Gebiet: Die Erfindung ist gerichtet auf ein Verfahren zum Reinigen von Rohsaft vor der Kristallisation der im Saft erhaltenden Saccharose, wobei der Rohsaft aus Zuckerrüben extrahiert ist.

Stand der Technik: Bei der herkömmlichen Herstellung von kristallisierter Saccharose (Zucker) aus Zuckerrüben wird zuerst ein „Rohsaft" erhalten durch Diffusion von löslichem Material aus den Rüben. Der Rohsaft wird dann teilweise gereinigt. Der Zweck dieser ersten Reinigung besteht im Entfernen eines wesentlichen Teils der „Nichtsaccharoseanteile" aus dem Saft. Der teilweise gereinigte Saft zeigt nachfolgend eine bessere Verarbeitbarkeit, ergibt eine höhere Ausbeute des kristallisierten Produkts und verbessert die Produktqualität in Bezug auf Färbung, Geruch, Geschmack und Trübung einer Lösung.

Das üblicherweise am meisten eingesetzte Verfahren für die Reinigung von Rohsaft aus Zuckerrüben ist weit verbreitet und beruht auf dem Zusatz von Kalk und Kohlendioxid. Die ersten Schritte dieses Verfahrens erfolgen vor der Kristallisation bei der Verfahrensstufe, die allgemein als das „Rübenhaus" des Verfahrens bezeichnet wird. Die Zuckerrüben werden typischerweise mit heißem Wasser ausgelaugt bzw. diffundiert, um einen „Rohsaft" oder „Diffusionssaft" zu extrahieren. Der Rohsaft enthält (1) Saccharose, (2) Nichtsaccharoseanteile und (3) Wasser. Der Begriff „Nichtsaccharoseanteile" umfasst neben der Saccharose alle von den Zuckerrüben stammenden Substanzen im Saft unter Einschluss von gelösten und ungelösten Feststoffen. Andere Bestandteile, die im Rohsaft vorhanden sein können, sind für die vorliegende Erfindung nicht von Belang.

Der Rohsaft wird auf eine hohe Temperatur erwärmt und dann dem Saft eine Lösung/Suspension von Calciumoxid und Wasser (Kalkmilch) zugesetzt. Dann wird der Saft mit Kohlendioxidgas behandelt um das Calciumoxid als Calciumcarbonat auszufällen. Dieser Verfahrensschritt wird normalerweise als „erste Karbonisierung" bezeichnet und stellt die Grundlage des herkömmlichen Reinigungsverfahrens dar, welches zu einem „einmal karbonisierten Saft" führt. Bei diesem Verfahrensschritt werden eine Reihe von Nichtsaccharoseverbindungen, Färbung etc. entfernt oder umgewandelt, indem sie mit dem Kalk reagieren oder vom ausgefällten Calciumcarbonat absorbiert werden.

Das Calciumoxid und Kohlendioxid werden herkömmlicherweise durch Erwärmen von Kalkstein (Calciumcarbonat) in einem Hochtemperaturbrennofen hergestellt. Das Calciumcarbonat wird zu Calciumoxid und Kohlendioxid zersetzt, die dann bei der ersten Karbonisierung rekombinieren. Der entstehenden Calciumcarbonat „schlamm" wird üblicherweise aus dem einmal karbonisierten Saft durch Absetzkessel oder geeignete Filter entfernt. Der entstehende „Kalkabfall" ist schwierig zu entsorgen und enthält etwa 20 bis 30 % der ursprünglichen Nichtsaccharoseanteile des Rohsaftes. Der einmal karbonisierte Saft wird üblicherweise zu einem zweiten Kohlendioxidbegasungstank geführt (ohne Zusatz von Kalk). Diese Begasung wird oft als „zweite Karbonisierung" bezeichnet. Der Zweck der zweiten Karbonisierung besteht im Vermindern des Gehalts des im behandelten Saft vorhandenen Calciums („zweite Karbonisierung"), in dem die Calciumionen als unlösliches Calciumcarbonat ausgefällt werden. Das ausgefällte Calcium; oft „Kalksalz" genannt, kann in verfahrensabwärts gelegenen technischen Einrichtung wie Verdampfern einen schädlichen Kesselstein bilden. Der zweimal karbonisierte Saft wird üblicherweise filtriert, um das ausgefällte Calciumcarbonat zu entfernen.

Nach dieser Reinigung verbleibender Saft wird als „Dünnsaft" bezeichnet. Nur etwa 20 bis 30% der Nichtsaccharoseanteile im Rohsaft sind der Entfernung durch Kalken und Karbonisierung zugänglich. Die verbleibende Nichtsaccharoseanteile („nicht entfernbare Nichtsaccharoseanteile") haben chemische Eigenschaften, die es unmöglich machen, sie mit diesen Mitteln zu entfernen. Diese Bestandteile verbleiben im Dünnsaft.

