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Verfahren zur Herstellung kristallinischer Dextrose Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von kristallinischer Dextrose aus
konvertierter Stärke. Bei bekannten Verfahren dieser Art wird die Stärkelösung vor
der Konzentrierung, die dem Kristallisationsprozeß vorhergeht, durch ein Knochenkohlefilter
geschickt, um die in der Flüssigkeit enthaltenen Unreinigkeiten zu entfernen und
die Flüssigkeit zu entfärben. Dies Filtrierverfahren ist langwierig und verhältnismäßig
kostspielig. Die zum Filtrieren dienende Knochenkohle muß häufig ausgewechselt bzw.
regeneriert werden. Die Filter selbst sind teuer und nehmen viel Platz in Anspruch.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren vermeidet diese.
Übelstände dadurch, daß die Behandlung mit Knochendohle nicht vor der Konzentrierung
und Kristallisierung erfolgt, daß vielmehr der nach der Kristallisierung von dein
'Muttersaft befreite Zucker nach Lösung in Wasser der Filtrierung mittels Kohle
unterworfen und dann nochmals zur Kristallisation gebracht wird. Es hat sich nämlich
gezeigt, daß es möglich ist, ohne vorherige Filtrierung der zu kristallisierenden
Stärkeflüssigkeit durch Knochenkohle einen Kristallbrei zu gewinnen, der sich durch
Zentrifugieren von seiner Mutterlauge leicht trennen und dadurch in erheblichem
Maße reinigen läßt, so daß sich die endgültige Reinigung auf den von der Mutterlauge
getrennten Rest beschränken kann.
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Dies Verfahren ergibt trotz seiner scheinbaren Umständlichkeit ganz
erhebliche Vorteile. Zunächst wird die Knochenkohlefiltrierung durch Verlegung in
ein späteres Stadium des Verfahrens erheblich erleichtert. Es können kleinere Apparate
benutzt werden, und eine Regenerierung des Filtermaterials ist viel seltener erforderlich.
Die bisher ziemlich häufigen Verstopfungen des Kohlefilters kommen in Wegfall. Ferner
erfordert der Kristallisationsvorgang, der zu dem endgültigen Erzeugnis führt, wegen
der größeren Reinheit des Gutes bedeutend geringere Sorgfalt. Weiterhin läßt sich
durch das neue Verfahren der Zucker :in größeren Kristallen und in höherer Reinheit
erhalten.
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Auf dem Gebiete der Erzeugung von Rohrzucker ist es seit vielen Jahrzehnten
bekannt, den Zuckersaft in der Nähe der Plantage einer vorläufigen Kristallisierung
zu unterwerfen, die einen ziemlich unreinen Zucker ergab. In dieser Form wurde der
Zucker an die Raffinerien versandt, wo er durch Umkristallisierung nach Filtrierung
über Knochenkohle gereinigt wurde. Diese Praxis hat bei der Erzeugung von .Traubenzucker
aus
Stärke- niemals Anwendung gefunden. Der Grund hierfür ist der, daß die Kristallisierungseigenschaften
von Dextrose einerseits und Rohrzucker andererseits so völlig verschieden sind und
daß die Praxis. Dextroselösungen vor der Kristallisierung durch Knochenkohle zu
filtrieren, so allgemein Eingang gefunden hatte, daß die Anwendung des bekannten
Verfahrens auf die Gewinnung von Dextrose jedem Fachmanne fernlag. Rohzucker kristallisiert
aus den in natürlicher Weise gewonnenen Zuckersäften sehr leicht aus, und zwar stets
in der wasserfreien Form und in regelmäßig gebildeten, vom Muttersaft leicht zu
trennenden Kristallen. Die durch die Säurehydrolyse von Stärke gewonnene Dextrose
enthält demgegenüber in der Lösung Unreinigkeiten von hochkompliziertem Charakter,
die von den Reaktionen zwischen der Säure und den eiweißartigen Verunreinigungen
der Stärke sowie zwischen der Säure und dem bereits gebildeten Zucker herrühren.
