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Dokumentenidentifikation DE10022012C2 18.07.2002
Titel Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens
Anmelder Tuchenhagen GmbH, 21514 Büchen, DE
Erfinder Kalinowski, Raimund, 23909 Ratzeburg, DE;
Herold, Thomas Dr., 23879 Mölln, DE
DE-Anmeldedatum 05.05.2000
DE-Aktenzeichen 10022012
Offenlegungstag 09.08.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 18.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.07.2002
IPC-Hauptklasse C13F 1/14
IPC-Nebenklasse B01F 1/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, bei dem im Zuge des Lösungsprozesses in Abhängigkeit von der gewünschten Zuckerkonzentration in der zu erzeugenden Zuckerlösung, dem Zuckersirup, kristalliner Zucker und Lösungsmittel im erforderlichen Verhältnis kontinuierlich zugeführt und die entsprechende Menge erzeugter Zuckersirup kontinuierlich abgeführt werden.

In der Getränkeindustrie, vornehmlich im Bereich der Herstellung alkoholfreier Erfrischungsgetränke, wird Zucker in kristalliner Ausgangsform aufgelöst und als hochkonzentrierte wäßrige Lösung verarbeitet. Dieser sogenannte Einfachsirup weist üblicherweise einen sogenannten Trockensubstanzgehalt der Lösung von mindestens wTS,L = 60% (entsprechend auch mit 60°Brix bezeichnet) auf, wodurch diese Lösung ohne die Gefahr mikrobiologischen Wachstums gelagert werden kann.

Zur Herstellung eines derartigen Zuckersirups sind zum einen diskontinuierlich und zum andern kontinuierlich arbeitende Verfahren zur Auflösung des kristallinen Zuckers in Wasser bekannt. Zentrale Bedeutung kommt hierbei jeweils den Auflöseapparaturen zu, und hier insbesondere dem sogenannten Lösereaktor ([*] Handbuch Erfrischungsgetränke, Teil 2, Südzucker, "Auflösen von Zucker").

Im Rahmen der diskontinuierlich arbeitenden Verfahren sei an dieser Stelle der sogenannte "batch"-Löser genannt ([*]: Abschnitt 4.2.6.5.1 "Diskontinuierliche Anlagen"). Der aufzulösende Zucker wird zunächst in einem Silo gelagert. Ein Lösetank, ausgestattet mit einer geeigneten Misch- und Wiegeeinrichtung, dient zum Auflösen des Zuckers für eine Produktionscharge. In den Lösetank wird zunächst Wasser eingewogen, dann Zucker gewichtsmäßig zugegeben, und anschließend wird der Zucker durch intensives Mischen, in der Regel mit einer geeigneten Rührwerkseinrichtung, im Wasser gelöst. Diese so erhaltene Zuckerlösung wird filtriert und ggf. kurzzeiterhitzt. Die Transportleitung, der Filter und eventuell vorhandene Wärmeübertrager werden mit zurückbehaltenem Rezepturwasser "ausgesüßt".

Wirtschaftliche und technologische Vorteile bieten diskontinuierlich arbeitende Verfahren, bei denen die Gesamtmenge des angelieferten losen Zuckers in einer Charge gelöst und weiter aufbereitet wird. Dieser sogenannte Großraumlöser ist ein Rührbehälter, in dem eine Silozugladung Zucker in einer Flüssigkeitsvorlage (Wasser) durch intensives Mischen direkt gelöst wird, um dann, je nach Aufgabenstellung bzw. Verwendungszweck, weiterverarbeitet zu werden ([*]: Abschnitt 4.2.6.5.2 "Großlösertechnik").

