NL8004879A - Continue werkwijze en apparatuur voor het modificeren van koolhydraatmateriaal. - Google Patents

Description

.2- YO 889

Betr.: Continue werkwijze en apparatuur voor het modificeren van kool-hydraatmateriaal.

De uitvinding betreft een werkwijze voor het amzetten van een kool-hydraatmateriaal met diverse modificerende of derivaatvormende middelen.

Meer in het bijzonder betreft de uitvinding een werkwijze voor het produceren van gemodificeerde zetmeelsoorten en derivaten van zetmeelsoorten 5 in een homogene fluïde vorm.

Een reeks langketenvormige koolhydraatmaterialen met een hoog mole cuulgewicht zijn bekend, waarvan zetmeel een karakteristieke vertegenwoordiger is. Wanneer deze materialen worden behandeld met een oplosmiddel, gewoonlijk onder druk, bereiken ze een stadium waarin het 10 polymeer* . diverse confoimatietoestanden kan innemen en handhaven.

Een dergelijk stadium gaat gewoonlijk gepaard met een verlaging van de viscositeit. Het gebruikte oplosmiddel is gewoonlijk water, hoewel ook andere oplosmiddelen kunnen worden toegepast. Voorzover dit zetmeel betreft j zijn natieve zetmeelsoorten in hun gewone commerciële vorm onop-15 losbaar in water, maar ze kunnen tot colloldale of semi-colloidale dispersies· worden gevormd, door ze te suspenderen met water en de verkregen suspensie op een Verhoogde temperatuur te verhitten, waarop de zetmeel-granules zwellen of barsten en aldus gegelatineerd worden. De specifieke temperatuur voor gelatineren hangt van de specifieke zetmeelsoort af en 20 van de voorwaarden tijdens het gelatineren. De eigenschappen van dergelijke gegelatineerde dispersies hangen van vele factoren af, zoals de temperatuur en de concentratie en ook van het zetmeelmateriaal zelf alsmede de wijze, waarop de dispersie werd bereid.

Deze gelvormende eigenschappen van zetmeelsuspensies bij verhitten 25 heeft altijd moeilijkheden gegeven bij werkwijzen voor het omzetten van zetmeel met andere reagentia. Gewoonlijk worden deze zetmeelreacties uitgevoerd in chargegewijs werkende houders gedurende een lange tijd.

Men heeft enig succes gehad met continu verlopende zetmeelreacties en er zijn b.v. continue zetmeelhyörolysatiesysternen op de markt, waarbij 30 een zetmeelsuspensie eenvoudigweg door een lange verhittingsspiraal wordt gepompt, waarin de hydrolyse plaatsvindt. Dergelijke systemen vragen veel fabrieksruimte en energie en hebben tevens hun beperkingen wat betreft de mate van de reactie die kan worden bereikt. Zo bedraagt bij een hydrolyse van zetmeel de maximale D.E. waarde, die bevredigend kan worden be-35 . reikt in een systeem van dit type ongeveer 50. Wanneer men stropen met 80 04 8 79 -2- * een ho^r D.E. wenst, b.v. tenminste TO D.E., is een enzymcmzettingspro-cédé nodig.

Een "belangrijke stap voorwaarts "bij de zetmeelreacties vormt het Amerikaanse octrooi 4.137.09^, volgens hetwelk, een zetmeelsuspensie door een 5 primaire verhittingsspiraal.wordt gepompt, waarbij hij door de gelati-neringsfase gaat en de vorm aanneemt van een hete vrij vloeiende vloeistof. Deze vloeistof wordt vervolgens onder hoge druk geleid via een restrictieve opening in een ruimtelijk begrensde tubulaire reactiezone en dit heeft het effect, dat de reactiviteit van de zetmeelsuspensie sterk 10 wordt verhoogd.

Dit apparaat werkte met een oliebad en wanneer bij een middelmatige temperatuur van ca. 1T0°C werd gewerkt, konden bevredigende stropen worden geproduceerd met glucose-equivalenten tot ca. 70. Voor een snelle omzetting kunnen deze alleen worden bereikt bij zeer hoge drukken van gewoon- 2 15 lijk meer dan ca, 8U kg/cm en er bestaan tot dusver geen pompen op technische schaal, die bij het transporteren van zure zetmeelsuspensies bij dit soort hoge drukken niet zeer snel defect raken.

Er werd gevonden, dat stroomsnelheden sterk toenemen en de drukken kunnen afnemen wanneer de temperatuur van het oliebad wordt verhoogd-20 maar dit resulteert in een vermindering van de kwaliteit van de verkregen stropen. Bij een olietemperatuur van b.v. 190°C konden geen bevredigende stropen worden verkregen met glucose-equivalenten van ca. 60 of meer.

De gebruikelijke handelsstropen hebben D.E. waarden tot 73 en wil een technische machine volledig bruikbaar zijn, dan moet hij in staat zijn 25 om een stroop van hoge kwaliteit met een D.E. tot 73 continu te produceren.

De uitvinding betreft nu een werkwijze, waarbij de nadelen van genoemd procédé worden overwonnen.

