EP2111466A2 - Rohsaftalkalisierung - Google Patents

Rohsaftalkalisierung

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Publication number
EP2111466A2
EP2111466A2 EP08707168A EP08707168A EP2111466A2 EP 2111466 A2 EP2111466 A2 EP 2111466A2 EP 08707168 A EP08707168 A EP 08707168A EP 08707168 A EP08707168 A EP 08707168A EP 2111466 A2 EP2111466 A2 EP 2111466A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
raw juice
juice
alkalization
preliming
alkalinity
Prior art date
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Granted
Application number
EP08707168A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2111466B1 (de
Inventor
Stefan Frenzel
Mohsen Ajdari Rad
Azar Shahidizenouz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suedzucker AG
Original Assignee
Suedzucker AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Suedzucker AG filed Critical Suedzucker AG
Priority to PL08707168T priority Critical patent/PL2111466T3/pl
Publication of EP2111466A2 publication Critical patent/EP2111466A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2111466B1 publication Critical patent/EP2111466B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices
    • C13B20/02—Purification of sugar juices using alkaline earth metal compounds
    • C13B20/04—Purification of sugar juices using alkaline earth metal compounds followed by saturation
    • C13B20/06—Purification of sugar juices using alkaline earth metal compounds followed by saturation with carbon dioxide or sulfur dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C13—SUGAR INDUSTRY
    • C13B—PRODUCTION OF SUCROSE; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • C13B20/00—Purification of sugar juices
    • C13B20/02—Purification of sugar juices using alkaline earth metal compounds

Definitions

  • the invention relates to an improved process for the purification of sugar beet raw juice, which is obtained by extraction of sugar beet, as well as apparatus for the purification of sugar beet
  • the present invention further relates to processes for the production of sucrose syrup or sucrose from sugar beet raw juice.
  • sugar is made from beets
  • the sugar beet raw juice obtained during the extraction is then fed to a juice purification stage, which is also referred to as extract purification. It should in the raw juice contained contaminants, which are referred to as non-sucrose substances are removed. Usually, the juice is purified as lime-carbonic acid extract cleaning; this contains the process steps Precalculation and Main liming. Subsequently, a first and optionally a second or a further finds
  • Carbonatation takes place, wherein by means of filtration, the precipitate formed during the carbonation is separated from the clarified raw juice.
  • the purified in the juice purification raw juice which is also referred to as a thin juice contains about 12 to 18%, especially about 15 to 17% sucrose.
  • the purity of the raw juice is normally between 90 and 92%. It is then thickened by dehydration to a thick juice with a sucrose content of about 65 to 70% and then further thickened in crystallizers until a viscous mass, the so-called cooking mass, forms with about 85% sucrose. By centrifuging the molasses, finally, crystalline white sugar is obtained, which can then optionally be refined.
  • the non-sucrose substances contained in the sugar beet raw juice are degraded only to such an extent that they can be separated off by means of appropriate separation methods.
  • the non-sucrose substances are partially degraded to low molecular weight compounds; these can no longer be completely removed from the raw juice.
  • Known problems are the associated adverse color development of the obtained from the juice cleaning Dünnsafts and the disadvantageous high calcium salt content of the Dünnsaft.
  • the presence of nonsugar substances deteriorates the production result, especially those from the raw juice after thickening of the Dünnsaft and subsequent crystallization and centrifugation recovered crystalline sucrose or the sucrose syrup.
  • the raw juice obtained from the pulp extraction usually has a pH of about 5.8 to 6.2 and a temperature of about 20 to 30 0 C. After extraction, the
  • Raw juice optionally doused and / or sanded and known to be heated with the aid of Rohsafchtmaschinerärmem to the known preliming temperature of about 55 to 75 0 C.
  • Acid amides such as glutamine instead.
  • These components as well as the invert sugar formed by undesirable sucrose hydrolysis must be separated or degraded in an early phase of sucrose recovery. Otherwise, the subsequent juice thickening leads to the disadvantageous formation of acids and to
  • unused lime is converted into calcium carbonate by introducing carbon dioxide as the carbonation gas in the main liming process.
  • Calcium carbonate is a strong adsorbent for soluble non-sucrose substances. Calcium carbonate thus also serves as an adsorption and filtration aid.
  • Carbon dioxide and the quicklime for the production of lime are usually obtained in the sugar factory in coke ovens, where limestone is burned with coke.
  • the calcium carbonate sludges (so-called sludge juice concentrates) concentrated via the filters in the first and preferably second and optionally further carbonation stages are usually combined and pressed off via membrane filter presses. The result is the so-called Carbokalk.
  • This Carbokalk is a storable product with a
  • a disadvantage of the conventional lime-carbonic acid extract cleaning is, above all, that a cleaning effect that is still too low is achieved since only about a maximum of 40% of all non-sucrose substances can be removed from the sugar beet raw juice.
  • invert sugar is formed by hydrolysis of the sucrose, which reduces the quality of the resulting thin juice; above all, this has a detrimental effect on the color development of the Dünnsaft (Dünnsaftnote).
  • Dünnsaft Dünnsaft
  • the calcium carbonate formed acts as a filtering agent. If the Kalkmilcheintrag be lowered, not only worsened
  • the present invention is based on the technical problem of providing an alternative and improved method of purifying sugar beet raw juice.
  • the present invention solves the underlying technical problem essentially by providing a method for purifying sugar beet raw juice, which contains at least the following method steps:
  • Step (a) recovering the raw juice by extraction of
  • Step (b) first (or so-called early) alkalization of the raw juice after extraction to a first alkalinity c;
  • Step (c) heating the alkalized raw juice to the preliming temperature T;
  • Step (d) precalcification of the alkalized raw juice by a second alkalization to a second alkalinity to flocculate the non-sucrose substances.
  • a value interval of 0.07 to 0.12 applies to factor a, and a value interval of 2 to 4 applies to addend b.
  • a is approximately 0.1.
  • B is preferably about 3.
  • the temperature T is preferably 80 ° C. or less.
  • the first alkalinity c in step (b) is always lower (lower pH) than the second alkalinity (higher pH) than in step (d). It has been shown that pH (from about 5.8 to about 6.2) and temperature (from about 20 to about 30 0 C) of the raw juice, as he obtained directly after the conventional beet extraction and introduced directly into the preliming stage in conventional extract purification processes, favoring chemical, enzymatic and microbiological degradation reactions of the sucrose and other non-sucrose substances contained. The prevailing acidic environment also reduces the susceptibility of the raw juice to the issue, so that the heating of the raw juice before or during the preliming stage leads to the formation of further non-sucrose substances, especially invert sugar.
  • Raw juice before and during preliming has a major influence on the quality of the thin or thick juice, especially on color and calcium salt content. This leads directly to the reduction of sugar yield in the process.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention provides that the alkalization of the raw juice in step (b) a first alkalinity c is selected as a function of the preliming temperature T in step (d).
  • c takes values of about 7 to about 11.
  • c is pH 9 or less.
  • steps (c) and / or (d) the preliming T 80 0 C or less, or 75 ° C or less and preferably of 50 to 75 0 C.
  • the first alkalization according to the invention preferably takes place in step (b) immediately after the extraction, preferably immediately after the mash.
  • the first takes place in step (b)
  • the subsequent (conventional) second alkalization takes place in the form of the preliming by adding lime milk to a total concentration of 0.1 to 0.3 g CaO / 100 ml.
  • the second alkalization progressive to an alkalinity of pH 1 1 or more.
  • the second alkalization proceeds progressively until the optimum is reached Flocculation point at which the non-sucrose substances coagulate and / or precipitate.
  • recycled already alkalized raw juice for example sludge juice concentrate from the carbonation and / or grosskalkalkter raw juice occurs.
  • sugar beet raw juice or “raw juice” is understood to mean the juice which is preferably extracted from sugar beet pulp by countercurrent extraction.
  • this sugar-rich raw juice contains other organic and inorganic constituents of the turnip, which are referred to as non-sucrose substances or non-sugar substances.
