EP0370365A2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Zuckerkristallisation - Google Patents

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EP0370365A2
EP0370365A2 EP89121055A EP89121055A EP0370365A2 EP 0370365 A2 EP0370365 A2 EP 0370365A2 EP 89121055 A EP89121055 A EP 89121055A EP 89121055 A EP89121055 A EP 89121055A EP 0370365 A2 EP0370365 A2 EP 0370365A2
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EP
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magma
baffles
chamber
crystallization
chambers
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EP0370365B1 (de
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Friedrich Dr. Rer. Nat. Dipl.-Chem. Amding
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B30/00—Crystallisation; Crystallising apparatus; Separating crystals from mother liquors ; Evaporating or boiling sugar juice
    • C13B30/02—Crystallisation; Crystallising apparatus
    • C13B30/022—Continuous processes, apparatus therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for continuous sugar crystallization.
  • the known continuous sugar crystallizers are essentially evaporative crystallizers, which can be assigned to the "mixed single apparatus" or “stirred tank cascade” apparatus systems. With both systems there is no defined residence time of the crystals in the individual stirring chambers and therefore no uniform crystal sizes in the product. In addition, local undersaturation or oversaturation is easily given in the evaporative crystallizers because of the locally concentrated heat transfer on the heating surfaces and the associated locally concentrated evaporation. The risk of dissolution or the formation of fine grain is great.
  • the present invention has for its object to use a method that avoids these disadvantages.
  • the invention is based on the known methods of continuous vacuum crystallization using a continuous apparatus (tube).
  • This object is achieved in that a sugar solution saturated at higher temperatures (80-120 ° C.) pulsates in cocurrent - with no mixing taking place in any process stage - is continuously cooled by flash evaporation.
  • This cooling is carried out at pressures of approximately 0.9 to 0.03 bar in such a way that optimal supersaturation and thus an optimal crystallization rate is ensured while avoiding secondary nucleation.
  • syrup separated from crystals is recycled in a known manner.
  • crystal nuclei To form crystal nuclei, a very small amount of magma with newly formed very small crystals or crystal nuclei is returned to the appropriately supersaturated sugar solution and mixed intensively with it using a static tube mixer.
  • the returned crystals or crystal nuclei are supposed to induce secondary nucleation to the desired extent as seed or excitation crystals.
  • the supersaturation is increased by cooling and thus the nucleation is increased, while it is subsequently reduced or broken off by appropriate heating.
  • Crystal nucleation can e.g. B. be monitored using turbidity measurements.
  • a known type of decanter can be installed downstream of the crystallization apparatus, the decanter being returned and the magma enriched with crystals being fed to the centrifuges.
  • a horizontally lying cylindrical vessel 6 is provided, which is divided into several chambers 7, the individual chambers being delimited against one another by vertical walls 8.
  • FIGS. 3 and 4 The vertical version with an upright cylindrical vessel 10 is shown in FIGS. 3 and 4, in which the individual chambers 10 are delimited against one another by horizontal floors 11 or ceilings 12. If the chambers are directly on top of each other, the ceiling of one chamber forms the floor for the chamber above. If the chambers are separated by spaces 13 on the vertical axis, each chamber has its own floor and ceiling.
  • Baffles are installed in the individual chambers in the horizontal and vertical versions.
  • One group 14 of guide vanes forms several compartments 15 within a chamber by sealingly connecting them to the bottom and forming an overflow weir at the top.
  • the overflow weirs of a chamber result in a cascade, the step height of which results from the flow properties of the respective magma state or the desired relaxation time.
  • the second group of guide plates 16 is inserted into the compartments of the cascade plates from above.
  • the baffles have an opening 17 for underflow at the bottom and are raised higher as a splash guard, each with sufficient passages for the vapor streams 18.
  • the baffles are installed as parallel vertical plates.
  • the use of concentric cylinders 19 is also possible, and truncated cones tapering downwards can also be used.
  • Both groups of baffles can have dents or bulges 20 which cause a cross-sectional constriction or widening and thus lead to an increase in the pulsation of the magma flow.
  • an outer tube 21 with a control element is provided at the bottom.