Der Dünnsaft, der (bezogen auf das Gewicht des Saftes") typischerweise etwa 10 bis etwa 16% Feststoffe enthält, wird einer Konzentrierungsstufe zugeführt, um den Feststoffe auf etwa 60 bis 70 Gew.-% zu erhöhen. Es entsteht ein gereinigtes Sirup, der als „Dicksaft" bezeichnet wird.

In der Zuckerindustrie ist eine Reihe von Variationen beim Kalken und Karbonisieren im Einsatz. Typische Abweichungen vom beschriebenen Basisprozess sind die folgenden:

„Vorkalken", welches vor der ersten Karbonisierung durchgeführt wird. Dieses Verfahren umfasst den fortschreitenden kontrollierten Kalkzusatz, wodurch bestimmte Nichtsaccharoseanteile ausgefällt und für die nachfolgende Entfernung stabilisiert werden.

„Hauptkalken", welches ebenfalls vor der ersten Karbonisierung durchgeführt wird und den Kalkzusatz zum Saft bei hohem pH-Wert und hohen Temperaturen umfasst, wodurch bestimmte Nichtsaccharoseanteile zerstört und ein thermostabilerer Saft erzeugt werden.

„Kalkungskarbonisierung", den den gleichzeitigen Zusatz von Kalk und Kohlendioxid auf kontinuierlicher Basis umfasst.

„Einstellbares Verfahren", bei dem die Kalkmenge, die Temperatur und der Zusatz anderer Chemikalien wie Schwefeldioxid oder kalzinierte Soda in das Kalken und Karbonisieren übernommen werden, um das Verfahren anpassungsfähiger an eine Veränderung der Bedingungen zu machen.

Bei der Kristallisation wird der im Rübenhaus erzeugte Dicksaft zum „Zuckerhaus" geschickt. Die Funktion des Zuckerhauses des Verfahrens besteht in der Kristallisation der Saccharose aus dem Dicksaft als marktfähiges Produkt. Dieses Produkt wird vom Verbraucher und anderen außerhalb der Zuckerindustrie normalerweise als „Zucker" bezeichnet. Es ist nicht möglich, die gesamte Saccharose aus dem Dicksaft als akzeptables Produkt auszukristallisie- ren. Ein große Menge dieser Saccharose geht an ein Abfallprodukt verloren, welches „Melasse" genannt wird. Dieser Verlust ist größtenteils auf den Umstand zurückzuführen, dass die „Reinigung" durch Kalken und Karbonisierung nur einen kleinen Teil der Nichtsaccharoseanteile im Saft entfernt. Die Anwesenheit von restlichen Nichtsaccharoseanteilen im Dicksaft stört die Effizienz der Kristallisation und der Saccharosegewinnung im Dicksaft signifikant aufgrund von inhärenten Kristallisations- und Solubilisierungseffekten. Deshalb ist eine Melasse mit niedrigem Gehalt ein unvermeidbares Nebenprodukt der Kristallisation.

Die aus den Kristallisieren gewonnene Melasse enthält im Wesentlichen die gesamten, ursprünglich im Dicksaft vorhandenen Nichtsaccharosekomponenten zusammen mit einem wesentlichen Anteil (typischerweise etwa 15%) des ursprünglichen Saccharosegehalts im Dicksaft. Die Melasse stellt deshalb den Hauptverlustfaktor an Saccharose in einer Rübenfabrik dar. Sie wird üblicherweise als Tierfutter entsorgt. Gelegentlich werden Sonderverfahren eingesetzt, um weitere Saccharose aus diesem Nebenprodukt zu gewinnen.

Der typische Kristallisationsprozess bei Zuckerrüben besteht aus drei seriellen Kristallisationsschritten. Diese Kristallisationsschritte werden oft als die Kristallisationen „A", „B" bzw. „C" bezeichnet, wobei nach einer anderen Terminologie „A" der Kristallisation „weiß", „B" der Kristallisation „sehr roh" bzw. „C" der Kristallisation „wenig roh" entspricht.

