur das Korn der Eiweißpartikeln selektiv zerkleinert wird.
-
Für die auf diese Vorbehandlung folgende Trennung von Stärke und
Eiweißpartikeln ist dies wichtig, weil diese Partikeln in ihrer natürlichen Beschaffenheit
zum Teil die gleiche Setzgeschwindigkeit aufweisen, jedoch nach Zerkleinerung des
Eiweißkorns die Setzgeschwindigkeit der so erhaltenen kleineren Eiweißpartikeln
geringer ist, wogegen die Setzgeschwindigkeit der Stärkepartikeln keine Änderung
erfahren hat.
-
Außerdem verlieren die Eiweißpartikeln hierbei den größten Teil ihres
Haftvermögens; nach Zerlegung in feinere Partikeln fehlt den letzteren die Neigung
zum Anhaften an Stärkekörnern.
-
In der Industrie wird zwar die Trennung von Eiweiß und Stärke im
allgemeinen auf Fluten oder in Zentrifugen und nicht, wie in den obenerwähnten Versuchen,
in einem Meßzylinder durchgeführt; aber sowohl bei den üblichen Verfahren als auch
bei diesen Versuchen bedient man sich der gleichen Eigenschaften der zu trennenden
Teilchen, insbesondere ihres Unterschieds in der Setzgeschwindigkeit. Folglich stoßen
sie auf die gleichen Schwierigkeiten.
-
Es läßt sich somit aus den beiden Versuchen folgern, daß sich ein
Gemisch von Eiweiß- und Stärkepartikeln besser trennen läßt, wenn die Eiweißteilchen
vorher in kleine Partikeln zerlegt worden sind.
-
Die Fig. 4 und 5 zeigen schematische Darstellungen eines Diminutors.
In denselben ist I ein zylindrischer Mantel und 2 eine zylindrische innere Kammer,
welche die eigentliche Diminutorkammer darstellt.
-
Die innere Kammer 2 ist mit zwei in ihrem Innern angebrachten, zum
Abführen vorgesehenen- zentralen Rohrstutzen 3 mit Öffnungen 15 und weiterhin mit
einem Tangentialzuleitungsrohr 4 ausgestattet. Dieses Rohr 4 ragt durch die Wand
des Mantels I, der mit einer tangentialen Abfuhrleitung 5 ausgestattet ist.
-
Die innere Kammer 2 ruht auf vier Stützrippen 6.
-
Beim Betrieb der Vorrichtung wird das Stärke-Eiweiß-Gemisch kontinuierlich
über die Zuleitung 4 in die innere Kammer 2 eingeleitet, in der sich schraubenförmig
wirbelnde Suspensionsdünnschichten bilden, von denen die weiter innenliegende Dünnschicht
eine größere Rotationsgeschwindigkeit hat als die sie berührende, weiter außen befindliche
Dünnschicht, so daß die Eiweißteilchen durch die auftretenden Schubspannungen selektiv
zerkleinert werden. Aus der inneren Kammer 2 tritt das Gemisch über die Abfuhrleitung
3 in den Mantel I ein und wird von dort über die Abfuhrleitung 5 abgeführt.
-
Fig. 6 zeigt schematisch die Beziehung zwischen der Tangentialgeschwindigkeit
I6 einer Suspensionsdünnschicht und dem Radius 17 des Bewegungskreises dieser Dünnschicht
in einem Diminutor.
-
Verschiedene Experimente ergaben, daß die Tangentialgeschwindigkeit
I6 an der Peripherie I8 am kleinsten und in der Nähe der Oberfläche 19 des von dem
inneren Umkreis der kreisrunden Abfuhrleitung bestimmten imaginären Zylinders am
größten ist.
-
Innerhalb dieses Zylinders kann die Tangentialgeschwindigkeit abnehmen.
Die inneren Dünnschichten können demnach eine geringere Tangentialgeschwindigkeit
I6 aufweisen als die benachbarten, weiter außen befindlichen Dünnschichten. Weil
aber bei konstanter Tangentialgeschwindigkeit die Winkelgeschwindigkeit zum Radius
in umgekehrtem Verhältnis steht, kann bei Verringerung des Radius eine Verringerung
der Tangentialgeschwindigkeit mit einer Steigerung der Winkelgeschwindigkeit verbunden
sein.
