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Verfahren zur Gewinnung von Stärke und Ne.benprodukten aus Rohstoffen
wie Kartoffeln und Maniokawurzeln
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Gewinnung von Stärke und Nebenprodukten aus Rohstoffen, wie Kartoffeln und Maniokawurzeln,
bei dem die Rohstoffe unter Zusatz von Wasser und etwaig von Desinfektions- und/oder
Ausflockungsmitteln zerrieben werden und das Reibsel, etwaig nach einer Siebbehandlung
und/oder Verdünnung mit Wasser oder einem Rezirkulierungsprodukt, derart in einer
Anzahl Trennungsstufen behandelt wird, daß die bei der Trennung in einer Stufe anfallende
schwere Fraktion in der nächsten Stufe getrennt wird, und zwar unter Zusatz der
bei der Trennung in einer der darauffolgenden Stufen anfallenden leichten Fraktion,
während vor der Trennung in der letzten Stufe, bei der eine Suspension von gereinigter
Stärke gewonnen wird, die zur Reinigung erforderliche frische Flüssigkeit zugefügt
wird. Ein derartiges Verfahren ist in dem Handbuch der Stärkefabrikation von P ar
ow (2. Auflage, S. 427) beschrieben.
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Bei dem bekannten Verfahren werden die Rohstoffe zunächst zu groben
Teilchen zerrieben, und der dabei anfallende Brei wird unter Zusatz von einer großen
Wassermenge auf etwa o,35 mm gesiebt. Auf dem Sieb bleiben dann grobe Schalen- und
Zellenteile und nicht aufgeschlossene Rohstoffteile zurück, die z. B. abermals oder
noch zweimal zerrieben und unter Zusatz von einer großen Wassermenge gesiebt werden,
bis schließlich eine stärkearme Fraktion von
Zellen- und Schalenteilen
auf dem letzten Sieb zurückbleibt. Diese Fraktion wird unter anderem zu Viehfutter
verarbeitet.
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Weil bei der Siebbehandlung viel Wasser angewandt werden muß, besteht
der Durchfall der Siebe aus einer dünnen Suspension von Stärke, Zellenteilen und
Fruchtwasser. Diese Suspension wird mit Hilfe von Lamellatoren, Zentrifugen und/oder
Fluten eingedickt und von den gröberen Zellenteilen befreit, worauf schließlich
die Stärketeile von den feinen Zellenteilen und dem übriggebliebenen Fruchtwasser
getrennt werden. Bei dieser Behandlung erhält man Fraktionen, in denen sich noch
wertvolle Produkte befinden, die ihrer geringen Konzentration zufolge nicht in wirtschaftlich
verantwortlicher Weise gewonnen werden können. Die Gewinnung von Eiweiß stoffen
zum Beispiel ist praktisch unausführhar; Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist
in einfacher Weise eine höhere Ausbeute sowohl von Stärke als von Nebenprodukten
zu verwirklichen, wobei man bei diesem Verfahren nur wenig zu sieben braucht.
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Erfindungsgemäß werden die Rohstoffe dazu in einer Stufe bis zu einer
Partikelgröße von 0,17 nun und darüber zerrieben, und zwar unter Zusatz von so wenig
Wasser, daß der Gehalt an löslichem Eiweiß der der ersten Trennungsstufe zugeführten
Suspension mindestens ein Viertel des Eiweißgehaltes des Fruchtwassers des gebrauchten
- Rohproduktes beträgt.
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Hinter der Reibe und vor der ersten Trennungsstufe wendet man gegebenenfalls
eine Entlüftungsvorrichtung an. Die aus der ersten Trennungsstufe anfallende leichte
Fraktion kann dann zu Nebenprodukten verarbeitet werden, z. B. durch Ausfiocken
und Eindicken. Ehe diese Verarbeitung stattfindet, lassen sich aus dieser leichten
Fraktion noch Stärketeile gewinnen, die darauf der ersten Trennungsstufe oder der
Reibe zugeführt werden können.