Während bei der diskontinuierlichen Arbeitsweise das gesamte Lösegut für eine vorgegebene Zeitdauer zur Auflösung im Lösegefäß verbleibt, werden kontinuierlich arbeitende Systeme stetig durchflossen ([*]: Abschnitt 4.2.6.5.3 "Kontinuierliche Löseverfahren"). Das Lösegut hat somit keine einheitliche Aufenthaltsdauer im System, sondern unterliegt einer Verweilzeitverteilung. Die bekannten diesbezüglichen Apparaturen gleichen sich in ihrer Verfahrensweise und variieren nur hinsichtlich der Lösetemperatur, der Prozeßsteuerung sowie der Meß- und Regeltechnik für die Konzentrationseinstellung. Anschließend erfolgt auch die Nachbehandlung entsprechend den Erfordernissen des Betriebes oder des Produktes. In der Regel wird die hergestellte Zuckerlösung kontinuierlich filtriert und ggf kurzzeiterhitzt.

Ein kontinuierlich arbeitender Zuckerlöser besteht aus einem Mischbehälter, der etwa ein Fassungsvermögen von 10 bis 20% der stündlichen Löseleistung enthält. Der aus einem Vorratssilo in einen Vorbehälter geförderte Zucker wird mittels einer Dosierrinne, Dosierschnecke oder Zellenradschleuse kontinuierlich in den Mischbehälter dosiert. Bei konstantem Zuckermengenstrom wird die Wasserzufuhr entsprechend der gemessenen Zuckerkonzentration über ein Dosierventil geregelt. Der im Wasser suspendierte Zucker wird teilweise schon durch Umwälzung mit Hilfe einer Kreiselpumpe gelöst, wobei durch Einsatz bestimmter Einbauten wie Injektordüsen oder sogenannte Turbulenzrohre eine starke Turbulenz erzeugt wird. Durch eine geeignete Trenneinrichtung wird kontinuierlich ein Teil der Zuckerlösung von dem Gemisch aus Zucker und Zuckerlösung abgetrennt. Die kontinuierlich abgeführte Zuckerlösung durchströmt ggf. eine Nachlösekammer, in der die noch verbliebenen Zuckerkristalle restlos aufgelöst werden. Bei der Auflösung von Zucker unter Wärmezufuhr befindet sich in der Nachlösekammer ein Wärmetauscher, dessen Betriebstemperatur über einen Temperaturregler eingestellt wird.

Die Konzentration des gelösten Zuckers wird vorzugsweise im Bypass mit einem Refraktometer oder Dichtemeßgerät gemessen und über einen nachgeschalteten Regler, der die Wasserzufuhr über ein Regelventil steuert, konstant gehalten. Ein in der Abführleitung für Zuckersirup angeordnetes Ausgangsventil wird geöffnet, sobald die eingestellte Soll-Konzentration erreicht ist; die fertige Zuckerlösung verläßt dann die Löseanlage. Wird dagegen die eingestellte Soll-Konzentration unterschritten, bleibt das Ausgangsventil geschlossen und die Zuckerlösung wird so lange umgewälzt, bis durch Wassernachdosierung die Soll-Konzentration erreicht ist.

Durch den kontinuierlichen Prozeß können die Apparaturen zur Nach- oder Weiterbehandlung kleiner als bei den sogenannten "batch"-Prozessen ausgeführt werden. Insbesondere bei Großanlagen sind kontinuierlich arbeitende Zuckerlöser die zur Zeit wirtschaftlichste Lösung.

Die kontinuierlich arbeitenden Zuckerlöser sind relativ aufwendig in Bezug auf ihre Regelung, der Geräuschpegel ihrer Mischeinrichtungen ist relativ hoch, und sie haben mit ca. 5 kWh pro Tonne gelösten Zuckers einen relativ hohen spezifischen Energiebedarf. Darüber hinaus ist die Regelmöglichkeit in Bezug auf ihre Ausbringleistung schlecht. Aus diesem Grunde befinden sich hinter dem kontinuierlich arbeitenden Zuckerlöser immer Einfachsirup-Lagertanks, damit eine hinreichend sichere Bereitstellung von Zuckersirup auch bei stark schwankenden Abnahmeleistungen sichergestellt ist.

