RU2774441C1 - Method and apparatus for splitting starch - Google Patents
Method and apparatus for splitting starch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774441C1 RU2774441C1 RU2021112139A RU2021112139A RU2774441C1 RU 2774441 C1 RU2774441 C1 RU 2774441C1 RU 2021112139 A RU2021112139 A RU 2021112139A RU 2021112139 A RU2021112139 A RU 2021112139A RU 2774441 C1 RU2774441 C1 RU 2774441C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- starch
- rotor
- paragraphs
- digester
- suspension
- Prior art date
Links
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 title claims abstract description 146
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 title claims abstract description 143
- 239000008107 starch Substances 0.000 title claims abstract description 143
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 46
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 210000000614 Ribs Anatomy 0.000 claims abstract description 22
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 57
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 36
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 36
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 21
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims description 14
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 claims description 11
- 230000003068 static Effects 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003672 processing method Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 30
- 229940088598 Enzyme Drugs 0.000 description 28
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 13
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 10
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 9
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 8
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 229920001592 potato starch Polymers 0.000 description 6
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000004382 Amylase Substances 0.000 description 4
- 102000013142 Amylases Human genes 0.000 description 4
- 108010065511 Amylases Proteins 0.000 description 4
- 210000003027 Ear, Inner Anatomy 0.000 description 4
- GUBGYTABKSRVRQ-YOLKTULGSA-N Maltose Natural products O([C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)O[C@H]1CO)[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](CO)O1 GUBGYTABKSRVRQ-YOLKTULGSA-N 0.000 description 4
- 235000019418 amylase Nutrition 0.000 description 4
- YJISHJVIRFPGGN-UHFFFAOYSA-N 5-[5-[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxy-6-[[3,4-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-5-methoxyoxan-2-yl]oxymethyl]-3,4-dihydroxyoxan-2-yl]oxy-6-(hydroxymethyl)-2-methyloxane-3,4-diol Chemical compound O1C(CO)C(OC)C(O)C(O)C1OCC1C(OC2C(C(O)C(OC)C(CO)O2)O)C(O)C(O)C(OC2C(OC(C)C(O)C2O)CO)O1 YJISHJVIRFPGGN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 3
- 229940100445 WHEAT STARCH Drugs 0.000 description 3
- 230000004059 degradation Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000001580 bacterial Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000003139 buffering Effects 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 2
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 2
- 229940025131 Amylases Drugs 0.000 description 1
- 210000000887 Face Anatomy 0.000 description 1
- 229920002521 Macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 240000001016 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 102000004139 alpha-Amylases Human genes 0.000 description 1
- 108090000637 alpha-Amylases Proteins 0.000 description 1
- 229940024171 alpha-amylase Drugs 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 235000005824 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000000593 degrading Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 235000021307 wheat Nutrition 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к способу расщепления крахмала с признаками, указанными в преамбуле пункта 1 формулы изобретения.The invention relates to a method for the splitting of starch with the features indicated in the preamble of
Кроме того, изобретение относится к устройству, которое может применяться при осуществлении предлагаемого изобретением способа в качества варочного котла и которое имеет признаки, указанные в преамбуле пункта 16.In addition, the invention relates to a device that can be used in the implementation of the proposed method as a digester and which has the features indicated in the preamble of paragraph 16.
Известны способы переработки крахмала путем расщепления крахмала. В способе ферментативного расщепления крахмала порошок нативного крахмала подается из мягкой тары ("BigBag") или из бункера в узел суспендирования, где порошок крахмала вводят в воду и образуется взвесь (суспензия) с содержанием твердых веществ до 35%. Из узла суспендирования полученную суспензию крахмала перекачивают в варочный котел, причем фермент, вызывающий расщепление (амилаза), добавляют в узел суспендирования или до или после насоса, который перекачивает суспензию из узла суспендирования в варочный котел. Обычно при поступлении суспензии в варочный котел суспензию нагревают до температуры 85°C-95°C путем нагнетания пара, при этом уже происходит расщепление.Known methods of processing starch by splitting starch. In the method of enzymatic digestion of starch, native starch powder is fed from a soft container ("BigBag") or from a hopper to a suspension unit, where starch powder is introduced into water and a suspension (suspension) is formed with a solids content of up to 35%. From the slurry station, the resulting starch slurry is pumped to the digester, wherein the degrading enzyme (amylase) is added to the slurry station either before or after a pump that pumps the slurry from the slurry station to the digester. Typically, when the slurry enters the digester, the slurry is heated to a temperature of 85°C-95°C by steam injection, and splitting is already taking place.
В линии подачи в варочный котел можно предусмотреть статические смесители или другие внутренние устройства, чтобы предотвратить проскок суспензии и/или чтобы сделать подачу суспензии более однородной.Static mixers or other internal devices may be provided in the feed line to the digester to prevent slurry slippage and/or to make the slurry feed more uniform.
В известных способах время пребывания в варочном котле для достижения желаемой степени расщепления устанавливают посредством буферизации объема. В различных устройствах для реализации известных способов ферментативного расщепления крахмала (нативного крахмала) варочные котлы оборудуют мешалками и при необходимости дисковыми смесителями, чтобы ускорить процесс.In known methods, the residence time in the digester to achieve the desired degree of splitting is set by volume buffering. In various devices for implementing known methods for the enzymatic breakdown of starch (native starch), digesters are equipped with agitators and, if necessary, disc mixers to speed up the process.
Клейстер, полученный при расщеплении крахмала, отводят из варочного котла с помощью насоса и, если использовались ферменты, проводят через участок инактивации. Обычно участок инактивации представляет собой трубчатый реактор, в котором клейстер сначала нагревают путем введения пара до температуры 120°C-135°C. Время инактивации регулируется через объем трубы и/или мощность насоса.The paste obtained from the breakdown of starch is withdrawn from the digester by means of a pump and, if enzymes were used, passed through an inactivation site. Typically, the site of inactivation is a tubular reactor, in which the paste is first heated by introducing steam to a temperature of 120°C-135°C. The inactivation time is controlled by the volume of the pipe and/or the power of the pump.
После того, как расщепление крахмал было прекращено путем инактивации фермента, клейстер разбавляют и затем отправляют на хранение.After the breakdown of the starch has been stopped by enzyme inactivation, the paste is diluted and then sent to storage.
Известно также о применении вместо варочного котла лабиринтной трубы, установленной после введения пара, при этом можно достичь времени пребывания, достаточного для желаемой степени расщепления, а благодаря острым кромкам создается дополнительный сдвиг вещества в суспензии.It is also known to use, instead of the digester, a labyrinth tube installed after the introduction of steam, whereby a residence time sufficient for the desired degree of splitting can be achieved, and due to the sharp edges, an additional shear of the substance in the suspension is created.
В известных способах варочный котел, если он имеет соответствующие большие размеры, можно также использовать в периодическом режиме работы.In known methods, the digester, if suitably large, can also be used in batch mode.
Недостатком известных способов является то, что требуются довольно большие установки, или можно достичь лишь невысокой производительности.The disadvantage of the known methods is that rather large installations are required, or only low productivity can be achieved.
В одном известном способе расщепления катионного крахмала порошок катионного крахмала из мягкой тары (BigBags) или бункера подают в узел суспендирования и порошок вводят в воду, при этом образуется взвесь (суспензия) с содержанием твердых веществ до 15%. Суспензию крахмала перекачивают в трубчатый варочный аппарат.In one known method for the digestion of cationic starch, cationic starch powder from a soft container (BigBags) or hopper is fed into a suspension unit and the powder is introduced into water, thereby forming a suspension (slurry) with a solids content of up to 15%. The starch slurry is pumped into a tubular digester.