-
Die Schubspannungen sind durch den Zufuhrdruck bedingt. Vervierfacht
man den Zufuhrdruck, so tritt das Gemisch mit etwa doppelter Geschwindigkeit in
den Diminutor ein, so daß die Geschwindigkeit an jeder beliebigen Stelle im Diminutor
etwa den doppelten Wert hat. Gleichzeitig verdoppelt sich der Unterschied zwischen
den an verschiedenen Stellen auftretenden Geschwindigkeiten und dadurch der Wert
der Schubspannungen. Die Schubspannungen sind ebenfalls von den Dimensionen des
Diminutors abhängig; nachstehend sollen deswegen geeignete Abmessungen angegeben
werden.
-
Es zeigte sich, daß beispielsweise bei vergrößertem Durchmesser der
zentralen Abfuhröffnung die Schubspannungen geringer werden, wodurch die Teilchengröße
der anfallenden Eiweißpartikeln gröber ausfällt.
-
Die Schubspannungen sind in einem großen Diminutor kleiner als in
einem kleinen.
-
Es wurde festgestellt, daß bei Anwendung folgender Drucke die in
einem Gemisch von Stärke, Eiweiß und Wasser enthaltenen Eiweißteilchen in Diminutoren,
welche nachstehende Abmessungen aufweisen, selektiv zerkleinert werden können.
| Beispiel I A r B Zu C |
| Zufuhrdruck ............ atü 4,2 3 2,5 |
| Durchmesser der inneren |
| Kammer 2 ............ mm 30 15 10 |
| Höhe derinnerenKammerz mm 20 10 7 |
| Durchmesser der Zufuhr- |
| öffnung 4 .............. mm 6 3 2 |
| Durchmesser der Überlauf- |
| öffnung 3 ............. mm 6 3 2 |
| Länge der innerhalb der in- |
| neren Kammer hineinra- |
| genden Rohrstutzen 3 . mm 6 3 2 |
| Durchmesser der äußeren |
| Kammer 1 ............... mm 60 30 20 |
| Durchmesser der Abfuhr- |
| öffnung 5 ............ mm 8 4 3 |
| HöhederäußerenKammerI mm 40 20 I3 |
| Restdruck ............... atü 0 0 0 |
Der Zerkleinerungseffekt ist unter diesen Verhältnissen nur gering. Wie bereits
oben bemerkt, kann der Zerkleinerungseffekt durch Erhöhung des Zufuhrdrucks verbessert
werden.
-
Sehr gute Ergebnisse erzielt man beispielsweise mit einem Diminutor
gemäß dem Beispiel B bei einem Zufuhrdruck von 8 atü.
-
Fig. 7 zeigt in schematischer Form, wie die Erfindung in der Industrie
angewendet werden kann.
-
Ein Eiweiß-Stärke-Gemisch wird durch die Leitung 20 zugeleitet und
von der Pumpe 21 kontinuierlich in den Diminutor 22 geleitet, worauf die den Diminutor22
verlassenden
Ströme zusammen über die Leitung 23 der aus Fluten und Zentrifugen zusammengesetzten
Trennvorrichtung 24 zugeleitet werden. Bei 25 wird Eiweiß und bei 26 wird Stärke
abgeführt.
-
Dieses Schema läßt sich natürlich in verschiedener Weise variieren.
Gemäß dem Schema der Fig. 8 wird ein Stärke-Eiweiß-Gemisch durch die Leitung 27
unmittelbar einer Trennvorrichtung 28 zugeleitet, in der das Gemisch in Eiweiß,
Stärke und in eine Zwischenfraktion aufgeteilt wird, die durch die Leitungen 29,
30 bzw. 3I abgeführt werden. Diese Trennbehandlung kann Anwendung finden, wenn die
Trennvorrichtungen sich aus Fluten und Zentrifugen zusammensetzen, wobei die von
den Fluten herrührenden Abgänge in den Zentrifugen behandelt werden. Ehe man die
Zwischenfraktion wieder den Fluten zuleitet, wird sie zuerst in einem Diminutor
34 behandelt, wozu eine Pumpe 32 und Leitungen 33 und 35 vorgesehen sind.
