DE624265C - Vorrichtung zur UEberwachung des Verkochens von Zuckersaeften und aehnlichen Kristallisationsvorgaengen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Verkochens von Zuckersäften und ähnlichen Kristallisationsvorgängen.

Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus zwei kommunizierenden Quecksilberröhren, von denen die Röhre, die unter dem Unterdruck des Kochers steht, einen Querschnitt hat, der Schwankungen des Quecksilberspiegels nach einer logarithmischen Funktion ent-

to sprechend der Siedepunkterhöhung von Wasser bei zunehmendem Druck bewirkt, so daß bei der anderen unter atmosphärischem Druck stehenden Röhre ein Schwimmer die Kochtemperatur reinen Wassers auf einer Diagrammtrommel anzeigt, auf der außerdem die Temperatur der zu überwachenden ,Lösung mittels einer geeigneten Vorrichtung angezeigt wird. Mittels der Vorrichtung nach der Erfindung ist es möglich, den Übersättigungsfaktor des Zuckersaftes o. dgl. laufend mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen und dementsprechend die erfahrungsgemäß optimalen Betriebsbedingungen herzustellen.
Zur Erläuterung des Prinzips, nach dem die Vorrichtung nach der Erfindung arbeitet, wird folgendes bemerkt:
Wenn man auf einem Millimeterpapier, das auf einer in geeigneter Weise umlaufenden Trommel angebracht ist, als Ordinaten die Temperaturen und als Abszissen die Zeit oder die aufeinanderfolgenden Phasen des Kochens aufträgt, und wenn auf diesem Blatt ein erstes Registrierthermdmeter, dessen Stange in die gekochte Masse eingetaucht ist, die tatsächlichen Siedetemperaturen T aufzeichnet, wenn ferner ein zweites Registrierthermometer, dessen Stange in das reine Wasser taucht, das in einem Rezipienten enthalten ist, der ebenfalls in die gekochte Masse eingetaucht, und demselben jederzeit in dem Kochapparat herrschenden Vakuum unterworfen ist, die Siedetemperaturen t des reinen Wassers aufzeichnet, so erfolgt die Aufzeichnung durch die jeweilige Differenz der 'Erhöhung T-t des Siedepunktes des Sirups, denn die bereits gebildeten Kristalle können vollkommen unberücksichtigt bleiben. Um die Anwendung von Kochtabellen zu vermeiden, verbindet man nach der Erfindung die Schreibvorrichtung des zweiten Thermometers t mit einem beweglichen Diagramm E, das auf einer transparenten Scheibe mit dem gleichen Maßstab wie die Temperaturen des Diagrammblattes gezeichnet und derart bewegt wird, daß die Temperatur 0 des Dia-

gramms E dauernd mit den Punkten zusammenfällt, _kdie die Schreibvorrichtung nacheinander anzeigt, um das Diagramm der Temperaturen t aufzuzeichnen.

Das Diagramm E (Fig. i), das die Kurven der Erhöhung des Siedepunktes Te für Zuckerlösungen verschiedenen Reinheits- und Konzentrationsgrades und die entsprechenden "Übersättigungsfaktoren .Fe enthält, wird deshalb ίο dauernd" zwischen die Linie der Siedetemperaturen t von reinem Wasser und die Linie T des Siedepunktes der gekochten Masse gebracht, • und das Diagramm ermöglicht es jederzeit, auf der Linie T die Erhöhung der Siedetemperatur T-t des Sirups abzulesen.

Das Diagramm E (Fig. 1) ergibt sich nach entsprechender Reduzierung des Maßstabes aus Übereinanderlegen des Diagramms nach Fig. 2 und des Diagramms nach Fig. 3. Das Diagramm nach Fig. 2 ergibt die Erhöhung der Siedetemperatur Te des Sirups für verschiedene Konzentration und Reinheit Pu. Das Diagramm nach Fig. 3 gibt die Änderung des Übersättigungsfaktors für verschiedene Reinheit, Konzentration und Temperatur an.

Aber wie man nach dem Diagramm gemäß Fig. 3 erkennen kann, ändert sich der Übersättigungsfaktor für gleiche Konzentration und gleiche Reinheit mit der Temperatur. Daraus ergibt es sich, daß es zur Vermeidung zu großer Komplikation des Diagramms E vorzuziehen ist, dem Diagramm nach Fig. 2 nur die Linien des Diagramms nach Fig. 3 zu überlagern, die sich auf dieselbe Temperatur beziehen, und ein bewegliches Diagramm E für jede vorkommende Kochtemperatur zu verwenden.