Aus der DE-OS 17 94 125 ist ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren zum Lösen einer kristallinen oder pulverförmigen Masse in Flüssigkeit, beispielsweise Zucker in Wasser, bekannt, bei dem zum Einbringen der Masse in das Lösungsmittel ein aus dem Lösungsmittel und der Masse bestehender Brei in das strömende Lösungsmittel entsprechend der gewünschten Konzentration eindosiert wird und bei dem die so entstandene Mischung über eine Lösungsstrecke bis zur vollständigen Lösung der Masse weitergeleitet wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Einlauftrichter für die Masse, eine Einrichtung zum Zuführen von Lösungsmittel zu der trockenen Masse, eine dieser Einrichtung nachgeschaltete Dosierpumpe, eine das Lösungsmittel führende Leitung, in die der Auslaß der Dosierpumpe mündet, und eine sich an diese Mündung anschließende Lösungsstrecke.

Die bekannte Vorrichtung ist einerseits relativ aufwendig, da insgesamt vier Pumpen, die hierzu erforderliche Verrohrung und eine hinreichend lange Lösungsstrecke erforderlich sind. Die Vorrichtung hat darüber hinaus einen relativ hohen Energiebedarf, der aus dem Betrieb der Pumpen ansich und weiterhin der Tatsache resultiert, daß ein aus dem Lösungsmittel und der Masse bestehender Brei durch einen ersten Rohrleitungsabschnitt und nach anschließender Beimischung von Lösungsmittel in den Brei entsprechend der gewünschten Konzentration die so entstandene Mischung über die nachgeordnete Lösungsstrecke bis zur vollständigen Lösung der Masse gefördert werden müssen.

In der DE-AS 10 34 469 ist eine Durchfluß-Löse-Anlage zur Herstellung gesättigter, zur Speisung von Durchfluß-Zuckerkochern geeigneter Zuckerlösungen mit einem intensiv beheizten, in stetigem Einlauf mit Kristallzucker und Wasser in geregelten verhältnisgleichen Mengen belieferten Überlauftopf beschrieben. Diese Anlage zeichnet sich erstens aus durch ein dem Überlauftopf folgendes langes - vorzugsweise spiralig verlaufendes bzw. aus mehreren strömungsmäßig hintereinandergeschalteten konzentrischen Strömungswegen zusammengesetztes - Strömungskanalsystem mit eine Querzirkulation gegenüber der Hauptströmrichtung erzeugende Heizung und zweitens durch ein am anderen Kanalende angeordnetes, mit einem Überlauf versehenes Becken mit zugehörigem beheiztem Sirup-Einspeisekopf.

Auch diese bekannte Durchfluß-Löse-Anlage zur kontinuierlichen Bereitstellung von Zuckerlösungen ist apparativ außerordentlich aufwendig gestaltet und für Löseleistungen in der Größenordnung von mehreren to/h kaum geeignet.

Schließlich ist aus der DE-PS 443 181 ein Verfahren zur Lösung von Zucker auf warmem Wege bekannt, bei dem der zu lösende Zucker zwecks schneller Lösung mit kondensierendem Dampf an beheizter Fläche verrührt wird, wonach für dünnere Lösungen weitere Verdünnungsmittel nach Erfordernis zugeleitet werden, und wobei die hergestellte Lösung je nach der gewünschten Sättigung in entsprechender Höhe aus der Vorrichtung durch Hähne abgeleitet wird. Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens weist u. a. ein Rührwerk zum Verrühren des zu lösenden Zuckers mit kondensierendem Dampf und weiteren Verdünnungsmitteln auf. Aufgrund der Tatsache, daß die bekannte Vorrichtung von einer Rühr- und Mischeinrichtung Gebrauch macht, ist zum einen ein relativ hoher spezifischer Energiebedarf notwendig und zum andern sind derartige Einbauten bakteriologisch problematisch. Der beim Betrieb derartiger Rühr- und Mischeinrichtungen auftretende Geräuschpegel ist in der Regel unerwünscht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, zu schaffen, das einfach durchzuführen ist und zu dessen Durchführung ein Reaktor vorgesehen wird, der gegenüber bekannten Apparaturen einfacher in seinem Aufbau ist, Mischeinrichtungen überflüssig macht und einen geringeren spezifischen Energiebedarf aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Reaktor zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen im Anspruch 3, während vorteilhafte Ausführungsformen des vorgeschlagenen Reaktors Gegenstand der dem Anspruch 3 nachgeordneten Unteransprüche sind.

