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Verfahren und Einrichtung zur Saturation von Zuckersäften Bei der
Saturation von Zuckersäften wird durch Einleiten von Kohlensäure in den vorgeschiedenen
Saft der überschüssige Kalk bis zu einem als optimal erkannten Gehalt ausgefällt,
indem sich das Kalkhydrat mit der Kohlensäure zu Calciumcarbonat verbindet.
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Es ist bekannt, bei der als vorteilhaft erkannten getrennten Durchführung
von Scheidung und Saturation den aus der Scheidungseinrichtung kommenden Zuckersaft
in ein mit Einbauten versehenes stehendes zylindrisches Saturationsgefäß oberhalb
von Einbauten einzuleiten und durch die Einbauten hindurch im Gegenstrom zum Saturationsgas
zu führen, das in den unteren Teil des Saturationsgefäßes mittels Ringdüsen eingeleitet
wird.
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In einem bekannten Saturationsgefäß sind die jeweils den ganzen Gefäßquerschnitt
bedeckenden Einbauten als waagerechte, übereinander angeordnete Böden ausgebildet,
die abwechselnd mit feinen Löchern und einer in der Mitte befindlichen Durchlaßhaube
versehen sind. Eine derartige Ausbildung und Anordnung der Einbauten bietet infolge
ungenügend kontrollierter Saft- und Gasführung keine . Gewähr für eine durchweg
gleichmäßige chemische Alkalität der aus dem Saturationsgefäß austretenden Säfte.
Ferner werden sich die feinen Löcher in den Siebböden und in der im unteren Teil
des Saturationsgefäßes angeordneten Rohrschlange, durch die das Saturationsgas zugeführt
und auf den Gefäßquerschnitt verteilt wird, während des kontinuierlichen Betriebes
bald durch Kalkverbindung verstopfen, so daß sich wiederholende Betriebsunterbrechungen
nicht zu vermeiden sind.
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Es ist weiterhin eine Scheidesaturationseinrichtung bekannt, bei der
außer Rohsaft und Kalkmilch auch bereits saturierter Saft im Gegenstrom zum
Saturationsgas
durch die Reaktionszone geführt wird, und zwar sind dabei zwei Reaktionsbehälter
hintereinandergeschaltet, in denen das Scheidesaturationsverfahren in zwei Stufen
durchgeführt wird. In den Behältern sind keine Einbauten vorgesehen. Von dem aus
dem zweiten Behälter unten austretenden Schlammsaft wird ein Teil in den ersten
Behälter zurückgeführt und zusammen mit der Kalkmilch dem eintretenden Rohsaft beigemischt::
Bei einer anderen Scheidesaturationseinrichtung wird der zum Umlauf bestimmte Teil
des Schlammsaftes aus dem Reaktionsbehälter in einen diesem vorgeschalteten Mischungsbehälter
zurückgeführt, durch den er zusammen mit dem frisch zugeführten Rohsaft im Gleichstrom
von oben nach unten hindurchgeleitet wird, bevor er wieder in den Reaktionsbehälter
gelangt. Auch hierbei sind in dem Mischungsbehälter und in dem Reaktionsbehälter
keine Einbauten zur zwangläufigen Führung der Säfte und des Saturationsgases vorgesehen.
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Bei diesen Einrichtungen wird lediglich eine Vermischung von untersaturierten
mit übersaturierten Säften erzielt und der gewünschte Alkalitätsgrad nur vorgetäuscht.
Es tritt die sogenannte Mischalkalität auf, bei der untersaturierte Saftsträhnen
und übersaturierte Saftsträhnen nebeneinander im Saftstrom fließen. Die Schlämme
von über- und untersaturierten Säften lassen sich jedoch erfahrungsgemäß schlecht
auf Vakuumfiltern filtrieren.
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Die bisherigen Versuche zur Vermeidung der sogenannten Mischalkalität
z. B. durch Rührwerke oder Saturationsgefäße mit engem Querschnitt haben zufolge
der dabei auftretenden Wirbelungen nicht zu einem befriedigenden Erfolg geführt.