В известном способе расщепления катионного крахмала трубчатый варочный аппарат представляет собой трубчатый реактор, в котором сначала суспензию крахмала нагревают до температуры 115°C-135°C путем подачи водяного пара. Время пребывания регулируется через объем трубчатого реактора и/или мощность насоса. После процесса варки чаще всего проводят разбавление, и затем полученный клейстер отправляют на хранение.In the known cationic starch digestion process, the tubular cooker is a tubular reactor in which the starch slurry is first heated to a temperature of 115°C-135°C by supplying steam. The residence time is controlled by the volume of the tubular reactor and/or the power of the pump. After the cooking process, dilution is most often carried out, and then the resulting paste is sent for storage.
При расщеплении катионного крахмала можно также после введения пара использовать лабиринтную трубу вместо трубчатого варочного аппарата.When splitting cationic starch, it is also possible to use a labyrinth tube instead of a tubular cooker after the introduction of steam.
Известно также о замене трубчатого варочного аппарата варочным котлом, который, если он имеет достаточно большие размеры, можно использовать также и в периодическом режиме работы.It is also known to replace the tubular digester with a digester which, if sufficiently large, can also be used in batch operation.
Аппараты и способы расщепления крахмала известны из документов US 3371018 A, WO 2018/011401 A1 и CH 513980 A.Apparatus and methods for the breakdown of starch are known from US 3371018 A, WO 2018/011401 A1 and CH 513980 A.
Из US 3371018 A известно о превращении крахмала в композицию для бумажной промышленности при использовании бактериальной альфа-амилазы (б-амилаза) в воде под действием тепла (225-350°F/107-177°C). Используется вертикальная реакционная колонна, в которой вращается роток с пропеллерными поверхностями. Предусмотрены горизонтальные и вертикальные отражающие поверхности. Должен создаваться размешивающий эффект с восходящим потоком. US 3371018 А относится к непрерывному превращению крахмала бактериальными амилазами с целью получения продукта, который можно использовать в бумажной промышленности для проклейки бумаги. Используется вертикальный реактор с направляющими перегородками и мешалкой, которая должна создавать турбулентный поток. Для инактивирования добавленной амилазы необходимо вводить пар, оставив открытым место, где вводится пар.From US 3371018 A it is known to convert starch into a furnish for the paper industry using bacterial alpha-amylase (b-amylase) in water under the action of heat (225-350°F/107-177°C). A vertical reaction column is used, in which a rotor with propeller surfaces rotates. Horizontal and vertical reflective surfaces are provided. A stirring effect with an upward flow should be created. US 3371018 A relates to the continuous conversion of starch with bacterial amylases to obtain a product that can be used in the paper industry for paper sizing. A vertical reactor with baffles and a stirrer is used to create a turbulent flow. To inactivate the added amylase, it is necessary to inject steam, leaving open the place where the steam is introduced.
В WO 2018/011401 A1 описан ферментативный гидролиз крахмала. Подлежащий гидролизу крахмал, к которому добавлен фермент, будет при перемешивании подвергаться воздействию сдвиговых усилий. В WO 2018/011401 A1 описывается способ получения гидролизованного крахмала, в котором используется фермент амилазного типа. Требующаяся вода может подаваться в виде пара (direct steam injection, нагнетание острого пара), при этом пар подается "подходящими средствами". Упоминается, что во время гидролиза установка температуры может выполняться одновременно с "перемешиванием со сдвигом".WO 2018/011401 A1 describes the enzymatic hydrolysis of starch. The starch to be hydrolyzed to which the enzyme has been added will be sheared during mixing. WO 2018/011401 A1 describes a method for producing hydrolyzed starch using an amylase-type enzyme. The required water may be supplied in the form of steam (direct steam injection), with the steam supplied by "suitable means". It is mentioned that during the hydrolysis, temperature setting can be performed simultaneously with "shear mixing".
Согласно DE 10/2007 011409 A1, при получении ферментативно расщепленного крахмального клейстера в реакционный сосуд, в котором создается турбулентное течение, подается крахмальный клейстер. Крахмальный клейстер образуется в модуле клейстеризации типа трубки Вентури в результате воздействия ферментов и нагревания паром. В DE 10/2007 011409 A1 описан способ получения крахмального клейстера из ферментативно расщепленного крахмала. При этом необходимо добиться хорошего перемешивания фермента с крахмальным клейстером в реакционном сосуде за счет турбулентного течения. Крахмальный клейстер подается в реакционный сосуд или производится в нем. С помощью мешалки в реакционном сосуде можно создавать контролируемое турбулентное состояние. В DE 10/2007 011409 A1 клейстеризация проводится в модуле клейстеризации, не включающем мешалку, в который подается пар. В реакционный сосуд подается не пар, а крахмальный клейстер.According to DE 10/2007 011409 A1, upon receipt of an enzymatically decomposed starch paste, a starch paste is fed into a reaction vessel in which a turbulent flow is created. Starch paste is formed in the Venturi type gelatinization module as a result of the action of enzymes and steam heating. DE 10/2007 011409 A1 describes a process for producing a starch paste from enzymatically degraded starch. In this case, it is necessary to achieve good mixing of the enzyme with the starch paste in the reaction vessel due to the turbulent flow. The starch paste is fed into or produced in the reaction vessel. By means of a stirrer, a controlled turbulent state can be created in the reaction vessel. In DE 10/2007 011409 A1, gelatinization is carried out in a gelatinization module that does not include a stirrer, to which steam is supplied. It is not steam that is fed into the reaction vessel, but a starch paste.
В US 2010/159104 A1 описано получение коллоидного раствора крахмала в варочной камере при температуре от 120°C до 180°C. В абзаце [0021] упоминается "разрыв межмолекулярных водородных связей и растворение макромолекул". В абзаце [0039] упоминается введение пара под давлением в коллоидный раствор крахмала на второй стадии (см. также абзац [0066]). В абзаце [0057] упоминается, что необходимо использовать смесительное устройство. В абзацах [0068] и [0069] указывается, что следует избегать введения пара "в основание камеры", чтобы избежать засорения парораспределительного кольца. В устройстве, показанном на фиг.3 в US 2010/159104 A1, пар подается один раз по трубопроводу к двойной стенке варочного котла и один раз в коллоидный раствор (абзацы [0101] и [0102]). Это также относится к котлам, показанным на других фигурах в US 2010/159104 A1. В US 2010/159104 A1 отсутствуют какие-либо указания на подачу пара в зону перемешивающего инструмента, подробно не описанного.US 2010/159104 A1 describes the preparation of a colloidal solution of starch in a cooking chamber at a temperature between 120°C and 180°C. Paragraph [0021] mentions "the breaking of intermolecular hydrogen bonds and the dissolution of macromolecules". Paragraph [0039] mentions the introduction of steam under pressure into the colloidal solution of starch in the second stage (see also paragraph [0066]). Paragraph [0057] mentions that a mixing device must be used. Paragraphs [0068] and [0069] state that the introduction of steam "at the bottom of the chamber" should be avoided in order to avoid clogging of the steam distribution ring. In the device shown in figure 3 in US 2010/159104 A1, steam is supplied once through a pipeline to the double wall of the digester and once into the colloidal solution (paragraphs [0101] and [0102]). This also applies to boilers shown in other figures in US 2010/159104 A1. In US 2010/159104 A1 there is no indication of the supply of steam to the area of the mixing tool, which is not described in detail.
Согласно US 3308037 А, образуются "продукты разложения" (decomposition products) крахмала, которые можно использовать для желатинизации или ферментативного гидролиза. В US 3308037 А предлагается подавать пар в устройству по трубопроводу. На фиг. 1 устройство подает пар в котел снизу, а на фиг. 2 сверху. Согласно US 3308037 А мешалки в котлах не предусмотрены.According to US 3308037 A, starch "decomposition products" are formed, which can be used for gelatinization or enzymatic hydrolysis. In US 3308037 And it is proposed to supply steam to the device through a pipeline. In FIG. 1, the device supplies steam to the boiler from below, and in FIG. 2 on top. According to US 3308037 A stirrers are not provided in the boilers.