De uitvinding betreft een continu procédé en apparatuur voor het pro-30 duceren van een gemodificeerd zetmeelmateriaal in een homogene fluïde vorm, waarbij een suspensie van koolhydraatmateriaal continu door een beperkt gehouden buisvormige voorverhittingszone wordt bewogen en hitte snel aan deze suspensie in de tubulaire zone wordt toegevoerd, waarbij hij door een gelatineringsfase gaat en gevormd wordt tot een hete vrijvloeiende 35 vloeistof met een temperatuur van tenminste 125°C. De warmte wordt ver- 8004879 -3- » Λ kregen van een. stocmbad met stoom onder overdruk en de temperatuur van de stoom en de doorsnede van. elke tubulaire voorverhittings zone worden so gekozen, dat de suspensie snel 'wordt verhit^odatae grootte van de zone waarin het zetmeel een hoog viskeus gel is wordt geminimaliseerd. Deze 5 hete aldus gevormde vloéistof wordt vervolgens onmiddellijk door een restrictieve opening geperst in een beperkte tubulaire reactiezone waarbij een plotselinge drukvermindering optreedt en het koolhydraatma-teriaal sterk reactief wordt. Dit sterk reactieve materiaal wordt continu tezamen met een reactieve adjunct door de tubulaire reactiezone be-10 wogen, waardoor een gemodificeerd koolhydraatmateriaal· in fluïde vorm ontstaat,

De apparatuur volgens de uitvinding is een reactor met een verlengde tubulaire voorverhitter met diverse stroombuizen, geleid door een warmte-uitwisselingshouder,. welke uitwisselingshouder zo is gevormd, dat hij 15 stoom oijder overdruk kan bevatten, met een voeding' naar deze voorverhitter bestaande uit een buis verbonden via een groot aantal invoeren voor het aantal stroombuizen, een afvoer uit de voorverhitter uit een afvoerbuis verbonden via een aantal afvoeren van de diverse stroambuizen, waarbij de afmetingen van de invoerbuis, de afvoerbuis en de 20 stroombuizen zo is geregeld, dat de snelheden door de buizen nagenoeg gelijk zijn, met een eerste stroom tegenhoudend mondstuk verbonden met de enkelvoudige afvoerbuis, met een verlengde reactiebuis, waarvan de invoer is verbonden met dit eerste mondstukj en met positieve transport-pomporganen verbonden met de invoerbuis.

25 Het koolhydraatmateriaal kan worden gekozen uit de ongemodificeerde koolhydraatmaterialen, chemisch gemodificeerde koolhydraatmaterialen, derivaatkoolhydraatmaterialen en mengsels daarvan. Het meest gebruikelijke materiaal is zetmeel, b.v. van mais, aardappelen, tapioca, sago, rijst, tarwe, kleefmais, sorghum en kleef sorghum. Ze kunnen worden ge-30 bruikt in geraffineerde vorm of als natuurlijke componenten van graansoorten. Het is ook mogelijk hemicellulose-houdende materialen toe te passen, b.v. de omhullende vezels, geïsoleerd bij het nat malen.

Het met de koolhydraten reagerende materiaal kan worden gekozen uit zuren, basen, zouten en mengsels daarvan, alsmede uit enzymen, die een 35 gemodificeerd koolhydraat opleveren. Ook kan het reagens een koolhydraat- 8004879 -Λ- derivaat vormend middel zijn, zoals natriumtripolyfosfaat, propyleenoxide, 2,3-epoxypropyl-trimethylammoniumchloride, natriumchlooracetaat, epoxy-chloorhydrine, azi jnsuuranhydride, maleïne zuur anhydride, 2-chloorethyl-diëthylaminehydrochloride, 2,3-epoxypropylsulfonaat,. Sriëthylamine, zwa-5 veltrioxide en ureum.

Sommige moleculen van natuurlijk zetmeel zijn bijzonder lang en bet kan nodig zijn, deze af te breken tot een hanteerbaar punt in de voor-verhittingszone. Dit kan -worden bereikt met behulp van een splitsings-middel, zoals een zuur, in de koolhydraatsuspensie.

10 Bij een werkwijze van het onderhavige type moet de koolhydraatsuspensie een gelstadium doorlopen en vervolgens een evenwichtstoestand bereiken. Bij evenwicht is de suspensie door een viscositeitspiek gegaan en teruggekeerd tot een betrekkelijk lage viscositeit, b.v. minder dan 500 cps bij 90°C onmiddellijk na afvoer, zonder dat het koolhydraat-15 materiaal een duidelijke reactie heeft ondergaan.

Het is een belangrijk kenmerk van de uitvinding, dat de grootte van de zone waarin het gel een hoge viscositeit heeft, minimaal wordt gehouden, omdat men aldus snel het evenwichtsstadium kan bereiken zonder dat het nodig is extreme voorwaarden wat betreft temperatuur en/of druk 20 in de voorverhittingszone toe te passen. Dit vereist een zeer snelle warmtetoevoer aan de suspensie in de voorverhittingszone zonder dat het koolhydraat belangrijk wordt geschroeid en dit is volgens de uitvinding bereikt via individuele tubulaire voorverhittingszones met een beperkte doorsnede, welke door een verhittingsbad met oververhitte stoom gaan.