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Vorzugsweise findet die Zerreibung in solcher Weise statt, daß das
Reibsel eine Wichte von-mindestens 1,05 aufweist und fast nur Teilchen von höchstens
0,15 mm enthält. Dies läßt sich beispielsweise verwirklichen, wenn man eine der
Beschreibung in der Patentschrift I88 I53 entsprechende Reibe anwendet.
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Eine solche Reibe läßt sich nämlich so einstellen, daß sie ein feines
Reibsel liefert, und sie kann mit einem Sieb mit 0,1 mm breiten spaltenförmigen
Öffnungen angewandt werden.
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Weil die Rohstoffe in einer Stufe so fein zerrieben werden, daß die
Stärketeilchen frei liegen, braucht man nur wenig Wasser zu verwenden. Dies hat
den Vorteil, daß die Pumpkosten herabgesetzt werden und daß das Fruchtwasser nur
wenig verdünnt wird.
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Andererseits nimmt die Gefahr von Schaumbildung zu, weshalb es sich
empfiehlt, die weitere Behandlung des Reibsels in einem luftdichten System durchzuführen.
Zu diesem Zweck kann man z. B. in Serien geschaltete Mehrfachhydrozyklone mit zwischengeschalteten
Pumpen für Druckerhöhung anwenden; aber auch Vorrichtungen anderer Art können dazu
dienen, um unter Absperrung der Luft in Gegenstrom zu reinigen.
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Die Konzentration der leichten Fraktion der ersten Trennungsstufe
wird nicht nur durch die beim Zerreiben gebrauchte Wassermenge bedingt, sondern
auch durch die Wassermenge, die für die letzte Trennungsstufe hinzugeführt wird.
Deshalb hat auch diese Menge möglichst gering zu sein. Vorzugsweise wird hier für
jede Tonne Rohstoff höchstens 1 m3 und mindestens o,6 m3 frisches Wasser zugeführt
während aus der letzten Stufe höchstens 50 0/o und mindestens 25 0/o der in dieser
Stufe behandelten Suspension als schwere Fraktion (Stärkefraktion) abgeführt wird.
In dieser Weise ist es möglich, das Fruchtwasser bei Anwendung von Mehrfachhydro
zyklonen in etwa acht Stufen hinreichend zu verdünnen, ohne daß - die leichte Fraktion
aus der ersten Stufe mit Rücksicht auf die Gewinnung von Nebenprodukten zu stark
verdünnt wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen -näher erläutert.
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Fig. I zeigt eine schematische Darstellung eines Teilverfahrens aus
einer Kartoffelstärkefabrik; Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Details
aus Fig. I.
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In Fig. 1 stellt I eine der Beschreibung in der Patentschrift I88
I53 entsprechende Reibe dar. 2, 4, 6, 8, I0, I2, I4, I6, I8 sind zwischengeschaltete
Pumpen zur Druckerhöhung; 3, 5, 7, 9, II, I3, I5, 17, I9, 20 und 21 sind Mehrfachhydrozyldone,
und 22 ist ein Eindicker. Die verschiedenen Vorrichtungen sind durch geschlossene
Leitungen verbunden.
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Bei a werden gewaschene Kartoffeln zugeführt und bei b Wasser mit
einem Desinfektionsmittel, bei d ein Ausflockungsmittel und bei c Wasser. Bei e
wird eine gereinigte Stärkesuspension abgeführt, bei f Nebenprodukte und bei g Abwasser.
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Im Gegensatz zu den anderen Hydrozyklonen sind die Mehrfachhydrozyklone
9, II und I3 mit nach oben gerichteter Spitze gezeichnet. Dies ist nur gemacht,
damit die Zeichnung einfacher wird und Kreuzungen von Linien so viel wie möglich
vermieden werden; es liegt aber kein einziger prinzipieller Unterschied zwischen
den Mehrfachhydrozyklonen 9, 11 und I3 und den Mehrfachhydrozyldonen 3, 5, 7, I5
und I7 vor. Fig. 2 zeigt Mehrfachhydrozyklon 7, einen Teil der Mehrfachhydrozyldone
5 und 9, die Pumpen 4, 6 und 8 und die zugehörigen Leitungen. Die Mehrfachhydrozyklone
sind sehr schematisch dargestellt; verschiedene konstruktive Ausführungen von Mehrfachhydrozyklonen
sind in anderen Patentschriften veröffentlicht oder verarbeitet worden.