Der Erfindungsgedanke basiert im wesentlichen darauf, daß im Lösungsmittel durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb oder oberhalb des Sediments ein Sediment aus kristallinem Zucker mit einer konstanten Betthöhe aufrecht erhalten wird. Dieses Bett aus sedimentiertem kristallinen Zucker wird vom Lösungsmittel gegen die Schwerkraft mit einer Geschwindigkeit v durchströmt, die unterhalb einer das Sediment im Lösungsmittel aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit vG bleibt. Hierbei ist eine Geschwindigkeit v im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s vorgesehen. Das vorgeschlagene Verfahren sieht in einer ersten Ausgestaltung vor, das Sediment durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb des Sediments aufrechtzuerhalten.

Wird alternativ hierzu das Sediment durch Zufuhr des kristallinen Zuckers oberhalb des Sediments aufrechterhalten, dann resultiert aus dieser Art der Einbringung des kristallinen Zuckers ein erstaunlich einfacher Reaktor zum Durchführen des Verfahrens.

Der Verzicht auf jegliche die Intensität des Lösungsprozesses befördernde mechanische Energiezufuhr ergibt ein sehr einfaches Verfahren, dessen Durchführung sich in einem ebenso einfachen Reaktor niederschlägt. Da die Durchströmungsgeschwindigkeit des sedimentierten kristallinen Zuckers so eingestellt wird, daß durch diese das Sediment nicht aufgewirbelt wird, sind auch keine besonderen Maßnahmen zur Trennung der noch nicht vollständig aufgelösten Zuckerkristalle vom Zuckersirup erforderlich. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht somit eine energetisch günstige und eine apparativ sehr einfache Auflösung des Zuckers im Lösungsmittel. Es hat sich gezeigt, daß günstige Auflösungsbedingungen vorliegen, wenn das Sediment aus kristallinem Zucker mit einer Geschwindigkeit im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s durchströmt wird.

Bei einer Durchströmung des Sediments mit einer Geschwindigkeit v vorzugsweise in der Nähe von v = 0,2 × 10-3 m/s ist in jedem Falle sichergestellt, daß eine Aufwirbelung des Sediments aus kristallinem Zucker vermieden wird. Unter diesen Bedingungen lassen sich je Quadratmeter durchströmten Sediments ca. 700 l/h Zuckersirup mit 62°Brix bei 17 bis 20°C Lösemitteltemperatur erzeugen.