2 25 De stoom heeft gewoonlijk een druk tussen 7 en 17,5 kg/cm , waarbij p het traject van 7-6,7 kg/cm de voorkeur verdient. Stocm met een druk van 7 kg/cm levert een badtemperatuur op van 166 C, terwijl stocm met een druk van 8,7 kg/cm^ een badtemperatuur oplevert van 185°C. Het is voorts bijzonder gewenst een verzadigde stoom toe te passen, cmdat daar-30 door het verhitten meer uniform verloopt.

Tevens is het belangrijk, het materiaal zo snel mogelijk door de voorverhittingszone te transporteren, omdat lange verhittingstijden ongewenste nevenreacties bevorderen. Dit is speciaal van belang bij het hydrolyseren van zetmeel, cmdat langzame reacties de produktie van 35 materialen als gentiobiose bevorderen, welke het produkt een bittere 8004879 * * -5- smaak geven. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de kaolhy-draatsuspensie gewoonlijk door het gelstadium gevoerd en "bij de reactie-temperatuur op evenwicht gebracht binnen ca. 100 seconden, liefst binnen 25-^5 seconden onder toepassing van een voorverhittingsbuis met een 5 inwendige diameter van 13 mm en binnen ca. 50-100 seconden bij toepassing van een voorverhittingsbuis met een inwendige diameter van 25 mm.

De actuele suspensiesnelheid. bedraagt gewoonlijk 15-120 cm/sec, liefst 30-90 cm/sec.

Bij deze evenwichtsvoorwaarden en gewenste reactietemperaturen 10 wordt de hete koolhydraatvloeistof door een restrictieve opening geperst in een tubulaire reactiezone van beperkte omvang waarbij een plotselinge afname van de druk optreedt. Dit heeft het effect, dat de reactiviteit van het koolhydraat sterk toeneemt, zodat het zeer snel kan reageren met de reactieve toeslagstoffen binnen de tubulaire reactie-15 zone. Dergelijke toeslagstoffen kunnen worden toegevoëgd aan de kool-hydraatsuspensie alvorens hem door de voorverhittingszone te leiden, maar kunnen ook direct in. het zeer reactieve materiaal worden geïnjecteerd onmiddellijk achter de restrictieve opening. ‘

De tubulaire voorverhittingszone kan elke gewenste configuratie 20 aannemen, vooropgesteld, dat hierin een continue stroom van het materiaal kan worden aangehouden. Het kan b.v. een warmteuitwisselings-buis zijn, waardoorheen het materiaal met een continue transportpomp wordt gedreven. Cta de gewenste hoge mate van warmteuitwisseling door de gehele suspensie te bereiken, worden de afzonderlijke warmtewisselings-25 buizen liefst, met een betrekkelijk kleine diameter uitgevoerd, b.v. minder dan 5 cm. Gevonden is, dat het bijzonder gunstig is, buizen toe te passen met kleine diameters van b.v. 13 mm tot 38 mm. Bij diameters van 25 mm of meer kan het gunstig zijn statische mengers toe te passen, om binnen de buizen een goede menging te doen plaatsvinden.

30 Bovendien kan een verdere verwarming en menging van de zetmeel- suspensie worden bereikt door direct stoom in de suspensie binnen de buis te injecteren, b.v. door stoom in het gebied van de invoer van de voorverhittingszone te injecteren. Dit kan ertoe leiden, dat de temperatuur van de suspensie bijzonder snel oploopt, maar heeft anderzijds 35 natuurlijk een verdunnend effect op de suspensie. De verdere verhitting tot evenwichtsvoorwaarden wordt bereikt door indirect te verhitten in een stoombad.

8004879 -6-

De restrictieve opening moet een doorsnede hebben, die aanmerkelijk kleiner is dan-de doorsnede van de afzonderlijke voorverhittingsbuizen en elke opening heeft bij voorkeur een diameter van minder dan 6 mm.

De restrictieve opening tussen de voorverhittingszone en de reactiezone 5 kan de vorm hebben van een enkele opening, of een reeks naast elkaar aangebrachte openingen.

De temperatuur van het materiaal, dat door de restrictieve opening gaat,bedraagt tenminste 125°C en ligt bij voorkeur tussen 130 en 1T0°C bij een zure hydrolyse van zetmeel. Voor andere reacties kan de tempera-10 tuur vanzelfsprekend hiervan duidelijk afwijken.

De. druk bij de invoerplaats naar de restrictieve opening bedraagt 2 2 gewoonlijk tenminste 21 kg/cm en liefst tenminste 35-TO kg/cm . De bovengrens wordt, in hoofdzaak bepaald door het vermogen van de pomp, de suspensie op deze druk te brengen. Er treedt een duidelijke drukver- 15 laging op over de restrictieve opening en deze bedraagt bij voorkeur in „ o de orde van 21-1*2 kg/cm .