  • controllable pumps 26, 27 the thick juice is fed through the static tube mixers and then to the crystallization apparatus 28 as newly formed magma and at the end of the crystallizer against the prevailing vacuum and pumped to the centrifuges 29. Both pumps are controlled according to the level 30, 31 in front of them.
  • the vapor is removed from the top of each chamber to the vacuum pump 34.
  • Control elements are also built into the vapor outlets, with which the vacuum desired in the respective chamber and thus the desired magma temperature are set.
  • the cooling of the magma by relaxation takes place essentially when the weirs overflow in the area of the vapor space.
  • the intensity of relaxation as the magma rises in the upper part of each compartment gradually increases as a result of decreasing fluid pressure and gradually subsides in the descending part.
  • the supersaturation caused by cooling and evaporation enables the crystals to grow evenly especially in the lower part of the chamber. With this method, there can be no local overheating or evaporation concentrations on the heating surfaces or local supercooling on cooling surfaces - effects in other systems. This prevents unwanted oversaturation or undersaturation and eliminates the risk of secondary nucleation or redissolving.
  • the conditions for the desired constant supersaturation during the entire crystallization process are therefore almost optimal.
  • the pulsation in the flow of the magma is achieved by changes in cross-section in the compartments: - With the horizontal solution due to the outer boundary as a segment of a circle for each compartment. With the flow from top to bottom, the cross-section becomes narrower and vice versa, from bottom to top it gets wider. When flowing around the baffles at the top and bottom, there is also a pulse-like effect. - With the vertical solution, the conditions are corresponding. - In addition, in both versions, any desired pulsation of the flow is achieved by installing dents or similar bulges in the guide plates in the appropriate size and number.
  • the pulsation causes the layers of liquid to shift relative to one another.
  • the crystals in the magma are always supersaturated
  • the syrup is poured on and the diffusion resistance on the crystal surface is reduced analogously to an agitator effect.
  • the sinking of the crystals - especially on the second half of the way through the crystallizer - causes a relative movement to the syrup and thus a further reduction in the diffusion resistance.
  • Another goal is to avoid the formation of crystal agglomerates and aggregates to produce well-formed single crystals. In the present case this is already taken into account during crystal nucleation. By recycling extremely small crystals for vaccination, they are only slightly larger than the secondary crystal nuclei induced by them.
  • the operation of the apparatus described is much easier compared to the known devices. There are no agitators and no heating chambers. The entire process sequence within the apparatus described is only controlled with a vapor pressure and level control for each chamber.
  • the evaporation of the thin sugar juice to the thick juice prior to the crystallization work can be carried out more uniformly, since it is no longer dependent on the steam being taken off by the crystallization system.
  • the mechanical production of the crystallization apparatus described is less complex than the known constructions, since it basically consists of a cylindrical vessel with built-in vertical walls.
  • FIGS. 7 and 8 A further embodiment of the chambers, which is extremely advantageous for the crystallization process, is shown in FIGS. 7 and 8, in that the relaxation rate is reduced predominantly in the first compartment 15 of each chamber 7 or 10, as a result of which the upward flow rate is greatly reduced.
  • This invention is achieved in that the first compartment of the respective chamber is enlarged at the expense of the following compartments to such an extent that this effect occurs.
  • baffles 16 ' In order to channel the upward flow if necessary, baffles 16 'can be installed which communicate the flow space through openings in the lower part.
  • the baffles 16 'can also be carried out to the bottom, in which case the magma is inserted between two baffles at 28'. Even with the baffles open at the bottom or in the event that there are no baffles at all, the magma is supplied at several points in the bottom of the chambers for better distribution in the lower region.
  • the pulsating movement is essentially caused by the resulting vapor bubbles in the enlarged sections. But you can also by Shape of the baffles and in the transition areas from one chamber to another are reinforced by the type of flow.

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Zuckerkristallisation mit horizontal oder vertikal angeordneten Kristallisationskammern, die untereinander mit Rohrleitungen verbunden sind und in ihrem Inneren wehrartige Leitbleche aufweisen und in denen unterschiedliche Vakua erzeugt werden. Die Leitbleche bilden mäanderförmige Strömungswege entsprechend der Temperatur bzw. des Vakuums. Die Leitbleche sind durchmesserartig oder sehnenartig angeordnet oder sind konzentrische Zylinder oder Kegelstümpfe.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Zuckerkristallisa­tion.