  • non-sucrose substances refers above all to high-molecular substances such as proteins, polysaccharides and cell wall components as well as low-molecular compounds such as inorganic or organic acids, amino acids and mineral salts
  • Hemicellulose Hemicellulose. These substances, like the proteins, which include proteins, in particular nucleoproteids, are present as hydrophilic macromolecules in colloidally disperse form.
  • the organic acids are, for example, lactate, citrate and oxalate.
  • the inorganic acids / salts are, in particular, sulfates and phosphates.
  • "Lime milk” is understood to mean calcium hydroxide, which is formed in the highly exothermic reaction of quick lime (calcium oxide) with water and used as liming agent in the preliming and main liming The addition of lime to the raw juice in the preliming causes the precipitation or coagulation of
  • Non-sucrose substances in the form of a coagulum in the form of a coagulum.
  • the addition of lime milk for preliming the raw juice is carried out according to the invention preferably as a progressive preliming.
  • the progressive preliming by a gradual increase in the alkalinity or the pH of the raw juice is preferably carried out by slow
  • Inlet of the lime-liming agent or by small broken lime milk individual additions, in particular, the pH optimum is passed slowly.
  • the progressive alkalization is preferably carried out in countercurrent, wherein the recirculated juice of higher alkalinity is mixed as quickly as possible with a juice of lower alkalinity, without that different alkalinity gradients can build up within the mixing zone.
  • suitable transport systems in the preliming apparatus it is ensured within the system that the required recirculation quantity is guided with high constancy counter to the main flow direction.
  • step (e) is followed by at least one main liming stage, in which the pre-limbed raw juice is main caked.
  • This is preferably characterized by the fact that the preliming juice obtained is further alkalized.
  • more milk of lime is added, so that a concentration of preferably 1, 0 g CaO / 100 ml is achieved.
  • the main liming is carried out in two stages. The inventors found, surprisingly, that the effectiveness of the separation and splitting of non-sucrose substances during the main liming stage can be improved by a first cold main liming and a subsequent second hot main liming.
  • Main liming can be reduced.
  • step (e1) a first main calcification takes place and in a, preferably immediately following, step (e2) a second main calcification takes place.
  • step (e1) further lime milk is preferably added to the preliming juice until a
  • the first main calcification as a "cold main liming" at low temperature that is at a temperature of 75 0 C or less, preferably 70 0 C 1 preferably 65
  • the second main liming of the main limed raw juice takes place, with further lime milk optionally being added up to a concentration of preferably 0.1 CaO / 100 ml.
  • the second main calcification as "hot Hauptkalkung" at high temperature that is at a temperature of more than 75 0 C, preferably 80 0 C or more, preferably 85 0 C or more, more preferably in a temperature range from 85 to 95 0th C.
  • the elevated temperature in the second main liming is achieved by connecting a heat exchanger or Instantaneous water heater, which is flowed through by the main liming juice, reaches.
  • the method according to the invention is also advantageously suitable for processing beet material of inferior quality, especially of altered beets. This means above all that the campaign time, that is, the time in which the harvested and intermediate beets are processed in the sugar factory, can be extended.
  • At least one flocculant is added after the, preferably first, principal calcination and prior to clarification of the limed crude juice to improve settling of the non-nonsucrose fraction in sludge.
  • the flocculant is added to a concentration of 1 to 8 ppm.
  • the flocculant is selected from polyanionic macromolecules, preferably from acrylamide and copolymers of acrylamide and sodium acrylate.
  • the flocculant has an average molecular weight of about 5x10 6 to 22x10 6 g / mol on average.
  • the separated non-sucrose substances or the non-sucrose substance-containing fraction are further concentrated as so-called thin sludge.
  • a sucrose-containing fraction is separated therefrom in at least one further step in one or more separation devices, whereby the non-sucrose substance-containing fraction is further concentrated.
  • a centrifuge is used as separation device.
  • the centrifuge is preferably selected from disk centrifuges or disk separators and decanter centrifuges.
  • the separation devices are optionally connected directly one behind the other; However, it is also envisaged that the sludge outlet of a first separation device is connected via a mixing container or a similar device to the inlet of a second further separation device.
  • the sucrose-containing clarified juices or desiccating juices separated from the second and further separating apparatuses are again in the inventive compositions
  • the chalked raw juice is fed to the main liming in the carbonation.
  • at least one carbonation is preferably carried out by introducing carbon dioxide into the main liming juice in a step which is preferably immediately following. Following the carbonation, a filtration of the resulting sludge takes place. This gives a clear sucrose syrup. The carbonation takes place in
  • the carbonation is formed as a two- or multi-stage carbonation.
  • a first carbonation and first filtration takes place in step and, preferably immediately followed by a second carbonation and second filtration.
  • a third and further carbonation and filtration may follow, depending on the field of application and convenience.
  • Another object of the invention is a method for
  • sucrose syrup from sugar beet raw juice comprises according to the invention in a first step, the provision of the raw sugar beet juice, as it is preferably obtained from the countercurrent extraction of sugar beet cossettes. Thereafter, the extract purification method of the present invention is carried out with at least steps (a) to (d), preferably (a) to (e), as described above. Thereafter, in a further step, a sucrose syrup freed from nonsugar substances and clarified is obtained. This can optionally be crystallized in a further step in a conventional manner, so that crystalline sucrose is obtained.
  • Another object of the invention is a device for carrying out the extract cleaning method according to the invention, this has at least the following elements: a first alkalization (10), a
  • Precalcification device (30) and a first heat exchanger (20) connected therebetween see FIGS. 1 and 2).
  • the first alkalizing device (10) serves to alkalize the crude juice and has at least one inlet (1 1) for the raw juice, at least one metering device (13) for the dosing of alkalis and at least one outlet (12) for the alkalized raw juice.
  • the first alkalization device (10) is static Mixer trained.
  • the feed (11) of the first alkalization device (10) is in fluid communication directly with a mash container of the extraction stage for the extraction of sugar beets.
  • the preliming device (30) serves for preliming of the alkalized raw juice and has at least one feed (21) for the alkalized raw juice, at least one metering device (23) for the metering of lime and at least one discharge (22) for the pre-limed raw juice.
  • the first heat exchanger (20) serves for heating the crude juice which has become alkalized in the first alkalizing device (10) and has at least one inlet (21) for the alkalized raw juice and at least one outlet (22) for the heated, limed raw juice; the inlet (21) is in fluid communication with the outlet (12) of the first alkalizing device (10), and the outlet (52) is in fluid communication with the inlet (31) of the preliming device (30).
  • the device according to the invention has at least the following further elements: a first main liming device (40); a second
  • the first main limiter (40) serves the first one
  • Main liming in particular the cold main liming, the limed raw juice and has at least one inlet (41) for the raw juice, at least one metering device (43) for the dosage of Lime milk and at least one outlet (42) for the main lime raw juice.
  • the second main liming device (60) serves for the second main liming, in particular of the hot main liming, of the main limed raw juice and has at least one inlet (61) for the raw juice, optionally at least one metering device (63) for the metering of lime, and at least one outlet (62). for the main lime juice.
  • the second heat exchanger (50) is used for heating the raw juice which has been fully calcified in the first main liming means (40) and has at least one inlet (51) for the main-limed raw juice and at least one outlet (52) for the heated main-limed raw juice; the inlet (51) is connected to the drain
  • Main liming device (60) in fluid communication.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a preferred device according to the invention.
  • the device comprises a first alkalization device (10), a preliming device (30) and a first heat exchanger (20) connected therebetween;
  • the first alkalization device (10) has an inlet (11) for the raw juice, a metering device (13) and a drain (12) for the alkalized raw juice;
  • the preliming device (30) has an inlet (31) for the alkalized raw juice, a metering device (33) and a discharge (32) for the precalked raw juice;
  • the (first) heat exchanger (20) has an inlet (21) for the alkalized raw juice and at least one outlet (22) for the heated limed raw juice;
  • the device comprises a first alkalization device (10), a prelim
  • Preliming device (30) in fluid communication.
  • FIG. 2 shows a further preferred arrangement of the device according to the invention.