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Die Erfindung betrifft ein von der zuvor abgeschlossenen Scheidung
getrenntes Verfahren zum Saturieren von Zuckersäften in einem mit Einbauten versehenen
Saturationsgefäß, und zwar kennzeichnet sich das Verfahren nach der Erfindung durch
die Vereinigung folgender Merkmale: a) Der Scheidesaft tritt oberhalb der Einbauten
in das Saturationsgefäß ein und wird durch die Einbauten hindurch im Gegenstrom
zum Saturationsgas geführt, das in den unteren Teil des Saturationsgefäßes auf einen
Ringquerschnitt gleichmäßig verteilt eintritt.
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b) Ein das Mehrfache des zugeführten Scheidesaftes betragender Teil
des Schlammsaftes wird im Umlauf aus dem unteren in den oberen Teil des Saturationsgefäßes
zurückgeleitet und mischt sich mit dem frisch eintretenden Scheidesaft.
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c) Der Saturationsvorgang wird durch mit einen verhältnismäßig großen
Durchmesser und Abstand voneinander aufweisenden Löchern versehene, abwechselnd
abfallend -und ansteigend übereinander angeordnete Einbauten in mehrere Stufen aufgeteilt,
wobei die Säfte stärkerer Alkalität mit Saturationsgas geringerer CO2-Konzentration
in Berührung kommen und umgekehrt.
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Mit dem Verfahren nach der Erfindung, das eine gute Vorscheidung des
Saftes voraussetzt, läßt sich zufolge der Vermeidung von Mischalkalitäten eine Schlammform
erzielen, die auf Vakuum-Drehfiltern gut filterbar ist, wobei die Kohlensäureverluste
auf ein Mindestmaß beschränkt bleiben und Betriebsunterbrechungen durch Kalkansatz
im Saturationsgefäß vermieden werden. Ferner wird eine gleichmäßige pH-Führung erzielt.
Im einzelnen geht dies aus folgendem hervor.
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Der ein Mehrfaches des zugeführten Scheidesaftes betragende Umlaufsaft
enthält Anregekristalle, an die sich laufend das bei der Saturation entstehende
Calciumcarbonat anlagert. Es wird dadurch, wie sich im praktischen Betrieb gezeigt
hat, ein Schlammsaft mit einem günstigen Sedimentierungsvermögen und einem guten
Filtrationskoeffizienten gebildet, der sich gut dekantieren und zufriedenstellend
über Vakum-Drehfilter filtrieren sowie mit geringem Absüßwasseraufwand absüßenläßt.
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Die geringen Kohlensäureverluste und die Vermeidung von Wirbelungen
und Mischalkalitäten sind auf die Saftführung und die besondere Ausbildung der Einbauten
zurückzuführen. Der im Gegenstrom zum Saturationsgas geführte Saft trifft von oben
auf die schräg gelegenen Bleche, verteilt sich über deren Fläche ohne Durchwirbelung
und tritt mit erhöhter Geschwindigkeit durch die weiten Löcher. An den Rändern dieser
Löcher teilt sich das entgegenströmende Saturationsgas in viele kleine Bläschen
auf, die feinverteilt in den Saft eintreten, so daß eine gleichmäßige, auf chemischem
Wege entstandene, beim Durchtritt durch die einzelnen Stufen der Einbauten sich
steigernde Alkalität des Saftes erzielt wird. Es ergibt sich dadurch eine gleichmäßige,
günstige pH-Führung im Saft, was als Beweis für die tatsächlich erreichte Vermeidung
von Mischalkalitäten angesehen werden kann. Die durch die feine Aufteilung des Saturationsgases
erzielte Vergrößerung der Oberfläche der Gasblasen gewährleistet dabei eine besonders
gute Ausnutzung der Kohlensäure, was sich in einem gegenüber bekannten Einrichtungen
wesentlich geringeren Kohlensäureverbrauch auswirkt. Die weiten Durchtrittsöffnungen
für die Kohlensäure in den Einbauten und am unteren Verteiler verhindern Kalkansetzungen,
die Betriebsunterbrechungen hervorrufen könnten. Als willkommene Nebenerscheinung
ergab sich, daß im Saturationsgefäß keine Schaumbildung auftritt. Es hat sich auch
gezeigt, daß die Filtriereigensehaften des erzielten Schlammes so günstig sind,
daß bei der Filtration nach der zweiten Saturation mittels Kerzenfiltern auf den
Zusatz von Kieselgur verzichtet werden kann.