Die Kristalle bilden sich manchmal in der wasserfreien und manchmal in der wasserhaltigen
Form, und es gibt verschiedene Abarten dieser Kristallsorten, indem Größe und Gestalt
sehr erheblich je nach den beeinflussenden Bedingungen variieren. Der der Erfindung
zugrunde liegende Gedanke, den Kristallisationsprozeß in zwei Stufen zu verteilen
und die Filtrierung durch Knochenkohle hinter die erste Kristallisationsstufe zu
legen und dadurch für die zweite Kristallisationsstufe einen Saft zu gewinnen, der
leichter und zuverlässiger in der Form von leicht abzuscheidenden Kristallen kristallisiert,
ergibt eine neue technische Wirkung, die durch die bei der Herstellung von Rohr-oder
Rübenzucker übliche Praxis wie auch durch die sonst bekannten Verfahren nicht nahegelegt
war.
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Einige bevorzugte Ausführungsformen des netten Verfahrens mögen im
nachstehenden an Hand der schematisch gehaltenen Zeichnung einer entsprechenden
Anlage näher beschrieben werden.
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Die Stärke wird auf irgendeine geeignete Weise, z. B. durch das gebräuchliche
Verfahren der Säurehydrolyse, konvertiert. In dem nachstehend beschriebenen Beispiel
findet die Reaktion in dem Konverter i statt. Die invertierte Flüssigkeit enthält
88 bis go o "o Dextrose, bezogen auf die Trockensubstanz. Die Flüssigkeit wird alsdann
in einem Gefäß :2 neutralisiert und in der Filterpresse 3 filtriert. Das Filtrat
wird dann in einer Vorrichtung .a. so weit konzentriert, daß sie noch filtriert
werden kann, etwa auf 30° Be. Darauf wird die konzentrierte Flüssigkeit durch eine
zweite Filterpresse 3d geschickt, um die Verunreinigungen der Konzentration zu entfernen
und schließlich in einem Behälter 5 gesammelt.
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Die Flüssigkeit ist nunmehr für die Konzentrationsstufe fertig, die
der Kristallisation vorausgeht. Ein Knochenkohlefilter ist hierbei nicht benutzt
worden. Die Filtration durch die Filterpresse 3 entfernt nur diejenigen festen Bestandteile,
die sich in der Flüssigkeit in der Schwebe befinden. Die Farbe der Flüssigkeit ändert
sich hierbei nicht.
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Die Flüssigkeit fließt von dem Sammelbehälter 5 in einen Vakuumverdampfer
6, wo sie auf ungefähr 38° bis q.5° Be eingedampft wird. Aus dein Vakuumverdampfer
läßt man, die konzentrierte Flüssigkeit in einen I,',-ühler 7 und aus diesem in
eine Kr istallisationsvorrichtung 8 fließen, die vorzugsweise mit einem wassergekühlten
Mantel öd und einem Rührwerk 8b ausgerüstet ist. Der Flüssigkeit, die in den Kristallisationsapparat
läuft, werden verhältnismäßig große Mengen einer Füllmasse, bestehend aus einer
Mischung von Kristallen mit der Mutterflüssigkeit einer vorhergehenden Kristallisation,
zugeführt. Man läßt die frische Lösung zweckmäßig in den Kristallisationsapparat
laufen, bevor die Füllmasse der letzten Beschickung wirksam werden konnte. Es hat
sich herausgestellt, daß die besten und wirtschaftlichsten Ergebnisse dann erzielt
werden, wenn jede Beschickung aus annähernd q.o °1o Füllmasse und 6o °1o frischer
Flüssigkeit besteht. Die Füllmasse kann eine verhältnismäßig niedrige Tetnperatur,
z. B. eine solche zwischen 27° und 32° C oder noch weniger haben, und das Ziel ist
die frische Flüssigkeit, die in den Kühler 7 fließt, auf eine solche Temperatur
abzukühlen, daß, wenn die frische Flüssigkeit mit der Füllmasse gemischt ist, die
Deschickung oder Mischung die geeignete Temperatur für die Einleitung .des Kristallisationsprozesses
hat. Handelt es sich um die Herstellung von wasserhaltigen Zucker, so läßt man die
Anfangstemperatur für die Mischung von frischer Flüssigkeit und Füllmasse zweckmäßig
etwa do° C betragen. Bei einer großen Menge von Füllmasse (Saatkristallen) kann
aber die Anfangstemperatur erheblich höher sein; sie kann bis 54" ° C betragen.