  • Versuche zur kontinuierlichen Kristallisation der Saccharose - im folgenden Zucker genannt - hat es bereits seit Anfang dieses Jahrhunderts gegeben. In den letzten Jahrzehnten wurden neue Versuche und die sich anschließenden technischen Entwicklungen intensiviert (Zuckerind. 107, 1982, Nr. 5, Sei­te 401 ff.). Trotz der bekannten Vorteile der kontinuierlichen Arbeitsweise wie z. B. Reduzierung des treibenden Temperatur­gefälles (Temperaturdifferenz zwischen Heizdampf und Magma), gleichmäßige Abnahme von Einzugslösung und Heizdampf, Festwert­regelung statt zeitabhängige Regelprogramme, bessere Anpassung von Heizkammer und Rührer an die jeweiligen Prozeßzustände so­wie günstigere Konstruktionen der entsprechenden Vorrichtungen ist ihr der große Durchbruch bisher nicht gelungen.
  • Das hat eine Reihe von Gründen:
    - Die Qualität des erzeugten Zuckers entspricht nicht den ge­stellten Anforderungen, insbesondere hinsichtlich der gewünsch­ten Gleichmäßigkeit der Kristallgrößen im Endprodukt sowie hin­sichtlich des Ausschlußes von Kristallagglomeraten und -aggre­gaten. Auch hinsichtlich der Qualitätsmerkmale des Zuckers "Farbe" und "Asche" sind Verbesserungen anzustreben.
    - Auftretende Inkrustationen in den kontinuierlichen Kochappa­raten verkürzen die sog. "Reisezeit", nach der sie ganz oder teilweise außerbetrieb gesetzt und gereinigt werden müssen.
    - Die bekannten - insbesondere die kontinuierlichen Verdamp­fungskristallisatoren - sind inbetrieb und in der Herstellung recht aufwendig und hinsichtlich des Energieverbrauchs ver­besserungsfähig.
    - Die Herstellung der Kristallkeime bzw. der Kristallsaat er­folgt bisher mit beträchtlichem Aufwand und hauptsächlich dis­kontinuierlich in einem abgetrennten Verfahrensteil.
  • Die bekannten kontinuierlichen Zuckerkristallisa­toren sind im wesentlichen Verdampfungskristallisatoren, die den Apparatesystemen "Durchmischter Einzelapparat" oder "Rühr­kesselkaskade" zuzuordnen sind. Bei beiden Systemen gibt es in den einzelnen Rührkammern keine definierte Aufenthaltszeit der Kristalle und somit keine gleichmäßigen Kristallgrößen im Produkt. Außerdem ist in den Verdampfungskristallisatoren we­gen des örtlich konzentrierten Wärmeüberganges an den Heiz­flächen und der damit verbundenen örtlich konzentrierten Ver­dampfung eine lokale Unter- bzw. Übersättigung leicht gegeben. Dabei ist die Gefahr der Auflösung bzw. der Bildung von Fein­korn groß.
  • Ansätze zur Überwindung bzw. Minderung dieser Nachteile sind bei den Apparatetypen "Durchlaufapparate" - mit einem Strömungsrohr vergleichbar - zu finden. Diese Vor­schläge konnten sich in der Praxis nicht durchsetzen, da we­der die Arbeitsweisen noch die Betriebsergebnisse befriedig­ten. Die Gründe liegen sowohl in der Verfahrensweise wie auch in der apparativen Ausführung. Sie sind z. T. auch erst durch neuere Forschungen erkannt worden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu­grunde, ein Verfahren anzuwenden, das diese Nachteile vermei­det. Die Erfindung knüpft dabei an die bekannten Verfahren der kontinuierlichen Vakuumkristallisation mittels Durchlauf­apparat (Rohr) an.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine bei höheren Temperaturen (80-120°C) gesättigte Zuckerlösung pul­sierend im Gleichstrom - wobei in keiner Prozeßstufe eine Durchmischung stattfindet - durch Entspannungsverdampfung laufend abgekühlt wird.