Das Diagramm nach Fig. 1 ist für eine Kochtemperatur von 85 ° bestimmt.

Um dann die Konzentration des Sirups zu bestimmen, dessen Reinheit man entsprechend der Kochphase kennt, genügt es, den Schnittpunkt K der Horizontalen des Diagramms E durch den Wert der Temperaturerhöhung (Fig. 1) — dieser Punkt fällt mit der Linie T zusammen — und der Senkrechten Pu (Reinheit) zu suchen, die derjenigen des Sirups entspricht. Der Schnittpunkt K wird sich zwischen zwei Linien oder unmittelbar auf einer Linie des Diagramms befinden, an deren Ende unmittelbar die Konzentration des Sirups in Prozenten des trockenen Stoffes abzulesen ist.

Vom rechten Ende der Linie, die der so gefundenen Konzentration entspricht, ausgehend, geht man dann nach links auf der schrägen Linie nach oben, die die Änderung des Übersättigungsfaktors für diese Konzentration anzeigt. Man wird auf dem entsprechenden Diagramm gegenüber dem Schnittpunkt der Vertikalen Pu (Reinheit) mit der schrägen in Rede stehenden Linie den Wert des Übersättigungsfaktors des Sirups ablesen können.

Wenn man sich z. B. (Fig. 1) in der Phase des Enddruckes einer Konzentration des Ausgangsproduktes (letzte Phase des Diagramms nach Fig. 4), d. h. in der Phase befindet, in der der Sirup eine Reinheit von + 78 besitzt, und wenn man an dem Diagramm E eine Erhöhung der Siedetemperatur um 18 ° abliest, so wird der Schnittpunkt K der durch 18 und durch 78 gehenden Linien des bewegliehen Diagramms zwischen die Linien fallen, die 86 bzw. 87 Prozent der trockenen Masse (Prozent Ms) entsprechen, d. h. auf der Linie liegen, die 86,6 Prozent trockener Masse entspricht (sie ist nicht gezeichnet, um das Diagramm nicht zu sehr zu komplizieren). Da man die Endpressung bis auf 86,3 Prozent der trockenen Masse bringen müßte, sieht man sofort, daß man die Pressung überschritten hat; aber da das Überschreiten sehr gering ist (0,3 Prozent von Ms), braucht man nichts zu ändern.

Wenn man den Wert des Übersättigungsfaktors für diesen Punkt des Kochens wissen will, braucht man nur der schrägen Linie zu folgen, die vom rechten Ende der Linie ausgeht, die 86,8 Ms entspricht, und ihren Schnittpunkt mit der Vertikalen zu suchen, die der Reinheit 78 entspricht. Man wird dort den Wert 1,0 (Fig. 1) ablesen. "

Diese Ablesung, die für jede Phase des Kochens erfolgen kann, ist möglich, gleichgültig wie die Schwankungen des Vakuums im Kochapparat und die Schwankungen der Siedepunkte T und t sind. Ferner kann man sich zu jeder beliebigen Zeit ein Bild davon machen, wie der bisherige Verlauf war. Man braucht dazu nur ein besonderes Diagramm zu nehmen, das gleich dem Diagramm E ist, und es zwischen die Linien T und t des Diagramms zu legen. Man kann sogar auf demselben Diagrammblatt Änderungen der Konzentration und des Übersättigungsfaktors des Sirups während sämtlicher Phasen eines vollständigen Kochens derart einzeichnen, daß der Verlauf durch Vergleich früherer Resultate gegebenenfalls dazu dienen kann, den weiteren Kochprozeß entsprechend zu regeln.

Es ist indessen zu bemerken, daß das Eintauchen der Thermometerstange t in einen Wasserbehälter,« der seinerseits in die gekochte Masse getaucht ist, um auf dieselbe Temperatur wie diese erwärmt zu werden, möglich, aber schwierig ist. Da das Wasser des Rezipienten dauernd verdampft, ist eine dauernde Speisung mit reinem Wasser erforderlich. Eine Sonderspeisung würde die Einrichtung sehr umständlich machen.