De tubulaire reactiezone kan eveneens van iedere gewenste configuratie zijn, vooropgesteld, dat. het materiaal continue stromend kan worden gehouden. Bij voorkeur heeft deze de vorm van een warmteuitwisse-20 lingsbuis, die ofwel door het voorverhittingsstocarbad, danwel door een afzonderlijk warmtewisselingsbad loopt met dezelfde of een andere temperatuur dan het voorverhittingsstoombad. De reactiebuis kan dezelfde grootte hebben als de voorverhittingsbuizen maar ook breder of smaller zijn dan deze buizen, afhankelijk van de te verwerken materialen.

25 Gewoonlijk is de grootte van de reactiebuis minder critisch dan de grootte van de voorverhittingsbuis, omdat het materiaal dat de reactiebuis binnenkomt reeds een vrij vloeiende vloeistof is die de reactie-temperatuur heeft aangenomen.

De verblijfstijd in een tubulaire reactiezone met een diameter van 30 13 mm duurt gewoonlijk korter dan 2 minuten voor het bereiden van een zetmeelstroop met een D.E. tot 73 en een stroop van 73 D.E. van hoge kwaliteit kan volgens de uitvinding worden verkregen bij een totale verblijfstijd in een voorverhittings- en reactiezone van 13 mm in minder dan 2,5 minuut.

35 Het is gewenst, dat de druk binnen de reactor volledig door de 8004879

,* A

-τ- voedingspamp wordt geregeld, liever dan door een of andere vorm van een op druk reagerende recireulatielus. Dit kan worden bereikt door een variabele positieve snelheidstransportpomp, b,v. een Moyno-pomp, waarbij de druk in de reactor wordt geregeld door de pompsnelheid. Aldus beweegt 5 het te behandelen materiaal door de reactor als een continu getransporteerde bewegende massa.

Een nog betere regeling van 'dit systeem wordt bereikt , indien een controle wordt gehandhaafd over de druk binnen de tubulaire reactiezone en dit kan makkelijk worden bereikt door een verdere restrictieve opening 10 bij de afvoer van de reactiezone aan te brengen. De druk binnen de reactiezone wordt bij voorkeur gehandhaafd op een zodanig niveau, dat het materiaal in de reactiezone goed vloeibaar is, b.v. op ca. ik kg/cm .

Een aantal voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding is weergegeven in de tekening, waarint 15 fig. 1 een schematisch stroomschema is, dat de apparatuur voor het uitvoeren van de uitvinding weergeeft; fig. 2 een schematische weergave van een voorkeursuitvoeringsvorm van. de apparatuur; fig. 3 een gedetailleerde weergave van een tubulaire collector; 20 fig. 3a een doorsnede van een voorkeurscollector; fig. k een grafiek, van D.E.-waarden tegen de verblijfstijd in de reactor; fig. 5 een grafiek omtrent het glucosegêh&lte tegen de verblijfstijd in de reactor; 25 fig. 6 een grafiek omtrent het temperatuurverloop in met stoom en olie verhitte reactoren en fig. 7 een grafiek omtrent het drukverval tegen de stroomsnelheden bij een stoomreaetor.

Ih fig. t is een voorraadtank 10 aanwezig voor een zetmeelsuspen-30 sievoeding. Deze tank heeft een afvoerpijp 11 die een Moyno-pomp 12 voedt. De suspensie wordt uit pomp 12 naar pijp 13 gepompt en vandaar met hoge druk naar de verhittingsspiraal lk. De druk binnen spiraal lk wordt geregeld door de snelheid van pomp 12.

De hoofdreactor van deze inrichting is een gesloten en geïsoleerde 35 houder 15, in hoofdzaak een stoomvat dat van stocm wordt voorzien via 80 04 8 79 -8- invoer 16 en een afvoer voor stocm 17 bevat. Een stoamcontrolekraan 13 is aangebracht op de invoer.

De buisvormige spiraal ll· is vervaardigd van roestvrij staal en bij voorkeur als spiraal gevormd. Dit is de voorverhitter voor de reactie 5 en de suspensie door buis .lU gaat door het gelstadium en wordt gevormd tot een hete vrij vloeiende vloeistof. De afvoer van voorverhittingsbuis lH gaat door een eerste restrictieve opening van mondstuk 18 met een aanmerkelijk kleinere diameter dan de diameter van buis lU. De afvoer van mondstuk 18 mondt uit in een verdere roestvrij stalen buis 19 die 10 de tubulaire reactiezone volgens de uitvinding vormt. Deze buis in de vorm van een spiraal gaat terug door stocmvat 15 en de reactie vindt tijdens deze passage plaats in de hete vloeistof in spiraal 19.

Om de druk binnen spiraal 19 te regelen is een tweede restrictieve opening of mondstuk 20 bij de afvoer aangebracht. Het reactieprödukt 15 wordt tenslotte opgevangen in afvoerbuis 21.