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Im Mehrfachhydrozyklon 7 sind eine Anzahl Hydrozyklone 23 mit Zuleitungen
24, Überlaufrohren 25 und Ablaßöffnungen 26 gezeichnet. Von dem Zufuhrraum 27 aus
werden die Hydrozyklone 23 gespeist.
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Die Überlaufrohre 25 münden in den Überlaufraum 28 ein, von wo Rohr
29 mit Absperrventil 30 über Rohr 31 nach Pumpe 4 führt. Die Ablaßöffnungen 26 münden
in einen Ablaßraum 32 ein, von wo ein Rohr 33 mit Absperrventil 34 über Rohr 35
nach Pumpe 8 führt.
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Die Mehrfachhydrozyklone 5 und 9 und auch die Mehrfachhydrozyklone3,
II, I3, I5 und I7 (Fig. I) sind gleicher Bauart wie Mehrfachhydrozyklon 7; eine
solche Übereinstimmung ist aber nicht notwendig.
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Das mit Absperrventil 37 versehene Rohr 36 leitet über Rohr 38 nach
Pumpe 6, die den Mehrfachhydro-
zyklon 7 speist. Das mit Absperrventil
41 versehene Rohr 40 leitet von dem Überlaufraum von Mehrfachhydrozyklon g nach
Rohr 38.
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In das Rohr 38 mündet weiterhin eine Wasserleitung 42 ein, die mit
einem Rückschlagventil 43 versehen ist. Wasserleitung 44, die mit einem Rückschlagventil
45 versehen ist, mündet in das Rohr 3I ein, und die mit einem Rückschlagventil 47
versehene Wasserleitung 46 mündet in das Rohr 35 ein. Auch für andere Pumpen sind
derartige Wasserleitungen mit Rückschlagrentilen vorhanden. Unter normalen Verhältnissen
strömt kein Wasser durch diese Wasserleitungen, wenn der Druck einer Pumpe aber
niedriger ist als erwünscht, so öffnet sich das Rückschlagventil, so daß Wasser
hinzuströmen kann. Die Mehrfachhydrozyklone 19, 20 und 21 sind ohne zwischengeschaltete
Pumpen unmittelbar in Serien geschaltet.
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Im Betrieb werden gewaschene Kartoffeln a mit einer geringen Menge
Wasser b, das ein aufgelöstes Desinfektionsmittel enthält, in Reibe 1 geleitet und
sehr fein zerrieben, so daß praktisch die ganze Stärkesubstanz frei wird. Zu diesem
Zweck ist die Reibe mit einer feinen Siebgaze versehen.
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Das Reibsel, das einen hohen Eiweißgehalt aufweist, wird aus der
Reibe I durch eine geschlossene Leitung nach Pumpe 2 geführt, wohin auch die Überlauffraktion
von Mehrfachhydrozyklon 5 und die Ablaßfraktion von Mehrfachhydrozyklon 19 geleitet
wird.
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Pumpe 2 pumpt das Gemisch durch Mehrfachhydrozyklon 3. Der Druck,
bei dem dies erfolgt, und die Abmessungen der Hydrozyklone von Mehrfachhydrozyklon
3 sowie die Drücke in den Überlauf- und Ablaßräumen von Mehrfachhydrozyklon 3 sind
derart bestimmt, daß das Gemisch in eine konzentrierte Stärkesuspension, die den
Hydrozyklon durch die Ablaßöffnungen verläßt, und eine stärkearme Suspension, die
durch die Überlauföffnungen abgeführt wird, getrennt wird. Die Ablaßfraktion enthält
den größten Teil der Stärkesubstanz, während die meiste Flüssigkeit und mithin der
größte Teil der darin aufgelösten Stoffe in die Überlauffraktion geraten. Auch die
Zellwände und sonstige stärkearme Bestandteile der Kartoffel geraten dabei zum größten
Teil in die Überlauffraktion.
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Die Ablaß fraktion von Mehrfachhydrozyklon 3 wird in einer geschlossenen
Leitung nach Pumpe 4 geleitet, wohin auch die Überlauffraktion von Mehrfachhydrozyklon
7 in einer geschlossenen Leitung geführt wird.