-
Zum Vorbehandeln der Suspension läßt sich statt des beschriebenen
Diminutors auch ein Hydrozyklon verwenden. In einem Hydrozyklon wird das Stärke-Eiweiß-Gemisch
selektiv zerkleinert und zum Teil getrennt. Die Fig. g und 10 zeigen je einen Hydrozyklon.
Der Hydrozyklon besteht aus einem zylindrischen Teil 7, einem konischen Teil 8,
einem an dem zylindrischen Teil 7 tangential angeordneten Zuleitungsrohr g und weiter
aus einerZufuhröffnung 10.
-
Der zylindrische Teil 7 ist mit einer Abschlußwand II und einem mit
dieser Abschlußwand verbundenen Rohr 12 ausgestattet. Das Rohr I2, welches als Überlaufrohr
bezeichnet werden soll, weist eine Öffnung I3 auf und ragt in den zylindrischen
Teil 7.
-
Der konische Teil hat an der Spitze eine Öffnung 14.
-
Die Öffnungen 13 und 14 sind kreisförmig, und ihre Mittelpunkte liegen
auf der Achse des Hydrozyklons. Beim Betrieb der Vorrichtung wird das Gemisch aus
Stärke, Eiweiß und Flüssigkeit kontinuierlich, beispielsweise durch Pumpen, durch
das Zuleitungsrohr g und die Öffnung 10 in den zylindrischen Teil des Hydrozyklons
eingeleitet. Die Suspension wird hierbei in schnelle Rotation versetzt, wobei die
Winkelgeschwindigkeit von der Peripherie des Hydrozyklons an in Richtung der Achse
stetig wächst. Mit anderen Worten, es bilden sich in dem Hydrozyklon konzentrische,
schraubenförmig wirbelnde Dünnschichten des suspendierten Gemisches aus, die je
nachdem, ob eine Dünnschicht weiter innen liegt, eine größere Winkelgeschwindigkeit
aufweist als die sie berührende, weiter außen befindliche Dünnschicht. An der Grenzfläche
zweier sich berührender Dünnschichten werden in den suspendierten Teilchen Schubspannungen
hervorgerufen, durch die die Eiweißteilchen selektiv zerkleinert werden.
-
Infolge des Zufuhrdrucks wird die schraubenförmige Wirbelbewegung
der Dünnschichten aufrechterhalten, ohne daß Schaufeln oder sonstige bewegliche
Teile angewendet zu werden brauchen.
-
Die Fliehkräfte sind infolge der schnellen Rotation größer als die
Schwerkraft. Partikeln mit niedriger Setzgeschwindigkeit sammeln sich in der Nähe
der Achse des Hydrozyklons an und werden über das Überlaufrohr 12 abgeführt, während
Partikeln, die eine große Setzgeschwindigkeit aufweisen, in Richtung zur Wand fortgeschleudert
werden und sich in der Nähe der Hydrozyklonwand ansammeln, um sodann durch die Spitzenöffnung
14 abgeführt zu werden.
-
Gemäß dem Schema der Fig. II wird ein Stärke-Eiweiß-Gemisch durch
die Leitung 36 zugeführt und über die Leitung 37, die Pumpe 38 und die Leitung 39
in die Hydrozyklonvorrichtung 40 eingeleitet, in der das in dem Gemisch enthaltene
Eiweiß in feine Partikeln zerlegt wird. Weiterhin erfolgt in der Hydrozyklonvorrichtung
40 eine grobe Trennung, wobei durch die Spitze eine Fraktion austritt, die stärkereich
ist und durch Leitung 44 der Trennanlage 45 zugeleitet wird, während durch das Überlaufrohr
eine Fraktion abgeht, die stärkearm ist und durch die Leitung 41 der Trennanlage
42 zugeleitet wird. Die Trennanlagen 42 und 45 bestehen aus Fluten. Die Abgänge
der in der Trennanlage 45 behandelten stärkereichen Fraktion werden über die Leitung
47 und 37, das Konzentrat der in der Trennanlage 42 behandelten stärkearmen Fraktion
über die Leitung 37 zur Pumpe 38 zurückgeleitet. Durch die Leitung 43 wird eine
Eiweißfraktion und durch die Leitung 46 eine Stärkefraktion abgeführt. Die Eiweißfraktion
wird zu Viehfutter weiterverarbeitet. Gemäß Fig. I2 wird ein Stärke-Eiweiß-Gemisch
durch die Leitung 48 unmittelbar der aus Fluten bestehenden Trennanlage 29 zugeleitet.