Durch Ausbildung eines Reaktors zum Durchführen des vorgeschlagenen Verfahrens in Gestalt eines vertikal angeordneten Strömungsrohres mit entsprechendem Verweilzeitverhalten werden Misch- und Rühreinrichtungen überflüssig. Die erforderliche durchströmte Höhe und die daraus resultierende Reaktionslänge des Strömungsrohres ist an die vorliegenden bzw. anzustrebenden Stoffaustauschbedingungen leicht anpaßbar. Der aufzulösende Zucker wird über eine im Bereich zwischen der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser und der Abführleitung für Zuckersirup in das Strömungsrohr eingreifende Zuführeinrichtung für Zucker in das Strömungsrohr eingebracht, wo der ungelöste Zucker zunächst sedimentiert. In das untere Ende des Strömungsrohres mündet die Zuführleitung für Wasser ein, und in diesem Bereich ist, unmittelbar anschließend an diese Einmündungsstelle, die Zuführ- und Verteileinrichtung für dieses Wasser vorgesehen, so daß die sedimentierte Schicht ungelösten Zuckers, ähnlich einem sogenannten Festbett, gleichmäßig über die gesamte Querschnittsfläche des Strömungsrohres im wesentlichen gegen die Schwerkraft, von unten nach oben, vom Lösungsmittel, dem Wasser, durchströmt wird. Oberhalb des sich im stationären Betrieb des Strömungsrohres sedimentierenden ungelösten Zuckers ist der verbleibende Teil des Strömungsrohres bestimmungsgemäß vollständig mit der erzeugten Zuckerlösung ausgefüllt, wobei sich zwischen dem ungelösten Zucker und der darüber befindlichen Zuckerlösung eine mehr oder weniger scharf begrenzte Trennschicht ausbildet.

Dabei kann die Betthöhe des sedimentierten kristallinen Zuckers dadurch aufrechterhalten werden, daß die Zuführeinrichtung für Zucker im Bereich des Sediments in das Strömungsrohr eingreift. Es hat sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Zuführeinrichtung für Zucker in einem vertikalen Abstand h, gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser, in das Strömungsrohr einmündet, der etwa einem Drittel einer durchströmten Höhe H des Strömungsrohres, die ebenfalls von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser gemessen wird, entspricht.

Eine andere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Reaktors sieht hinsichtlich der Einleitungsstelle für den kristallinen Zucker vor, daß die Zuführeinrichtung für Zucker oberhalb des Sediments in das Strömungsrohr eingreift. Dabei hat sich gezeigt, daß besonders günstige Verhältnisse dann gegeben sind, wenn die Zuführeinrichtung für Zucker in einem vertikalen Abstand h, gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser, in das Strömungsrohr einmündet, der etwa zwei Drittel der durchströmten Höhe H entspricht. In diesem Falle wird der zugeführte kristalline Zucker auf das Sediment aufgeschichtet. Hierdurch läßt sich die Zuführeinrichtung für Zucker besonders einfach ausgestalten und es besteht nicht die Gefahr des Eindringens von Zuckerlösung in die Zuführeinrichtung.

Im stationären Betrieb des Strömungsrohres werden kontinuierlich Wasser über die Zuführleitung und Zucker über die Zuführeinrichtung im erforderlichen Mengenverhältnis zugeführt, während ein entsprechender Mengenstrom Zuckersirup, auch als Einfachsirup bezeichnet, das Strömungsrohr an dessen oberem Ende nahezu drucklos über die Abführleitung verläßt. Dabei werden das Volumen bzw. die Menge des zuströmenden Wassers sowie das Volumen bzw. die Menge und Konzentration des Einfachsirups kontinuierlich gemessen, und es wird anschließend durch nachträgliches kontinuierliches Hinzumischen von Wasser in der erforderlichen Menge die gewünschte Sollwert-Konzentration des dann als Fertigsirup bezeichneten Endproduktes erreicht.

Untersuchungen haben ergeben, daß die durchströmte Höhe des Strömungsrohres mit ca. H = 3 bis 3,5 m und die Betthöhe h* des Sediments mit ca. 2 m ausreichend bemessen sind. Dieses Ergebnis findet in einem entsprechenden Auslegungsvorschlag seinen Niederschlag. Diese Reaktorhöhe stellt sicher, daß der erforderliche Trockensubstanzgehalt von wenigstens wTS,L = 60% (entsprechend 60°Brix) am Austritt des Strömungsrohres erreicht wird.