  • Diese Abkühlung wird bei Drücken von ca. 0,9 bis 0,03 bar, so geführt, daß eine optimale Übersättigung und da­mit eine optimale Kristallisationsgeschwindigkeit unter Ver­meidung von Sekundärkeimbildung gewährleistet ist.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der letzte Teil der Kristallisation möglichst im tieferen Temperaturbereich (70-­40°C) erfolgt, da hier die besten stofflichen Qualitäten z. B. in bezug auf "Asche" und "Farbe" erzielt werden.
  • An zwei Beispielen sollen erzielbare Ergebnisse hinsichtlich der Kristallisationsleistung aufgezeigt werden. Wenn eine bei 90°C gesättigte Zuckerlösung mit der Reinheit 93 (93 % Zucker in der Trockensubstanz) der kontinuierlichen Kristallisation nach dem vorliegenden Verfahren unterworfen wird, dann resultiert bei 40°C ein Magma mit einem Kristall­gehalt von ca. 50 % bei einer Zuckerausbeute von ca. 60 %, wobei der Sirup eine Reinheit von ca. 84 % aufweist.
  • Ist die Eingangszuckerlösung bei 105°C gesättigt, so ergibt sich bei 40°C daraus ein Magma mit einem Kristall­gehalt von ca. 65 % bei einer Ausbeute von ca. 80 %. Dabei weist der Sirup eine Reinheit von ca. 75 % auf.
  • Um bei den höheren Kristallgehalten günstige Fließeigenschaften des Magmas zu behalten, wird in bekannter Weise von Kristallen abgetrennter Sirup zurückgeführt.
  • Zur Kristallkeimbildung wird eine sehr geringe Menge Magma mit neu gebildeten sehr kleinen Kristallen bzw. Kristallkeimen in die passend übersättigte Zuckerlösung zu­rückgeführt und mit dieser mittels statischer Rohrmischer intensiv vermischt. Die zurückgeführten Kristalle bzw. Kristall­keime sollen als Impf- bzw. Anregekristalle eine Sekundär­keimbildung im gewünschten Ausmaß induzieren. Um dieses zu steuern, wird durch Kühlung die Übersättigung vergrößert und damit die Kristallkeimbildung verstärkt, während sie an­schließend durch entsprechende Erwärmung reduziert oder abge­brochen wird. Die Kristallkeimbildung kann z. B. mit Hilfe von Trübungsmessungen überwacht werden. Es ist auch möglich, anstelle des zurückgeführten Magmas nach den klassischen Metho­den bei der diskontinuierlichen Verkochung die Kristallkeim­bildung durch Schock (Einblasen von Luft, gleichmäßig oder intermittierend) oder mittels Slurry (Gemisch von gemahlenen Zucker mit Dispergierflüssigkeit) im statischen Rohrmischer zu induzieren.
  • Die Konditionierung des nach der Verdampfstation anfallenden Dicksaftes (konzentrierte Zuckerlösung) oder des in den einzelnen Stationsstufen anfallenden Muttersirups für die Kristallisation erfolgt in einer Eindampfanlage in bekann­ten Ausführungen: hier z. B. in einer Entspannungsverdampfung bei der der umgepumpte Zuckersaft durch Plattenwärmer erhitzt wird. Bei der im vorstehenden Beispiel erwähnten bei 90°C ge­sättigten Zuckerlösung wäre eine Eindampfung von z. B. 72 % Trockensubstanz nach der Verdampfstation auf 82 % Trockensub­stanz und der bei 105°C gesättigten Zuckerlösung eine Eindamp­dampfung von z. B. 72 % Trockensubstanz auf 85 % Trockensubstanz erforderlich.