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Pumpe 4 pumpt dieses Gemisch, das in jeder Hinsicht reiner ist als
der Einlauf von Mehrfachhydrozyklon 3, nach Mehrfachhydrozyklon 5. In diesem Zyklon
findet eine ähnliche Trennung statt wie in Mehrfachhydrozyklon 3. In gleicher Weise
wird die Ablaß fraktion von jedem der Mehrfachhydrozyklone 5, 7, 9, II und I3 zusammen
mit der Überlauffraktion bzw. der Mehrfachhydrozyklone 9, II, I3, 15 und I7 bzw.
nach den Pumpen 6, 8, I0, 12 und 14 geführt. Die Ablaßfraktion von Mehrfachhydrozyklon
I5 wird zusammen mit dem bei c eingeführten frischen Wasser mittels Pumpe 16 durch
Mehrfachhydrozyklon I7 gepumpt. Der Tatsache zufolge, daß die Ablaßfraktion der
Reihe nach in den Mehrfachhydrozyklonen 3, 5, 7, 9, II, I3, I5 und I7 behandelt
wird, wird diese immer ärmer an löslichen Bestandteilen und Zellwänden, so daß man
schließlich bei e eine gereinigte Stärkesuspension gewinnt.
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Die Überlauffraktion von Mehrfachhydrozyklon 3 enthält sämtliche
löslichen Bestandteile und Zellwände der zugeführten Kartoffeln außer der geringen
Menge, die das System bei e verläßt. Außerdem enthält diese Fraktion eine geringe
Menge Stärke, und sie wird deshalb durch eine geschlossene Leitung nach Pumpe I8
geführt, die diese Fraktion durch die in Serien geschalteten Mehrfachhydrozyklone
I9, 20 und 21 pumpt. Die Hydrozyklone dieser Mehrfachhydrozyklone können kleiner
sein als die Hydrozyklone der Mehrfachhydrozyklone 3, 5, 7, 9, II, I3, I5 und 17,
weil die Suspension, die in den Mehrfachhydrozyklonen I9, 20 und 21 getrennt wird,
weniger feste Stoffe enthält.
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Die Ablaßfraktion von Mehrfachhydrozyklon 19 wird nach Mehrfachhydrozyklon
3 geführt, so daß die Stärke aus dieser Fraktion gewonnen werden kann.
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Die Überlauffraktion von Mehrfachhydrozyklon 19 wird nach Mehrfachhydrozyklon
20 geführt; die Überlauffraktion von 20 geht nach Mehrfachhydrozyklon2I.
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Die Ablaßfraktionen der Mehrfachhydrozyklone 20 und 21 werden nach
Pumpe I8 zurückgeführt, damit auch die Stärke aus diesen Fraktionen gewonnen werden
kann. Die Überlauffraktion von Mehrfachhydrozyklon 21 enthält die allerfeinsten
Stärketeile, das Eiweiß und die Zellenteile. Diese Fraktion wird nach Eindicker
22 geführt. Der Tatsache zufolge, daß nur wenig Wasser bei b und c zugeführt worden
ist und auch nur wenig Wasser infolge der Rückschlagventile in das System eintritt,
weist die Zufuhr von Eindicker 22 eine hohe Konzentration an Zellwänden und Eiweißstoffen
auf. Durch Hinzufügung bekannter Ausflockungsmittel bei d können diese Bestandteile
konzentriert und bei f abgetrennt werden. Das Abwasser wird schließlich bei g abgeführt.
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Weil sämtliche Flüssigkeiten durch geschlossene Leitungen befördert
werden und deshalb nicht mit Luft in Berührung kommen, braucht man sich nicht vor
Schaumbildung zu fürchten. Zudem ist die Zeit, die die Flüssigkeit sich im System
befindet, nur kurz, was die Ansteckungsgefahr verringert und den Verbrauch von Desinfektionsmitteln
herabsetzt.