Die Beschreibung der Vorrichtung nach der Erfindung erfolgt an Hand der in den Fig. 5 bis 12 beispielsweise dargestellten Einrichtung.

Nach der Zeichnung ist Fig. 5 ein Schnitt durch das Siedetemperaturregistrierthermometer t für reines Wasser und die als Quecksilbervakuummeter dienende Einrichtung.
Fig. 6 ist eine entsprechende Draufsicht.

Fig. 7 und 8 geben Daten, die sich auf das

• Arbeiten des Registrierthermometers beziehen.

Fig. 9 ist eine Gesamtansicht des Registrier-

thermometers für die Siedetemperatur T der gekochten Masse mit einem Teilschnitt eines . Kochkessels.

Fig. 10 zeigt in größerem Maßstabe einen Schnitt des Schwimmerrohres und einen Schnitt (unten) nach A-B der gleichen Figur.
Fig. 11 ist eine Seitenansicht des Quecksilberbehälters.

Fig. 12 zeigt in größerem Maßstabe einen senkrechten Schnitt durch einen Einzelteil von Fig. 9 und getrennt davon einen Schnitt nach E-F von Fig. 12.

Das Registrierthermometer für die Siedepunkte des reinen Wassers besteht aus drei Röhren 1, 2 und 3, die in ihrem unteren Teile miteinander kommunizieren. Ein Rohrkrümmer 4 verbindet ferner oben die Rohre 1 und 2. Während die Röhren 2 und 3 zweckmäßig aus Gußeisen oder einem anderen Werkstoff, der nicht amalgamiert, bestehen, ist das Rohr 1, das einen sehr geringen Durchmesser und gleichmäßige Dicke über die ganze Länge hat, aus Glas. Es dient als einfache Anzeigevorrichtung für das Vakuum, die infolge einer entsprechenden Skala i°, wie später gezeigt wird, eine logarithmische Teilung besitzt.
Das Rohr 2 hat einen ungleichmäßigen Durchmesser. Nähere Angaben folgen. Durch seine ganze Länge geht ein Metallrohr 5 von kleinem gleichmäßigem Durchmesser. Am unteren Teil ist es in einer Fassung 6 gehalten. Diese hat eine Bohrung, die eine Querverbindung 7 der drei Rohre bildet. Das Rohr 5 steht am Außenende mit einem Hahn 8 in Verbindung, der anderseits an das Vakuum des Kochapparates angeschlossen ist.
Das Rohr 3, dessen oberer Teil mit der Atmosphäre bei 9 in Verbindung steht, besteht aus zwei Teilen 3° und 3⁶. Es ist mit Quecksilber gefüllt. Ein Schwimmer 10 verstellt sich in dem Rohr 3 und folgt den Schwankungen des Niveaus. Der Schwimmer 10 trägt mittels einer Stange 11 oder mittels eines biegsamen Rohres, das entsprechend angeordnet ist, eine Schreibvorrichtung o. dgl. 12, die sich auf einer Trommel 13 verstellt, die das. Diagrammblatt trägt, auf dem die Schreibvorrichtung 12 schreibt. Nach dem Vorhergesagten werden die Siedetemperaturen von reinem Wasser aufgezeichnet, die dem verschiedenen Unterdruck entsprechen, der nacheinander in dem Kochapparat während der verschiedenen Kochphasen herrscht.

Die drei Rohre 1, 2 und 3 bilden kommunizierende Gefäße, die sich bis zu einem gewissen Niveau mit Quecksilber füllen. Das Niveau ist mit 0-0 bezeichnet und- stellt den Nullpunkt der Skala i° dar. Je nachdem, wie sich der Einfluß des im Kochapparat ansteigenden Vakuums in dem Rohr 2 durch das Rohr 5 bemerkbar macht, steigt das Quecksilber in den Röhren 1 und 2 und fällt entsprechend im Rohr 3.