Fig. 2 geeft schematisch een opstelling weer die de inrichting een hogere capaciteit verschaft. Omdat een van de belangrijke kenmerken van de uitvinding is gelegen in de korte verhittingstijd van de reactieve materialen, is het zeer belangrijk, de zetmeelsuspensie zo snel mogelijk 20 door het gelstadium te voeren en zo snel mogelijk op de reactietempera-tuur te brengen. Dit wordt bij fig. 2 bereikt door de suspensieinvoer 13 te verbinden met een veelvoud bestaande uit twee vertakte leidingen 22 en 23. Elk van deze vertakte pijpen, wordt verder verdeeld in drie verdere vertakte pijpen 2h, 25 en 26 binnen het hitteuitwisselingsvat. Aldus 25 treden zes voorverhittingsspiralen op door houder 15. Daardoor is een zeer snelle warmteuitwisseling tussen stoom en suspensie mogelijk.

Elke groep van drie spiralen mondt uit in een enkele afvoerbuis 27 en 28 en deze op hun beurt voeden een enkele afvoer 29 die uitmondt bij het eerste mondstuk 18. De rest van de reactie verloopt op dezelfde wijze 30 ah beschreven bij fig. 1.

Omdat de viscositeit van het te verwerken materiaal sterk varieert wanneer het door de voorverhittingszone loopt, is het zeer belangrijk, dat de grootte van de buizen zodanig is, dat op elk punt van het proces een constante snelheid over alle buizen plaatsvindt. Zo moet bij de af-35 voer van de buizen 2h, 25 en 26, zoals blijkt uit fig. 3, de grootte van 8004879 * -9- de huizen 2b, 25 en 26 enerzijds en huis 27 anderzijds zodanig zijn, dat de snelheden in alle vier deze huizen constant is. Hetzelfde geldt voor de drie voorverhittingshuizen die uitkamen in pijp 28 en de stroom in de huizen 27 en 28 moet eveneens gelijk zijn, zodat de materialen die 5 uit de diverse huizen komen in hetzelfde stadium van verwerking verkeren, vanneer zij hij pijp 29 en het eerste mondstuk 18 terechtkomen.

De hoofdvertakkingshuizen 22 en 23 kunnen kranen, bevatten, zodat een of heide pijpen kanvorden gebruikt. Bovendien kunnen deze pijpen 22 en 23 tezamen met 27 en 28 koppelingen bevatten, zodat afzonderlijke bundels 10 huizen 2b, 25, 26 voor onderhoud kunnen vorden verwijderd. Bij verwijdering van een bundel kan de rest van de reactor voortgezet vorden bedreven.

Een voorkeursvorrn van een collector voor de verschillende.voorver-hittingsreactiebuizen is weergegeven in fig, 3a. Een probleem dat kan 15 optreden vanneer een reeks buizen in een enkele afvoerbuis uitmondt is dat indien de voorvaarden binnen de diverse buizen niet absoluut iden-tiek zijn, '’ér een tendens kan optreden tot een snellere stroom door een van de buizen dan door de andere en deze zal dan de neiging hebben sneller af te voeren in de afvoerbuis dan de langzamere buizen, waardoor 20 het produkt minder homogeen vordt.

De collector van fig. 3a heeft de vorm van een afgeknot kegelvormig vat 31 met. de afvoeren van de buizen 2b, 25 en 26 samenvallend bij het brede.uiteinde van 31 in een hoek op de as van dit vat. Aldus stuiten de stromen uit de buizen 2b, 25 en 26 op elkander binnen 31, waardoor een 25 homogene menging op dit punt plaatsvindt en de neiging van een bepaalde stroom uit een van de buizen 2b, 25 of 26 om direct naar afvoerbuis 27 te stromen vordt onderdrukt. Deze opvanger kan op elk punt in het systeem vorden gebruikt, vaar afvoeren van tvee of meer buizen in een enkele buis uitmonden.

30 De bovenweergegeven systemen geven de reactiebuis veer, die door dezelfde warmteuitvisselaar passeert als de voorverhittingshuizen. latuurlijk kan afhankelijk van de reactie de reactiebuis ook gedeeltelijk of geheel buiten deze warmtewisselaar vorden geleid, of een ander varmte-uitvisselingsbad passeren, en vel met een temperatuur, die verschilt van 35 die van het voorverhittingsbad.

8004879 -10-

De -volgende voorbeelden lichten de uitvinding nader toe. Alle hoeveelheden zijn gewichtsdelen tenzij anders weergegeven.

Voorbeeld I: a) Deze werkwijze werd uitgevoerd onder toepassing van een reactor van 5 het type weergegeven in fig. 1. De spiralen lU en 19 waren vervaardigd van roestvrij staal en hadden een inwendige diameter van 13 mm, waarbij spiraal 1^ een lengte had van 36,6 m. en spiraal 19 een lengte van 12,2 m. Het eerste mondstuk had een diameter van 1,6 mm en het tweede mondstuk had. de vorm van een. paar naburige openingen elk met een diameter van 10 1,6 mm.