В публикации Guglielmo Santi предлагается биореактор с механическим перемешиванием, в который должен вводиться насыщенный пар. Пар подается по трубопроводу, который открывается снизу на дно реактора. Мешалка заканчивается на некотором расстоянии выше дна реактора.A publication by Guglielmo Santi proposes a mechanically agitated bioreactor into which saturated steam must be introduced. Steam is supplied through a pipeline that opens from below to the bottom of the reactor. The stirrer ends at some distance above the bottom of the reactor.
Согласно CH 513980 A, суспензию крахмала подвергают ферментативному расщеплению, при этом суспензия крахмала превращается в клейстер в результате нагрева до 140-150°C. Полученную "пасту" охлаждают, соединяют с ферментом и разлагают с получением сиропа мальтозы. Следует использовать реакционный сосуд в форме быстродействующего смесителя с ротором и направляющими перегородками. Соответственно, в СН 513980 А описан способ, в котором крахмал превращают в клейстер при 120-160°C и расщепляют ферментом для получения сиропа мальтозы. Суспензию крахмала нагревают путем прямого или непрямого введения пара. Показана установка для осуществления способа с перемешиванием и прямым и непрямым нагревом. Мешалка оснащена лопастями. Пар подается в установку снизу в области диффузора. Выше диффузора находятся направляющие пластины, а над направляющими пластинами мешалка. Мешалка, показанная в CH 513980 A, не подходит для создания сдвиговых усилий, поэтому сдвиговые силы не упоминаются.According to CH 513980 A, the starch slurry is subjected to an enzymatic digestion, wherein the starch slurry becomes a paste by heating to 140-150°C. The resulting "paste" is cooled, combined with an enzyme and decomposed to obtain a maltose syrup. A reaction vessel in the form of a rapid mixer with a rotor and baffles should be used. Accordingly, CH 513980 A describes a process in which starch is gelatinized at 120-160° C. and digested with an enzyme to obtain a maltose syrup. The starch slurry is heated by direct or indirect introduction of steam. A plant is shown for carrying out the method with stirring and direct and indirect heating. The mixer is equipped with blades. Steam is supplied to the unit from below in the area of the diffuser. Above the diffuser are the guide plates, and above the guide plates are the agitator. The agitator shown in CH 513980 A is not suitable for generating shear forces, so shear forces are not mentioned.
В основе изобретения стоит задача разработать усовершенствованный и более экономичный в работе способ расщепления крахмала и предложить варочный котел, подходящий для использования при осуществлении способа.The object of the invention is to provide an improved and more economical process for the digestion of starch and to provide a digester suitable for use in the process.
Согласно изобретению, указанная задача решена посредством способа с признаками по пункту 1 и устройства с признаками по пункту 17 формулы изобретения.According to the invention, this problem is solved by means of a method with features according to
Преимущество способа согласно изобретению состоит в том, что нагревание взвеси (суспензии) крахмала происходит непосредственно в варочном котле путем подачи пара в варочный котел, и на суспензию действуют сдвиговые усилия, так что возможно более благоприятное управление процессом.The advantage of the process according to the invention is that the heating of the starch slurry takes place directly in the digester by supplying steam to the digester and shear forces are applied to the slurry, so that more favorable process control is possible.
При этом предпочтительно, в частности, нагревать суспензию в варочном котле до температуры клейстеризации, которая составляет от 85°C до 135°C.In this case, it is preferable, in particular, to heat the suspension in the digester to a gelatinization temperature, which is from 85°C to 135°C.
Предпочтительные и выгодные варианты осуществления способа по изобретению и устройства по изобретению являются предметом зависимых пунктов.Preferred and advantageous embodiments of the method according to the invention and the device according to the invention are the subject matter of the dependent claims.
Благодаря предлагаемым изобретением способу и устройству улучшаются известные методы расщепления, а именно ферментативное расщепление крахмала, окислительное расщепление крахмала и разложение крахмала способом термомеханического расщепления.The method and apparatus according to the invention improves the known digestion methods, namely the enzymatic digestion of starch, the oxidative digestion of starch and the decomposition of starch by means of thermomechanical digestion.
Преимуществом предлагаемого изобретением термомеханического расщепления является то, что, в отличие от окислительного и ферментативного расщепления крахмала с получением клейстера, не требуется никаких химических добавок, поэтому происходит лишь незначительное изменение молекулярной массы. Это, в свою очередь, выгодно тем, что термомеханически обработанный нативный крахмал имеет более высокую силу сцепления, так что можно достичь более высокой прочности бумаги. Кроме того, благодаря малому изменению молекулярной массы достигается более высокий выход крахмала.The advantage of the thermomechanical digestion according to the invention is that, in contrast to the oxidative and enzymatic breakdown of starch to produce a paste, no chemical additives are required, so only a slight change in molecular weight occurs. This, in turn, is advantageous in that the thermomechanically treated native starch has a higher adhesive strength, so that higher paper strength can be achieved. In addition, due to the small change in molecular weight, a higher yield of starch is achieved.
Следующее преимущество изобретения заключается в том, что при термомеханическом расщеплении крахмала согласно изобретению не требуется инактивации. Под "термомеханическим расщеплением крахмала" понимается обработка крахмала путем подвода тепла и приложения сдвиговых усилий для получения клейстера.A further advantage of the invention is that no inactivation is required in the thermomechanical breakdown of starch according to the invention. By "thermomechanical breakdown of starch" is meant the processing of starch by applying heat and shear to form a paste.
Преимущества предлагаемого изобретением устройства для осуществления способа по изобретению заключаются в том, что оно имеет компактную конструкцию, так что достигаются низкие объемы циркулирующей среды и короткие времена пребывания. Другим преимуществом является то, что такие технологические параметры как скорость, температура, конструкция статора/ротора обеспечивают хорошую управляемость.The advantages of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention are that it has a compact design, so that low volumes of circulating medium and short residence times are achieved. Another advantage is that process parameters such as speed, temperature, stator/rotor design provide good controllability.
Наконец, в устройстве согласно изобретению можно обрабатывать высококонцентрированные суспензии крахмала. Следующее преимущество устройства согласно изобретению состоит в том, что предусматривается прямая дозированная подача пара в устройство, причем фермент, если таковой применяется, можно добавлять после устройства (варочного котла). Устройство согласно изобретению обеспечивает существенные преимущества по сравнению с обычными устройствами варки крахмала (цилиндрический варочный котел, конвертер и т.д.) благодаря дополнительно вносимой механической энергии (сдвиговые усилия).Finally, highly concentrated starch suspensions can be processed in the device according to the invention. A further advantage of the device according to the invention is that a direct metered supply of steam to the device is provided, and the enzyme, if used, can be added after the device (digestor). The apparatus according to the invention provides significant advantages over conventional starch digesters (cylindrical digester, converter, etc.) due to the additional input of mechanical energy (shear forces).
Тот факт, что в устройстве согласно изобретению используется ротор в сочетании со статором и одновременно вводится пар, приводит к быстрой и хорошо регулируемой клейстеризации крахмала за счет сдвиговых усилий, действующих на суспензию крахмала. Это, в свою очередь, означает, что продолжительность процесса может быть сокращена. Еще одно преимущество заключается в том, что можно перерабатывать многие виды крахмала (например, кукурузный, пшеничный, картофельный).The fact that the device according to the invention uses a rotor in combination with a stator and simultaneously introduces steam leads to fast and well controlled starch gelatinization due to shear forces acting on the starch slurry. This in turn means that the duration of the process can be reduced. Another advantage is that many types of starch (eg corn, wheat, potato) can be processed.
При использовании в устройстве согласно изобретению повышенной реакционной температуры (температуры варки) снижается вязкость полученного крахмального клейстера и достигается более стабильный режим работы.When using an increased reaction temperature (cooking temperature) in the device according to the invention, the viscosity of the obtained starch paste is reduced and a more stable mode of operation is achieved.
Под действием механического сдвига уменьшается размер крупных коллоидных частиц крахмала, что приводит к снижению вязкости полученного крахмального клейстера.Under the action of mechanical shear, the size of large colloidal starch particles decreases, which leads to a decrease in the viscosity of the resulting starch paste.