Das Auflösen von Zucker in Wasser ist ein endothermer Prozeß. Falls dieser Prozeß zwecks Erhöhung der Lösungsgeschwindigkeit jedoch isotherm geführt werden soll, sieht eine weitere Ausgestaltung des vorgeschlagenen Reaktors gemäß der Erfindung vor, daß in der oberen Hälfte des Strömungsrohres ein Wärmetauscher vorgesehen ist. Alternativ hierzu wird weiterhin vorgeschlagen, die erforderliche Wärmezufuhr durch Anordnung eines Wärmetauschers in der Zuführleitung für Wasser sicherzustellen.

Zwei Ausführungsbeispiele des Reaktors zum Durchführen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend hinsichtlich ihres Aufbaus und Betriebes beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines Reaktors zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, bei dem die Zuführeinrichtung für Zucker im Bereich des Sediments in das Strömungsrohr eingreift und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des Reaktors gemäß der Erfindung, bei dem die Zuführeinrichtung für Zucker oberhalb des Sediments in das Strömungsrohr eingreift.

Ein Reaktor 1 (Fig. 1) ist als vertikal angeordnetes Strömungsrohr ausgebildet. In dieses mündet einerseits am unteren Ende die Zuführleitung für Wasser 4 ein, während eine Abführleitung für Zuckersirup 5 andererseits am oberen Ende ausmündet. Unmittelbar im Anschluß an die Eintrittsstelle der Zuführleitung 4 in das Strömungsrohr 1 ist in diesem eine Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser 2 angeordnet, über die das in das Strömungsrohr 1 von unten eintretende Wasser W gleichmäßig über dessen durchströmte Gesamtquerschnittsfläche A verteilt wird. In die untere Hälfte des Strömungsrohres 1 greift von der Seite eine über einen Motor M angetriebene Zuführeinrichtung für Zucker 3 ein, die beispielsweise als Dosierschnecke oder Zellenradschleuse ausgebildet ist und aus einem Vorratssilo 3a kristallinen Zucker Z in diesen Bereich des Strömungsrohres 1 kontinuierlich dosiert. Dabei mündet die Zuführeinrichtung 3 in einem vertikalen Abstand h (Einspeisehöhe h), gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser 2, in das Strömungsrohr 1 ein, der etwa einem Drittel einer durchströmten Höhe H des Strömungsrohres 1, die ebenfalls von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser 2 gemessen wird, entspricht. Über eine Absperrklappe 3b ist die Zuführeinrichtung 3 vom Innenraum des Strömungsrohres 1 abzusperren. In die Abführleitung 5 mündet eine zweite Wasserleitung 6 ein, über die Wasser W dem das Strömungsrohr 1 verlassenden, auch als Einfachsirup ES bezeichneten Zuckersirup zugeführt werden kann. Auf diese Weise entsteht dann der sogenannte Fertigsirup FS mit der gewünschten Sollwert-Konzentration.

Zum Anfahren des Strömungsrohres 1 wird in diesem zunächst über die Zuführleitung 4 so viel Wasser W vorgelegt, daß der Eintrag des Zuckers Z aus der Zuführeinrichtung 3 unterhalb des sich einstellenden Flüssigkeitsspiegels erfolgt. Nach einer Wartezeit hat sich der ungelöste Zucker Z im Strömungsrohr 1 oberhalb der Zuführ- und Verteileinrichtung 2 über eine Ablagerungshöhe h* (Betthöhe h* eines Sediments S aus kristallinem Zucker Z) sedimentiert und zur darüber befindlichen Zuckerlösung ES eine Trennschicht T ausgebildet. Anschließend wird über die Zuführleitung 4 und die nachgeordnete Zuführ- und Verteileinrichtung 2 kontinuierlich Wasser W zugeführt, das das aus ungelöstem Zucker Z bestehende Bett mit der Betthöhe h* über die gesamte Querschnittsfläche A des Strömungsrohres 1 im wesentlichen gleichmäßig durchströmt (Zustand W + Z). Entsprechend der Wasserzufuhr W über die Zuführleitung 4 wird im erforderlichen Mengenverhältnis kontinuierlich Zucker Z über die Zuführeinrichtung 3 zugeführt.

