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Verfahren zur Abscheidung kolloidaler Verunreinigungen und zur Herabsetzung
des Aschegehalts zuckerhaltiger Flüssigkeiten Die vorliegende Erfindung bezieht
sieh auf die Gewinnung von Zucker aus Lösungen, welche die Kristallisierung des
Zuckers hindernde Unreinheiten enthalten. In jeder Verfahrensstufe, die der Zuckerrohrsaft
oder die durch Diffusion aus der Zuckerrübe gewonnene Lösung durchläuft, befinden
sich ebenso wie in allen anderen zuckerhaltigen, aus natürlichen Quellen gewonnenen
unbehandelten Lösungen oder in sonstigen unreinen Zuckerlösungen. sowohl kolloidale
(organische) als auch mineralische (anorganische) Unreinheiten, welche die Zuckergewinnung
durch Kristallisierung empfindlich stören und schließlich ganz unterbinden. Je weiter
die Zuckergewinnung aus den vorgenannten Lösungen fortschreitet, um so größer wird
in der restlichen Flüssigkeit das Verhältnis der Verunreinigungen zu dem verbleibenden
Zucker, wodurch die weitere Zuckergewinnung ständig erschwert wird, bis schließlich
die Gewinnung des Zuckers durch Kristallisierung nicht mehr möglich ist. Die in
diesem Zustand befindlichen zuckerhaltigen Flüssigkeiten werden handelsüblich als
Melassen bezeichnet, sie enthalten ungefähr 5o '/o Zucker, ein hoher Hundertsatz
an nicht gewonnenem wertvollem Stoff.
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Im Stand der Technik sind eine Reihe von Verfahren für die Zuckergewinnung
aus Melasse oder aus Verfahrensphasen, die diesem Zustand vorangehen,
vorgeschlagen
Worden. Diese bestehen jedoch meist aus einer Vielzahl von Verfahrensschritten und
eirnem entsprechenden erhöhten Aufwand, oder aber sie führen nicht .zu befriedigenden
Endergebnissen. Ersteres gilt vor allem für- die chemischen und physikalischen Verfahren,
die auf Fällung, Neutralisation und Absorption der- Verunreinigungen durch Zusatz
verschiedener Agenzien und absorbierender Mittel, wie Aktivkohle usw., beruhen.
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Seit langem ist es auch bekannt, den Zucker der Melasse durch Bildung
unlöslicher Saccharate zu fällen bzw. seine Abscheidung zu ermöglichen, worauf der
Zucker durch Zersetzung der Saccharate gewonnen wird. Bei Verwendung von Barium-oder
Kalziumhydrat zur Saccharatbildung.erfolgt diese Zersetzung z. B. -durch -Behandlung
der Zuckerverbindungen mit Kohlendioxyd und Fällung von Barium- bzw. Kalziumkarbonat.
Während jedoch die Giftigkeit des Bariumhydroxyds zusammen mit den hohen Unkosten
dieses Verfahrens keine wirtschaftliche brauchbare Lösung des Problems zulassen,
ergibt die Verwendung von Kalk nach dem »Steffenverfahren«, dessen Bedingungen kritischer
sind, eine Ausbeute von nur rund 70 %.
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Ferner ist zur Reinigung von Zuckersäften die Anwendung der Methoden
des Ionenaustausches, insbesondere auch mittels synthetischer Wechselharze, vorgeschlagen
worden. Tatsächlich lassen sich zwar so die ionisierten anorganischen Fremdstoffe
aus der Zuckerlösung entfernen, es verbleiben jedoch Farbstoffe, Pektine und andere
organische Verunreinigungen, welche die Kristallisation hindern, dem Endprodukt
Melassegeruch und -geschmack verleihen und daher eine weitere Raffinierung notwendig
machen. Außerdem erfordert dieses Verfahren eine starke Verdünnung der zu behandelnden
Säfte, die bei der nachfolgenden Konzentrierung bzw. Kristallisierung erhöhte Kosten
verursacht. Zur Verbesserung wurde bereits vorgeschlagen, die bekannten Verfahren
zur chemischen Fällung der Verunreinigungen als Vorbehandlung mit der Anwendung
des Ionentausches zu verbinden, wobei jedoch wiederum die erwähnten Nachteile der
ersterwähnten Methoden auftreten.