  • the apparatus comprises a first alkalizing device (10), a preliming device (30) and a first heat exchanger (20) connected therebetween, and a first main liming device (40); a second
  • the first alkalization device (10) has an inlet (11), a metering device (13) and a drain (12);
  • the preliming device (30) has an inlet (31), a metering device (33) and a drain (32);
  • the (first) heat exchanger (20) has an inlet (21) and a drain (22); the inlet (21) is connected to the drain
  • the first alkalization device (10) in fluid communication and the drain (22) is in fluid communication with the inlet (31) of the preliming device (30);
  • the first main limiter (40) has a Feed (41) for the raw juice, a metering device (43) and a discharge (42) for the main lime raw juice;
  • the second main liming device (60) has a feed (61) for the raw juice and a discharge (62) for the main limed raw juice;
  • (50) has an inlet (51) for the main lime raw juice and a discharge (52) for the heated Hauptkkalkten raw juice; the inlet (51) is in fluid communication with the outlet (42) of the first main limiter (40) and the outlet (52) communicates with the inlet
  • FIG. 3 shows the graphical representation of the dependence of the thin juice color on the selected alkalinity in the first (early) raw juice alkalization according to the invention.
  • FIG. 4 shows the graphical representation of the dependence of the calcium salt content of the dilute juice on the selected alkalinity in the first (early) raw juice alkalization according to the invention.
  • Figure 5 shows the graphical representation of the dependence of
  • Invert sugar increase in the raw juice from the preliming temperature and from the selected alkalinity in the first (early) raw juice alkalization according to the invention.
  • FIG. 6 shows the graphical representation of the dependence of the FK
  • Sugar beets that have been freshly harvested or stored for some time are washed and then chopped in a cutting machine with a cutting unit.
  • the crushed beet pulp are fed via a mash tank of a countercurrent extraction plant and extracted in this.
  • the temperature during the extraction is about 75 ° C.
  • the extractor used is a tower extractor, in which the chips are extracted in countercurrent with the heated fresh water.
  • the extract is the so-called sugar beet raw juice.
  • the raw technical juice is alkalized in a separate step in a separate alkalization by adding lime to a pH of 6.0 to 11, 0;
  • the alkalisation container is a heatable container with stirrer, CO 2 inlet tube and pH
  • flocculation of non-sucrose substances occurs by coagulation of the non-sucrose substances with each other and by precipitation by the added milk of lime.
  • the precalcified raw juice is subjected in a downstream further alkalization a first cold main liming.
  • the alkalinity is increased to 1.0 g CaO / 100 ml by further addition of lime milk.
  • the temperature at the hot main liming is about 85 0 C; this is held for about 20 minutes.
  • the first carbonation takes place at 85 ° C with the addition of carbon dioxide. During dosing, the pH is monitored as described above. The carbonation takes place within 15 min to a pH of 1 1, 20. 2.5 Second Carbonation
  • the sludge juice 1 obtained from the first carbonation is filtered off with a suction bottle via a Buchner funnel.
  • the filter material used is a round filter from Schleicher & Schuell 589/1, black band filter, ashless (12 ⁇ m).
  • Carbonation is returned to the purified reactor and further heated to about 88 0 C. This is followed by the renewed addition of carbon dioxide until the pH of the juice reaches 9.25 (within 10 minutes). Thereafter, the dosage is stopped. After a post-reaction time of 10 minutes, the sludge juice 2 obtained in the second carbonation is likewise filtered (round filter Fa. Schleicher & Schuell 5893, Blauband, ashless, 2 ⁇ m). The thin juice is obtained. The color and the calcium salt content of the thin juice are determined.
  • the precipitated calcium carbonate is removed from the clarified raw juice after the first carbonation in the first filtration or after the second carbonation in the second filtration, so that a clarified purified raw juice is obtained.
  • the retentate contained in the first and second filtration is collected in a sludge tank and then via a
  • Thin juice color increases with increasing preliming temperature.
  • the thin juice color is reduced by alkalization of the raw juice.
  • the influence of the raw juice to the decrease of the thin juice color is dependent on the preliming: A decrease in the thin juice color of about 200 IU (for a preliming of 50 0 C) and a decrease in
  • Thin juice color of about 500 IU (at a preliming temperature of 80 0 C).
  • the calcium salt content of the thin juice increases as the preliming temperature increases.
  • the calcium salt content of the thin juice decreases with the alkalization of the raw juice to an optimum pH.
  • the required pH of the raw juice prior to its heating to achieve the minimum calcium salt content of the thin juice is consistent with the required pH of the raw juice for the optimum thin juice color.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft, welcher durch Extraktion von Zuckerrüben erhalten wird, sowie Vorrichtungen zur Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter Verfahren zur Herstellung von Saccharosesirup beziehungsweise Saccharose aus Zuckerrüben-Rohsaft. Verfahren zur Reinigung enthaltend die Schritte: a) Gewinnen des Rohsafts durch Extraktion von Zuckerrüben; b) erste Alkalisierung des Rohsafts; c) Erwärmen des alkalisierten Rohsafts; d) Vorkalkung des alkalisierten Rohsafts durch eine zweite Alkalisierung.

Description

Titel: Rohsaftalkalisierung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft, welcher durch Extraktion von Zuckerrüben erhalten wird, sowie Vorrichtungen zur Reinigung von Zuckerrüben-
Rohsaft. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter Verfahren zur Herstellung von Saccharosesirup beziehungsweise Saccharose aus Zuckerrüben-Rohsaft.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise wird Zucker (Saccharose) aus Rüben
(Zuckerrüben, Beta vulgaris) gewonnen, indem die geernteten Rüben zunächst von einem Großteil der noch anhaftenden Erde sowie von Blattresten befreit werden. Anschließend werden die Rüben gewaschen und mittels Schneidemaschinen zu in der Regel etwa bleistiftstarken Schnitzeln gehobelt. Die Zuckergewinnung aus den Schnitzeln erfolgt durch Extraktion der Rübenschnitzel in heißem Extraktionswasser bei etwa 65 bis 75 0C. In der Regel wird eine Gegenstromextraktion in einem Extraktionsturm durchgeführt. Üblich ist das Diffusionsverfahren. Durch Ansäuern des Extraktionswassers wird die anschließende Filtration des erhaltenen
Zuckerrüben-Rohsaftes sowie die Abpressbarkeit der extrahierten Schnitzel begünstigt.
Der bei der Extraktion gewonnene Zuckerrüben-Rohsaft wird anschließend einer Saftreinigungsstufe, die auch als Extraktreinigung bezeichnet wird, zugeführt. Dabei sollen im Rohsaft enthaltene Verunreinigungen, die als Nichtsaccharosestoffe bezeichnet werden, entfernt werden. Üblicherweise erfolgt die Saftreinigung als Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigung; diese enthält die Verfahrensschritte Vorkalkung und Hauptkalkung. Anschließend findet eine erste und gegebenenfalls eine zweite oder eine weitere
Carbonatation statt, wobei mittels Filtration der bei der Carbonatation entstehende Niederschlag vom geklärten Rohsaft abgetrennt wird.
Der in der Saftreinigung gereinigte Rohsaft, der auch als Dünnsaft bezeichnet wird, enthält etwa 12 bis 18 %, vor allem etwa 15 bis 17 % Saccharose. Die Reinheit des Rohsafts beträgt normalerweise zwischen 90 und 92 %. Er wird anschließend durch Wasserentzug zu einem Dicksaft mit einem Saccharosegehalt von etwa 65 bis 70 % eingedickt und dann in Kristallisatoren solange weiter eingedickt bis sich eine zähe Masse, die so genannte Kochmasse, mit etwa 85 % Saccharose bildet. Durch Abzentrifugieren der Melasse, wird schließlich kristalliner Weißzucker erhalten, der anschließend gegebenenfalls raffiniert werden kann.