  • Soweit erwünscht, kann dem Kristallisationsappa­rat ein Dekanteur in bekannten Ausführungen nachgeschaltet werden, wobei das Dekantat zurückgeführt und das mit Kristal­len angereicherte Magma den Zentrifugen zugeführt würde.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vor­richtung und ein Fließschema des Magmas bei der kontinuierlichen Kristallisation,
    • Fig. 2a + 2b Querschnitte durch eine der Kammern der Kristallisationsvorrichtung,
    • Fig. 3 zwei Kristallisationskammern in einer anderen Ausführung, in der die Kammern vertikal übereinander angeordnet sind,
    • Fig. 4 einen Kristallisationsturm mit vier übereinander angeordneten Kammern,
    • Fig. 5 einen Querschnitt durch eine solche Kammer in der links die Leitbleche konzentrisch also in Form von Zylindern ausgebildet sind und in der rechten Hälfte der Figur sind Bleche sehnenartig angeordet,
    • Fig. 6a + 6b eine Darstellung ähnlich der Fig. 2a + 2b bei horizontal übereinander angeordneten Kristallisationskammern und
    • Fig. 7 + 8 eine weitere Ausgestaltung der Entspannungs­kammern.
  • Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 ist ein waage­recht liegendes zylindrisches Gefäß 6 vorgesehen, das in mehrere Kammern 7 unterteilt ist, wobei die einzelnen Kam­mern durch senkrechte Wände 8 gegeneinander begrenzt werden.
  • Die senkrechte Ausführung mit einem stehenden zylindrischen Gefäß 10 ist in Fig. 3 und 4 dargestellt, bei dem die einzelnen Kammern 10 durch waagerechte Böden 11 bzw. Decken 12 gegeneinander begrenzt werden. Wenn die Kammern unmittelbar aufeinanderstehen, bildet die Decke der einen Kammer den Boden für die darüber liegende Kammer. Werden die Kammern durch Zwischenräume 13 auf der senkrechten Achse ge­trennt, hat jede Kammer ihren eigenen Boden und ihre eigene Decke.
  • In die einzelnen Kammern sind bei der waagerechten und senkrechten Ausführung Leitbleche eingebaut. Die eine Gruppe 14 von Leitbleichen bildet innerhalb einer Kammer mehrere Abteilungen 15, indem sie unten dichtend mit dem Bo­den verbunden sind und oben ein Überlaufwehr bilden. Die Überlaufwehre einer Kammer ergeben eine Kaskade, deren Stu­fenhöhe sich aus den Fließeigenschaften des jeweiligen Mag­mazustandes bzw. der gewünschten Entspannungszeit ergeben.
  • Die zweite Gruppe von Leitblechen 16 ist von oben in die Abteile der Kaskadenbleche eingeführt. Die Leit­bleche haben unten eine Öffnung 17 zur Unterströmung und sind als Spritzschutz höher geführt jeweils mit ausreichenden Durch­lässen für die Brüdenströme 18.
  • Bei der waagerechten und senkrechten Ausführung sind die Leitbleche als parallele senkrechte Platten instal­liert. Bei der senkrechten Ausführung ist auch der Einsatz konzentrischer Zylinder 19 möglich, wobei sich nach unten verjüngende Kegelstümpfe auch eingesetzt werden können.
  • Beide Gruppen von Leitblechen können Dellen oder Ausbuchtungen 20 aufweisen, dei eine Querschnittsverengung oder - erweiterung bedingen und damit zu einer Verstärkung der Pulsation der Magmaströmung führen.
  • Zur Überleitung des Magmas von einer Kammer zur nächsten ist jeweils unten ein außen liegendes Rohr 21 mit einem Regelorgan vorgesehen.
  • An der Eingangsseite des zylindrischen Kristal­lisationsapparates gibt es mehrere hintereinander geschalte­te und jeweils mit einer Eingangsdüse 22 versehene statische Rohrmischer 23, die mit Kühlmantel 24 und Heizmantel 25 aus­gestattet sind. Mit Hilfe der erwähnten Düse soll sicher ge­stellt werden, daß durch eine hohe Einströmungsgeschwindig­keit nur hinter dem Eintritt - in Fließrichtung gesehen - die Kristallkeimbildung erfolgen kann. Anstelle von statischen Rohrmischern sind auch - weniger günstig - dynamische Rohr­mischer möglich.