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Die Wirkung der Mehrfachhydrozyklone läßt sich mit Hilfe der Absperrventile
in den Abfuhrleitungen regulieren. Die beste Reinigung erzielt man bei großer Überlauffraktion
und kleiner Ablaßfraktion; in diesem Falle rezirkuliert jedoch viel Stärke. Eine
zweckmäßige Einstellung läßt sich aber ohne Schwierigkeiten verwirklichen.
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Die Wasserleitungen mit Rückschlagventilen dienen dazu, das System
im Gleichgewicht zu erhalten. Falls nämlich der Unterdruck für eine Pumpe zu hoch
wird, kann Wasser durch die Wasserleitung hinzuströmen.
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Die in dieser Weise zugeführte Wassermenge ist verhältnismäßig gering.
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Auch in den anderen Leitungen können Rückschlagventile angebracht
werden, während außerdem Manometer und Pfropfen zum Ablassen von Mustern erwünscht
sind. Diese sind jedoch nicht in den Figuren gezeichnet.
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Ausführungsbeispiel In einer Kartoffelstärkefabrik nach Fig. I werden
je Stunde 30 t gewaschene Kartoffeln unter Zusatz von II m3 Wasser zerrieben. Die
Reibe ist mit einem Sieb mit Öffnungen von 0,I2 X 2 mm versehen.
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Das Reibsel enthält 200 kg freie Stärke je Tonne Kartoffeln oder
6 t je Stunde.
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Die Hydrozyklone der Mehrfachhydrozyklone 3, 5, 7, 9, II, 13, I5
und I7 bzw. I9, 20 und 2I haben nachstehende Abmessungen: Durchmesser des zylindrischen
Teiles I5,0 mm bzw. 10,0 mm Höhe des zylindrischen Teiles 7,0 mm - 5,0 mm Durchmesser
der Zufuhröffnung ........... 3,5 mm - 2,5 mm Durchmesser des Überlaufrohrs ..................
3,5 mm - 2,5 mm Länge des Überlaufrohrs innerhalb des Hydrozyklons ................
7,0 nun - 5,0 mm Durchmesser der Ablaßöffnung .... 3,5 nun - 2,5 mm Spitzenwinkel
............ 100 - 71/2 Der Zufuhrdruck der Mehrfachhydrozyklone 3, 5, 7, 9, II,
13, 15 und I7 beträgt etwa I,5 atü, der Gegendruck auf die Ablaßöffnungen oatü.
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Der Zufuhrdruck von Mehrfachhydrozyklon 19 beträgt 7 atü, der Gegendruck
auf die Ablaßöffnungen der Mehrfachhydrozyklone 19, 20 und 2I beträgt bzw.
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5, 3 und o atü und der Gegendruck auf die Überlauföffnung von Mehrfachhydrozyklon
21 ebenfalls o atü.
Die Ergebnisse sind folgendermaßen:
| Mehrfach- Überlauffraktion Ablaßfraktion |
| hydrozyklon Hydrozyklone |
| Stärke Stärke |
| Nr. (Fig. I) Anzahl in3/Std. t/Std. ms/Std. It/Std. |
| 3 480 55,6 0,75 I6,3 1 6,75 |
| 5 296 28,o 0,75 I6,3 6,75 |
| 7 296 28,0 0,75 I6,3 6,75 |
| 9 296 28,0 0,75 I6,3 6,75 |
| II 296 28,0 0,75 I6,3 6,75 |
| I3 296 28,0 0,75 I6,3 6,75 |
| I5 294 28,o 0,75 I6,o 6,66 |
| I7 282 27,8 o,66 I4,5 6,oo |
| I9 326 4,8 0,75 |
| 20 302 |
| 21 278 50,8 0 9, 1 |
Die Ablaßfraktion e von Mehrfachhydrozyklon 17 enthielt nur wenig Zellenteile. Das
Eiweiß in dieser Fraktion ist 1/1620 des Eiweißgehaltes des Fruchtwassers der Kartoffeln.
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Der Eiweißgehalt der Fraktion, die nach dem Eindicker 22 geführt
wird, also die Überlauffraktion von Mehrfachhydrozyklon 21, ist vier Zehntel des
Eiweißgehaltes des Fruchtwassers der Kartoffeln. Die Nebenprodukte lassen sich in
einfacher, an sich schon bekannter Weise gewinnen.