Выбирая форму ротора в устройстве согласно изобретению (высота и диаметр ротора, число оборотов), можно целенаправленно устанавливать вязкость получаемого крахмального клейстера . By choosing the shape of the rotor in the device according to the invention (height and diameter of the rotor, speed), it is possible to purposefully set the viscosity of the resulting starch paste .
Одно преимущество предлагаемого изобретением способа расщепления крахмала заключается в том, что в клейстер, полученный при расщеплении, можно добавить по меньшей мере один фермент, чтобы после ферментативного расщепления и достижения благодаря этому желаемой низкой вязкости клейстера получить продукт, который можно использовать, например, в бумажной промышленности.One advantage of the starch digestion process according to the invention is that at least one enzyme can be added to the digest resulting from the digestion, so that after enzymatic digestion and thereby achieving the desired low viscosity of the paste, a product can be obtained that can be used, for example, in paper industry.
Если в способе согласно изобретению используется фермент, его либо в процессе, или по окончании процесса делают неактивным путем инактивации.If an enzyme is used in the process according to the invention, it is rendered inactive either during or after the process by inactivation.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что водяной пар выходит из полой камеры вытеснения, которая находится в варочном котле, через по меньшей мере одно отверстие для выпуска водяного пара в область ротора.In one possible embodiment, the process according to the invention may be characterized in that the water vapor exits the hollow displacement chamber, which is located in the digester, through at least one steam outlet into the region of the rotor.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что содержащую крахмал суспензию в варочном котле нагревают на стадии c) до температуры 85°C-135°C путем введения водяного пара.In one possible embodiment, the process according to the invention may be characterized in that the starch-containing slurry in the digester is heated in step c) to a temperature of 85° C.-135° C. by introducing steam.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что продолжительность стадии c) составляет от 1 до 5 часов.In one possible embodiment, the method according to the invention may differ in that the duration of step c) is from 1 to 5 hours.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что на стадии a) получают суспензию с содержанием крахмального порошка как твердой фазы не более 35-45%.In one possible embodiment, the method according to the invention may differ in that in step a) a suspension is obtained with a starch powder content as a solid phase of not more than 35-45%.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что суспензию перед стадией b) нагревают до температуры 85°C-95°C.In one possible embodiment, the method according to the invention may be characterized in that the suspension before step b) is heated to a temperature of 85°C-95°C.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что при осуществлении стадии c) степень расщепления крахмала устанавливают путем выбора скорости вращения, при которой перемешивается суспензия в варочном котле.In one possible embodiment, the process according to the invention may differ in that, in step c), the degree of starch degradation is set by selecting the rotation speed at which the slurry is stirred in the digester.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что при осуществлении стадии c) степень расщепления крахмала устанавливают путем выбора расхода суспензии.In one possible embodiment, the process according to the invention may differ in that, in step c), the degree of starch degradation is determined by selecting the flow rate of the slurry.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что при осуществлении стадии c) степень расщепления крахмала устанавливают путем выбора температуры суспензии.In one possible embodiment, the process according to the invention may differ in that, in step c), the degree of starch degradation is set by selecting the temperature of the slurry.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что после стадии d) фермент инактивируют.In one possible embodiment, the method according to the invention may differ in that after step d) the enzyme is inactivated.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что инактивацию фермента реализуют путем нагрева клейстера до температуры 120°C-135°C.In one possible embodiment, the method according to the invention may differ in that the inactivation of the enzyme is carried out by heating the paste to a temperature of 120°C-135°C.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что температуру повышают путем введения водяного пара.In one possible embodiment, the method according to the invention may be characterized in that the temperature is raised by introducing steam.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что расход суспензии через варочный котел на стадии c) регулируют путем ограничения течения суспензии через варочный котел и/или путем статического перемешивания суспензии в или после варочного котла.In one possible embodiment, the process according to the invention may be characterized in that the flow rate of the slurry through the digester in step c) is controlled by restricting the flow of the slurry through the digester and/or by statically agitating the slurry in or after the digester.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что на стадии a) для получения суспензии используют порошок катионного крахмала.In one possible embodiment, the process according to the invention may differ in that in step a) a cationic starch powder is used to obtain the suspension.
В одном возможном варианте осуществления способ согласно изобретению может отличаться тем, что на стадии a) для получения суспензии используют порошок нативного крахмала.In one possible embodiment, the method according to the invention may differ in that in step a) native starch powder is used to obtain the suspension.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что линия подачи водяного пара заканчивается в полую камеру вытеснения, и тем, что камера вытеснения на своей противоположной устью линии и соседней с ротором стороне имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие для водяного пара.In one possible embodiment, the device according to the invention can be characterized in that the steam supply line terminates in a hollow displacement chamber and in that the displacement chamber has at least one steam outlet on its opposite side of the line mouth and adjacent to the rotor.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что предусмотрены выпускные отверстия, распределенные вокруг обращенной к ротору кольцевой торцевой поверхности камеры вытеснения.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that there are outlets distributed around the annular end surface of the displacement chamber facing the rotor.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что линия подачи водяного пара заканчивается в полое кольцо с по меньшей одним выпускным отверстием для водяного пара.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the steam supply line terminates in a hollow ring with at least one steam outlet.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что кольцо находится на противоположной от камеры вытеснения стороне ротора.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the ring is located on the opposite side of the rotor from the displacement chamber.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что выпускное отверстие находится на обращенной к ротору стенке кольца.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the outlet is located on the wall of the ring facing the rotor.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что кольцо содержит несколько выпускных отверстий, распределенных по его длине.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the ring comprises a plurality of outlets distributed along its length.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что пластины статора отстоят от камеры вытеснения и доходят до внутренней поверхности котла.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the stator laminations are spaced from the displacement chamber and reach the inner surface of the boiler.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что ротор по меньшей мере на одной из его сторон имеет ребра.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the rotor has ribs on at least one of its sides.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что коаксиальное валу ротора отверстие в камере вытеснения имеет форму воронки, причем расширенный участок отверстия обращен в сторону крышки котла.In one possible embodiment, the device according to the invention can be characterized in that the hole in the displacement chamber, which is coaxial to the rotor shaft, has the shape of a funnel, with the enlarged section of the hole facing towards the boiler cover.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что ось линии коаксиальна оси кольцевой камеры вытеснения и направлена в сторону ротора.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the axis of the line is coaxial with the axis of the annular displacement chamber and directed towards the rotor.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что ребра на рассеивающем диске увеличиваются в высоту изнутри наружу.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the ribs on the scattering disk increase in height from the inside out.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что ребра установлены наклонно к радиальным плоскостям, проходящим через вал ротора.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the ribs are mounted obliquely to the radial planes passing through the rotor shaft.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что ротор через дно котла выступает внутрь котла.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the rotor protrudes through the bottom of the boiler into the interior of the boiler.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что в области устья линии предусмотрено сужение, действующее как диффузор.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that a constriction is provided in the region of the mouth of the line, acting as a diffuser.
В одном возможном варианте осуществления устройство согласно изобретению может отличаться тем, что сужение образовано кольцевым выступом, в частности кольцевым выступом с треугольным поперечным сечением.In one possible embodiment, the device according to the invention may be characterized in that the constriction is formed by an annular protrusion, in particular an annular protrusion with a triangular cross section.
Другие особенности и признаки изобретения выявляются из нижеследующего описания с обращением к чертежам, на которых в качестве примера представлены известные установки и способы, способы и установки согласно изобретению, а также варочный котел, подходящий для применения в соответствии с изобретением. На чертежах:Other features and features of the invention appear from the following description with reference to the drawings, which show by way of example known plants and methods, methods and plants according to the invention, as well as a digester suitable for use in accordance with the invention. On the drawings:
Известный способ ферментативного расщепления крахмала, который может выполняться в непрерывном режиме в установке с фиг. 1 в соответствии с блок-схемой с фиг. 5, можно описать следующим образом.The known process for the enzymatic digestion of starch, which can be carried out continuously in the plant of FIG. 1 in accordance with the block diagram of FIG. 5 can be described as follows.