Jeder Kristallisationsschritt erhält die Mutterlauge des vorhergehenden Schritts. Die Mutterlauge des letzten Kristallisationsschritt wird aus dem Verfahren als Melasse entsorgt. Jeder Kristallisationsschritt entfernt Saccharose. Dementsprechend nimmt die Konzentration der Mutterlauge an Nichtsaccharoseanteilen mit jedem weiteren Schritt zu. Die abnehmende Reinheit der Mutterlauge stört fortschreitend die Kristallisationsgeschwindigkeit und die Qualität des bei den Schritten B und C kristallisierten Produkts. Die Kristallisationsgeschwindigkeit ist bei der Kristallisation C typischerweise um eine Größenordnung kleiner als bei der Kristallisation A. Das kristallisierte Produkt bei den Schritten B und C hat normalerweise eine so schlechte Qualität, dass es zur Kristallisation A rückgeführt wird. Im Allgemeinen wird nur die bei Schritt A kristallisierte Saccharose als von marktfähiger Qualität angesehen.

Es wurden Verfahren vorgeschlagen für die Herstellung von marktfähiger Saccharose, die das Kalken und die Karbonisierung vermeiden. Diese Vorschläge wurde aufgrund von signifikanten Nachteilen nicht übernommen.

Es wurde die Kristallisation aus Rohsaft ohne Reinigung vorgeschlagen. Jedoch zeigt direkt aus Rohsaft kristallisierte Saccharose sehr oft Färbungen, Geruchsabweichungen, Geschmacksabweichungen und einen hohen Feststoffgehalt. Im Verdampfer erfolgt signifikante Kesselsteinbildung. Die Ausbeute an Saccharoseprodukt ist auch äußerst niedrig, weil die beim Auskristallisieren aus ungereinigtem Rohsaft erhaltene Mutterlauge unvermeidbar dem Nebenprodukt in Form von Melasse noch mehr Saccharose zuführt.

Es wurde eine Reinigung des Prozesssaftes durch Ionenaustausch vorgeschlagen. Bei einem solchen Verfahren werden Nichtsaccharoseanteile im Saft durch weniger schädliche Materialien ersetzt. Weil im Rohsaft sehr große Mengen an austauschbaren Nichtsaccharoseanteilen vorhanden sind, muss für den Austausch mindestens die gleiche Menge der weniger schädlichen Nichtsaccharoseanteile zur Verfügung gestellt werden. Infolgedessen werden diese Verfahren aufgrund der sehr großen Mengen an teuren Regenerierungsmitteln und des erzeugten Abfalls bei der Regenerierung im Allgemeinen als nicht praktikabel angesehen. Außerdem können mit Kalk entfernbare Nichtsaccharoseanteile leichter mit Kalk als durch Ionenaustausch entfernt werden. Eine Reihe an Verfahren und Vorrichtungen zum Reinigen von Rohzuckersaft durch Ionenaustausch sind offenbar im britischen Patent 1 043 102 sowie in den US-Patenten 3 618 589, 3 785 863, 4 140 541 und 4 331 483.

Vorgeschlagen wurde auch die Membranfiltration, und es wurden Verfahren erprobt, die den Einsatz von Membranen vorsehen, um Materialien von unterschiedlichen Molekulargewicht aus dem Rohsaft abzutrennen. Solche Verfahren erfordern einen hohen Kapitalaufwand, die Membran hat eine kurze Lebensdauer bei gleichzeitig hohen Ersatzkosten und signifikanten Verlust an Zucker an den Strom des „Konzentrats" nebenprodukts der Membran. Der entstehende Saft ist nicht von höherer Reinheit als der beim herkömmlichen Kalken und Karbonisieren erhaltene. Es wurde vorgeschlagen, die Membranreinigung mit Kalken und Karbonisierung, Elektrodialyse oder Entmineralisierung durch Ionenaustausch zu kombinieren. Ein vorgeschlagenes Reinigungsverfahren für Rohzuckersaft mit Membranultrafiltration wird im US-Patent 4 432 806 offenbart.

Ebenso wurde die Chromatographie vorgeschlagen und wird derzeit verschiedenenorts als Trennverfahren eingesetzt, welches auf das Nebenprodukt Melasse angewandt wird. Der Zweck der Chromatographie von Melasse besteht im Gewinnen der Restsaccharose aus diesem Nebenproduktstrom. Das entstehende chromatographische Produkt ist aufgrund von hoher Färbung, Geruch und niedriger Reinheit von relativ schlechter Qualität. Es wird im Allgemeinen mit herkömmlicherweise hergestelltem Sirup gemischt, um seine nachteiligen Auswirkungen auf die Kristallisation zu verringern. Das Produkt wird oft zuerst durch Ionenaustausch aufgereinigt oder zum Rübenhaus rückgeführt und läuft ein weiteres Mal durch das Kalken und Karbonisieren.