  • Mittels regelbarer Pumpen 26, 27 wird der Dick­saft durch die statischen Rohrmischer hindurch und danach als neu gebildetes Magma dem Kristallisationsapparat zugeführt 28 und am Ende des Kristallisationsapparates gegen das herrschen­de Vakuum heraus und zu den Zentrifugen gepumpt 29. Beide Pum­pen werden nach dem vor ihnen anstehenden Niveau 30, 31 ge­steuert.
  • Mit einer weiteren regelbaren Pumpe 32 wird hin­ter dem ersten oder zweiten statischen Rohrmischer eine klei­ne Menge des neu entstandenen Magmas entnommen 33 und in den ersten statischen Rohrmischer zurückgeführt.
  • Alle Abteile haben im tiefsten Punkt Leerlauflei­tungen, die in eine Sammelleitung münden. Für Störfälle sind in allen Abteilen oben und unten Dampf- und Wasseranschlüsse vorgesehen.
  • Der Brüden wird oben aus jeder Kammer zur Vakuum­pumpe abgeführt 34. In die Brüdenabgänge sind ebenfalls Re­gelorgane eingebaut, mit denen das in der jeweiligen Kammer gewünschte Vakuum und damit die gewünschte Magmatemperatur eingestellt werden.
  • Die Abkühlung des Magmas durch Entspannung er­folgt im wesentlichen beim Überfließen der Wehre im Bereich des Brüdenraumes. Dabei wächst allmählich infolge abneh­menden Flüssigkeitsdruckes die Intensität der Entspannung beim aufsteigenden Magma im oberen Teil eines jeden Ab­teils und klingt allmählich im absteigenden Teil ab. Die hierbei durch Abkühlung und Eindampfung entstandene Übersät­tigung ermöglicht ein gleichmäßiges Wachstum der Kristalle insbesondere im unteren Teil der Kammer. So können bei die­sem Verfahren keine örtlichen Überhitzungen oder Verdampfungs­konzentrationen an den Heizflächen oder lokale Unterkühlungen an Kühlflächen - Effekte bei anderen Systemen - auftreten. Dadurch werden nicht gewollte Über- oder Untersättigungen vermieden und Gefahren einer Sekundärkeimbildung oder einer Wiederauflösung beseitigt. Die Voraussetzungen für die je­weils angestrebte konstante Übersättigung während des ge­samten Kristallisationsprozesses sind damit nahezu optimal.
  • Die Pulsation in der Strömung des Magmas wird erreicht durch Querschnittsveränderungen in den Abteilen:
    - Bei der waagerechten Lösung durch die äußere Begrenzung als Kreissegment bei jedem Abteil. Beim Strom von oben nach unten wird der Querschnitt immer enger, umgekehrt von unten nach oben immer weiter. Beim Umströmen der Leitbleche oben und unten entsteht ebenfalls ein pulsartiger Effekt.
    - Bei der senkrechten Lösung sind die Verhältnisse entspre­chend.
    - Zusätzlich wird bei beiden Ausführungen durch den Einbau von Dellen oder ähnlichen Ausbuchtungen in die Leitbleche in der entsprechenden Größe und Anzahl jede gewünschte Pul­sation der Strömung erreicht.
  • Die Pulsation bewirkt als Folge des Schereffekts ein Verschieben der Flüssigkeitsschichten gegeneinander. Da­durch werden im Magma die Kristalle stets von übersättigtem Sirup angeströmt und damit der Diffusionswiderstand an der Kristalloberfläche analog einer Rührwerkswirkung reduziert. Zusätzlich bewirkt das Absinken der Kristalle - besonders auf der zweiten Hälfte des Weges durch den Kristallisations­apparat eine Relativbewegung zum Sirup und damit eine weite­re Reduzierung des Diffusionswiderstandes.
  • Durch die stetigen Auf- und Abwärtsbewegungen in den Kammern können keine Kristallkonzentrationen bzw. -abla­gerungen auftreten. Alle Wände werden vom Magma ohne örtliche Über- oder Untersättigungen angeströmt oder überströmt. Bei den senkrechten Leitblechen gibt es oben und unten keine waage­rechten Flächen, sondern nur dünne Kanten in der relativ dün­nen Blechstärke. Ablagerungen und Inkrustationen werden da­durch weitgehend - wenn nicht ganz - vermieden.