Mit anderen Worten: Die inneren Teile der drei Rohre und der äußere Teil des Rohres 5, das mit dem Vakuum verbunden ist, werden derart berechnet, daß sich bei Änderung des 7S Quecksilberspiegels in den Rohren 1 und 2 in Abhängigkeit vom Vakuum (Ordinatenachse des Diagramms der Schwankungen der Siedetemperatur des reinen Wassers) der Quecksilberspiegel im Rohr 3 und dementsprechend der Schwimmer 10 und die Schreibeinrichtung 12 gemäß den entsprechenden Siedetemperaturen (Abszissenachse desselben Diagramms) verstellen. Mit anderen Worten: Die Teile der Rohre werden derart berechnet, daß bei linearer Änderung des Vakuums die Schreibvorrichtung 12 nicht die Werte des Vakuums aufzeichnet, sondern die entsprechenden Siedetemperaturen von reinem Wasser, d. h. daß die Schreibvorrichtung eine Kurve der Siedepunkte des Wassers bei verschiedenen Unterdrücken Vi (Fig. 7) aufzeichnet.

Im besonderen wird der Teil des Rohres 2 in seinem Teile 2^a nach einer Kurve bestimmt, deren Erläuterung zu weit führen würde. Sie verläuft ähnlich wie die Druckkurve P des absoluten Druckes der Siedetemperatur t für reines Wasser.

Um der Trommel 13 keine unnötig großen Abmessungen zu geben, ist das Diagrammblatt nur für ^ 30 bis ± 66 cm Vakuum und von ±51° bis 100° Temperatur eingerichtet. Dies genügt vollkommen, um die Kristallisation von Zucker zu verfolgen. Es ist aber zu beachten, daß der Apparat bei anderer Verwendung als für die Zwecke der Zuckerindustrie eine große Trommel erhalten kann, deren Größe für jede Kristallisation oder Konzentration geeignet ist.

' Um den Weg des Kolbens oder des Schwim- no mers 10 zwischen 0 und 30 cm Quecksilber möglichst zu beschränken (diese Werte haben für den vorliegenden Fall keine Bedeutung), ist der Querschnitt des Rohres 3 bei 3⁶ gegenüber dem unteren Querschnitts" vergrößert. Man erhält dann eine Skala nach Fig. 8. Zu dieser Figur ist zu bemerken, daß, während das Maß der Temperaturen sich linear ändert (gleichartige Unterteilung), sich die Skala des Vakuums entsprechend der logarithmischen Funktion ändert, die den absoluten Druck der Siedetemperatur für Wasser angibt.

Der Apparat arbeitet zusammen mit dem

Registrierthermometer, das schematisch bei 14 in Fig. 6 angedeutet ist. Im einzelnen ist es in den Fig. 9 bis 12 dargestellt. Das Registrier-'thermometer besteht im wesentlichen aus einem Metallbehälter 15, der in den Kessel oder das Kochgefäß 16 taucht. Der Behälter 15 hat ein verhältnismäßig großes Fassungsvermögen, und er besitzt zwei Röhrchen, und zwar ein unteres 17 und ein oberes 18. Sie gehen durch die Wand i6° des Kessels 16, an dem sie mit Muttern 17° und i8^a befestigt sind. Der Behälter 15 ist mit Quecksilber gefüllt, das durch das untere Röhrchen 17 eingeführt wird, u,nd zwar unter Verdrängung der eingeschlossenen Luft. Zu diesem Zweck ist im Röhrchen 17 (Fig. 12) eine Rückschlageinrichtung vorgesehen, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Kugel i7^d und einen Stöpsel 17* das Rohr 17 dicht verschließt, nachdem der Apparat gefüllt ist, ohne daß Luftbläschen zwischen der Kugel i7^Ä und dem Stöpsel xy^b eingeschlossen sind.

Der Stöpsel besitzt eine Stange 17", die dazu dient, die Kugel 17* beim Einschrauben des Stöpsels zu verstellen.

Andererseits ist an das obere Rohr 18 ein dünnes Metallrohr ig angeschlossen. Dieses ist wieder mittels einer Verbindung 20 aus Blei mit einem Rohr aus «Ebonit 21 verbunden. Das Rohr 21 kann auch aus jedem anderen Werkstoff bestehen. Es ist in ein Stahlrohr 22 eingesetzt. Das Rohr 21 geht durch eine Platte oder einen Sockel 23 hindurch, der die Registriertrommel, z.B. 13, trägt (Fig.^). Auf dem Quecksilberspiegel befindet sich ein Schwimmer 24, auf dem eine Stange 25 mit einem Arm 26 angeordnet ist. Der Arm trägt in einer Nute oder in einem Schlitz des Rohres 21 eine Schreibvorrichtung 14.^

^o Die Schreibvorrichtung 14 wird somit auf dem Diagrammblatt der Trommel 13 die Kurve der Temperaturschwankungen des im Kessel 16 enthaltenen Sirups aufzeichnen. Das Registrieren wird um so genauer sein, wenn der Behälter +5 15 eine Form und ein Volumen besitzt, die es ermöglichen, die mittlere Temperatur an mehreren Punkten oder in einer breiten Zone abzunehmen.