Bei der Verarbeitung in der Trennanlage 49 fällt eine eiweißarm Stärkefraktion an,
die durch Leitung 50 abgeführt wird. Eine restliche Fraktion aus der Trennanlage
49 wird über die Leitung 51, die Pumpe 52 und die Leitung 53 dem Hydrozyklon 54
zugeleitet. In dem Hydrozyklon 54 wird das Eiweiß der Zwischenfraktion selektiv
verkleinert, worauf eine stärkearme Eiweißfraktion durch das Überlaufrohr 55 und
eine stärkereiche Fraktion durch die Spitzenöffnung austritt. Letztere Fraktion
wird durch die Leitungen 56 und 48 nach der Trennanlage 49 zurückgeleitet.
-
Der Eiweißgehalt einer Stärke, die in einer mit den üblichen Fluten
und Zentrifugen arbeitenden Maisstärkefabrik gewonnen wurde, belief sich auf 0,35
bis 0,40%, während die eingedampfte Eiweißfraktion einen Gehalt von 20 bis 30 01o
Stärke aufwies. Nachdem in dieser Fabrik Hydrozyklone zum Behandeln der restlichen
Fraktion, die bei der Behandlung auf den Fluten anfällt, eingeführt worden waren,
wurde eine Stärke gewonnen, deren Eiweißgehalt o,28 bis 0,32010 betrug, während
sich der Stärkegehalt der eingedampften Eiweißfraktion auf 15 bis 25 % belief.
-
Die Abmessungen der einzelnen Hydrozyklone (vgl.
-
Fig. grund I0) waren: Durchmesser des zylindrischen Teils 7 I5,0 mm
Höhe des zylindrischen Teils 7 ....... 6,o mm Höhe des konischen Teils 8 ..........
68,o mm Höhe der Zufuhröffnung 10 ......... 2,3 mm Breite der Zufuhröffnung .............
3,0 mm Durchmesser der Öffnung des Überlaufrohrs 12 ...........................
3,0 mm Länge des im zylindrischen Teil befindlichen Überlaufrohrs 12 ............
5,0 mm Zufuhrdruck ......................... 8 atü.
-
Die Kapazität der Vorrichtung belief sich auf 12 t Mais je Stunde.
Mittels eines aus I92 parallel geschalteten Hydrozyklonen bestehenden Multihydrozyklons
wurden pro Stunde 70 m3 Abgänge, die den Fluten entstammten, behandelt. Die Menge
und die Zusammensetzung der unterschiedlichen Produkte werden in nachstehender Tabelle
angegeben.
| Abgänge Zurück- |
| Eiweiß- geleitete |
| Fluten Fraktion |
| Menge (m3/St) ... 70 45 25 |
| Unlösliches (g/l) .. 40 bis 50 15 bis 20 go bis 100 |
| Stärke (Prozent- |
| satz des Feststoffs) 55 I5 bis 25 65 bis 70 |
| Eiweiß (Prozent- |
| satz des Feststoffs) 25 60 bis 70 9 bis I2 |
Der Mais, der in dieser Vorrichtung behandelt wurde, war von üblicher Qualität.
Es kann sich als notwendig erweisen, stärkere oder weniger starke Schubspannungen
zu erzeugen, wenn man Mais anderer Herkunft zu verarbeiten hat, der unter anderen
Verhältnissen, beispielsweise was die Zeit, die Temperatur oder das Wetter anbelangt,
gelagert wurde.
-
Muß man mit stärkeren Schubspannungen arbeiten, so ist es möglich,
sie durch Steigerung des Zufuhrdrucks zu erzeugen.
-
Weil die vorerwähnten Diminutoren und Hydrozyklone nur eine kleine
Kapazität aufweisen, wird man in der Technik eine Anzahl dieser Vorrichtungen parallel
schalten müssen. Die Ergebnisse lassen sich weiterhin noch verbessern, indem man
Diminutoren oder Hydrozyklone hintereinander schaltet und auf diese Weise das Stärke-Eiweiß-Gemisch
einer wiederholten Behandlung unterzieht.