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Eine vorteilhafte weitere Ausbildung des Verfahrens besteht darin,
daß der Saftspiegel im Saturationsgefäß oberhalb des Safteintritts liegt und der
vorgeschiedene Saft annähernd tangential, der Um-Laufsaft annähernd radial' in das
Saturationsgefäß einströmt oder umgekehrt. Hierdurch wird der eintretende Scheidesaft
mit dem Umlaufsaft zufolge der Querströmung gut und gleichmäßig durchgemischt.
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Bei einer Ausführungsform der Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens
sind die abwechselnd abfallend und ansteigend übereinander
angeordneten Einbauten durch ebene Bleche gebildet, die sich überlappend jeweils
nur einen Teil des Saturationsgefäßquerschnittes abdecken, wobei der Gesamtquerschnitt
der in jedem Einbaublech vorgesehenen Löcher etwa 2o bis 25 % der Fläche des Einbaubleches
beträgt. Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich ein optimaler Wert für die erläuterte
Wirkung, indem der Saft abwechselnd von innen nach außen und von außen nach innen
über den gesamten Gefäßquerschnitt geführt wird. Gleichzeitig gestattet diese Anordnung
eine gute Reinigungsmöglichkeit des Gefäßes durch Anordnung entsprechender Mannlöcher.
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Eine andere Ausführungsmöglichkeit mit ähnlicher Wirkung besteht darin,
däß die übereinander angeordneten Einbauten durch den ganzen Gefäßquerschnitt bedeckende
kegelförmige Bleche gebildet sind, wobei die Kegelspitzen abwechselnd nach oben
und unten gerichtet sind.
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Ein weiteres Problem stellt die zweckmäßige Zuführung des Saturationsgases
in das Gefäß dar. Die Zuführungseinrichtung soll den Saftumlauf in keiner Weise
stören, aber trotzdem gleichmäßig auf den Gefäßquerschnitt verteilt werden. Das
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Zuführungsrohr für das Saturationsgas
in der Mittelachse des zylindrischen Saturationsgefäßes angeordnet und am unterenEnde
mitmehreren gleichmäßig über den Rohrumfang verteilt angeordneten Rohrstutzen für
den Gasaustritt versehen ist. Das mittig gelagerte Rohr stört den Saftumlauf nicht,
dient zur Stützung der Einbaubleche und verteilt das Gasgleichmäßig auf den Querschnitt.
Es tritt auch nicht, wie bei den bekannten Einrichtungen durch feine Löcher aus
dem Zuführungsrohr heraus, und es wird somit ein Verstopfen der Austrittsöffnungen
durch im saturierten Saft entstehende Kalkverbindungen auch bei Unterbrechung der
Gaszufuhr vermieden: Die Zeichnung veranschaulicht zwei Ausführungsbeispiele der
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung, und zwar zeigt Abb.
i einen senkrechten Schnitt durch ein zylindrisches Saturationsgefäß, Abb. 2 einen
Querschnitt durch das Saturationsgefäß nach Linie II-II der Abb. i und Abb. 3 einen
senkrechten Schnitt durch einen Teil eines anderen Saturationsgefäßes.