В качестве исходных компонентов используются:As initial components are used:
- порошок нативного крахмала,- native starch powder,
- вода,- water,
- пар и- steam and
- фермент (амилаза).- enzyme (amylase).
Порошок крахмала хранится в мягкой таре (BigBags) 1 или бункере 2. Из этого запаса порошок крахмала подается в узел суспендирования 3. В указанном узле 3 порошок крахмала вводится в воду и образуется взвесь (суспензия) с содержанием твердых веществ до 35%. Оттуда взвесь (суспензия крахмала) с помощью насоса 5 закачивается в варочный котел 4. Ферменты можно дозировано добавлять из резервуара-хранилища 6 в узел суспендирования 3 до или после насоса 5. В большинстве установок перед введением в варочный котел 4 суспензию доводят до температуры клейстеризации (85°C-95°C) путем нагнетания пара 9.The starch powder is stored in soft containers (BigBags) 1 or
Кроме того, в линии подачи в варочный котел 4 можно установить статические смесители или другие внутренние устройства, чтобы предотвратить проскок суспензии и сделать подачу более однородной. Собственно в варочном котле 4 посредством забуферивания объема устанавливают время пребывания (8-20 минут), необходимое для достижения желаемой степени расщепления. В варочный котел 4 встроены мешалки и/или же дисковые смесители, чтобы ускорить процесс расщепления за счет приложения к суспензии сдвиговых усилий в варочном котле 4.In addition, static mixers or other internal devices can be installed in the feed line to the
С помощью насоса 7 клейстер непрерывно откачивается из варочного котла 4 и перекачивается через участок 8 инактивации. Участок 8 инактивации представляет собой трубчатый реактор, в котором клейстер вначале нагревается путем нагнетания пара 9 до 120°C-135°C, при этом время инактивации можно регулировать через объем трубы и/или производительность насоса. После остановки процесса расщепления полученный клейстер при необходимости разбавляют водой из линии 15 и затем отправляют на хранение.Using the
Известно, что после нагнетания пара вместо варочного котла 4 можно предусмотреть лабиринтную трубу, в которой, во-первых, можно достичь требуемого времени пребывания, а во-вторых, создать дополнительный сдвиг суспензии за счет острых кромок.It is known that after injection of steam instead of the
Варочный котел, если он выполнен достаточно большого размера, можно также использовать в периодическом режиме работы. В таком случае выполняются все технологические этапы, начиная с приготовления суспензии в варочном котле 4. Недостатком является то, что необходимы относительно большие установки или, соответственно, можно обрабатывать лишь небольшое количество сырья в единицу времени.The digester, if sufficiently large, can also be used in batch mode. In this case, all technological steps are carried out, starting with the preparation of the suspension in the
В известном способе варки катионного крахмала, который может осуществляться в установке, показанной на фиг. 2 и который может протекать согласно блок-схеме с фиг. 7, может использоваться описываемая ниже процедура.In the known process for cooking cationic starch, which can be carried out in the apparatus shown in FIG. 2 and which can proceed according to the block diagram of FIG. 7, the procedure described below can be used.
В качестве исходных компонентов используются:As initial components are used:
- порошок катионного крахмала,- cationic starch powder,
- вода и- water and
- пар.- steam.
Порошок крахмала хранится в мягкой таре (BigBags) или бункере 2. Из этого запаса он подается в узел суспендирования 3. В указанном узле 3 порошок крахмала вводится в воду и образуется взвесь (суспензия) с содержанием твердых веществ до 15%. Оттуда суспензия крахмала перекачивается насосом в трубчатый варочный аппарат 10.The starch powder is stored in soft containers (BigBags) or
Трубчатый варочный аппарат 10 представляет собой трубчатый реактор, в котором сначала суспензия крахмала нагревается до 115°C-135°C путем введения пара 9, при этом время пребывания можно регулировать через объем трубы и/или производительность насоса. После процесса варки полученный клейстер (расщепленный крахмал) при необходимости разбавляют водой (вода из линии 15) и затем отправляют на хранение.The
Известно, что после нагнетания пара 9 вместо трубчатого варочного аппарата 10 можно предусмотреть лабиринтную трубу, в которой, во-первых, можно достичь требуемого времени пребывания, а во-вторых, создать дополнительный сдвиг суспензии за счет острых кромок.It is known that after the injection of
Трубчатый варочный аппарат можно заменить варочным котлом 10. Если он имеет соответствующие большие размеры, варочный котел 10 можно использовать также в периодическом режиме работы. В таком случае выполняются все технологические этапы, начиная с приготовления суспензии в варочном котле 10. Недостатком является то, что необходимы относительно большие установки или, соответственно, можно обрабатывать лишь небольшое количество сырья в единицу времени.The tubular digester can be replaced by a
Способ расщепления катионного крахмала согласно настоящему изобретению может быть осуществлен в установке, показанной на фиг. 4, в которой используется варочная емкость с фиг. 9, при этом способ может осуществляться в соответствии с блок-схемой, показанной на фиг. 8. Более конкретно, можно действовать следующим образом.The cationic starch digestion process according to the present invention can be carried out in the apparatus shown in FIG. 4, which uses the brewing vessel of FIG. 9, the method may be carried out in accordance with the flowchart shown in FIG. 8. More specifically, you can proceed as follows.
В качестве исходных компонентов используются:As initial components are used:
- порошок катионного крахмала,- cationic starch powder,
- вода и- water and
- пар.- steam.
Порошок крахмала хранится в мягкой таре (BigBags) 1 или бункере 2. Из этого запаса порошок крахмала подается в узел суспендирования 3. В указанном узле 3 порошок вводится в воду из линии 11, и образуется взвесь (суспензия) с содержанием твердых веществ до 35%. Оттуда суспензия крахмала с помощью насоса 5 закачивается в варочный котел 4. The starch powder is stored in a soft container (BigBags) 1 or
Пар 9 нагнетается по линии 13 непосредственно в варочный котел 4, где суспензия доводится до температуры клейстеризации (85°C-135°C).
Кроме того, ниже по потоку можно установить статические смесители или другие встроенные компоненты, чтобы предотвратить проскок суспензии через варочный котел 4, и/или чтобы сделать процесс варки более однородным. В котле 4 желаемую степень расщепления можно установить путем изменения числа оборотов, изменения пропускной способности и/или температуры варки.In addition, static mixers or other built-in components can be installed downstream to prevent the slurry from leaking through the
Полученный клейстер при необходимости разбавляют водой из линии 15 и затем отправляют на хранение.The resulting paste, if necessary, is diluted with water from
Устройство (варочный котел 4), которое при осуществлении способа согласно изобретению может использоваться для расщепления катионного крахмала, может иметь конструкцию, показанную на фиг. 8.The device (digestor 4) which can be used to break down cationic starch in the process according to the invention may be of the construction shown in FIG. eight.
Устройство согласно изобретению, использующееся как варочный котел 4, содержит емкость 40, которая с верхней стороны закрыта крышкой 41. Снизу в емкость 40 выступает ротор 42, который установлен в несущем корпусе (не показан), расположенном под емкостью 40.The device according to the invention, which is used as a
Ввод ротора 42 в емкость 40 уплотнен скользящими уплотнительными кольцами 43.The input of the
Ротор 42 установлен в несущем корпусе на подшипниках качения (не показаны).