Diese Temperatur liegt bereits in dem Bereich der Bildung von wasserfreier Dextrose,
d. h. innerhalb derjenigen Temperaturgrenzen, die dem Wachstum von wasserfreien
Kristallen günstig sind. Es hat sich aber gezeigt, daß bei einer großen Menge von
Füllmasse, z. B. 40 Oh, keine erhebliche Neigung zur Bildung von wasserfreien
Kristallen besteht. Die grolle Menge der festen wasserhaltigen Phase gewinnt, namentlich
im Zustande des Wachstums oder der Entwicklang,
ohne weiteres die
Oberhand bei der Kristallisation des Traubenzuckers, finit hnclernWorten, die Gegenwart
der festen Phase ist bestimmend für die Kontrolle des Kristallisationsvorganges,
bei dem die andern Faktoren in den Hintergrund gedrängt werden bzw. eine untergeordnete
Rolle spielen. Es wird dadurch möglich, einen verhältnismäßig leicht zu reinigenden
Kristallbrei selbst aus einer ziemlich unreinen Flüssigkeit zli erhalten.
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Durch den Kühlmantel 8a des Kristallisationsbehälters 8 läßt man Wasser
fließen, uin den Überschuß der bei der Kristallisation sich entwickelnden Wärme
zu entfernen, wenn die Entziehung der Wärme aus dem Kristallbrei durch Strahlung
oder Leitung nicht schnell genug stattfindet. Bei dem beschriebenen Verfahren ist
die Entziehung der überschüssigen Wärme aus dem Kristallbrei während der Kristallisation
und namentlich gegen Ende derselben von Wichtigkeit. Es ist möglich, die Temperatur
zwischen 32^ und :27-' zli halten, ohne .daß falsche Kristalle entstehen. Bei den
bisher gebräuchlichen Verfahren fand die Bildung der falschen ILristalle vorzugsweise
bei solchen niedrigen Temperaturen statt. Es hat sich aber gezeigt, daß, nachdem
die Kristallisation bis zu einem gewissen Punkte bei höheren Temperaturen vorgeschritten
ist, die Kristallisationstemperatur erniedrigt werden kann, ohne daß dann falsche
Kristallbildung eintritt. Dies gilt namentlich dann, wenn anfangs das Verhältnis
der Saatkristalle zu der Lösung groß ist. Das Rührwerk wird während der Kristallisation
in nur langsamer Drehung gehalten.
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\achdem die Kristallisation beendet ist. « erden etwa 6o °" des Kristallbreies
abgelassen und in die Zentrifuge 9 eingeführt, während die zurückbleibenden ,4o
°/, der .-lasse nach Zusatz frischer Stärkeflüssigkeit die nächste Beschickung bilden.
Der Kristallbrei wird in der Zentrifuge 9 zunächst zwecks Entfernung der Mutterlauge
geschleudert, die in den Behälter io geleitet wird. Darauf wird der Zucker mit Wasser
gewaschen. das durch das Rohr 9u in die Schleuder eingeleitet wird. Das Waschwasser
wird wieder an geeigneter Stelle in den Prozeß eingeführt, und zwar zweckmäßig in
den Sammelbehälter 5.
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.Nach dem Schleudern erfährt der Zucker weitere später zu beschreibende
Behandlungen. Bevor jedoch auf diese näher eingegangen wird, sei zunächst in allgemeinen
Zügen das Verfahren beschrieben, dem die von der ersten Schleuderbehandlung in der
Maschine g stammende Mutterlauge unterworfen wird. Die Ilutterlauge wird aus dem
Sammelbehälter io in einen Vakuumverdampfer i i abgelassen, in dem sie auf etwa
38 bis q.2° Be konzentriert wird. Die Flüssigkeit, die eine kleinere .Menge Dextrose
und eine gröliere Menge Verunreinigungen als die ursprüngliche invertierte Stärkeflüssigkeit
enthält, ist dickflüssiger und darf daher für gewöhnlich nicht auf einen so hohen
Grad der Konzentration gebracht werden. Aus dem Vakuumgefäß i i gelangt die konzentrierte
Flüssigkeit in einen Kühler 12 und aus diesem in einen Kristallisationsapparat 13,
wo sie mit der Füllmasse gemischt und in der Weise kristallisiert wird, wie dies
in Verbindung mit dein Kristallisationsapparat 8 beschrieben worden ist. Der Kristallbrei
aus dein Apparat 13 gelangt in die Zentrifuge 1d.. Die in dieser abgeschleuderte
Flüssigkeit wird in dem Behälter 15 ,gesammelt und der Zucker alsdann mit Wasser
gewaschen. Das Xaschwasser wird vorzugsweise in den Sammelbehälter io geleitet.