Weil die chromatographische Trennstufe der Melasse so ausgelegt ist, dass sie den Endnebenproduktstrom der Zuckerfabrik verarbeitet, hat sie keine vorteilhafte Auswirkung auf die verfahrensaufwärts gelegene Reinigung oder Kristallisation. Ihr Zweck besteht darin, als letzter Verfahrensschritt zu wirken, um die in der Melasse verlorene Saccharose zu gewinnen. Sie ist so ausgelegt, dass sie ein Material verarbeitet, welches beim herkömmlichen Kalken und Karbonisieren entsteht.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur chromatographischen Trennung von Melasse werden offenbart im US-Patent 4 312 678 und der Druckschrift WO-A-96 10 650. Andere Verfahren und Vorrichtungen unter Einsatz von Trennstufen auf der Grundlage der simulierten Wanderbettchromatographie sind offenbart in den US-Patent 2 985 589, 4 182 633, 4 412 866 und 5 102 553.

Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren für Rübensaft stellt eine fundamentale Abkehr vom herkömmlichen Reinigungsverfahren und deren Varianten dar. Es verbessert das herkömmliche Verfahren zum Reinigen von Rohsaft in Bezug auf Umweltfragen, die Ausbeute und Qualität der Saccharose, Faktoren in Bezug auf den Umgang mit Material und die Komplexität des Verfahrens.

Das Verfahren umfasst typischerweise die herkömmliche Diffusion von Rohsaft aus Zuckerrüben. Sie kann auch herkömmliche Kristallisationsverfahren einschließen. Anstelle der herkömmlichen ersten und zweiten Karbonisierung wird jedoch der gereinigte Rohsaft einer neuartigen Enthärtung unterworfen, gefolgt von einer neuartigen chromatographischen Trennung. Beide Verfahrensschritte können in Anlagen durchgeführt werden, die in der Zuckerindustrie für unterschiedliche Zwecke Anwendung gefunden haben.

Allgemein gesprochen stellt die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Reinigen des aus Zuckerrüben enthaltene Rohsafts zur Verfügung. Bei dem Verfahren wird der Rohsaft einer Enthärtung unterworfen, wodurch ein enthärteter Rohsaft hergestellt wird, aus dem mehr als die Hälfte der Nichtzuckeranteile entfernt sind; dann wird der enthärtete Rohsaft konzentriert, wodurch ein enthärteter Rohsirup hergestellt wird und dann der enthärtete Rohsirup einer chromatographischen Trennung unterworfen, wodurch ein Rohsirupextrakt hergestellt wird, aus dem mindestens die Hälfte, bevorzugt mehr als 70% der im Rohsaft ursprünglich enthaltenen Nichtsaccharoseanteile entfernt sind. Bevorzugt wird der Rohsaft so verarbeitet, dass der Gehalt an suspendierten Feststoffen auf einen Wert von weniger als ein Zehntel Volumenprozent herabgesetzt wird, ehe der Rohsaft der Ionenaustauscher Enthärtung unterworfen wird. Der Rohsaft wird der Enthärtung unterworfen, bis der Calciumgehalt im Rohsaft auf weniger als 5, idealerweise weniger als 3 Milliäquivalent pro 100 Gramm Trockensubstanz herabgesetzt ist. Der enthärtete Rohsaft wird zur Herstellung des enthärteten Rohsirups auf mehr als 50 Gew.-% gelöste Feststoffe konzentriert. Zur Lagerung wird der enthärtete Rohsaft soweit konzentriert, dass ein enthärteter Rohsirup erhalten wird, der mehr als 65 Gew.-% Feststoffe enthält. Der enthärtete Rohsirup wird dann bei einer Temperatur gelagert, die ausreichend ist, um das Auskristallisieren von Saccharose zu verhindern. Die chromatographische Trennung kann als chromatographisches Medium ein Ionenaustauscherharz verwenden. Sie basiert idealerweise auf einem vernetzten gelartigen chromatographischen Trennharz in monovalenter Form.

