NL9401412A - Werkwijze voor het modificeren van zetmeel. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het modificeren van zetmeel

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het modificeren van zetmeel/ waarbij een suspensie van zetmeel korrels in een waterige vloeistof met loog verstijfseld en met een reagens gemodificeerd wordt.

De aldus verkregen gemodificeerde zetmeelprodukten, zoals zetmeelethers en ztemeelesters, worden veelal toegepast in de voedsel- en papierindustrie als additief. Voorbeelden van toepassingen van onder meer hydroxypropyl zetmeel zijn het gebruik als additief bij het bedrukken van textiel en als lijm voor golfkarton. Produktie van gemodificeerd zetmeel met een lage graad van molaire substitutie geschiedt op industriële schaal door reactie van een geschikt reagens/ bijvoorbeeld etheenoxide, propeenoxide of vinylacetaat, in een waterige slurrie van zetmeel.

Het bereiden van produkten met een hoge molaire substitutiegraad in een waterige suspensie (slurrie) is vrij lastig door de verlaging van de verstijfselingstemperatuur die optreedt bij toenemende substitutiegraad. Omdat de verstijfseling dan al bij lage temperatuur optreedt, bestaat het gevaar dat de zetmeelkorrels oplossen tot een visceuze massa, waarin een uniforme substitutie niet meer mogelijk, hetgeen tot moeilijk reproduceerbare en inhomogene produkten kan leiden.

Er is reeds voorgesteld om de modificatie van zetmeel, zoals de bereiding van zetmeelethers, uit te voeren in apparatuur waarin verhoogde afschuifkrachten optreden, zoals in extruders en in statische mengers. De problemen die hierboven geschetst zijn, treden echter nagenoeg onverminderd op bij de toepassing van dergelijke apparatuur. Ten slotte is het van belang dat het gehalte aan loog in het eindprodukt zo laag mogelijk gehouden wordt, zodat geen of slechts een geringe nabehandeling nodig is voor de neutralisatie en/of het verwijderen van de toegepaste loog. De toepassing van geringe hoeveelheden loog heeft echter het probleem, dat de reproduceerbaarheid en de homogeniteit van het produkt te wensen overlaat, omdat de verstijfseling dan niet gelijkmatig verloopt in het mengsel. Als een deel van het materiaal sneller verstijfselt dan de rest treedt er een aanzienlijke verblijftijdspreiding op. De viscositeit van een verstijfselende zetmeelsuspensie loopt namelijk sterk op en wel tot een waarde die een factor 106 hoger kan liggen dan die van het onverstijfselde materiaal. Vervolgens daalt de viscositeit weer en wel tot een waarde die ongeveer het midden houdt van de beide extremen. Het zal duidelijk zijn dat dit ongewenst is vanuit het oogpunt van een stabiele procesvoering en reproduceerbare produktkwaliteit.

Het is een doel van de uitvinding te voorzien in een methode voor het modificeren van zetmeel, bij voorbeeld het bereiden van verstijfselde zetmeelethers, waarbij op eenvoudige wijze een reproduceerbaar produkt wordt verkregen Een ander doel is het verschaffen van een werkwijze voor het modificeren van zetmeel waarbij op continue wijze een homogeen produkt wordt verkregen. Tevens is het een doel van de uitvinding de modificatie, die door loog gekatalyseerd wordt, uit te voeren met een zo gering mogelijke hoeveelheid loog, zonder dat er problemen optreden met viscositeitsverschillen.

De uitvinding beoogt een oplossing te geven voor een of meer van deze problemen en is mede gebaseerd op het inzicht, dat het probleem van de geringe reproduceerbaarheid en de homogeniteit van het produkt ten minste gedeeltelijk ondervangen kan worden door de toegevoegde loog homogeen over de slurrie te verdelen.

De uitvinding betreft derhalve een werkwijze voor het continu modificeren van zetmeel, waarbij een suspensie van zetmeelkorrels (slurrie) in een waterige vloeistof verwarmd wordt tot een temperatuur waarbij nog geen verstijfseling optreedt, vervolgens loog en reagens continu aan de suspensie toegevoerd worden, waarbij de loog en eventueel ook het reagens homogeen over de slurrie verdeeld worden, waarna onder toepassing van electromagnetische straling het mengsel verder verwarmd wordt tot een temperatuur die voor volledige verstijfseling en de modificatie gewenst is en het mengsel aan een reactorsectie voorzien van statische mengelementen toegevoerd wordt.

De uitvinding berust op het verrassende inzicht, dat door een speciale combinatie van maatregelen deze doelstellingen van de uitvinding bereikt kunnen worden. Van belang in deze combinatie is in de eerste plaats de voorverwarming van de suspensie van zetmeeldeeltjes tot een temperatuur waarbij nog geen verstijfseling optreedt. Bij voorkeur geschiedt deze voorverwarming tot een temperatuur die niet meer dan 15, bij voorkeur niet meer dan 10 en meer in het bijzonder niet meer dan 5°C onder de temperatuur ligt, waarbij verstijfseling gaat optreden.