Bei der Vor- und Hauptkalkung die im Zuckerrüben-Rohsaft enthaltenen Nichtsaccharosestoffe nur so weit abgebaut, dass sie sich mittels zweckmäßiger Trennmethoden abtrennen lassen. In den bekannten Verfahren werden die Nichtsaccharosestoffe teilweise zu niedermolekularen Verbindungen abgebaut; diese können nicht mehr vollständig aus dem Rohsaft entfernt werden. Bekannte Probleme sind die damit verbundene nachteilige Farbentwicklung des aus der Saftreinigung erhaltenen Dünnsafts und der nachteilig hohe Kalksalzgehalt des Dünnsafts. Die Gegenwart von Nichtsaccharosestoffen verschlechtert das Produktionsergebnis, vor allem also die aus dem Rohsaft nach Eindicken des Dünnsafts und anschließender Kristallisation und Zentrifugation gewonnene kristalline Saccharose beziehungsweise der Saccharosesirup.
Der aus der Schnitzelextraktion erhaltene Rohsaft weist üblicherweise einen pH-Wert von etwa 5,8 bis 6,2 und eine Temperatur von etwa 20 bis 300C auf. Nach der Extraktion wird der
Rohsaft gegebenenfalls entpülpt und/oder entsandet und bekanntermaßen mit Hilfe von Rohsaftwärmem bis zur bekannten Vorkalkungstemperatur von etwa 55 bis 75 0C erwärmt.
In der bekannten Vorkalkung wird der Rohsaft aus der Extraktion direkt in den Vorkalkungsbehälter oder -reaktor überführt und dort und zwar in der Regel schrittweise unter meist schonenden Bedingungen durch Zugabe von Calciumoxid-Lösung, der so genannten Kalkmilch, alkalisiert. Dabei wir der pH-Wert des Rohsaftes im Vorkalkungsreaktor stufenweise auf etwa pH 11 ,5 angehoben. Dazu wird bekanntermaßen Kalkmilch, bis zu einer
Konzentration von etwa 0,1 bis 0,3 g Calciumhydroxid pro 100 ml Rohsaft [g CaO/100 ml] zugegeben. Es zu einer Neutralisierung der im Extrakt vorhandenen organischen und anorganischen Säuren. Dabei fallen anionische Verbindungen, die mit dem Calcium unlösliche oder schwerlösliche Salze bilden, beispielsweise
Phosphat, Oxalat, Citrat und Sulfat, weitestgehend aus. Darüber hinaus koagulieren dabei auch Proteine sowie kolloidal gelöste Nichtsaccharosestoffe wie Pektin und Eiweißstoffe. Die Ausfällung der Nichtsaccharosestoffe erfolgt innerhalb bestimmter pH-Wert- Bereiche, die bei der progressiven Alkalisierung nacheinander durchlaufen werden. Dabei findet schließlich auch eine Zusammenballung oder Verdichtung des erhaltenen Niederschlags statt, der dann leichter entfernt werden kann. Bei der bekanntermaßen anschließend durchgeführte Hauptkalkung wird die Temperatur auf etwa 85 0C angehoben. Die Alkalität des Rohsaftes wird durch weitere Zugabe von Kalkmilch nochmals erhöht, sodass üblicherweise eine Konzentration von etwa 1 g CaO/100 ml erreicht wird. Dabei findet der chemische Abbau von
Säureamiden wie Glutamin statt. Diese Komponenten wie auch der durch unerwünschte Saccharosehydrolyse gebildete Invertzucker müssen in einer frühen Phase der Saccharosegewinnung abgetrennt oder abgebaut werden. Andernfalls kommt es bei der nachfolgenden Safteindickung zur nachteiligen Bildung von Säuren und zur
Farbentwicklung.
In der nachfolgenden Carbonatationsstufe wird im Hauptkalkungsprozess nicht verbrauchte Kalk durch Einleiten von Kohlenstoffdioxid als Carbonatationsgas zu Calciumcarbonat umgesetzt. Calciumcarbonat ist ein starkes Adsorptionsmittel für lösliche Nichtsaccharosestoffe. Calciumcarbonat dient somit auch als Adsorptions- und Filtrierungshilfsmittel. Kohlenstoffdioxid und der ungelöschte Kalk für die Herstellung der Kalkmilch werden in der Regel in der Zuckerfabrik in Koksöfen gewonnen, worin Kalkstein mit Koks gebrannt wird. Die über die Filter in der ersten und bevorzugt zweiten und gegebenenfalls weiteren Carbonatationsstufen aufkonzentrierten Calciumcarbonatschlämme (so genannte Schlammsaftkonzentrate) werden üblicherweise vereinigt und über Membranfilterpressen abgepresst. Dabei entsteht der so genannte Carbokalk. Dieser Carbokalk ist ein lagerfähiges Produkt mit einem
Trockensubstanzgehalt von in der Regel mehr als 70 % und kann teilweise als Düngemittel eingesetzt werden. Üblicherweise wird ein Teil des Schlammsaftkonzentrats zur Vorkalkung zurückgeführt. Ein Nachteil der herkömmlichen Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigung besteht vor allem darin, dass ein noch zu geringer Reinigungseffekt erreicht wird, da damit nur etwa maximal 40 % aller Nichtsaccharosestoffe aus dem Zuckerrüben-Rohsaft entfernt werden können.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch Hydrolyse der Saccharose Invertzucker gebildet wird, der die Qualität des erhaltenen Dünnsaftes vermindert; vor allem hat dies nachteilige Auswirkungen auf die Farbentwicklung des Dünnsafts (Dünnsaftfarbe). Außerdem ist es wünschenswert, wenn der durch den Anteil an Nichtsacharosestoffen im Rohsaft bedingte Kalzsalzgehalt im erhaltenen Dünnsaft möglichst gering ist.
In bekannten Kalk-Kohlensäure-Extrakteinigungsverfahren wirkt das gebildete Calciumcarbonat als Filtrierungsmittel. Soll der Kalkmilcheintrag gesenkt werden, verschlechtert sich nicht nur das
Reinigungsergebnis, es leidet auch die Filtrierbarkeit des Schlammsaftes nach der Carbonatation. Ein Kriterium zur Bewertung der Filtrierbarkeit ist der Filtrationskoeffizient. Je niedriger der Wert ist, desto besser. Weiter ist sind deshalb Maßnahmen wünschenswert, die den Filtrationskoeffizienten (FK-Wert [s/cm2]) des gekalkten Rohsafts (sogenannte Schlammsäfte) bei der Klärung in der ersten Carbonatation möglichst vermindern, um die Effektivität der Filtration zu verbessern.
Aufgabenstellung
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein alternatives und verbessertes Verfahren zur Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrunde liegende technische Problem im Wesentlichen durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft, welches zumindest die folgenden Verfahrensschritte enthält:
Schritt (a) Gewinnen des Rohsafts durch Extraktion von
Zuckerrüben;
Schritt (b) erste (oder so genannte frühe) Alkalisierung des Rohsafts nach der Extraktion bis zu einer ersten Alkalität c;
Schritt (c) Erwärmen des alkalisierten Rohsafts auf die Vorkalkungstemperatur T ; und
Schritt (d) Vorkalkung des alkalisierten Rohsafts durch eine zweite Alkalisierung bis zu einer zweiten Alkalität zur Flockung der Nichtsaccharosestoffe.
Die Erfinder fanden für die optimale erste Alkalität folgenden empirischen Zusammenhang (Formel I):
(I) c [pH] = a T[°C] + b
Dabei gilt für Faktor a ein Werteintervall von 0,07 bis 0,12, für den Summand b ein Werteintervall von 2 bis 4. Bevorzugt beträgt a etwa 0,1. Bevorzugt beträgt b etwa 3. Die Temperatur T beträgt dabei bevorzugt 80 0C oder weniger.
Die erste Alkalität c in Schritt (b) ist stets niedriger (geringerer pH- Wert) als die zweite Alkalität (höherer pH-Wert) als in Schritt (d). Es hat sich gezeigt, dass pH-Wert (von etwa 5,8 bis etwa 6,2) und Temperatur (von etwa 20 bis etwa 30 0C) des Rohsafts, wie er unmittelbar nach der herkömmlichen Rübenextraktion erhalten und in herkömmlichen Extraktreinigungsverfahren direkt in die Vorkalkungsstufe eingeleitet wird, chemische, enzymatische und mikrobiologische Abbaureaktionen der enthaltenen Saccharose und anderen Nichtsaccharosestoffen begünstigen. Das herrschende saure Milieu vermindert außerdem die Themostabilität des Rohsaftes, sodass es bei der Anwärmung des Rohsaftes vor oder während der Vorkalkungsstufe zur Bildung weiterer Nichtsaccharosestoffe, vor allem von Invertzucker, kommt.