Bei bevorzugteren Ausführungsformen kann das Verfahren weiter den Einsatz einer Einrichtung zum Überwachen des Calciumgehaltes im enthärteten Rohsaft und des diskontinuierlichen Flusses zur Ionenaustauscherenthärtung umfassen, wenn die Einrichtung einer Calciumionenkonzentration oberhalb eines vorgewählten Punktes anzeigt. Die Zeitdauer, während der Rohsaft der Ionenaustauschenthärtung unterworfen wird, wird üblicherweise nach Maßgabe des Calciumgehalts der Zuckerrüben festgelegt, die zur Gewinnung des Rohsaftes verarbeitet werden. Der Saft wird typischerweise der Enthärtung unterworfen, bis der Calciumgehalt im Rohsaft auf weniger als 3 Milligrammäquivalent pro 100 Gramm Trockensubstanz herabgesetzt ist. Der Rohsaft wird typischerweise so behandelt, dass sein Gehalt an suspendierten Feststoffen auf einen Wert von weniger als 0,05 Volumenprozent herabgesetzt ist, eher der Rohsaft der Ionenaustauschenhärtung unterworfen wird. Der enthärtete Rohsaft wird bevorzugt zur Herstellung des enthärteten Rohsirups auf 50 bis 70 Gew.-% gelöste Feststoffe konzentriert. Im Rohsaft verbleibende suspendierte Feststoffe werden bevorzugt zuerst auf einen niedrigen Wert herabgesetzt, wobei Routinetrennverfahren wie die Filtration oder die Zentrifugation Einsatz finden. Die Endung wird bevorzugt auf Rohsaft mit einem Gehalt an suspendierten Feststoffen von weniger als 0,05 Volumenprozent angewandt. Höher Werte der suspendierten Feststoffe führen leicht dazu, dass die nachfolgende Einrichtung, die auf der Basis von Harz arbeitet, von unlöslichem Rübenmaterial verstopft wird; dies erfordert häufigeres Rückspülen dieser Einrichtung.

Der Rohsaft wird dann zur Entfernung von Calciumionen durch eine Ionenaustauscherenthärtung geleitet. Dieser Ionenaustausch unterscheidet sich vom Konzept her von bekannten Reinigungsverfahren mit Ionenaustausch, bei denen große Anteile von Nichtsaccharosebestandteilen ausgetauscht werden. Erfindungsgemäß wird nur die relativ geringe Menge an Calciumionen ausgetauscht, die im Rohsaft vorhanden ist.

Überschüssiges Calcium im Rohsaft kann verfahrensabwärts in Verdampfern zur Bildung von Kesselsteinen und zu schlechter Wärmeübertragung führen. Calcium kann auch die Abtrennung von Saccharose bei der strömungsabwärts gelegenen chromatographischen Trennstufe stören, die von der Erfindung eingesetzt wird. Koagulationsreaktionen, die dann auftreten, wenn der pH-Wert des Rohsafts sich verändert oder wenn er verdampft wird, um den Feststoffanteil zu erhöhen, werden durch das „Enthärten" (die Entfernung von Calciumionen) beseitigt. Der Rohsaft wird in dieser Hinsicht durch einen Ionenaustausch oder eine vergleichbare Enthärtung stabilisiert. Der entstehende behandelte Saft wird als „enthärteter Rohsaft" bezeichnet.

Das für die Enthärtung eingesetzte Ionenaustauscherharz kann ein starker oder ein weicher Kationenaustauscher sein. Variationen beider Typen finden sich üblicherweise in der Zuckerindustrie zum Enthärten von herkömmlicherweise gekalkten und karbonisierten Säften oder ihren nachfolgenden Sirups. Die Flussgeschwindigkeitentemperaturen, Regeneriermittel und die herkömmlicherweise zum Enthärten von gekalkten und karbonisierten „Dünnsaft" führen zu zufriedenstellenden Ergebnissen bei der Anwendung dieser Erfindung.

Die erfindungsgemäßen Anforderung an die Enthärtung sind relativ strenger als die, die beim herkömmlichen Enthärten von „Dünnsaft" beobachtet werden. Erfindungsgemäß sollte das Enthärten die Calciumionenkonzentration so weit herabsetzen, dass Verschmutzungen der chromatographischen Trennstufe durch Calcium vermieden werden. Der Calciumgehalt im enthärteten Rohsaft sollte deshalb unterhalb von 3 Milliäquivalent pro 100 Gramm Trockensubstanz liegen. Bei höheren Werten neigt der Betrieb der chromatographischen Trennstufe fortschreitend zum Abtrifften zu nichtakzeptablen Ergebnissen und verlangt schließlich eine chemische Regeneration. Durch Aufrechterhalten der empfohlenen niedrigen Calciumwerte kann die Regeneration der chromatographischen Trennstufe normalerweise vermieden werden.