Een zetmeelsuspensie werd uit zetmeel en water gevormd', en deze sus-

O

pensie bevatte 36,1# droge stof. 200 cm zoutzuur werd aan deze suspensie per b5 kg zetmeel droge stof toegevoegd en daardoor kreeg de suspensie een geleidingsvermogen van UlOO micrcmhos bij 30°C. Deze suspensie werd 15 geleid door de reactor met een snelheid van 7,5 1/nin onder de volgende reactievoorwaarden:

Tabel A

Reactorvoorwaarden: temperaturen;

20 stoomtoevoer l6T°C

stoom na controlekraan l63°C

stoombad (onder) l60°C

stoombad (boven) l60°C

invoer eerste mondstuk 1^8°C

25 afvoer eerste mondstuk lit8°C

invoer tweede mondstuk 159°C

Drukken: 2 stoomtoevoer 7 kg/crn overdruk 2 stoom na controlekraan 5,7 kg/cm overdruk ,->2 30 afvoer voedingspcmp 70 kg/em overdruk 2 invoer eerste mondstuk 52,5 kg/cm overdruk 2 afvoer eerste mondstuk 32,9 kg/cm overdruk

De hete zetmeelvloeistof had onmiddellijk voor het eerste mondstuk 18 een viscositeit van ca. 25 cps bij 80°C. Het verkregen produkt had 35 een D.E. van ca. ib.

b) De bovenweergegeven apparatuur werd gemodificeerd en wel met een 8004879 Λ- % -11- voorverhittings spiraal van 2k,h m en reactie spiralen met variërende lengten. Met deze opstelling "bedroeg de verblijfstijd in de voorverhittings-zone ca. 33 seconden en de totale verblijfstijd in de reactor tussen 5-0 en 150 seconden.

5 De zetmeelsuspensie bevatte 36,k% droge stof en proeven werden ge- daan met 1^0 en 200 cm zoutzuur per 1*5 kg/zetmeel droge stof in de suspensie. De stoanbadtemperatuur bedroeg l66°C en de druk bij de afvoer

O

van de voedingspomp 63 kg/cm overdruk. Dit leverde D.E.-waarden op tussen 15 en ca. 73 waarbij bet produkt van zeer goede kwaliteit was.

10 De D.E.-resultaten zijn weergegeven in:·, fig. U en tonen de snelle stijging 7an ^e D.E.-waarde binnen de reactiebuis aan. Fig. 5 geeft een afzonderlijke grafiek omtrent de glucosefracties in de produkten van de verschillende proeven.

Voorbeeld II: 15 a) Een reeks verdere proeven werd uitgevoerd in dezelfde apparatuur als bovenbeschreven waarbij maisstropen met D.E.-waarden boven 70 werden verkregen.

Door wederom buizen van 13 mm toe te passen werd een proef uitgevoerd met een voorverhittingsspiraal met een lengte van 2k,k m en de 20 reactorspiraal had een lengte van 85 *3 m. Het eerste mondstuk had een diameter van 1,6 mm en een tweede mondstuk bestond uit twee naburige gaten elk met een diameter van 1,6 mm.

Een waterige zetmeelsuspensie werd bereid met daarin 3k,Q% zetmeel

O

droge stof en 190 cet zoutzuur werd toegevoegd bij U5 kg zetmeel droge 25 stof. Dit leverde een geleidingsvermogen op van 3^50 micranhos.

Deze suspensie werd door de reactor gepompt met een snelheid van 6,8 liter per minuut onder de volgende reactievoorwasrden:

Tabel B

Reactorvoorwaarden: 30 temperatuur:

stoomtoevoer l65°C

stoom na controlekraan l65°C

stoombad (onder) l67°C

stoombad (boven) l65°C

35 invoer eerste mondstuk lh^,6°C

ftfl 04 879 -12-

afvoer eerste mondstuk lk5,9°C

invoer tweede mondstuk 162°C

Drukken: 2 stoomtoevoer 6,9 kg/cm overdruk 2 5 stoom na controlekraan 6,8 kg/cm overdruk o afvoer voedingspamp 63 kg/cm overdruk invoer tweede mondstuk ik kg/cm overdruk

Het verkregen produkt was een maïsstroop met een voortreffelijke smaak en een D.E. van ca» 7k. Dit produkt had een drogestofgehalte van 10 bb-b5%.

h) De hovenweergegeven proef werd herhaald met. een voorverhittings-spiraal met een lengte van 2k,k m en een reactiespiraal met een lengte van 73,1 m. In ander opzicht "bleef de apparatuur ongewijzigd.

De voe dings suspens ie was een parelmaiszetmeelsuspensie met 35,9$ 15 droge stof en 200 car zoutzuur per k5 kg zetmeel droge stof. Deze suspensie werd door de reactor gepompt met een snelheid van 6,6 1/min waarbij de temperatuur hij het eerste mondstuk lk6°C bedroeg.

Het verkregen produkt had een D.E. van ca. 73 en bevatte bdtb% glucose.