В своей части, расположенной в нижней зоне емкости 40, ротор 42 имеет рассеивающий диск 44, который на своей верхней стороне несет ребра 45, расположенные наклонно относительно радиального направления. При этом в одном варианте осуществления ориентация ребер 45 относительно направления вращения ротора 42 выбрана так, чтобы радиально внутренние концы ребер 45 находились дальше вперед по отношению к направлению вращения, чем радиально внешние концы ребер.In its part located in the lower region of the
В модифицированном варианте ребра 45 ориентированы таким образом, чтобы их радиально внешние концы находились дальше назад относительно направления вращения, чем их радиально внутренние концы.In a modified embodiment, the
Кроме того, высота ребер 45 может увеличиваться изнутри наружу.In addition, the height of the
Ребра 45 на верхней стороне рассеивающего диска 44 являются, например, изогнутыми. Изогнутые ребра 45 выровнены либо так, чтобы выпуклая сторона ребер 45 была обращена вперед относительно направления вращения рассеивающего диска 44, либо так, чтобы выпуклая сторона была обращена назад относительно направления вращения рассеивающего диска. 44.The
Таким образом, ребра 45 на верхней стороне рассеивающего диска 44 могут быть изогнуты так, чтобы вогнутая сторона ребер 45 была направлена вперед или назад относительно направления вращения рассеивающего диска 44.Thus, the
Ребра 45 на верхней стороне рассеивающего диска 44 могут также быть прямыми ребрами.The
Предусмотренный в емкости для варки 40 (варочный котел) вращающийся ротор 42 с рассеивающим диском 44 создает сдвиговые усилия, действующие на введенную в емкость 40 суспензию крахмала, что благоприятствует расщеплению крахмала.The rotating
Ротор 42 имеет, например, диаметр от 100 до 150 мм, предпочтительно 130 мм, и высоту, включая ребра 45 на рассеивающем диске 44, например, от 3 до 10 мм, в частности, 5-7 мм. Ротор 42 приводится во вращение со скоростью, например, от 3000 до 5000 об/мин. Число оборотов ротора 42 выбирается в зависимости от его диаметра, чтобы достичь желаемой окружной скорости.The
На роторе 42 выше рассеивающего диска 44 предусмотрен пропеллер 46 с лопастями 47, который создает в обрабатываемой суспензия поток, направленный вниз к рассеивающему диску 44. Пропеллер 46 не является обязательным.A
В крышку 41 заканчивается соосная с ротором 42 линия 50, по которой суспензия течет в емкость 40.A
На внутренней стороне крышки 41 предусмотрен обращенный внутрь конический выступ 51, в центр которого заканчивается линия 50 подачи суспензии.On the inside of the
Такое расположение линии 50 обеспечивает оптимальное перемешивание суспензии, которая циркулирует в емкости 40, с новой суспензией, подаваемой в емкость 40.This arrangement of
Благодаря тому, что на конце линии 50 (заканчивающейся в емкость 40) предусмотрено сужение 52, действующее как диффузор (образованное кольцевым выступом с треугольным поперечным сечением), вышеупомянутое перемешивание подаваемой суспензии с суспензией, которая уже находится в емкости 40 и обрабатывается, с успехом облегчается.By providing a
Вокруг подводящей линии 50 предусмотрены отводящие линии, (или по меньшей мере одна) для отвода обработанной суспензии (расщепленный крахмал).Outflow lines (or at least one) are provided around the
Крышка 41 прикручивается к емкости 40.The
Внутри емкости 40 предусмотрена кольцеобразная камера 60 вытеснения, внутреннее отверстие которой выполнено в форме, близкой к воронке. Между наружной поверхностью камеры 60 вытеснения и внутренней стороной стенки емкости 40 находится кольцевой канал, в котором суспензия после выхода из рассеивающего диска 44 течет вверх. Через внутреннее отверстие камеры 60 вытеснения суспензия течет, при необходимости с поддержкой пропеллером 45 ротора 42, вниз в направлении рассеивающего диска 44.Inside the
В показанном примере осуществления верхний конец ротора 42 закрыт крышкой обтекаемой формы, которая крепится к ротору 52 с помощью с помощью винта с внутренним шестигранником.In the exemplary embodiment shown, the upper end of the
На внешней стороне камеры 60 вытеснения предусмотрены лопатки 61 статора в виде направляющих лопаток, которые перекрывают кольцевой канал (зазор) между внешней стороной камеры 60 вытеснения и внутренней стороной стенки емкости 40 (в частности, в ее нижней части), то есть своими свободными краями прилегают к внутренней стороне стенки емкости 40.On the outer side of the
Чтобы удерживать камеру 60 вытеснения внутри емкости, можно предусмотреть крепежные винты.In order to hold the
В варианте осуществления варочного котла 4, показанном слева на фиг. 8, камера 60 вытеснения выполнена полой и по линии 62, проходящей через крышку 41 корпуса 40 варочного котла 4, наполняется паром. Линия 62 заканчивается в верхнюю торцевую поверхность полой камеры 60 вытеснения. Камера 60 вытеснения имеет на свой нижней стороне несколько выпускных отверстий 63, распределенных вокруг внутреннего отверстия камеры 60 вытеснения, так что пар, вводимый по линии 62 внутрь камеры 60 вытеснения, может выходить внутрь емкости 40 в области ротора 42, в частности, в области его рассеивающего диска 44.In the embodiment of the
В варианте осуществления, показанном на фиг. 8 справа, предусмотрено полое кольцо 70 (кольцевой диффузор), в котором устроены отверстия для выпуска водяного пара. Как показано справа на фиг. 8, кольцо 70 находится на противоположной от камеры 60 вытеснения стороне рассеивающего диска 44 ротора 40, при этом выпускные отверстия в кольце 70 направлены вверх, т.е. в направлении камеры 60 вытеснения. Для наглядности линия, по которой в кольцо 70 подается пар (водяной пар), на фиг. 9 не показана.In the embodiment shown in FIG. 8 on the right, a hollow ring 70 (annular diffuser) is provided in which openings are provided for discharging water vapor. As shown on the right in FIG. 8, the
Для некоторых применений может быть выгодно, если подача пара внутрь емкости 40 варочного котла 4 происходит как через полую камеру 60 вытеснения, так и через кольцо 70.For some applications, it may be advantageous if the supply of steam into the
В показанной на фиг. 9 установке обработки крахмала (расщепления крахмала) крахмал превращают в клейстер без добавления фермента в котел для диспергирования крахмала (например, варочный котел 4). После клейстеризации в клейстер добавляют фермент на выходе из котла для варки крахмала и с помощью статического смесителя гомогенно распределяют. По прошествии времени пребывания, зависящем от соответствующей конструкции трубы, фермент инактивируют путем повышения температуры. При этом преимуществом является то, чтоIn the shown in FIG. In the starch processing plant (starch digestion), starch is made into a paste without adding enzyme in a starch dispersing kettle (eg digester 4). After gelatinization, the enzyme is added to the paste at the outlet of the starch cooker and homogeneously distributed by means of a static mixer. After a residence time, depending on the respective tube design, the enzyme is inactivated by raising the temperature. At the same time, the advantage is that
a) крахмал клейстеризуется в котле для диспергирования (например, варочный котел 4) почти без снижения молекулярного веса, иa) the starch is gelatinized in the dispersion kettle (eg digester 4) with almost no reduction in molecular weight, and
b) благодаря последующей обработке ферментами свойства крахмала, такие как вязкость и степень расщепления, можно индивидуально регулировать в соответствии с требованиями заказчика.b) Thanks to the post-treatment with enzymes, the properties of the starch, such as viscosity and degree of splitting, can be individually adjusted according to customer requirements.
Кроме того, вклад энергии сдвига, вносимой в аппарат для диспергирования крахмала (например, варочный котел 4), может быть также использован для влияния на дальнейшее применение.In addition, the contribution of shear energy to the starch dispersing apparatus (eg digester 4) can also be used to influence further use.
На фиг. 9 показана установка, на которой может быть реализован описанный выше вариант осуществления способа согласно изобретению.In FIG. 9 shows a plant in which the above-described embodiment of the method according to the invention can be carried out.