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Die Mutterlauge aus der Schleuder 1.4 kann dem Prozeß entzogen und
als Nebenprodukt verkauft Zierden, oder sie kann einer Reihe weiterer Behandlungen
für eine dritte Zuckergewinnung unterworfen werden. Dieser Teil des Verfahrens möge
an Hand des Zeichnungsschemas weiterverfolgt werden. Die dem Behälter 1 5 entnommene
Mutterlauge wird wieder in einem Vakuumverdampfer 16 auf 36 bis -.o° Be konzentriert,
darauf in einen Kühler 17 und aus diesem Kühler in einen Kristallisierapparat 18
abgelassen, wo die Mutterlauge wiederum mit Füllmasse gemisdit und in der bereits
beschriebenen Weise dem Kristallisationsprozeß unterworfen wird. Der Kristallbrei
wird in der Zentrifuge i9 behandelt, und die dabei abgeschleuderte Mutterlauge im
Vakuumverdampfer 2o konzentriert, während -der Zucker wieder mit `Nasser gewaschen
und das Waschwasser in den Behälter 1 5 zurückgeleitet wird. Die gewonnenen Zucker,
welche als erster, zweiter und dritter Zucker bezeichnet «erden. werden gemischt
und in einem Apparat 21 gelöst. Der gelöste Zucker wird darauf durch ein Knochenkohlefilter
22 geschickt, das jedoch verhältnismäßig klein sein kann, da die Menge der zu filtrierenden
Flüssigkeit bedeutend kleiner ist als die der Flüssigkeit, die durch die Umwandlung
der Stärke gewonnen wird, und die Mengen der zu entfernenden Verunreinigungen verhältnismäßig
geringer sind. Die Flüssigkeit aus dem Knochenkohlefilter wird in dem Vakuumverdampfer
23 konzentriert und durch einen Kühler 24. in einen Kristallisationsapparat 25 geleitet.
Hier wird die Flüssigkeit mit Füllmasse gemischt und in der bereits beschriebenen
Weise
wie .in den Apparaten 8, 1q. und 2o dem Kristallisationsprozeß unterworfen. Die
Mischung von Glukosekristallen und Mutterlauge wird alsdann in der Zentrifuge 26
abgeschleudert und gewaschen, wobei die Mutterlauge in den Behälter 27 und das Waschwasser
in den Lösungsbehälter ?i geleitet wird. Der Zucker, .der nunmehr einen hohen Grad
von Reinheit (99,5 °/o und höher) besitzt, wird dann zu den Trocknern geschafft
und ist nach dem Trocknen für den Markt fertig.
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Die Mutterlauge im Behälter 27 wird in einen Vakuumbehälter z8 abgelassen,
wo sie auf 38 bis 45' Be konzentriert wird. Darauf wird sie im Kühler 29 gekühlt
und in den Kristallisationsapparat 30 geleitet, wo sie mit der Füllmasse
von der vorhergehenden Kristallisation gemischt und wie oben beschrieben wieder
dem Kristallisatäonsprozesse unterworfen wird. Der Kristallbrei wird aus dem Kristallisationsapparat
in die Schleuder 31 geleitet, von der die abgeschleuderte Mutterlauge an einer Stelle
wieder in den Prozeß eingeführt wird, wo sie ungefähr denselben Grad der Reinheit
vorfindet, z. B. in dem Behälter io. Das Waschwasser wird dem Lösungsbehälter 21
zugeführt. Wenn der Zucker der Schleudermaschine 31 die erforderliche Reinheit hat,
kann er den Trocknern zugeführt werden; andernfalls leitet man ihn in den Lösungsapparat
21, wo er einer neuen Behandlung, wie bereits beschrieben, unterworfen wird.
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Unter ;gewissen Umständen ist es möglich, einen ziemlich reinen Zucker
zu erhalten, auch wenn die Knochenkohlefiltration ganz in Wegfall kommt. In einem
derartigen Falle wird die Zuckerflüssigkeit aus dem Lösungsapparat 21 durch eine
Filterpresse, einen Sackfilter o. dgl. geleitet und gelangt in den Vakuumverdampfer
23. Bei der Wiederbehandlung der Mutterlauge kann man die nochmalige Konzentration
der Flüssigkeit gegebenenfalls umgehen. Bemerkt sei, daß das Verfahren auch zur
Gewinnung von wasserfreiem Zucker geeignet ist, in welchem Falle die Kristallisationstemperatur
entsprechend höher gewählt werden muß.