Es hat sich gezeigt, dass die Bildung von Nichtsaccharosestoffe im
Rohsaft vor und bei der Vorkalkung großen Einfluss auf die Qualität des Dünn- beziehungsweise Dicksaftes, vor allem auf Farbe und Kalksalzgehalt hat. Dies führt unmittelbar zur Reduzierung der Zuckerausbeute im Prozess.
Weiter hat sich gezeigt, dass die durch das saure Milieu begünstigte mikrobiologische Aktivität im Rohsaft zur Bildung von Schleimstoffen führt, was die Verstopfung der Rohsaftwärmer (Wärmetauscher) begünstigt und die Filtrierbarkeit (FK-Wert) der Schlammsäfte, insbesondere des Schlammsafts 1 , herabsetzt.
Die Erfinder fanden überraschend, dass wenn der Rohsaft nach der
Extraktion und vor Einleiten in die Vorkalkungsstufe in einer separaten Alkalisierungsstufe mit Hilfe eines oder mehrerer Alkalien, beispielsweise Kalkmilch, Hauptkalkungssaft, Natronlauge und/oder Soda, alkalisiert wird, die vorstehend beschriebenen nachteiligen Auswirkungen vermieden werden können. Dabei zeigte sich besonders überraschend, dass die vorteilhaften Effekte dann maximal sind, wenn der bei der erfindungsgemäßen Rohsaftalkalisierung erreichte pH-Wert in Abhängigkeit von der anschließenden Vorkalkungstemperatur gewählt wird. Das heißt, der Umfang der optimalen ersten (oder „frühen") Alkalisierung ist des Rohsaftes von der gewählten Vorkalkungstemperatur abhängig.
Demgemäß sieht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Alkalisierung des Rohsaftes in Schritt (b) eine erste Alkalität c in Abhängigkeit von der Vorkalkungstemperatur T in Schritt (d) gewählt wird. Zweckmäßigerweise nimmt c Werte von etwa 7 bis etwa 1 1 . Bevorzugt beträgt c pH 9 oder weniger.
Bevorzugt beträgt in den Schritten (c) und/oder (d) die Vorkalkungstemperatur T 800C oder weniger oder 75 °C oder weniger und bevorzugt von 50 bis 75 0C.
Bevorzugt findet die erfindungsgemäße erste Alkalisierung in Schritt (b) unmittelbar nach der Extraktion, vorzugsweise unmittelbar nach der Maische statt. Bevorzugt erfolgt in Schritt (b) die erste
Alkalisierung durch Zugabe von Hauptkalkungssaft, der vorzugsweise aus dem Extraktreinigungsprozess zurückgeführt wird, und/oder durch Zugabe von Kalkmilch und/oder durch Zugabe von Natronlauge und/oder Soda und/oder Gemischen davon statt.
Bevorzugt erfolgt in Schritt (d) die nachfolgende (herkömmliche) zweite Alkalisierung in Form der Vorkalkung durch Zugabe von Kalkmilch bis zu einer Gesamtkonzentration von 0,1 bis 0,3 g CaO/100 ml. In einer bevorzugten Variante erfolgt in Schritt (d) die zweite Alkalisierung progressiv bis zur einer Alkalität von pH 1 1 oder mehr. In einer bevorzugten Variante erfolgt in Schritt (d) die zweite Alkalisierung progressiv bis zum Erreichen des optimalen Flockungspunkts, an dem die Nichtsaccharosestoffe koagulieren und/oder ausfallen.
Besonders ist vorgesehen, dass die erste Alkalisierung des Zuckerrüben-Rohsaftes sowie auch die zweite Alkalisierung während der Vorkalkung, bevorzugt im Gegenstrom, mittels rückgeführtem bereits alkalisiertem Rohsaft, beispielsweise Schlammsaftkonzentrat aus den Carbonatationsstufen und/oder hauptgekalkter Rohsaft, erfolgt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter „Zuckerrüben-Rohsaft" oder „Rohsaft" der Saft verstanden, der bevorzugt aus Zuckerrübenschnitzeln durch Gegenstromextraktion extrahiert wird. Dieser zuckerreiche Rohsaft enthält neben Zucker noch weitere organische und anorganische Bestandteile der Rübe, die als Nichtsaccharosestoffe beziehungsweise Nichtzuckerstoffe bezeichnet werden. Unter „Nichtsaccharosestoffen" werden vor allem hochmolekulare Substanzen wie Eiweißstoffe, Polysaccharide und Zellwandbestandteile sowie niedrigmolekulare Verbindungen wie anorganische oder organische Säuren, Aminosäuren und mineralische Salze verstanden. Bei den Zellwandbestandteilen handelt es sich besonders um Pektine, Lignin, Cellulose und
Hemicellulose. Diese Stoffe liegen ebenso wie die Eiweiße, zu denen neben Proteinen, insbesondere Nucleoproteide gehören, als hydrophile Makromoleküle in kolloidal-disperser Form vor. Bei den organischen Säuren handelt es sich beispielsweise um Lactat, Citrat und Oxalat. Bei den anorganischen Säuren/Salzen handelt es sich insbesondere um Sulfate und Phosphate. Unter „Kalkmilch" wird Calciumhydroxid verstanden, das bei der stark exothermen Reaktion von gebranntem Kalk (Calciumoxid) mit Wasser gebildet und bei der Vorkalkung und Hauptkalkung als Kalkungsmittel eingesetzt wird. Die Zugabe von Kalkmilch zum Rohsaft in der Vorkalkung bewirkt die Fällung oder Koagulation von
Nichtsaccharose-stoffen in Form eines Koagulates. Die Zugabe von Kalkmilch zur Vorkalkung des Rohsaftes erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt als progressive Vorkalkung. Die progressive Vorkalkung durch eine allmähliche Steigerung der Alkalität beziehungsweise des pH-Wertes des Rohsaftes erfolgt vorzugsweise durch langsamen
Zulauf des Kalkmilch-Kalkungsmittel oder durch kleine unterbrochene Kalkmilch-Einzelzugaben, wobei insbesondere das pH-Optimum langsam durchlaufen wird. Die progressive Alkalisierung wird bevorzugt im Gegenstrom durchgeführt, wobei der zurückgeführte Saft höherer Alkalität so schnell wie möglich mit einem Saft niedrigerer Alkalität vermischt wird, ohne dass sich innerhalb der Mischzone unterschiedliche Alkalitätsgradienten aufbauen können. Unter Verwendung geeigneter Transportsysteme im Vorkalkungsapparat wird innerhalb des Systems dafür gesorgt, dass die erforderliche Rückführmenge mit hoher Konstanz entgegen der Hauptströmungsrichtung geführt wird.
Bevorzugt schließt sich, vorzugsweise unmittelbar nachfolgend, in Schritt (e) mindestens eine Hauptkalkungsstufe an, worin der vorgekalkte Rohsaft hauptgekalkt wird. Diese zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass der erhaltene Vorkalkungssaft weiter alkalisiert wird. Dazu wird weitere Kalkmilch eingetragen, sodass eine Konzentration von vorzugsweise 1 ,0 g CaO/100 ml erreicht wird. Bevorzugt wird die Hauptkalkung zweistufig durchgeführt. Die Erfinder fanden überraschend, dass durch eine erste kalte Hauptkalkung und eine nachgeschaltete zweite heiße Hauptkalkung die Effektivität der Abtrennung und Aufspaltung von Nichtsaccharosestoffen während der Hauptkalkungsstufe verbessert werden kann. Dadurch kann der auch Kalkmilcheintrag in der
Hauptkalkung verringert werden.