Der enthärtete Rohsaft wird (typischerweise durch Verdampfen) bis zu einem prozentualen Feststoffgehalt konzentiert, der für den Einsatz als Beschickung für die nachfolgende chromatographische Trennung geeignet ist. Das Konzentrieren bis zu einem Feststoffgehalt von 50 bis 70 Gew.-% ist normalerweise geeignet für eine zufriedenstellende chromatographische Trennung des Rohsirups. Das konzentrierte Material wird als „enthärteter Rohrsirup" bezeichnet. Der enthärtete Rohsirup wird zusammen mit Wasser durch eine chromatographische Trennstufe in monovalenter Form geleitet, um große Teile der Nichtsaccharoseanteile zu entfernen, was zu einem hochgereinigten Saccharosesirup führt, der für die nachfolgende Kristallisation geeignet ist und als „Rohsirupextrakt" bezeichnet wird. Als Nebenprodukt wird von der chromatographischen Trennstufe das „Rohsirupraffinat" erhalten, welches die Hauptanteile der Nichtsaccharosebestandteile enthält. Es ist geeignet als Tierfutter oder chemisches Ausgangsmaterial.

Zur praktischen Durchführung der Erfindung sind normalerweise die folgenden Parameter geeignet. Die Trennstufe kann mit einem niedrig vernetzten gelartigen chromatographischen Trennharz in monovalenter Form (Natrium/Kalium) beschickt sein. Beispiele für geeignete Harze sind Dowex^® 99 Monosphereharz und das Harz Bayer Lewatit^® MDS 1368. Die gelösten Feststoffe der Sirupbeschickung können üblicherweise den Bereich von 50 bis 70 Gew.-% umfassen. Der Beschickungssirup sollte idealerweiser weniger als 3 Milliäquivalent Calciumionen pro 100 Gramm Trockensubstanz enthalten. Das Beschickungswasser kann jedes enthärtete Wasser, entionisierte Wasser oder Kondensat sein. Auf jedem Fall sollte das Wasser frei von Härtebildnern sein.

Das Verhältnis von Wasser zu Sirup sollte bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 5, 0 gehalten werden, wobei das höchste Verhältnis in Bezug auf den Sirup den höchsten Feststoffgehalt hat. Es können größere Verhältnisse eingesetzt werden, jedoch kann dies zu einer unnötigen Verdünnung des Produkts aus Rohsirupextrakt und des Rohsirupraffinats führen. Feststoffe zum Beladen der chromatographischen Trennstufe sollten typischerweise bei weniger als 54 Kilogramm (120 Pound) Trockensubstanz pro 0,028 Kubikmeter (Kubikfuß) Harz pro Tag betragen, um ein Überladen des Trennharzes mit Saccharose zu vermeiden. Die Betriebstemperatur sollte oberhalb von 75° Celsius liegen, um einen mikrobiologischen Bewuchs des chromatographischen Systems zu vermeiden.

Das von der Trennstufe erhaltene Rohsirupextrakt kann zu einer herkömmlichen strömungsabwärts gelegenen Kristallisation geleitet werden. Das Rohsirupextrakt kann jedoch auch einer Reinigung durch Ionenaustausch unterworfen werden, wobei dies als Ersatz für die und/oder zur Verbesserung der Kristallisation dient. Versuche zur Reinigung des Rohsafts mit Ionenaustausch erwiesen sich in der Vergangenheit nicht als zufriedenstellend aufgrund der großen Menge chemischer Regeneriermittel und des anfallenden Abfalls. Weil der erfindungsgemäße Rohsirupextrakt hochgereinigt ist, kann ein wesentlich handlicheres und kleineres Ionenaustauschersystem für das abschließende Aufreinigung des Rohsaftextraktes eingesetzt werden, um einen reinen flüssigen Zucker oder eine größere Beschickung zur Kristallisation zu ergeben. Im Vergleich mit herkömmlichen Herstellungsverfahren und -vorrichtungen betreffen die Vorteile der Erfindung nahezu alle Gebiete, die für einen Betreiber von Interesse sind. Zu diesen Vorteilen gehören eine signifikate Verbesserung der Saccharoseausbeute, kleinerer Chemikalieneinsatz, eine signifikante Verkleinerung der Umweltverschmutzung, ein Produkt mit signifikant besserer Qualität, weniger Arbeitsaufwand, mehr Sicherheit und insgesamt eine Vereinfachung des Verfahrens.

Typische Vorteile, die sich aus den vielfaltigen Ausführungsformen der Erfindung gegenüber herkömmlichen Systemen ergeben, sind z. B. die folgenden:

