EP0370365A2 - Process and apparatus for continuous sugar crystallisation - 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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- magma
- baffles
- chamber
- crystallization
- chambers
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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
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Zuckerkristallisation.The present invention relates to a method and an apparatus for continuous sugar crystallization.
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.Attempts to continuously crystallize sucrose - hereinafter referred to as sugar - have been carried out since the beginning of this century. In recent decades, new tests and the subsequent technical developments have been intensified (Zuckerind. 107, 1982, No. 5, page 401 ff.). Despite the known advantages of continuous operation such. B. Reduction of the driving temperature gradient (temperature difference between heating steam and magma), uniform decrease in feed solution and heating steam, fixed-value control instead of time-dependent control programs, better adaptation of the heating chamber and stirrer to the respective process conditions and cheaper designs of the corresponding devices, so far she has not achieved the major breakthrough .
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.There are a number of reasons for this:
- The quality of the sugar produced does not meet the requirements, in particular with regard to the desired uniformity of crystal sizes in the end product and with regard to the exclusion of crystal agglomerates and aggregates. Improvements are also to be striven for with regard to the quality characteristics of the sugar "color" and "ash".
- Occurring incrustations in the continuous cooking apparatus shorten the so-called "travel time" after which they have to be taken out of operation or cleaned completely or partially.
- The well-known - especially the continuous evaporation crystallizers - are in operation and very expensive to manufacture and can be improved with regard to energy consumption.
- The production of crystal nuclei or crystal seeds has so far been carried out with considerable effort and mainly discontinuously in a separate part of the process.
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.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.
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.Approaches to overcoming or mitigating these disadvantages are in the apparatus types "continuous apparatus" - comparable to a flow tube - to find. These suggestions could not prevail in practice, since neither the working methods nor the operating results satisfied. The reasons lie in the procedure as well as in the equipment. You are e.g. T. also only been recognized by recent research.
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.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).
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.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.
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.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.
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.It is advantageous if the last part of the crystallization takes place as far as possible in the lower temperature range (70-40 ° C), since here the best material qualities, e.g. B. in terms of "ash" and "color" can be achieved.
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.Achievable results with regard to crystallization performance are to be shown using two examples. If a sugar solution saturated at 90 ° C. with a purity of 93 (93% sugar in the dry substance) is subjected to the continuous crystallization according to the present method, then at 40 ° C. a magma with a crystal content of approx. 50% results with a sugar yield of approx. 60%, the syrup being approx. 84% pure.
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.If the input sugar solution is saturated at 105 ° C, then at 40 ° C this results in a magma with a crystal content of approx. 65% with a yield of approx. 80%. The syrup is about 75% pure.
Um bei den höheren Kristallgehalten günstige Fließeigenschaften des Magmas zu behalten, wird in bekannter Weise von Kristallen abgetrennter Sirup zurückgeführt.In order to maintain favorable flow properties of the magma at the higher crystal contents, syrup separated from crystals is recycled in a known manner.
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.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. In order to control this, 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. It is also possible, to induce crystal nucleation by shock (blowing in air, evenly or intermittently) or by means of slurry (mixture of ground sugar with dispersing liquid) in a static tube mixer instead of the recirculated magma according to the classic methods for discontinuous boiling.
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.The conditioning of the thick juice obtained after the evaporation station (concentrated sugar solution) or of the mother syrup obtained for the crystallization in the individual station stages takes place in an evaporation plant in known designs. B. in a flash evaporation in which the pumped sugar juice is heated by plate warmer. In the sugar solution mentioned at 90 ° C mentioned in the previous example, an evaporation of z. B. 72% dry matter after the evaporation station to 82% dry matter and the saturated sugar solution at 105 ° C an evaporation of z. B. 72% dry substance to 85% dry substance required.
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.If desired, 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.
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.
- 1 is a schematic representation of the device and a flow diagram of the magma in the continuous crystallization,
- 2a + 2b cross sections through one of the chambers of the crystallization device,
- 3 two crystallization chambers in another embodiment, in which the chambers are arranged vertically one above the other,
- 4 shows a crystallization tower with four chambers arranged one above the other,
- 5 shows a cross section through such a chamber in which the guide plates are formed concentrically, that is to say in the form of cylinders, on the left and plates are arranged in a tendon-like manner in the right half of the figure,
- Fig. 6a + 6b a representation similar to Fig. 2a + 2b with horizontally superposed crystallization chambers and
- Fig. 7 + 8 a further embodiment of the relaxation chambers.
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.In the embodiment according to FIG. 1, a horizontally lying cylindrical vessel 6 is provided, which is divided into
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.The vertical version with an upright
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.Baffles are installed in the individual chambers in the horizontal and vertical versions. One
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.The second group of
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.In the horizontal and vertical versions, the baffles are installed as parallel vertical plates. In the vertical version, the use of
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.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.
Zur Überleitung des Magmas von einer Kammer zur nächsten ist jeweils unten ein außen liegendes Rohr 21 mit einem Regelorgan vorgesehen.To transfer the magma from one chamber to the next, an
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.On the inlet side of the cylindrical crystallization apparatus there are several static tube mixers 23 connected in series and each provided with an
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.By means of
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.With a further
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.All compartments have idle lines at the lowest point, which open into a manifold. Steam and water connections are provided in all compartments at the top and bottom for malfunctions.
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.The vapor is removed from the top of each chamber to the
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.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.
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.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.
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.As a result of the shear effect, the pulsation causes the layers of liquid to shift relative to one another. As a result, 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. In addition, 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.
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.Due to the constant up and down movements in the chambers, no crystal concentrations or deposits can occur. All walls are flooded or overflowed by the magma without local over- or under-saturation. With the vertical baffles there are no horizontal surfaces at the top and bottom, but only thin edges in the relatively thin plate thickness. Deposits and incrustations are largely - if not completely - avoided.
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.The main advantage of this procedure is that
- In contrast to the known systems of the stirred tank cascade - due to the direct current without mixing, all crystals have uniform residence times under the same conditions. This results in a largely uniform crystal size with a very narrow particle size distribution. That is a goal of all progressive efforts in sugar crystallization.
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.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.
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.The high shear forces in the static tube mixer prevent agglomerates and aggregates from the very beginning of crystallization. In the further course of crystallization, the shear forces of the pulsating magma act in the same way.
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.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.
Die der Kristallisationsarbeit vorhergehende Eindampfung des dünnen Zuckersaftes zum Dicksaft kann gleichmäßiger erfolgen, da sie auf keine Dampfabnahme durch die Kristallisationsanlage mehr angewiesen ist.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.
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.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.
Durch Fortfall der Rührwerke und der Heizkammern ist eine beachtliche Einsparung von elektrischer und thermischer Energie gegeben.By eliminating the agitators and the heating chambers, there is considerable savings in electrical and thermal energy.
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).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
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.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. The advantage of this configuration is a very slow relaxation of the magma and associated gradual cooling and concentration as a result of water evaporation from the magma. These improved conditions for crystallization - namely the exact maintenance of the desired supersaturation - results in a significantly improved crystal quality.
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.
- 1) Better qualities of the sugar produced both with regard to the uniformity of the crystal sizes and the crystal shape while avoiding agglomerates and aggregates as well as with regard to other quality features such as B. "Color" and "Ash".
- 2) Simplified operation and simplified process control.
- 3) Lower consumption of electrical and thermal energy, the latter also bringing about improvements in the proposed evaporation station.
- 4) Reduction or complete avoidance of incrustations.
- 5) Less complex and therefore less expensive mechanical production of the crystallization apparatus.
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