Dabei findet in einem ersten Schritt (e1) eine erste Hauptkalkung und in einem, vorzugsweise unmittelbar nachfolgenden, Schritt (e2) eine zweite Hauptkalkung statt. In Schritt (e1) wird vorzugsweise weitere Kalkmilch zum Vorkalkungssaft zugegeben bis eine
Konzentration von 0,8 bis 1 ,2 g CaO/100 ml, vorzugsweise von 1 ,0 g CaO/100 ml, erreicht wird. So wird ein hauptgekalkter Rohsaft erhalten. Vorzugsweise wird die erste Hauptkalkung als „kalte Hauptkalkung" bei niedriger Temperatur, das heißt bei einer Temperatur von 75 0C oder weniger, bevorzugt 70 0C1 bevorzugt 65
0C oder weniger, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 35 bis 65 °C durchgeführt.
In dem bevorzugt weiteren Schritt (e2) findet die zweite Hauptkalkung des hauptgekalkten Rohsaftes statt, wobei gegebenenfalls weitere Kalkmilch bis zu einer Konzentration von vorzugsweise von 1 ,0 CaO/100 ml zugegeben wird. Vorzugsweise wird die zweite Hauptkalkung als „heiße Hauptkalkung" bei hoher Temperatur, das heißt bei einer Temperatur von mehr als 75 0C, bevorzugt 80 0C oder mehr, bevorzugt 85 0C oder mehr, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 85 bis 95 0C, durchgeführt. Bevorzugt wird die erhöhte Temperatur in der zweiten Hauptkalkung durch Vorschalten eines Wärmetauschers oder Durchlauferhitzers, der vom Hauptkalkungssaft durchflössen wird, erreicht.
Insgesamt kann durch die effektivere Extraktreinigung ein geklärter Rohsaft in höherer Qualität erhalten und gegebenenfalls auf eine Nachkalkung des Rohsaftes nach der ersten Carbonatationsstufe verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorteilhafterweise auch zur Verarbeitung von Rübenmaterial mit schlechterer Qualität, vor allem von alterierten Rüben. Dies bedeutet vor allem, dass die Kampagnezeit, das heißt die Zeit, in der die geernteten und zwischengelagerten Rüben in der Zuckerfabrik verarbeitet werden, verlängert werden kann.
In bekannten Extraktreinigungsverfahren ist die Senkung des Kalkverbrauches unter anderem durch die Verschlechterung der Filtrierbarkeit limitiert. Es zeigt sich überraschend, dass diese Limitierung durch das erfindungsgemäße Verfahren überwunden werden kann.
Bevorzugt wird nach der, vorzugsweise ersten, Hauptkalkung und vor dem Klären des gekalkten Rohsafts zur Verbesserung des Absetzens der nicht Nichtsaccharosestoff-Fraktion in Schlamm mindestens ein Flockungshilfsmittel zugegeben. Vorzugsweise wird das Flockungshilfsmittel bis zu einer Konzentration von 1 bis 8 ppm zugegeben. Vorzugsweise ist das Flockungshilfsmittel ausgewählt aus polyanionischen Makromolekülen, bevorzugt aus Acrylamid und Copolymeren aus Acrylamid und Natriumacrylat. Vorzugsweise weist das Flockungshilfsmittel eine mittlere Molekülmasse von durchschnittlich etwa 5x106 bis 22x106 g/mol auf. Bevorzugt werden die abgetrennten Nichtsaccharosestoffe beziehungsweise die Nichtsaccharosestoff-haltige Fraktion als so genannter Dünnschlamm weiter aufkonzentriert. Dabei wird in mindestens einem weiteren Schritt in einer oder mehreren Abtrennvorrichtungen eine Saccharose-haltige Fraktion daraus abgetrennt, wodurch die Nichtsaccharosestoff-haltige Fraktion weiter aufkonzentriert wird. Bevorzugt wird als Abtrennvorrichtung eine Zentrifuge verwendet. Vorzugsweise ist die Zentrifuge ausgewählt aus Tellerzentrifugen beziehungsweise Tellerseparatoren und Dekanterzentrifugen. Die Abtrennvorrichtungen sind wahlweise unmittelbar hintereinander geschaltet; es ist aber auch vorgesehen, dass der Schlammauslass einer ersten Abtrennvorrichtung über einen Mischbehälter oder eine ähnliche Vorrichtung mit dem Einlass einer zweiten weiteren Abtrennvorrichtung verbunden ist. Bevorzugt werden die aus den zweiten und weiteren Abtrennvorrichtungen abgetrennten saccharosehaltigen Klarsäfte beziehungsweise Absüßsäfte wieder in den erfindungsgemäßen
Extraktreinigungsprozess zurückgeführt.
In bevorzugter Ausführung wird der gekalkte Rohsaft nach der Hauptkalkung in der Carbonatation zugeführt. Bevorzugt wird dazu in einem, vorzugsweise unmittelbar nachfolgendem Schritt mindestens eine Carbonatation durch Einleiten von Kohlenstoffdioxid in den Hauptkalkungssaft durchgeführt. Im Anschluss an die Carbonatation findet eine Filtration des entstehenden Schlamms statt. Dabei wird ein klarer Saccharosesirup erhalten. Die Carbonatation findet im
Wesentlichen in an sich bekannter Weise statt. Besonders bevorzugt ist die Carbonatation als zwei- oder mehrstufige Carbonatation ausgebildet. Vorzugsweise findet eine erste Carbonatation und erste Filtration in Schritt und, vorzugsweise unmittelbar, anschließend eine zweite Carbonatation und zweite Filtration statt. Im Anschluss an die zweite Carbonatation kann sich, je nach Anwendungsgebiet und Zweckmäßigkeit, eine dritte und weitere Carbonatation und Filtration anschließen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Saccharosesirup aus Zuckerrüben-Rohsaft. Dieses Verfahren umfasst erfindungsgemäß in einem ersten Schritt das Bereitstellen des Zuckerrüben-Rohsaftes, wie er vorzugsweise aus der Gegenstromextraktion von Zuckerrübenschnitzeln erhalten wird. Danach wird das erfindungsgemäße Extraktreinigungsverfahren mit zumindest den Schritten (a) bis (d), bevorzugt (a) bis (e), wie es vorstehend beschrieben ist, durchgeführt. Danach wird ein einem weiteren Schritt ein von Nichtsaccharosestoffen befreiter und geklärter Saccharosesirup erhalten. Dieser kann gegebenenfalls ein einem weiteren Schritt in an sich bekannter Weise kristallisiert werden, sodass kristalline Saccharose erhalten wird.
Schließlich ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Extraktreinigungsverfahrens, diese weist zumindest folgende Elemente auf: einen erste Alkalisierungseinrichtung (10), eine
Vorkalkungseinrichtung (30) und einen dazwischen geschalteten ersten Wärmetauscher (20) (siehe Figur 1 und 2).
Die erste Alkalisierungseinrichtung (10) dient zur Alkalisierung des Rohsafts und weist zumindest einen Zulauf (1 1 ) für den Rohsaft, zumindest eine Dosiereinrichtung (13) für die Dosierung von Alkalien und zumindest einen Ablauf (12) für den alkalisierten Rohsaft. Bevorzugt die erste Alkalisierungseinrichtung (10) als statischer Mischer ausgebildet. In einer bevorzugten Variante steht der Zulauf (1 1) ersten Alkalisierungseinrichtung (10) unmittelbar mit einem Maischebehälter der Extraktionsstufe für die Extraktion von Zuckerrüben in Fluidverbindung steht.
Die Vorkalkungseinrichtung (30) dient zur Vorkalkung des alkalisierten Rohsafts und weist zumindest einen Zulauf (21 ) für den alkalisierten Rohsaft, zumindest eine Dosiereinrichtung (23) für die Dosierung von Kalkmilch und zumindest einen Ablauf (22) für den vorgekalkten Rohsaft auf.
Der erste Wärmetauscher (20) dient zum Aufheizen des in der ersten Alkalisierungseinrichtung (10) alkalisierten Rohsafts und weist zumindest einen Zulauf (21) für den alkalisierten Rohsaft und zumindest einen Ablauf (22) für den aufgeheizten gekalkten Rohsaft auf; der Zulauf (21) steht mit dem Ablauf (12) der ersten Alkalisierungseinrichtung (10) in Fluidverbindung und der Ablauf (52) steht mit dem Zulauf (31 ) der Vorkalkungseinrichtung (30) in Fluidverbindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weißt die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest folgende weitere Elemente auf: eine erste Hauptkalkungseinrichtung (40); eine zweite
Hauptkalkungseinrichtung (60) und einen dazwischen geschalteten zweiten Wärmetauscher (50).