Установка, показанная на фиг. 9, содержит варочный котел 4 (варочный котел для диспергирования крахмала), который может иметь такую конструкцию, как варочный котел 4, показанный на фиг. 8. В варочный котел 4 заканчивается линия 20, по которой фермент подается насосом 22 из резервуара 21 для хранения фермента (не по изобретению).The installation shown in Fig. 9 includes a digester 4 (starch dispersing digester) which may be constructed like the
По следующей линии 23 с помощью насоса 24 в варочный котел 4 подается крахмал.Through the
По линии 25 в варочный котел 4 вводится пар (водяной).Through
Крахмал, разваренный в клейстер, отводится из варочного котла 4 по линии 26. Перед статическим смесителем 27 добавляется (с помощью насоса 29) фермент из резервуара-хранилища 28.The starch, boiled into a paste, is removed from the
В нижнюю часть варочного котла 4 по линии 30 с помощью насоса 31 может подводиться вода в качестве затворной воды для скользящего кольцевого уплотнения 43.Water can be supplied to the lower part of the
Ниже приводятся примеры способа согласно изобретению.The following are examples of the method according to the invention.
Пример 1Example 1
Пшеничный крахмал (Collamyl 7411) с влагосодержанием 13% смешивали с водой, получая суспензию с содержанием пшеничного крахмала 30 вес.%. Полученную суспензию превращали в клейстер с производительностью 750 л/ч при температуре варки 115°C в устройстве, показанном на фиг. 9. Сразу после устройства с фиг. 9 добавляли фермент V Warozym A152 перед статическим смесителем при постоянном расходе 4,28 л/ч. Ротор 42, использовавшийся в устройстве с фиг. 9, имел высоту 7 мм.Wheat starch (Collamyl 7411) with a moisture content of 13% was mixed with water, obtaining a suspension with a wheat starch content of 30 wt.%. The resulting slurry was made into a paste at a rate of 750 l/h at a cooking temperature of 115°C in the apparatus shown in FIG. 9. Immediately after the device of FIG. 9, Warozym A152 enzyme V was added before the static mixer at a constant flow rate of 4.28 l/h. The
При скорости вращения ротора 4200 об/мин, диаметром ротора 42 130 мм и при потреблении тока двигателем, приводящим в движение ротор 42, 35 ампер, был получен клейстер с вязкостью 12500 мПа⋅с.At a rotor speed of 4200 rpm, a rotor diameter of 42 130 mm and a current consumption of the motor driving the rotor of 42.35 amperes, a paste with a viscosity of 12500 mPa⋅s was obtained.
Пример 2Example 2
Обработку проводили, как указано в примере 1, причем скорость вращения ротора повышали до 4400 об/мин, а потребление тока двигателем составляло 41 ампер. Был получен клейстер с вязкостью 9700 мПа⋅с.The treatment was carried out as described in example 1, with the rotor speed increased to 4400 rpm, and the current consumption of the motor was 41 amperes. A paste with a viscosity of 9700 mPa⋅s was obtained.
Пример 3Example 3
Обработку проводили как в примере 1, причем скорость вращения ротора была повышена до 4400 об/мин, и фермент добавляли в количестве 2,14 л/ч. Был получен клейстер с вязкостью 9500 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 1, with the rotation speed of the rotor was increased to 4400 rpm, and the enzyme was added in an amount of 2.14 l/h. A paste was obtained with a viscosity of 9500 mPa.s.
Пример 4Example 4
Обработку проводили, как указано в примере 3, причем добавление фермента было повышено до 4,28 л/ч. Был получен клейстер с вязкостью 7800 мПа⋅с.The treatment was carried out as described in example 3, with the addition of the enzyme was increased to 4.28 l/h. A paste with a viscosity of 7800 mPa⋅s was obtained.
Пример 5Example 5
Обработку проводили, как указано в примере 3, причем добавление фермента было повышено до 8,56 л/ч. Был получен клейстер с вязкостью 7400 мПа⋅с.The treatment was carried out as described in example 3, with the addition of the enzyme was increased to 8.56 l/h. A paste was obtained with a viscosity of 7400 mPa.s.
Пример 6Example 6
Обработку проводили, как указано в примере 1, причем использовали скорость вращения ротора 4400 об/мин и ротор 42 с диаметром 130 мм. Реакционную температуру устанавливали на уровне 100°C, потребление тока двигателем, приводящим в движение ротор 42, составляло 38 ампер. Полученный клейстер имел вязкость 13950 мПа⋅с.The treatment was carried out as described in example 1, using a rotor speed of 4400 rpm and a
Пример 7Example 7
Обработку проводили, как указано в примере 6, причем была установлена реакционная температура 115°C. Потребляемый двигателем ток составлял 35 ампер. Клейстер имел вязкость 9700 мПа⋅с.Processing was carried out as described in example 6, and the reaction temperature was set to 115°C. The current consumed by the motor was 35 amperes. The paste had a viscosity of 9700 mPa.s.
Пример 8Example 8
Обработку проводили, как указано в примере 1, причем реакционная температура составляла 115°C, и ротор 42 работал на числе оборотов 4400 об/мин. Ротор 42 имел диаметр 130 мм и высоту 5 мм. Потребляемый двигателем ток составлял 37 ампер. Была получена вязкость клейстера 10700 мПа⋅с.The treatment was carried out as described in example 1, with the reaction temperature being 115° C. and the
Пример 9Example 9
Обработку проводили, как указано в примере 8, причем использовали ротор 42 высотой 7 мм, а ток, потребляемый двигателем, составлял 41 ампер. В результате получили клейстер с вязкостью 9700 мПа⋅с.The treatment was carried out as described in example 8, using a
Пример 10Example 10
Картофельный крахмал (Collamyl 9100) с влагосодержанием 13% вводили в воду, чтобы получить суспензию с 20 вес.% картофельного крахмала. Полученную суспензию превращали в клейстер с производительностью 750 л/ч при 115°C в устройстве, показанном на фиг. 9. Фермент из примера 1 добавляли после устройства с фиг. 9, но еще до статического смесителя.Potato starch (Collamyl 9100) with a moisture content of 13% was introduced into water to obtain a suspension with 20 wt.% potato starch. The resulting slurry was made into a paste at a rate of 750 l/h at 115°C in the apparatus shown in FIG. 9. The enzyme from Example 1 was added after the apparatus of FIG. 9, but before the static mixer.
Суспензию, выходящую из устройства с фиг. 9, проводили через трубчатый реактор с реакционной длиной 7500 мм. В результате был получен клейстер с вязкостью 1660 мПа⋅с, и полученный крахмальный клейстер был прозрачным и оптимально растворенным.The suspension exiting the device of FIG. 9 was passed through a tubular reactor with a reaction length of 7500 mm. As a result, a paste was obtained with a viscosity of 1660 mPa.s, and the resulting starch paste was transparent and optimally dissolved.
Пример 11Example 11
Обработку проводили как в примере 10, но в условиях, когда реакционная длина трубчатого реактора составляла 10000 мм. Вязкость полученного крахмального клейстера составила 1540 мПа⋅с. Крахмальный клейстер был прозрачным и крахмал растворялся оптимальным образом.The treatment was carried out as in example 10, but under conditions where the reaction length of the tubular reactor was 10,000 mm. The viscosity of the resulting starch paste was 1540 mPa⋅s. The starch paste was transparent and the starch was dissolved in an optimal way.
Пример 12Example 12
Обработку проводили как в примере 10, причем использовали суспензию картофельного крахмала концентрацией 25 вес.%. Полученный крахмальный клейстер был прозрачным, и крахмал растворялся оптимальным образом.The treatment was carried out as in example 10, using a suspension of potato starch with a concentration of 25 wt.%. The resulting starch paste was clear and the starch dissolved in an optimal manner.
Пример 13Example 13
Пшеничный крахмал с влагосодержанием 13% смешивали с водой с получением 30%-ной суспензии и вываривали при 98°C в устройстве с фиг. 9. Высота ротора в устройстве с фиг. 9 составляла 7 мм. Фермент (Warozym A152) добавляли сразу после устройства с фиг. 9, температуру после выхода суспензии из устройства с фиг. 9 поддерживали на уровне 95°C. Затем дополнительно разбавляли водой, нагретой до 60°C, при расходе 240 л/ч. При постоянной скорости вращения ротора 4200 об/мин и добавлении фермента в количестве 1400 мл/ч удалось достичь вязкости клейстера 440 мПа⋅с.Wheat starch with a moisture content of 13% was mixed with water to form a 30% slurry and boiled at 98°C in the apparatus of FIG. 9. The height of the rotor in the device of FIG. 9 was 7 mm. Enzyme (Warozym A152) was added immediately after the device of FIG. 9, the temperature after the slurry has left the device of FIG. 9 was maintained at 95°C. Then further diluted with water heated to 60°C at a flow rate of 240 l/h. At a constant rotor speed of 4200 rpm and the addition of enzyme in the amount of 1400 ml/h, it was possible to achieve a paste viscosity of 440 mPa⋅s.