• a) Das gesamte Kalkungs- und Karbonisierungssystem herkömmlicher Systeme wird beseitigt, wodurch die Kosten, Gefahren und Umweltbelastungen vermieden werden, die diesem System innewohnen.
• b) Die Nichtsaccharoseanteile, die normalerweise als Abfallkalk verloren gehen, werden als essbare Tiernahrung oder für den Einsatz als chemischer Ausgangsstoff gewonnen und nicht mit den Kalkabfall entsorgt.
• c) Der umfangreiche Einsatz von Chemikalien für die Reinigung beim herkömmlichen Kalkungs- und Karbonisierungsprozess wird hauptsächlich ersetzt durch den Einsatz von Wasser, mit dem die erfindungsgemäße chromatographische Trennung betrieben wird.
• d) Es ist eine wesentlich höhere Reinigungsstufe des Saftes erreichbar. Typischerweise werden durch die Erfindung 70 bis 80% der Nichtsaccharoseanteile beseitigt.
• e) Die Saccharoseausbeute wird verbessert, typischerweise um 10%.
• f) Die bei der Kristallisation zu verarbeitende Materialmenge und deshalb die erforderliche Anlage werden signifikant kleiner. Die Beladung mit Nichtsaccharoseanteilen und die Beladung des internen Recyclings werden für eine äquivalente Produktion verkleinert. Bei einer typischen Ausführungsform wird das bei der Kristallisation „A" verarbeitete Material um 33%, das bei der Kristallisation „B" verarbeitete Material um 75 und die Anforderungen für die Endstufe „C" um 80% verringert.
• g) Die Melasseproduktion wird um etwa 80% verkleinert.
• h) Das Produkt kann leichter geruchsarm gehalten werden.
• i) Mehr als 80% der Natrium- und Kaliumsalze im Rohsaft werden entfernt, wodurch die Saccharoseverluste verkleinert und eine Hauptursache von Geschmacksabweichungen vermieden werden.

In der Zeichnung wird ein Verfahren dargestellt, welches derzeit als beste Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung angesehen wird.

Die einzige Figur ist ein Flussdiagramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren zeigt.

Wie gezeigt, wird in herkömmlicher Weise durch Diffusion und Filtration das Ausgangsmaterial aus Zuckerrübenrohsaft hergestellt. Es wird dann zu einer Enthärtungssäule 12 mit Ionenaustausch geleitet. Eine typische Beschickung zur Enthärtungssäule 12 enthält etwa 10 bis etwa 16% gelöste Feststoffe (gewichtsbezogen). Die restlichen, im Rohsaft suspendierten Feststoffe werden typischerweise mit Filtern, Zentrifugen oder anderen herkömmlichen Einrichtungen auf einen niedrigen Wert von etwa 0,05 Volumenprozent herabgesetzt.

Das Harz in der Säule 12 entfernt Calciumionen, die in Rohsaft auf natürliche Weise vorkommen. Unbesehen des Zustandes der Rüben zur Zeit der Verarbeitung muss dem erfindungsgemäß verarbeiteten Rohsaft kein Kalk zugesetzt werden. Dementsprechend sind die Zykluszeiten für den Enthärter nur abhängig vom Calciumgehalt der Zuckerrüben zur Zeit der Ernte. Die Zykluszeiten sind deshalb während der Verarbeitungskampagne konstant.

Bei dem dargestellten Beispiel wird ein kontinuierlicher Härtemonitor 14 strömungsabwärts der Säule 12 eingesetzt. Der Monitor 14 erleichtert die automatische Beendigung des Zyklus bei Erschöpfung, wenn der Calciumwert im abfließenden Strom 16 aus enthärtetem Rohsaft einen vorgewählten Wert erreicht, beispielsweise 3 Milligrammäquivalent pro 100 Gramm gelöste Feststoffe (dissolved solid, DS). Diese Überwachungsprozedur verkleinert das Ende des Calciumablaufzyklus.

Nach dem Enthärten wird der enthärtete Rohsaft im Verdampfer 18 konzentiert, um einen enthärteten Rohsirup herzustellen. Der enthärtete Rohsirup kann wahlweise bis zur weiteren Verarbeitung in einem Kessel 20 gelagert werden. Zur Lagerung wird der enthärtete Rohsirup Idealerweise bis zu einem Feststoffgehalt konzentriert, der so hoch ist, dass mikrobiologische Kontamination verhindert wird, jedoch unterhalb des Wertes liegt, bei dem signifikante Menge Saccharose aus dem Sirup auskristallisieren. Eine Feststoffkonzentration von 67 Gew.-% ist für eine Lagertemperatur oberhalb von 25° Celsius geeignet. Auf jeden Fall muss der enthärtete Rohsirup üblicherweise auf einen Wert oberhalb von 50 Gew.-% gelöste Feststoffe konzentriert werden.