20 c) De proef werd herhaald met een voorverhittingsspiraal met een lengte van 8,k m en een reactiespiraal met een lengte van 16,8 m. Opnieuw werd de rest van de apparatuur ongewijzigd gelaten. De voedings-suspensie bevatte 35,5# droge stof van parelmaiszetmeel en hieraan werd

O

190 cm zoutzuur per 1+5 kg zetmeel droge stof toegevoegd. Dit geheel 25 werd met een snelheid van 7,1 1/min door de reactor geleid en de invoer-temperatuur bij het eerste mondstuk bedroeg l6l°C. Het verkregen produkt had een D.E. van ca. 72 en bevatte 1+9,88# glucose en 19,37# dimeer. Voorbeeld III:

Een reeks proeven werd uitgevoerd met dezelfde inrichting als bij 30 voorbeeld I cm de. temperatuurrijs van de zetmeelsuspensie binnen de voorverhittingsspiraal en de reactiespiraal te bepalen. De suspensie bevatte ca. 37# zetmeel droge stof en de proeven werden uitgevoerd met

O

suspensies met daarin lko en 200 cm HC1. De stroomsnelheid bedroeg ca. 79 cm.

35 Deze proeven werden uitgevoerd met een stoombad en een oliebad 8004879 « -13- voor de warmteuitwisseling met badtemperaturen van l60°C en 16j°C.

De verkregen resultaten zijn weergegeven in fig. 6.

Voorbeeld IV:

Sen proef werd uitgevoerd om bet belang te illustreren van een snel-

5 le warmtetoevoer in de voorverhittings zone, De reactor van voorbeeld I

werd toegepast met een voorverhittingsspiraal met een lengte van 2k,k m.

o

De voedingssuspensie bevatte 37% zetmeel droge stof en 200 cm HC1 per kj kg zetmeel. Het stoanbad had een temperatuur van l65°C. De suspensie werd door de reactor met verschillende snelheden gepompt en 10 het drukverval over het system, telkens opgetekend. De resultaten zijn weergegeven in fig. 7·

Deze tonen aan, dat bij toenemende snelheden er een zeer grote toename in het drukverval optreedt. De zeer hoge drukvervallen vereisen zeer hoge invoer drukken, waardoor de pomp en de overige apparatuur zeer 15 hoog worden belast. Hoe sneller dus de warmteoverdracht in de voorver-hittingszone, des te sneller passeert de suspensie door het gelstadium en des te minder energie is nodig om het materiaal door de buis te bewegen.

8004879

Claims (22)

1. Continu procédé voor het "bereiden van een gemodificeerd koolhy-draatmateriaal in fluïde vorm, door een suspensie van koolhydraatmateri-aal continu door een tuhulaire voorverhittingszone te leiden en warmte aan deze suspensie over te dragen, waarbij deze door een geleringsfase 5 gaat en tot een hete vrij stromende vloeistof met een temperatuur van tenminste 125°C wordt gevormd, deze hete vloeistof onmiddellijk door een restrictieve opening te persen in een tuhulaire reactiezone gepaard gaande met een plotselinge afname in druk, waardoor het koolhydraatma-teriaal zeer reactief wordt, en door het zeer reactieve koolhydraat-10 materiaal tezamen met 'een reactieve toeslagstof door de tuhulaire reactiezone te transporteren, ter bereiding van een gemodificeerd koolhydraat-materiaal in. fluïde vorm, met het kenmerk, dat men de warmte aan. de suspensie overdraagt vanuit stocm onder overdruk die tenminste een deel van de tuhulaire voorverhittingszone amgeeft, waarbij de temperatuur van 15 de stoom en de doorsnede van elke tuhulaire verhittingszone zo op"1 'elkaar zijn af gestemd, dat de warmte van de stoom snel over de gehele suspensie wordt overgedragen en de grootte van de zone met een gel met hoge viscositeit die tijdens de gelatineringsfase optreedt, minimaal wordt gehouden.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kool-hydraatmateriaal een zetmeel is.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de toeslagstof bestaat uit een zuur, een base, een zout of mengsels daarvan, danwel uit enzymen. 25 1*. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de toe slagstof een koolhydraatvormend middel is.

5. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat het zetmeel- materiaal in de voorverhittingszone wordt gebracht op een temperatuur van 130-170°C.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stocm een 2 druk heeft van tenminste 7 kg/cm .

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de stoom een druk heeft van 7-8,7 kg/cm .

8. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de stocm 35 verzadigde stoom is. 8004879 -15- 9* Werkwijze volgens conclusie 6, met liet kenmerk, dat elke tubulaire voDrverliittingszone een diameter heeft van ten hoogste 36 cm.

10. Werkwijze volgens conclusie 9» met het kenmerk, dat het zetmeel-materiaal door de voorverhitter wordt geleid, met een snelheid van 5 15-120 cm/sec.

11. Werkwijzè'ivolgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de zetmeel-suspensie in de voorverhitter 10-50 % droge stof "bevat.

12. Werkwijze vólgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de hete vrij-stromende vloeistof uit de voorverhittingszone een viscositeit 10 heeft van minder dan 500 cps "bij 90°C onmiddellijk. na de afvoer.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat. de druk "bij. de invoer van de voorverhittingszone tenminste 21 kg/cm. "bedraagt. lh. Werkwijze volgens conclusie 13» met het kenmerk, dat de restrictieve opening tenminste een opening omvat, waarbij elke opening een 15 diameter heeft van ten hoogste 6 mm.

15. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de zetmeel-suspensie op een temperatuur van tenminste 130°C "binnen 100 seconden in de voorverhittingszone wordt gebracht. •v

16. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de zet- 20 meelsuspensie in de voorverhittingszone in ca. ^5 seconden op tenminste 130°C wordt gebracht. IJ. Continu procédé voor-het bereiden van een gemodificeerd zetmeel-materiaal in fluïde vorm door een zetmeelsuspensie continu door een tubulaire voorverhittingszone met een diameter van ten hoogste 38 cm 25 met een snelheid van 15 tot 120 cm/sec te leiden, aan deze suspensie in de voorverhittingszone warmte toe te voeren vanuit een stoombad met daarin verzadigde stoom met een druk van tenminste 7 kg/cm , waarbij de suspensie het geleringsstadium passeert en een evenwichtstoestand in de vorm van een hete vrijvloeiende vloeistof met een temperatuur van ten-30 minste 125°C bereikt, deze hete vloeistof onmiddellijk door een respectieve opening in een tubulaire reactiezone te persen gepaard gaande met een snelle afname van de druk, waarbij de zetmeelvloeistof zeer reactief wordt en deze zeer reactieve zetmeelvloeistof continu tezamen met een reactieve toeslagstof door de tubulaire reactiezone bewegen door 35 een gemodificeerd zetmeelprodukt in fluïde vorm oristaat. 0niUR79 -16-

18. Continue werkwijze voor het bereiden van zetmeelstropen met D.E.-waarden tot tenminste 73, door continu een aangezuurde zetmeelsuspensie door een tubulaire voorverhittingszone met een diameter van niet meer dan ca. 38 cm en een snelheid van 15-120 cm/sec te leiden en aan deze 5 zetmeelsuspensie uit. een stoombad met verzadigde stoan met een druk van tenminste. 7 kg/cm warmte toe te voeren, waarbij de zetmeelsuspensie het gelstadium doorloopt en een evenwichtstoestand bereikt in de vorm van . een hete vrijvloeiende vloeistof met een temperatuur van tenminste 125°C, de hete aangezuurde zetmeelvloeistof nnmiddellijk door een restrictieve 10 opening te persen in een tubulaire reactiezone, gepaard gaande met een plotselinge afname in druk, waarbij de zetmeel sterk reactief wordt en dit zeer reactieve materiaal continu door de tubulaire reactiezone te voeren cm dit zetmeel tot zetmeelstroop te hydrolyseren.

19. Reactor bestaande uit een verlengde tubulaire voorverhitter met 15 een reeks stroambuizen die door een warmteuitwisselende houder zijn geleid, welke warmteuitwisselingshouder zo is gevormd, dat hij stoom onder overdruk, kan bevatten, met een voedingsinvoer naar deze voorverhitter - - bestaande uit een buis verbonden via een reeks invoeren voor het genoemde aantal strocrabuizen, met een afvoer voor deze voorverhitter bestaande 20 uit een afvoerbuis via een reeks afvoeren met het aantal stroombuizen verbonden, waarbij de grootten van de voedingsbuis, de afvoerbuis en de stroombuizen zo zijn geregeld, dat de snelheden door de buizen nagenoeg gelijk zijn,, met een eerste stroom verminderend mondstuk^verbonden met de genoemde enkele afvoerbuis, met een verlengde reactiebuis waarvan 25 de invoer is verbonden met de afvoer van het eerste mondstuk en met een positief ; transportpomporgaan verbonden met de invoerbuis

20. Reactor volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de warmte-uitwisselingshouder een reeks invoerbuizen omvat en een reeks afvoerbuizen, waarbij elk paar invoer- en afvoerbuizen een reeks stroombuizen 30 daartussen bezit.

21. Reactor volgens conclusie 19» met hèt kenmerk, dat de invoerbuizen qua stroom verbonden zijn met een enkele voedingspcmp.

22. Reactor volgens conclusie 21, met hèt kenmerk, dat de pomp een pomp is met variabele snelheid, en de snelheid van de pomp als 35 een drukregelingsmiddel voor de reactor wordt gebruikt. 8004879 -17-

23. Reactor volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat elk van de voorverhittingsstroómbuizen een. inwendige diameter heeft van ten hoogste 38 cm. 2h. Reactot volgens conclusie 20, met kranen voor het. afzonderlijk 5 sluiten van elk van de invoerhuizen.

25. Reactor volgens conclusie 19» met het kenmerk, dat de verlengde reactiehuis door dezelfde varmteuitvisselaar met de voorverhitter gaat.

26. Reactor volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de verlengde 10 reactiehuis door een andere warmteuitwisselende houder gaat.

27. Reactor volgens conclusie 19 met een continue stroamcollector verbonden met de stroombuisafvoeren, welke collector een afgeknot kegelvormige vorm bezit met een gesloten breed uiteinde en een open smal uiteinde, waarbij het kleine open uiteinde verbonden is met de 15 afvoerbuis en de stroombuizen via openingen in het brede uiteinde uitmonden, waarbij de strocmbuizen nabij deze. openingen in de richting van de as van de collector zijn gericht, zodanig dat de stromingen uit de stroombuizen binnen de collector samenkomen, 8004879