Een tweede aspect van de uitvinding betreft de homogene toevoer van loog, hetgeen inhoudt, dat de loog binnen een zo kort mogelijke tijd gelijkmatig verdeeld is over de gehele slurrie, waarbij in de vloeistof in hoofdzaak geen concentratiegradiënt van de toegevoerde component over de doorsnede van de ruimte optreedt. Omdat de verstijfseling vrijwel onmiddellijk optreedt en daarbij de viscositeit gigantisch stijgt, heeft het de voorkeur het modificerende reagens, veelal een alkeenoxide of vinylacetaat, bij voorkeur etheenoxide en/of propeenoxide, tegelijk met de loog of voorafgaand daaraan toe te voegen. Bij voorkeur geschiedt deze toevoeging ook homogeen, hoewel dit minder kritisch lijkt te zijn. Door de veelal langere reactietijd in de statische mengsectie, waarin ook nog radiale menging optreedt, is de modificatie veelal voldoende homogeen, ook als de toevoer van het modificerende reagens niet geheel uniform over de doorsnede van de slurrie is verdeeld. Het heeft echter de voorkeur om het modificerende reagens homogeen toe te voeren, omdat dit wel een positief effect heeft op de reproduceerbaarheid van het proces en de homogeniteit van het eindprodukt.

Een derde aspect van de uitvinding betreft de homogene verwarming van het continu verstijfselende mengsel met behulp van electromagnetische straling, kort gezegd met een magnetron. Door het continu verstijfselende mengsel met behulp van een magnetron te verwarmen treedt een zeer uniforme temperatuurstijging op, waardoor de viscositeit van het mengsel over een doorsnede van de reactor gelijk blijft. Hierdoor treedt er geen noemenswaardige verblijftijdspreiding door viscositeitsverschillen op. Bij andere methoden van verwarming heeft men het probleem, dat door de ongelijkmatige verdeling van de warmte, bijvoorbeeld door een gradiënt over de doorsnede van de reactor, grote viscositeitsverschillen ontstaan hetgeen tot gevolg heeft, dat delen van de reactorinhoud snel 'doorschieten' terwijl andere delen lang blijven hangen.. Het gevolg is een sterk verschil in produktkwaliteit in de reactoruitvoer. Ook krijgt men het effect van het 'doorschieten' van proppen materiaal.

Ten slotte dient het verwarmde materiaal in een daartoe geschikte reactor, in dit geval een reactor voorzien van statische mengelementen uitgereageerd te worden tot een gemodificeerd en volledig verstijfseld zetmeelprodukt. Het begrip 'volledig verstijfseld' houdt in, dat een homogene en in hoofdzaak transparante oplossing van (gemodificeerd) zetmeel verkregen is. Dit sluit niet uit dat op microschaal nog enkele fracties van niet-verstijfselde zetmeelkorrels aanwezig zijn.

Door de combinatie van genoemde aspecten van de werkwijze verkrijgt men een gemodificeerd zetmeel, dat voldoet aan de in de inleiding gestelde voorwaarden. Meer in het bijzonder verkrijgt men een homogeen en reproduceerbaar produkt met een laag gehalte aan natriumhydroxide (loog).

Bij de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding kunnen de diverse procescondities, voorzover niet hierboven reeds vastgelegd, door de deskundige gekozen worden in afhankelijkheid van de feitelijk gewenste eindprodukten. Dit betreft onder meer de mate van molaire substitutie, die bij voorkeur ligt tussen 0,05 en 1,0, meer in het bijzonder tussen 0,1 en 0,6. De aard van de substitutie en de mate van substitutie bepalen mede de procescondities zoals looghoeveelheid, temperatuur van voorverwarming, en dergelijke. Deze variabelen zijn uiteraard ook afhankelijk van de hoeveelheid zetmeel in de suspensie die bijvoorbeeld kan liggen tussen 10 en 45 gew.%.

Zoals hierboven aangegeven is, dient de loog oplossing, bij voorkeur met een concentratie van 0,05 tot 5 molair, homogeen toegevoerd te worden waarbij kan worden volstaan met een concentratie van maximaal 300 mol/m3 slurrie. Dit kan met voordeel geschieden door de loog en eventueel ook de alkeenoxide toe te voeren in een buisvormig reactorsegment, met behulp van één of meer toevoerbuizen die axiaal in het buisvormig reactiesegment geplaatst zijn, en welke toevoerbuizen voorzien zijn van radiale uitstroomopeningen.

Op deze wijze verkrijgt men een homogene verdeling van de loog in de suspensie van zetmeel, zodat ook tijdens en na de uniforme verwarming een continue en homogene verstijfseling optreedt, die gevolgd wordt door de modificatie met het reagens.