Der enthärtete Rohsirup wird schließlich einer starken kationischen chromatographischen Trennstufe 22 zugeführt. Das von der Trennstufe 22 erhaltene Nebenprodukt (Rohsirupraffinat) enthält den Hauptteil der Nichtsaccharoseanteile. Diese Nichtsaccharoseanteile umfassen die Salze, Aminosäuren, Raffinose, gefärbte Materialien etc., die ursprünglich in den Zuckerrüben vorhanden waren. Das Rohsirupraffinat ist geeignet als Tierfutter oder als chemischer Ausgangsstoff. Zur Lagerung sollte das Rohsirupraffinat normalerweise auf mindestens 50 Gew.-% gelöste Feststoffe konzentriert werden, um mikrobiologische Kontamination zu vermeiden.

Von der Trennstufe wird als erfindungsgemäßes Zwischenprodukt ein Rohsirupextrakt erhalten. Dieses Produkt kann zur Zuckergewinnung 24 von herkömmlicher Art geleitet werden. Der erfindungsgemäß erzeugte Rohsirupextrakt kann beispielsweise auf herkömmliche Weise kristallisiert werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Mit einem Standardverfahren der Zuckerrübendiffusion wurde Rohsaft erhalten. Vor dem Enthärten wurde der Saft filtriert, um verbleibende suspendierte Feststoffe zu entfernen. Der Rohsaft wurde dann durch einen Enthärter in Gestalt eines weichen Kationenaustauschers geschickt, der in Kaliumform betrieben wurde. Das Enthärtungsharz war Dowex MWC-1^® (weich kationisch). Der Enthärter wurde mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 30 Harzbettvolumina Rohsaft pro Stunde und bei einer Betttiefe des Harzes von 102 Zentimeter (40 inch) betrieben. Die Betriebstemperatur betrug 80° Celsius. Die Erschöpfung des Enthärters war dann gegeben, wenn der austretende Saft eine Gesamtkaliumionenkonzentration von mehr als 3 Milliäquivalent pro 100 Gramm gelöste Feststoffe enthielt. Der enthärtete Rohsaft wurde mit einem aufsteigenden Schichtverdampfer konzentriert, wodurch ein enthärteter Rohsirup erhalten wurde, der 67% gelöste Feststoffe enthielt. Die Kenndaten des Sirups waren die folgenden:

Reinheit (Gewichtsprozent Saccharose bezogen auf die gesamten gelösten Feststoffe) = 88,62

Leitfähigkeit (Millisiemens) = 6,61

Invertgehalt (Glucose + Fructose) = 0,344 Gramm/100 Gramm Feststoffe

Raffinosegehalt = 0,312 Gramm/100 Gramm Feststoffe

Beatingehalt = 1,2 Gramm/100 Gramm Feststoffe

Calciumgehalt = 0,0003 Gramm/100 Gramm Feststoffe

Kaliumgehalt = 3,07 Gramm/100 Gramm Feststoffe

Natriumgehalt = 0,0047 Gramm/100 Gramm Feststoffe

Der enthärtete Rohsirup wurde dann einer chromatographischen Trennstufe zugeführt, die mit den folgenden Parametern arbeitete.

Harz = Bayer Lewatit MDS 1368, gelchromatographisches Harz in monovalenter Form

Beladung der Trennstufe = 561 Kilogramm pro Kubikmeter (35 lbs Feststoffbeschickung pro Kubikfuß) Harz pro Tag

Feststoffgehalt der Beschickung = auf konstant 60% verdünnt Verhältnis der Beschickungen Wasser zu Sirup = 3,0

Betriebstemperatur = 80° Celsius

Betrieb = simuliertes Wanderbett

Anzahl der Zellen = 8

Harztiefe = 2,7 Meter (9 Fuß)

Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

Im Gegensatz dazu wäre bei herkömmlichem Kalken und Karbonisieren des gleichen filtrierten Rohsafts zu erwarten, dass die Reinheit des Rohsafts auf etwa 91,2 ansteigt (dies entspricht einer Beseitigung der Nichtsaccharoseanteile von 25%).

Es wurde ein zweiter Anteil des in Beispiel I beschriebenen filtrierten Rohsaftes durch einen starken kationischen Enthärter in Natriumform geschickt. Um mit dem weniger wirksamen, starken kationischen System die richtige Enthärtung sicherzustellen, wurden eine primäre und eine sekundäre Ionenaustauscherzelle eingesetzt. In diesem Fall war das eingesetzte Harz Dowex CM16^®. Der Enthärter wurde mit einer Flussgeschwindigkeit von 20 Harzbettvolumina Rohsaft pro Stunde und mit einer Betttiefe von 102 cm (40 Inch) Harz betrieben. Die Betriebstemperatur betrug 80° Celsius. Auf den entstehenden enthärteten Rohsaft wurden die weiteren Schritte von Beispiel I angewandt. Für das entstehende Rohsirupextrakt wurde eine Reinheit von mehr als 97% erhalten.