Die erste Hauptkalkungseinrichtung (40) dient der ersten
Hauptkalkung, insbesondere der kalten Hauptkalkung, des gekalkten Rohsafts und weist zumindest einen Zulauf (41 ) für den Rohsaft, zumindest eine Dosiereinrichtung (43) für die Dosierung von Kalkmilch und zumindest einen Ablauf (42) für den hauptgekalkten Rohsaft auf.
Die zweite Hauptkalkungseinrichtung (60) dient der zweiten Hauptkalkung insbesondere der heißen Hauptkalkung, des hauptgekalkten Rohsafts und weist zumindest einen Zulauf (61) für den Rohsaft, gegebenenfalls zumindest eine Dosiereinrichtung (63) für die Dosierung von Kalkmilch, und zumindest einen Ablauf (62) für den hauptgekalkten Rohsaft auf.
Der zweite Wärmetauscher (50) dient zum Aufheizen des in der ersten Hauptkalkungseinrichtung (40) hauptgekalkten Rohsafts und weist zumindest einen Zulauf (51 ) für den hauptgekalkten Rohsaft und zumindest einen Ablauf (52) für den aufgeheizten hauptgekalkten Rohsaft auf; der Zulauf (51 ) steht mit dem Ablauf
(42) der ersten Hauptkalkungseinrichtung (40) in Fluidverbindung und der Ablauf (52) steht mit dem Zulauf (61 ) der zweiten
Hauptkalkungseinrichtung (60) in Fluidverbindung.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel und die Figuren näher erläutert, wobei diese nicht beschränkend zu verstehen sind.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine erste Alkalisierungseinrichtung (10), eine Vorkalkungseinrichtung (30) und einen dazwischen geschalteten ersten Wärmetauscher (20) auf; die erste Alkalisierungseinrichtung (10) weist einen Zulauf (1 1 ) für den Rohsaft, eine Dosiereinrichtung (13) und einen Ablauf (12) für den alkalisierten Rohsaft auf; die Vorkalkungseinrichtung (30) weist einen Zulauf (31 ) für den alkalisierten Rohsaft, eine Dosiereinrichtung (33) und einen Ablauf (32) für den vorgekalkten Rohsaft auf; der (erste) Wärmetauscher (20) weist einen Zulauf (21) für den alkalisierten Rohsaft und zumindest einen Ablauf (22) für den aufgeheizten gekalkten Rohsaft auf; der Zulauf (21) steht mit dem Ablauf (12) der ersten Alkalisierungseinrichtung (10) in Fluidverbindung und der Ablauf (22) steht mit dem Zulauf (31 ) der
Vorkalkungseinrichtung (30) in Fluidverbindung.
Figur 2 zeigt eine weitere bevorzugte Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist eine erste Alkalisierungseinrichtung (10), eine Vorkalkungseinrichtung (30) und einen dazwischen geschalteten ersten Wärmetauscher (20) sowie eine erste Hauptkalkungseinrichtung (40); eine zweite
Häuptkalkungseinrichtung (60) und einen dazwischen geschalteten zweiten Wärmetauscher (50) auf; die erste Alkalisierungseinrichtung (10) weist einen Zulauf (1 1 ), eine Dosiereinrichtung (13) und einen Ablauf (12) auf; die Vorkalkungseinrichtung (30) weist einen Zulauf (31 ), eine Dosiereinrichtung (33) und einen Ablauf (32) auf; der (erste) Wärmetauscher (20) weist einen Zulauf (21 ) und einen Ablauf (22) auf; der Zulauf (21 ) steht mit dem Ablauf
(1 2) der ersten Alkalisierungseinrichtung (10) in Fluidverbindung und der Ablauf (22) steht mit dem Zulauf (31) der Vorkalkungseinrichtung (30) in Fluidverbindung; die erste Hauptkalkungseinrichtung (40) weist einen Zulauf (41 ) für den Rohsaft, eine Dosiereinrichtung (43) und einen Ablauf (42) für den hauptgekalkten Rohsaft auf; die zweite Hauptkalkungseinrichtung (60) weist einen Zulauf (61) für den Rohsaft und einen Ablauf (62) für den hauptgekalkten Rohsaft auf; der zweite Wärmetauscher
(50) weist einen Zulauf (51) für den hauptgekalkten Rohsaft und einen Ablauf (52) für den aufgeheizten hauptgekalkten Rohsaft auf; der Zulauf (51) steht mit dem Ablauf (42) der ersten Hauptkalkungseinrichtung (40) in Fluidverbindung und der Ablauf (52) steht mit dem Zulauf
(61) der zweiten Hauptkalkungseinrichtung (60) in Fluidverbindung.
Figur 3 zeigt die graphische Darstellung der Abhängigkeit der Dünnsaftfarbe von der gewählten Alkalität bei der erfindungsgemäßen ersten (frühen) Rohsaftalkalisierung.
Figur 4 zeigt die graphische Darstellung der Abhängigkeit des Kalksalzgehalts des Dünnsafts von der gewählten Alkalität bei der erfindungsgemäßen ersten (frühen) Rohsaftalkalisierung.
Figur 5 zeigt die graphische Darstellung der Abhängigkeit der
Invertzuckerzunahme im Rohsaft von der Vorkalkungstemperatur und von der gewählten Alkalität bei der erfindungsgemäßen ersten (frühen) Rohsaftalkalisierung.
Figur 6 zeigt die graphische Darstellung der Abhängigkeit des FK-
Werts des Schlammsafts 1 von der Vorkalkungstemperatur und von der gewählten Alkalität bei der erfindungsgemäßen ersten (frühen) Rohsaftalkalisierung.
Beispiel: Rohsaftreinigung mit früher erster Rohsaftalkalisierunq
1 . Extraktion der Zuckerrübe
Zuckerrüben, die frisch geerntet oder einige Zeit gelagert wurden, werden gewaschen und anschließend in einer Schneidmaschine mit Schneidwerk zerkleinert. Die zerkleinerten Rübenschnitzel werden über einen Maischenbehälter einer Gegenstromextraktionsanlage zugeführt und in dieser extrahiert. Die Temperatur bei der Extraktion beträgt etwa 75°C. Als Extraktor wird ein Turmextraktor eingesetzt, worin die Schnitzel im Gegenstrom mit dem aufgeheizten Frischwasser extrahiert werden. Als Extrakt wird der so genannte Zuckerrüben-Rohsaft gewonnen.
2. Reinigung des Zuckerrüben-Rohsaftes
2.1 Rohsaftalkalisierung
Der technische Rohsaft wird in einem ersten Schritt in einem separaten Alkalisierungsbehälter durch Zugabe von Kalkmilch auf einen pH-Wert von 6,0 bis 11 ,0 alkalisiert; so genannte „Rohsaftvoralkalisierung". Der Alkalisierungsbehälter ist ein beheizbarer Behälter mit Rührwerk, CO2 Einleitungsrohr und pH-
Elektrode. Bei der Rohsaftvoralkalisierung wird der Rohsaft auf die erforderliche Vorkalkungstemperatur von etwa 55 bis 85 0C erhitzt. 2.2 Vorkalkung
Die Kalkmilchzugabe zum Rohsaft bis zum pH-Wert des optimalen Flockungspunktes (pH-Wert 1 1 ,40) erfolgte progressiv (stufenweise im konkreten Fall wurden 7 Stufen gewählt). Die Zugabe erfolgt über 20 min und unter Kontrolle des pH-Wertes in bestimmten
Zeitintervallen. Danach wurde eine 5-minütige pH-Pause durchgeführt.
Bei der Vorkalkung tritt eine Ausflockung von Nichtsaccharosestoffen durch Koagulation der Nichtsaccharosestoffe untereinander und durch Fällung durch die zugegebene Kalkmilch statt.