De verwarming van het mengsel geschiedt tot een temperatuur, die afhankelijk zal zijn van de mate van substitutie en van de aard van de substituent, evenals van de hoeveelheid loog. Opgemerkt wordt, dat de toegevoerde loog niet alleen (mede) de verstijfseling bewerkt, maar ook de modificatiereactie, bij voorbeeld de veretherings- of de veresteringsreactie, kan katalyseren. Bij voorkeur wordt verwarmd tot een temperatuur gelegen tussen 60 en 120°C, waarna het verwarmde mengsel verder reageert in de sectie van statische mengelementen.

In de figuur wordt een reactor die geschikt is voor de uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding beschreven. In deze figuur is de reactor 1 voorzien van een aanvoer voor de zetmeel slurrie 2, welke slurrie in mengkamer 3 gemengd wordt met reagens en loog. Deze worden aangevoerd via toevoerleidingen 4 en 5. Van groot belang daarbij is, dat de toevoer van loog via leiding 5 uniform over de vloeistof geschiedt. Volgens de uitvinding kan dit bereikt worden door de toevoerleiding 5 aan het uiteinde te voorzien van radiale openingen, aangegeven met pijl 6. Na het passeren van de mengkamer, komt de verstijfselende slurrie in reactorsectie 7, welke voorzien is van statische mengelementen 8, bij voorbeeld SMX® elementen. In deze sectie wordt de slurrie verder verwarmd tot de voor de volledige verstijfseling en modificatie gewenste temperatuur, met behulp van electromagnetische straling, opgewekte met magnetron eenheid 9.

Tenslotte kan de reactie verder voortgezet worden in, niet getekende, reactorsegmenten, voorzien van statische mengelementen, waarna tenslotte het gemodificeerde zetmeel uit de reactor afgevoerd kan worden en verder tot een vorm die voor verkoop geschikt is, verwerkt kan worden en/of opgeslagen kan worden.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van een voorbeeld, maar is hiertoe niet beperkt

VOORBEELD

Aan een reactor zoals beschreven in de figuur werd met een debiet van 3,07xl0'3 kg/s een slurrie toegevoerd, bestaande uit 34,8 gew.% zetmeelkorrels in water. Deze slurrie was in een (niet in de figuur aangegeven) voorverwarmingseenheid verwarmd tot een temperatuur van 57°C. In de mengkamer werd continu 0,21 g/s propeenoxide en 0,38 g/s van een 4 molaire loogoplossing aan de slurrie toegevoerd. De verkregen sterk visceuze vloeistof werd vervolgens in de mengsectie 8 met behulp van de magnetron 9 verwarmd tot een temperatuur van 90°C. Na een verblijftijd van 300 s in de reactorsectie van de reactor die ook op 90°C werd gehouden, werd 1,1 g/s droog gemodificeerd zetmeel gewonnen met een molaire substitutiegraad van 0,30.

Claims (7)

1. Werkwijze voor het continu modificeren van zetmeel, waarbij een suspensie van zetmeelkorrels (slurrie) in een waterige vloeistof verwarmd wordt tot een temperatuur waarbij nog geen verstijfseling optreedt, vervolgens loog en reagens continu aan de suspensie toegevoerd worden, waarbij de loog en eventueel ook het reagens homogeen over de slurrie verdeeld worden, waarna onder toepassing van electromagnetische straling het mengsel verder verwarmd wordt tot een temperatuur die voor volledige verstijfseling en de modificatie gewenst is en het mengsel aan een reactorsectie voorzien van statische mengelementen toegevoerd wordt.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de temperatuur in de eerste verwarmingsstap niet meer dan 58°C bedraagt.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij de loog en het reagens in een buisvormig reactorsegment toegevoerd worden aan de slurrie met behulp van één of meer toevoerbuizen die axiaal in genoemd buisvormig reactorsegment geplaatst zijn, en welke toevoerbuizen voorzien zijn van radiale uitstroomopeningen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, waarbij als reagens een alkeenoxide, bij voorbeeld etheenoxide en/of propeenoxide, of vinylacetaat toegepast wordt.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij als reagens propeenoxide toegepast wordt, bij voorkeur in een zodanige hoeveelheid, dat een molaire substitutiegraad van 0,05 tot 1,0, bij voorkeur 0,1 tot 0,6, bereikt wordt.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij genoemde verwarming onder toepassing van electromagnetische straling geschiedt tot een temperatuur boven de verstijfselingstemperatuur, bij voorkeur gelegen tussen 60 en 120°C.

7. Reactorsysteem geschikt voor uitvoering van de werkwijze volgens conclusie 1-6, omvattende een voorverwarmingseenheid, middelen voor het homogeen toevoeren van twee of meer stoffen aan een slurrie, een eenheid voor het verwarmen met behulp van electromagnetische straling, een eenheid voor het nareageren, waarin zich statische mengelementen bevinden.