Im stationären Betrieb ist das Strömungsrohr 1 oberhalb der Trennschicht T vollständig mit Zuckerlösung, dem Einfachsirup ES, befüllt. Letzterer tritt nahezu drucklos über die Abführleitung 5 aus dem Strömungsrohr 1 aus. Sowohl der Volumenstrom des über die Zuführleitung 4 zuströmenden Wassers W als auch der Volumenstrom und die Konzentration (Dichte) des in der Abführleitung 5 strömenden Einfachsirups ES werden kontinuierlich gemessen. Für den Volumenstrom in der Zuführleitung 4 und in der Abführleitung 5 sind jeweils ein Meßumformer FT und für die Dichte in der Abführleitung 5 ist ein Meßumformer DT vorgesehen.

In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die Menge des gelösten Zuckers Z im über die Abführleitung 5 das Strömungsrohr 1 verlassenden Einfachsirup ES geregelt. In diesem Falle ist die im Strömungsrohr 1 erreichte Zuckerkonzentration stets größer als die Sollwert-Konzentration im Fertigsirup FS. Diese gewünschte Sollwert-Konzentration wird durch kontinuierliches Hinzumischen von Wasser W auf dem Weg über die zweite Wasserleitung 6 in die Abführleitung 5 mittels eines Durchflußreglers FIC eingeregelt. Volumenstrom und Konzentration des das Strömungsrohr 1 verlassenden Einfachsirups ES bestimmen den Volumenstrom des Wassers W in der Zuführleitung 4 und die Menge des über die Zuführeinrichtung 3 dem Strömungsrohr 1 zugeführten Zuckers Z. Die Meß- und Regeleinrichtungen FT, DT und FIC sowie der Antrieb M der Zuführeinrichtung 3 sind über Signalverarbeitungsleitungen 7 miteinander verbunden.

Ein anderes Regelverfahren sieht vor, die gewünschte Sollwert-Konzentration des Fertigsirups FS durch Regelung der Menge des zuzuführenden Zuckers Z einzustellen. In diesem Falle werden Volumenstrom und Konzentration des das Strömungsrohr 1 über die Abführleitung 5 verlassenden Einfachsirups ES gemessen und die Menge des über die Zuführeinrichtung 3 zugeführten Zuckers Z wird in Abhängigkeit vom Volumenstrom des Wassers W in der Zuführleitung 4, der gleichfalls gemessen wird, geregelt.

Fig. 2 zeigt die Ausführungsform eines ebenfalls als Strömungsrohr 1 ausgebildeten Reaktors, der gegenüber jenem gemäß Fig. 1 teilweise weiter vereinfacht ist. Dies gelingt durch die Verschiebung der Einleitungsstelle für den kristallinen Zucker Z auf eine Einspeisehöhe h, die etwa Zweidrittel der durchströmten Höhe H des Strömungsrohres 1 entspricht (h ≈ H2/3). Dabei ist die Zuführeinrichtung für Zucker 3 in Form eines gegen die Längsachse des Strömungsrohres 1 geneigten Rohres ausgeführt, das in das Strömungsrohr 1 seitlich einmündet und sich am unteren Ende über eine Rutsche 3c im Strömungsrohr 1 fortsetzt. Dadurch wird der zugeführte kristalline Zucker Z auf das aus kristallinem Zucker Z bestehende Sediment S (Betthöhe h*) aufgeschichtet.