  • Der wichtigste Vorteil dieses Verfahrens ist, daß
    - im Gegensatz zu den bekannten Systemen der Rührkesselkaska­den - infolge des Gleichstroms ohne Durchmischungen alle Kri­stalle einheitliche Aufenthaltszeiten bei jeweils gleichen Bedingungen haben. Daraus resultiert eine weitgehend einheit­liche Kristallgröße mit einer sehr engen Kornverteilung. Das ist ein Ziel aller fortschrittlichen Bemühungen bei der Zuckerkristallisation.
  • Ein weiteres Ziel ist, unter Vermeidung von Kri­stallagglomeraten und -aggregaten die Erzeugung von gut aus­gebildeten Einzelkristallen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird dem bereits bei der Kristallkeimbildung Rechnung getra­gen. Durch die Rückführung äußerst kleiner Kristalle zur Imp­fung sind diese nur wenig größer als die durch sie induzier­ten Sekundärkristallkeime.
  • Die hohen Scherkräfte im statischen Rohrmischer verhindern Agglomerate und Aggregate schon am Anfang der Kristallisation. Im weiteren Kristallisationsverlauf wirken die Scherkräfte des pulsierenden Magmas in der gleichen Wei­se.
  • Der Betrieb, der beschriebenen Apparatur ist ge­genüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich einfacher. Es gibt keine Rührwerke und keine Heizkammern. Der gesamte Ver­fahrensablauf innerhalb der beschriebenen Apparatur wird nur mit einer Brüdendruck- und Niveauregelung für jede Kammer ge­steuert.
  • Die der Kristallisationsarbeit vorhergehende Ein­dampfung des dünnen Zuckersaftes zum Dicksaft kann gleich­mäßiger erfolgen, da sie auf keine Dampfabnahme durch die Kristallisationsanlage mehr angewiesen ist.
  • Die maschinentechnische Herstellung des beschrie­benen Kristallisationsapparates ist weniger aufwendig als die bekannten Konstruktionen, da er im Prinzip aus einem zylin­drischen Gefäß mit eingebauten senkrechten Wänden besteht.
  • Durch Fortfall der Rührwerke und der Heizkammern ist eine beachtliche Einsparung von elektrischer und thermischer Energie gegeben.
  • Eine weitere, für den Kristallisationsvorgang äußerst vorteilhafte Ausgestaltung der Kammern ist in Fig. 7 und Fig. 8 dargestellt, indem die Entspannungsgeschwindigkeit vorwiegend im ersten Abteil 15 einer jeden Kammer 7 oder 10 reduziert ist, wodurch die aufwärts gerichtete Strömungs­geschwindigkeit stark verringert ist. Dieses erfindungs­gemäße wird dadurch erreicht, daß das erste Abteil der jeweiligen Kammer auf Kosten der folgenden Abteile so weit vergrößert ist, daß diese Wirkung eintritt. Es sind dann wenigstens noch zwei Abteile 15 in jeder Kammer vorhanden (Fig. 7 und 8).
  • Um die Aufwärtsströmung erforderlichenfalls zu kanali­sieren, können Leitbleche 16′ eingebaut werden, die im un­teren Teil durch Öffnungen den Strömungsraum kommunizieren. Die Leitbleche 16′ können aber auch bis zum Boden durchge­führt werden, wobei dann das Magma jeweils zwischen zwei Leitblechen bei 28′ eingeführt wird. Auch bei den unten offenen Leitblechen oder in dem Fall, daß gar keine Leit­bleche vorhanden sind, erfolgt die Zuführung des Magmas zur besseren Verteilung im unteren Bereich an mehreren Stellen im Boden der Kammern. Die pulsierende Bewegung wird in den so vergrößerten Abteilungen im wesentlichen durch die ent­stehenden Dampfblasen bewirkt. Sie kann aber auch durch die Form der Leitbleche und in den Übergangsbereichen von einer Kammer zur anderen durch die Art der Strömung verstärkt werden. Der Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine sehr langsame Ent­spannung des Magmas und damit verbunden eine allmähliche Ab­kühlung und Konzentrierung infolge der Wasserverdampfung aus dem Magma. Aus diesen verbesserten Bedingungen für die Kris­tallisation - nämlich die exakte Einhaltung der jeweiligen gewünschten Übersättigung - resultiert eine erheblich ver­besserte Kristallqualität.