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In dem Saturationsgefäß i' sind als Einbauten auf der linken Seite
die ebenen Bleche 2, 2, und 2b und auf der rechten Seite die ebenen Bleche 2"
2d
und 2e abwechselnd abfallend und ansteigend übereinander angeordnet. Die
Einbaubleche bedecken, sich überlappend, jeweils nur etwas mehr als die Hälfte des
Querschnittes des Saturationsgefäßes i und sind mit Löchern 3 versehen. Der Scheidesaft
tritt durch den Rohrstutzen 4 tangential in das Saturationsgefäß i ein. Ein der
zugeführten Scheidesaftmenge entsprechender Teil des Schlammsaftes wird durch das
Rohr 5 in ein zweites Saturationsgefäß oder zur Filtereinrichtung abgeleitet, während
Schlammsaft in einer das Mehrfache des zugeführten Scheidesaftes betragenden Menge
durch das Rohr 6 zur Umlaufpumpe 7 gelangt und von dieser durch das Umlaufröhr8
und den Rohrstutzen 9 oberhalb der Einbauten 2 bis 2e radial in das Saturationsgefäß
i zurückgeleitet wird, wo er sich mit dem durch den Rohrstutzen 4 frisch eintretenden
Scheidesaft unterhalb des sich im Gefäß bildenden Saftspiegels mischt.
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Als Saturationsgas wird Kohlensäure in das Saturationsgefäß i durch
den Rohrstutzen io eingeleitet, an den sich das in der Mittelachse des Saturationsgefäßes
i angeordnete Rohr i i anschließt, das an seinem unteren Ende gleichmäßig über den
erweiterten Rohrumfang verteilt angeordnete Rohrstutzen 12 für den Austritt der
Kohlensäure besitzt. Die Kohlensäure steigt im Gegenstrom zu den oben eintretenden
Zuckersäften durch das Gefäß i und wird durch die Einbauten :2 bis 2e weiterhin
auf den ganzen Gefäßquerschnitt verteilt, wobei die kalkhaltigen Säfte mit der sich
an den Löchern 3 in feinen Bläschen ansetzenden Kohlensäure saturiert werden und
sich Calciumcarbonat als filtrierbarer Niederschlag bildet. Nicht absorbierte Kohlensäure
und Schwaden treten durch das Rohr 13 aus dem Saturationsgefäß i aus.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 sind die übereinander angeordneten
Einbauten durch den ganzen Querschnitt des Saturationsgefäßes i" bedeckende, ebenfalls
mit Löchern 3 versehene kegelförmige Bleche 14 bis 14, gebildet, wobei die wegen
der zentralen Lage des Kohlensäurezüführungsrohres ii nur gedachten Kegelspitzen
abwechselnd nach oben und unten gerichtet sind.
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Die wechselweise geneigte Anordnung der Einbaubleche 2 bis 2e bzw.
14 bis 14, sowie die Bemessung und der Abstand der in den Blechen vorgesehenen Löcher
3, an deren Kanten sich die Kohlensäure in kleine Bläschen aufteilt und durch die
die Säfte und die Kohlensäure in entgegengesetzter Richtung beschleunigt hindurchtreten,
sind für das erfindungsgemäße Saturationsverfahren von wesentlicher Bedeutung. Die
Löcher 3 dürfen nicht zu klein sein. Es wurden z. B. in einem zylindrischen Saturationsgefäß
von 3 m Durchmesser gute Ergebnisse mit Einbaublechen erzielt, die man mit kreisrunden
Löchern von 12 cm Durchmesser versehen hatte, deren Abstand voneinander 24 cm betrug.
Statt kreisrunder Löcher können natürlich auch anders geformte Öffnungen in -den
Einbaublechen vorgesehen werden. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß zwischen
den Öffnungen noch eine ausreichend große Prallfläche für die Säfte und die Kohlensäure
verbleibt. Durch Versuche wurde als günstigstes Verhältnis ermittelt, daß der Gesamtdurchgangsquerschnitt
der in jedem Einbaublech vorgesehenen Löcher etwa 2o bis 25 % der Fläche des Einbaubleches
beträgt.