Die Abführleitung für Zuckersirup 5 ist seitlich am oberen Ende des Strömungsrohres 1 derart angeordnet, daß sie wie ein Überlauf wirkt und dadurch einen maximalen Flüssigkeitsspiegel N im Strömungsrohr 1 determiniert. Dieser Flüssigkeitsspiegel N bildet sich nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren auch in der Zuführeinrichtung für Zucker 3 ab, wodurch ein problemloses Zuführen des kristallinen Zuckers Z in diesem Bereich möglich ist. Zur leichteren Einbringung und Verteilung des Zuckers Z in das auf dem durch den Flüssigkeitsspiegel N gegebene Niveau anstehende Lösungsmittel, das im wesentlichen dem über der Trennschicht T befindlichen Einfachsirup ES entspricht, ist in der Zuführeinrichtung für Zucker 3 eine motorisch angetriebene Einschlag- und Verteileinrichtung 8 vorgesehen. Zur Regelung des Reaktors 1 sind die zum Reaktor gemäß Fig. 1 vorgeschlagenen Maßnahmen sinngemäß anzuwenden.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum kontinuierlichen Auflösen von kristallinem Zucker in einem Lösungsmittel, vorzugsweise Wasser, bei dem im Zuge des Lösungsprozesses in Abhängigkeit von der gewünschten Zuckerkonzentration in der zu erzeugenden Zuckerlösung, dem Zuckersirup, kristalliner Zucker und Lösungsmittel im erforderlichen Verhältnis kontinuierlich zugeführt und die entsprechende Menge erzeugter Zuckersirup kontinuierlich abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet,

    daß im Lösungsmittel durch Zufuhr des kristallinen Zuckers innerhalb oder oberhalb des Sediments ein Sediment aus kristallinem Zucker mit einer konstanten Betthöhe aufrechterhalten wird,

    daß das Sediment vom Lösungsmittel gegen die Schwerkraft durchströmt wird, und

    daß hierbei eine Geschwindigkeit (v) im Bereich von v = (0,2 bis 1,0)10-3 m/s vorgesehen ist, die unterhalb einer das Sediment im Lösungsmittel aufwirbelnden Grenzgeschwindigkeit (vG) bleibt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit (v) vorzugsweise in der Nähe von v = 0,2 × 10-3 m/s eingestellt wird.
  3. 3. Reaktor zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einem Behälter, der eine Zuführeinrichtung für den Zucker, eine Zuführleitung für Wasser, eine Abführleitung für den erzeugten Zuckersirup und eine Meß- und Regeleinrichtung zur Einstellung der Zuckerkonzentration im Zuckersirup aufweist, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Reaktor als vertikal angeordnetes Strömungsrohr (1) ausgebildet ist,

    in das am unteren Ende die Zuführleitung für Wasser (4) einmündet,

    das unmittelbar anschließend eine Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2) aufweist,

    das an seinem oberen Ende in die Abführleitung für Zuckersirup (5) ausmündet und

    in das im Bereich zwischen der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2) und der Abführleitung für Zuckersirup (5) die Zuführeinrichtung für Zucker (3) eingreift.
  4. 4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für Zucker (3) im Bereich des Sediments (S) in das Strömungsrohr (1) eingreift.
  5. 5. Reaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für Zucker (3) in einem vertikalen Abstand (h), gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2), in das Strömungsrohr (1) einmündet, der etwa einem Drittel einer durchströmten Höhe (H) des Strömungsrohres (1), die ebenfalls von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2) gemessen wird, entspricht (h ≈ H/3).
  6. 6. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für Zucker (3) oberhalb des Sediments (S) in das Strömungsrohr (1) eingreift.
  7. 7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für Zucker (3) in einem vertikalen Abstand (h), gemessen von der Zuführ- und Verteileinrichtung für Wasser (2), in das Strömungsrohr (1) einmündet, der etwa Zweidrittel der durchströmten Höhe (H) entspricht (h ≈ H2/3).
  8. 8. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durchströmte Höhe (H) des Strömungsrohres (1) ca. 3 bis 3,5 m und die Betthöhe (h*) des Sediments (S) ca. 2 m betragen.
  9. 9. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Hälfte des Strömungsrohres (1) ein Wärmetauscher vorgesehen ist.
  10. 10. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuführleitung für Wasser (2) ein Wärmetauscher vorgesehen ist.






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