Пример 14Example 14
Обработку проводили как в примере 13, причем использовали добавку фермента в количестве 1800 мл/ч. Вязкость полученного крахмального клейстера составила 240 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 13, with the addition of enzyme in the amount of 1800 ml/h. The viscosity of the resulting starch paste was 240 mPa.s.
Пример 15Example 15
Обработку проводили как в примере 13, причем добавку фермента повысили до 2200 мл/ч. Вязкость полученного крахмального клейстера составила 140 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 13, with the addition of the enzyme increased to 2200 ml/h. The viscosity of the resulting starch paste was 140 mPa.s.
Пример 16Example 16
Обработку проводили как в примере 13, причем использовали скорость вращения ротора 3800 об/мин и ротор диаметром 130 мм. Была достигнута вязкость крахмального клейстера 580 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 13, using a rotor speed of 3800 rpm and a rotor with a diameter of 130 mm. A starch paste viscosity of 580 mPa.s was achieved.
Пример 17Example 17
Обработку проводили как в примере 16, причем использовали скорость вращения ротора 4200 об/мин. Был получен крахмальный клейстер с вязкостью 270 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 16, using a rotor speed of 4200 rpm. A starch paste with a viscosity of 270 mPa.s was obtained.
Пример 18Example 18
Обработку проводили как в примере 16, причем скорость вращения ротора была повышена до 4800 об/мин. Была достигнута вязкость крахмального клейстера 250 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 16, with the rotor speed being increased to 4800 rpm. A starch paste viscosity of 250 mPa.s was achieved.
Пример 19Example 19
Обработку проводили как в примере 16, причем использовали скорость вращения ротора 5000 об/мин. Полученный крахмальный клейстер имел вязкость 180 мПа⋅с.The treatment was carried out as in example 16, using a rotor speed of 5000 rpm. The resulting starch paste had a viscosity of 180 mPa.s.
Пример 20Example 20
Катионизированный картофельный крахмал (Cationamyl 9853K) смешивали с водой с получением суспензии с 7,5% картофельного крахмала. Полученную суспензию вываривали с производительностью 500 л/ч в устройстве с фиг. 9 при 98°C и затем разбавляли до содержания 4%. В этом примере благодаря внутреннему трению при повышенной консистенции достигается лучшее расщепление. Cationized potato starch (Cationamyl 9853K) was mixed with water to form a 7.5% potato starch slurry. The resulting slurry was digested at a rate of 500 l/h in the apparatus of FIG. 9 at 98°C and then diluted to 4%. In this example, due to internal friction at increased consistency, better splitting is achieved.
Пример 21Example 21
Суспензию с содержанием картофельного крахмала 15% обрабатывали как в примере 20, причем варка проводилась в устройстве с фиг. 9 при 110°C. Крахмальный клейстер показал при повышенной прочности бумаги более низкую пористость.A slurry containing 15% potato starch was processed as in Example 20, the cooking being carried out in the apparatus of FIG. 9 at 110°C. Starch paste showed a lower porosity with increased paper strength.
Подводя итог, пример осуществления изобретения можно описать следующим образом:In summary, an embodiment of the invention can be described as follows:
В способе расщепления крахмала (нативного крахмала или обработанного крахмала, такого как катионный крахмал) водную суспензию крахмала обрабатывают в варочном котле 4 водяным паром и при этом прикладывают сдвиговые усилия, причем содержащую крахмал суспензию в варочном котле 4 нагревают до температуры 85°C-110°C путем введения водяного пара, и стадию расщепления проводят до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень расщепления.In the method for digesting starch (native starch or processed starch such as cationic starch), an aqueous starch slurry is treated in the
Claims (36)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ATA313/2018 | 2018-10-08 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774441C1 true RU2774441C1 (en) | 2022-06-21 |
Family
ID=
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3308037A (en) * | 1961-08-19 | 1967-03-07 | West Virginia Pulp & Paper Co | Manufacture of starch decomposition products |
US3371018A (en) * | 1965-01-04 | 1968-02-27 | Standard Brands Inc | Starch conversion |
CH513980A (en) * | 1966-10-07 | 1971-10-15 | Nippon Shiryo Kogyo Kk | Method and device for splitting starch |
SU1407954A1 (en) * | 1985-09-23 | 1988-07-07 | Научно-производственное объединение по крахмалопродуктам | Cooker for amylaceous material |
DE102007011409B4 (en) * | 2007-03-08 | 2010-02-18 | Bvg Bauer Verfahrenstechnik Gmbh | Process for the continuous production of degraded starch paste and plant for carrying out such a process |
US20100159104A1 (en) * | 2006-03-21 | 2010-06-24 | Roquette Freres | Method for cooking a starchy material with a high content of dry matter for the preparation of an adhesive composition |
RU2462477C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-09-27 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук | Apparatus for cooking starch-containing material |
WO2018011401A1 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Nestec Sa | Process for preparing hydrolysed starch with reduced sugar content |
RU2654248C2 (en) * | 2012-08-09 | 2018-05-17 | Карджилл, Инкорпорейтед | Process for starch liquefaction |
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3308037A (en) * | 1961-08-19 | 1967-03-07 | West Virginia Pulp & Paper Co | Manufacture of starch decomposition products |
US3371018A (en) * | 1965-01-04 | 1968-02-27 | Standard Brands Inc | Starch conversion |
CH513980A (en) * | 1966-10-07 | 1971-10-15 | Nippon Shiryo Kogyo Kk | Method and device for splitting starch |
SU1407954A1 (en) * | 1985-09-23 | 1988-07-07 | Научно-производственное объединение по крахмалопродуктам | Cooker for amylaceous material |
US20100159104A1 (en) * | 2006-03-21 | 2010-06-24 | Roquette Freres | Method for cooking a starchy material with a high content of dry matter for the preparation of an adhesive composition |
DE102007011409B4 (en) * | 2007-03-08 | 2010-02-18 | Bvg Bauer Verfahrenstechnik Gmbh | Process for the continuous production of degraded starch paste and plant for carrying out such a process |
RU2462477C1 (en) * | 2011-04-04 | 2012-09-27 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов Российской академии сельскохозяйственных наук | Apparatus for cooking starch-containing material |
RU2654248C2 (en) * | 2012-08-09 | 2018-05-17 | Карджилл, Инкорпорейтед | Process for starch liquefaction |
WO2018011401A1 (en) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | Nestec Sa | Process for preparing hydrolysed starch with reduced sugar content |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5562490B2 (en) | High concentration solid enzyme reactor or mixer and method | |
EP2486122B1 (en) | Algae processing | |
CA2679836C (en) | System and process for starch production | |
RU2774441C1 (en) | Method and apparatus for splitting starch | |
CN112805304B (en) | Method and apparatus for starch hydration | |
CN213739388U (en) | Instantaneous sterilization ripening device for fruit wine production | |
EP3359637B1 (en) | A method of and an arrangement for treating biomass | |
BR112021006012B1 (en) | PROCESS FOR DIGESTION OF STARCH AND DEVICE IN THE FORM OF A COOKING VESSEL | |
RU207707U1 (en) | DEVICE FOR PROCESSING BEER GRINDER INTO BIOGAS | |
RU2283349C2 (en) | Method for preparing molasses from starch | |
KR20100037250A (en) | Mixing and fermenting apparatus for manufacturing compost-porage | |
RU2224025C2 (en) | Line for preparing of starch-containing raw material for fermentation |