  • Folgende Vorteile ergeben sich somit bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung:
    • 1) Bessere Qualitäten des erzeugten Zuckers sowohl hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der Kristallgrößen und der Kristallform bei Vermeidung von Agglomeraten und Aggregaten wie auch hinsichtlich anderer Qualitätsmerkmale wie z. B. "Farbe" und "Asche".
    • 2) Vereinfachter Betrieb und vereinfachte Prozeßregelung.
    • 3) Geringerer Verbrauch an elektrischer und thermischer Energie, wobei letztere auch Verbesserungen bei der vor­geschlagenen Verdampfstation bewirkt.
    • 4) Reduzierung bzw. vollständige Vermeidung von Inkrustationen.
    • 5) Weniger aufwendige und damit preiswertere maschinentech­nische Herstellung des Kristallisationsapparates.

Claims (9)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Zuckerkristallisation mittels eines Durchlaufapparates, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei höheren Temperaturen (80-120°C) gesättigte Zuckerlösung pulsierend im Gleichstrom - wobei in kei­ner Prozeßstufe eine Durchmischung stattfindet - durch durch Entspannungsverdampfung laufend abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kristallkeimbildung eine geringe Magmamenge mit neu gebildeten sehr kleinen Kristallen bzw. Kristallkeimen in die passend übersättigte Zuckerlösung zurückgeführt und mit dieser intensiv mit statischen Rohrmischern vermischt wird.
3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach An­spruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein liegen­des (Fig. 1) oder stehendes (Fig. 3 und 4) zylindrisches Gefäß in mehrere Kammern (7 bzw. 10) unterteilt ist und die einzelnen Kammern (7) bei der liegenden Ausführung durch senkrechte Wände (8) und bei der stehenden Ausfüh­rung durch waagerechte Böden (11) bzw. Decken (12) gegeneinander begrenzt sind und die einzelnen Kammern beider Ausführungen Leitbleche (14, 16) enthalten.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Leitbleche (14) innerhalb einer Kammer (7 oder 10) mehrere Abteilungen bilden, indem sie unten dicht mit dem Boden bzw. Wand verbunden sind und ein Überlaufwehr bilden, die wiederum eine Kaskade bilden, deren Stufenhöhen sich aus den Fließeigenschaften des jeweiligen Magmazustandes und der gewünschten Entspan­nungszeit richten, während die zweite Gruppe von Leit­blechen (16) von oben zwischen die Kaskadenbleche (14) eingeführt ist, so daß sich mäanderförmige Strömungs­wege ergeben und oben Durchlässe für die Brüdenströme ergeben und daß bei waagerechter und als auch bei senk­rechter Ausführung die Leitbleche parallel oder gekrümmt parallel zueinander verlaufen und flache, zylindrische oder verjüngte kegelstumpfförmige Gestalt aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche Dellen oder ähnliche Ausbuchtungen (20) haben.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überleitung des Magmas von einer Kammer zur nächsten unten ein außenliegendes Rohr (21) mit Regel­organ vorgesehen ist.
7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach An­spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem liegenden und dem stehenden Kristallisationsapparat ein oder mehrere statische Rohrmischer (23) mit Kühl- bzw. Heizmäntel (24, 25) vorgeschaltet sind.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekenn­zeichnet, daß anstelle des zurückgeführten Magmas, Slurry bzw. gleichmäßig oder intermittierend Luft in den statischen Rohrmischer eingeführt wird.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Abteil (15′) der jeweiligen Kammer (7,10) auf Kosten der folgenden Abteile soweit vergrößert ist, daß höchstens nur noch zwei Abteile in einer Kammer vorhanden sind, wobei erforderlichenfalls Leitbleche (16′) in jedes Abteil eingebaut sind, die bis zum Boden geführt sind oder Öffnungen besitzen und die Zuführung des Magmas im ersten Fall jeweils zwischen den Leitblechen (14′) und sonst an mehreren Stellen (28′) im Boden erfolgt.
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