Die Aufzeichnungsvorrichtung kann leicht geeicht und nachgestellt werden, und zwar mittels einer Bohrung 27 im Rohr 21, die parallel zu diesem liegt. Im unteren Teil sind 27 und 21 durch eine Bohrung 28 verbunden, so daß kommunizierende Gefäße gebildet werden. Das Quecksilber steigt im Rohr 21 und in der Bohrung 27. Wenn man in die letztere Metalldrähte von verschiedenem Durchmesser einsetzt, kann man den für das Quecksilber bestimmten Raum verändern. Das Quecksilber wird also mehr oder weniger im Rohre und in der Bohrung 27 steigen. Man kann das Thermometer als Anzeiger benutzen, indem man in . geeigneter Weise die Schreibstange verlängert und an ihrem Ende einen farbigen Zeiger anbringt, der auch besonders beleuchtet sein kann und sich in seinem senkrechten Schlitz einer Platte bewegt und dadurch als Anzeigeeinrichtung dient.

Das Registrieren der Siedetemperaturen T bzw. t erfolgt daher durch Quecksilberapparate ohne irgendeine mechanische Einrichtung und infolgedessen ohne Regelung. Gleichzeitig kann der Apparat der bedienenden Person als Anzeiger dienen, ferner zum Regeln der Kristallisation und zum Regem der Konzentration ganz allgemein. Ferner ist die Vorrichtung gleichzeitig Registriervorrichtung und Anzeigevorrichtung für direktes Ablesen. Das Bedienungspersonal kann leicht damit arbeiten, und man kann gegebenenfalls anormales Arbeiten berichtigen.

Da die bewegliche Skala E mit möglichster Genauigkeit gezeichnet ist, kann sie nur Abweichungen zeigen, die davon abhängig sind, daß der Siedepunkt einer unreinen Lösung steigt. Er hängt nicht nur von vorher betrachteten Elementen ab, sondern auch von der Art der Verunreinigung der Lösung (nicht des Zuckers). Deren Einfluß kann nur.in jedem einzelnen Fall besonders bestimmt werden. Die Abweichungen sind aber bei üblicher Verunreinigung so gering und liegen innerhalb der Fehlergrenzen von üblichen Meßapparaten.

Unter diesen Verhältnissen muß die Regelvorrichtung für industrielle Zwecke als genau bezeichnet werden. Sie löst das Problem der Kristallisation und der Konzentration für industrielle Zwecke.

Claims (3)

1. Patentansprüche: _1oo

   i. Vorrichtung zum Überwachen des Verkoch'ens .von Zuckersäften und ähnlichen Kristallisationsvorgängen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei kommunizierenden Quecksilberröhren (2, 3) besteht, von denen die Röhre (2), die unter dem Unterdruck des Kochers steht, einen Querschnitt hat, der Schwankungen des Quecksilberspiegels nach einer logarithmischen Funktion entsprechend der Siedepunkterhöhung von Wasser bei zunehmendem Druck bewirkt, so daß bei der anderen unter atmosphärischem Druck stehenden Röhre (3) ein Schwimmer die Kochtemperatur reinen Wassers auf einer Diagrammtrommel (13) anzeigt, auf der außerdem die Temperatur der zu überwachenden Lösung mittels einer geeigneten Vorrichtung (14) angezeigt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der ersten unter dem, Unterdruck des Kochers stehenden Röhre (2) eine Quecksilberröhre (1) in Ver-

   bindung steht, deren unteres Ende mit den beiden anderen Röhren (2 und 3) verbunden ist, gleichförmigen Querschnitt hat und als Vakuummesser dient.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf der Diagrammtrommel (13) die Temperatur der zu überwachenden Lösung anzeigende Thermometer aus einem in dem Kessel (16) angeordneten, mit Quecksilber gefüllten Behälter (15) besteht, der durch ein Rohr (19) mit dem Registrierschwimmer (24) in Verbindung steht.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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