2.3 Hauptkalkung
Nach erfolgter Vorkalkung wird der vorgekalkte Rohsaft in einem nachgeschalteten weiteren Alkalisierungsbehälter einer ersten kalten Hauptkalkung unterzogen. Dazu wird durch weitere Zugabe von Kalkmilch die Alkalität auf 1.0 g CaO/100 ml erhöht. Die Temperatur bei der heißen Hauptkalkung beträgt etwa 850C; diese wird für etwa 20 min gehalten.
2.4 Erste Carbonatation
Die erste Carbonatation erfolgt bei 85 °C unter Zudosierung von Kohlenstoffdioxid. Während der Zudosierung wird der pH-Wert wie oben beschrieben überwacht. Die Carbonatation erfolgt innerhalb von 15 min bis zu einem pH-Wert von 1 1 ,20. 2.5 Zweite Carbonatation
Der aus der ersten Carbonatation gewonnene Schlammsaft 1 wird mit einer Saugflasche über einen Büchner Trichter abfiltriert. Als Filtermaterial wird ein Rundfilter Fa. Schleicher & Schuell 589/1 , Schwarzbandfilter, aschefrei (12 μm) benutzt. Das Filtrat der 1.
Carbonatation wird in den gereinigten Reaktor zurückgegeben und weiter auf ca. 88 0C erhitzt. Im Anschluss erfolgt die erneute Zugabe von Kohlenstoffdioxid bis sich ein pH-Wert des Saftes von 9,25 einstellt (innerhalb von 10 Minuten). Danach wird die Dosierung abgebrochen. Nach einer Nachreaktionszeit von 10 min wird der in der zweiten Carbonatation gewonnene Schlammsaft 2 ebenfalls filtriert (Rundfilter Fa. Schleicher & Schuell 5893, Blauband, aschefrei; 2 μm). Man erhält den Dünnsaft. Die Farbe und der Kalksalzgehalt des Dünnsaftes werden ermittelt.
Das ausgefällte Calciumcarbonat wird nach der ersten Carbonatation in der ersten Filtration beziehungsweise nach der zweiten Carbonatation in der zweiten Filtration aus dem geklärten Rohsaft entfernt, sodass ein geklärter aufgereinigter Rohsaft erhalten wird. Das in der ersten und zweiten Filtration enthaltene Retentat wird in einem Schlammbehälter gesammelt und anschließend über eine
Carbokalkpresse entwässert.
3. Ergebnisse
Die Ergebnisse der Versuche sind in den Figuren 3 bis 5 dargestellt.
Es wurden signifikante Einflüsse der Rohsaftalkalisierung auf die Dünnsaftqualität (Farbe und Kalksalzgehalt) festgestellt. Die
Dünnsaftfarbe nimmt mit zunehmender Vorkalkungstemperatur zu. Die Dünnsaftfarbe wird durch Alkalisierung des Rohsaftes reduziert. Der Einfluss der Rohsaftalkalisierung auf die Abnahme der Dünnsaftfarbe ist abhängig von der Vorkalkungstemperatur: Eine Abnahme der Dünnsaftfarbe von ca. 200 IE (bei einer Vorkalkungstemperatur von 500C) und eine Abnahme der
Dünnsaftfarbe von ca. 500 IE (bei einer Vorkalkungstemperatur von 800C).
Der Kalksalzgehalt des Dünnsaftes nimmt mit der Zunahme der Vorkalkungstemperatur zu. Der Kalksalzgehalt des Dünnsaftes nimmt mit der Alkalisierung des Rohsaftes bis zu einem optimalen pH-Wert ab. Der erforderliche pH-Wert des Rohsaftes vor seiner Anwärmung zur Erzielung des minimalen Kalksalzgehaltes des Dünnsaftes stimmt mit dem erforderlichen pH-Wert des Rohsaftes für die optimale Dünnsaftfarbe überein.
Der durch Zufuhr von Alkalimittel einzustellende optimale Rohsaft- pH-Wert ist Temperatur abhängig und kann mit der folgenden empirischen Gleichung ermittelt werden: C(H3O+) [pH] = a ■ T [0C] + b (T = Vorkalkungstemperatur).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung von bei der Zuckerrüben-Extraktion gewonnenem Rohsaft, enthaltend die Schritte:
(a) Gewinnen des Rohsafts durch Extraktion von Zuckerrüben;
(b) erste Alkalisierung des Rohsafts nach der Extraktion bis zu einer ersten Alkalität C(H3O+) ;
(c) Erwärmen des alkalisierten Rohsafts auf die Vorkalkungstemperatur T ;
(d) Vorkalkung des alkalisierten Rohsafts durch eine zweite
Alkalisierung bis zu einer zweiten Alkalität zur Flockung der Nichtsaccharosestoffe.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Schritt (b) die erste Alkalität C(H3O+) in Abhängigkeit von der Vorkalkungstemperatur T gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei gilt:
C(H3O+) [pH] = a T [°C] + b
mit a = von 0,07 bis 0,12 b = von 2 bis 4
4. Verfahren nach Anspruch 3 , wobei a = 0, 1 .
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei b = 3 .
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Alkalität in Schritt (b) stets geringer ist als die zweite Alkalität in Schritt (d).
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) die erste Alkalität von pH 7 bis pH 11 beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) die erste Alkalität weniger als pH 9 beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) die erste Alkalisierung nach der Extraktion unmittelbar nach der Maische erfolgt.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) die erste Alkalisierung durch Zugabe von Hauptkalkungssaft erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) die erste Alkalisierung durch Zugabe von Kalkmilch erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (b) die erste Alkalisierung durch Zugabe von Natronlauge oder Soda erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (c) und (d) die Vorkalkungstemperatur T 75°C oder weniger beträgt.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (c) und (d) die Vorkalkungstemperatur T von 55 bis 75°C beträgt.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (d) die zweite Alkalisierung durch Zugabe von Kalkmilch bis zu einer Gesamtkonzentration von 0,1 bis 0,3 g CaO/100 ml erfolgt.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (d) die zweite Alkalisierung progressiv bis zur einer Alkalität von pH 11 oder mehr erfolgt.
17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Schritt (d) die zweite Alkalisierung progressiv bis zum Erreichen des optimalen Flockungspunkts erfolgt.
18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, enthaltend den weiteren Schritt:
(e) Hauptkalkung des vorgekalkten Rohsafts.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei in Schritt (e) die Hauptkalkung folgende Schritte umfasst
(e1 ) erste Hauptkalkung des Rohsafts bei einer Temperatur von 75°C oder weniger; und
(e2) zweite Hauptkalkung des Rohsafts bei einer Temperatur von mehr als 75°C.
20. Verfahren zur Herstellung von Saccharosesirup aus Zuckerrüben, wobei die Zuckerrüben extrahiert werden, anschließend das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 durchgeführt, der alkalisierte Rohsaft geklärt und anschließend aus dem geklärten Rohsaft Saccharosesirup gewonnen wird.
21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, enthaltend:
eine erste Alkalisierungseinrichtung (10) zur Alkalisierung von Rohsaft mit einem Zulauf (11) für den Rohsaft, einer Dosiereinrichtung (13) für die Dosierung von Alkalien und einem
Ablauf (12) für den alkalisierten Rohsaft;
eine Vorkalkungseinrichtung (30) zur Vorkalkung des alkalisierten Rohsaft mit einem Zulauf (21) für den alkalisierten Rohsaft, einer Dosiereinrichtung (23) für die Dosierung von Kalkmilch und einem Ablauf (22) für den vorgekalkten Rohsaft; und
einen ersten Wärmetauscher (20) zum Aufheizen des in der ersten Alkalisierungseinrichtung (10) alkalisierten Rohsaft, mit einen Zulauf (21) für den alkalisierten Rohsaft und einem Ablauf (22) für den aufgeheizten gekalkten Rohsaft, wobei der Zulauf
(21) mit dem Ablauf (12) der ersten Alkalisierungseinrichtung (10) in Fluidverbindung steht und der Ablauf (52) mit dem Zulauf (31 ) der Vorkalkungseinrichtung (30) in Fluidverbindung steht.
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