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Weitere bekannte Verfahren zur Reinigung von Zuckersäften beruhen
auf der Anwendung der Elektrolyse. Hierbei wird durch die Verschiebung des elektrischen
Gleichgewichtes außer der teilweisen Entfernung der mineralischen Verunreinigung
auch eine Fällung der organischen Fremdstoffe erzielt. Da jedoch bei diesem Verfahren
die Kalium- und Natriumsalze in Lösung verbleiben, so kann durch Elektrolyse allein
zwar ein Sirup, aber keine kristallisationsfähige Zuckerlösung gewonnen werden.
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Schließlich ist bekannt, daß unterschiedliche Diffusionsvermögen von
kolloidalen und kristalloiden Substanzen durch geeignete Scheidewände zur Abtrennung
der kolloidalen Verunreinigungen aus Zuckersäften zu benutzen. Die vorliegende Erfindung
besteht in der Kombination des elektrolytischen Verfahrens mit der nachfolgenden
Anwendung des Ionenaustausches. Durch die Elektrolyse wird einTeil der ionisierten
Bestandteile ausgeschieden und ein Wechsel des pH-Wertes hervorgerufen, wobei durch
die Änderung des elektrischen Zustandes auch das kolloidale System gestört wird.
Das Verfahren benutzt also die Elektrolyse zur Vorreinigung und Entfärbung, wobei
die Viskosität der Zuckersäfte wesentlich vermindert war. Die Säfte können sodann
die poröse Grundmasse des Ionentauschers mit genügender Geschwindigkeit durchfließen.
Durch die vorhergehende Anwendung der elektrolytischen Reinigung wird ferner die
sonst unvermeidliche Verminderung der wirksamen Oberfläche des Ionentauschers durch
Ablagerung von Fremdstoffen vermieden. Die Elektrolyse dient also vor allem zur
Fällung der kolloidalen Verunreinigungen, während bei der anschließenden Behandlung
mit Kationen- und Anionentauschern die restlichen anorganischen Unreinheiten ausgeschieden
werden. Durch Konzentrierung läßt sich auf diese Weise eine Mischung von reduzierenden
Zuckern und Saccharose erzielen, dessen Konzentration 65 °/o und mehr beträgt, bis
die Ausbeute 9o °/ö übersteigt.
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Nachstehend wird ein besonderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens in der Anwendung auf Melasse dargestellt: 4000 g einer 25o/oigen Melasselösung
werden 30 Minuten mit 6 Amp. und 24 Volt elektrolytisch behandelt, wobei
aus Aluminium bestehende Elektroden verwendet werden. Das Aluminium beginnt sich
in der Flüssigkeit zu lösen, um als Aluminiumhydroxyd niederzuschlagen. Dieser Niederschlag
bewirkt eine Abscheidung der Schwebestoffe und damit eine Reinigung. Die danach
obenauf schwimmende Flüssigkeit wird abgelassen und filtriert. Es ist festgestellt
worden, daß dieses Verfahren eine wesentliche Entfärbung hervorruft und daß danach
der .größte Teil des typischen Melassegeruchs verschwunden ist.
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Das Filtrat kann danach bis zur Wasserklarheit mit z. B. Kohle gebleicht
werden.
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An dieser Stelle ist zu bemerken, daß der durch FilürieTung abgeschiedene
Niederschlag alis Kunstdüngemittel verwendet werden kann, da er mit Ausnahme von
Zucker und Wasser alle wesentlichen Bestandteile der Ursprungspflanze enthält.
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Der in der vorbeschriebenen Weise entfärbte Zuckersaft wird sodann
zwischen kationischen und anionischen Wechselharzen hindurchgeleitet (wobei beispielsweise
bekannte handelsübliche ionische Wechselelemente verwendet werden können).
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Auf diese Weise werden auch die ionisierten Bruchteile, z. B. Phosphate
und Ammonia, die von der Kohle zurückgelassen wurden, abgeschieden.
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Danach wird die Flüssigkeit im Vakuum konzentriert, bis mehr als 65
% angesetzter Zucker erzielt werden. Im .Vergleich mit den vorher bei der Melasse
vorgenommenen Analysen betrug die ge-. wonnene Zuckermenge im Beispielsfall 94,3%.
Bei
der kommerziellen Ausführung dieses Verfahrens wird es zweckdienlich sein, die basischen
Wechselelemente durch ein entsprechendes Verfahren wiederzugewinnen.