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Dokumentenidentifikation DE19913587A1 28.09.2000
Titel Verfahren für die Saccharosekristallisation unter Verwendung einer Zuckerstaubsuspension als Vorlagekristallisat
Anmelder NORDZUCKER AG, 38100 Braunschweig, DE
Erfinder Wittenberg, Arend, 12103 Berlin, DE
Vertreter Einsel, M., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 38102 Braunschweig
DE-Anmeldedatum 24.03.1999
DE-Aktenzeichen 19913587
Offenlegungstag 28.09.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.09.2000
IPC-Hauptklasse C13F 1/02
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuckerkristallisation, wobei zur Kristallisation eine Zuckersuspension verwendet wird, die durch Zusatz von Zuckerstaub zu einer Zuckerlösung erhalten worden ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Zucker unter Verwendung eines Vorlagekristallisates für die Zuckerkristallisation.

An verkaufsfähigen Zucker werden hohe Anforderungen gestellt. So sollte er eine reproduzierbare gleichbleibende Qualität aufweisen und insbesondere die für Lebensmittel erforderliche hohe chemische Reinheit und gleichbleibende Kristallgrößenverteilung aufweisen.

Für die Erzielung dieser hohen Qualitätsanforderungen ist eine prozeßstabile Technologie eine wesentliche Voraussetzung mit der reproduzierbar Zucker gleichbleibender Qualität erhalten werden kann.

Ganz allgemein erfolgt die Zuckerherstellung, indem eine Impfsuspension, nachfolgend auch Vorlagekristallisat bezeichnet, mit definierten Eigenschaften, wie Kristallkeimanzahl, in eine übersättigte Saccharoselösung eingebracht und anschließend die Kristallisation durchgeführt wird.

Dabei gilt es insbesondere, die Nachbildung sekundärer Kristalle und die Entstehung von Konglomeraten zu vermeiden, so daß die mit der Impflösung eingebrachte Kristallanzahl über die Prozeßstufen hinweg annähernd konstant bleibt.

Das heutzutage eingesetzte Verfahren zur Saccharose-Kristallisation umfaßt in einer ersten Stufe die Herstellung eines Vorlagekristallisates durch Naßvermahlung einer definierten Menge an Kristallzucker, wobei das erhaltene Vorlagekristallisat üblicherweise als Slurry bezeichnet wird, in einer zweiten Stufe Ausheilung der Saccharose-Bruchstücke und Kristallwachstum in übersättigter Saccharoselösung, in einer dritten Stufe stufenweise Vergrößerung der Kristalle durch Wachstum in übersättigter Saccharoselösung unter Wasserverdampfung bei gleichzeitigem Zuzug kristallfreier Mutterlösung zur Aufrechterhaltung der Übersättigung und in einer vierten Stufe Abtrennung der erhaltenen Saccharosekristalle von der Mutterlösung.

Zur Herstellung der Slurry wird in derzeit üblichen Verfahren eine definierte Menge an Kristallzucker mit Isopropanol, zum Beispiel in einer Kugelmühle, zu einer Kristallsuspension mit einem mittleren Kristalldurchmesser von ca. 8 bis 10 µm vermahlen. Zur Vermeidung einer unerwünschten Konglomeratbildung in der Slurry wird durch Zugabe von Glycerin die Viskosität der Slurry gesteigert. In der nächsten Stufe wird eine definierte Slurrymenge aus einem Vorlagebehälter in einen Kristallisator eingezogen und unter Rühren in einer übersättigten Zuckerlösung verteilt. Hierbei heilen die Kristallbruchstücke aus und gehen dann in Wachstum über.

Die nur geringe Größe der durch den Mahlprozeß entstandenen Slurrypartikel hat jedoch gravierende Auswirkungen auf den Fortlauf der Kristallisation wie Sekundär- und Konglomeratbildung, die die Produktqualität beeinträchtigen.

Kritisch ist dabei insbesondere die erste Phase direkt nach Zugabe der winzigen Slurrypartikel. Da aufgrund der daraus resultierenden geringen Kristalloberfläche die Geschwindigkeit des Kristallisationsprozesses limitiert ist, kann die anfangs herrschende Übersättigung nicht schnell genug abgebaut werden, so daß die Bildung sekundärer Kristallkeime begünstigt wird.

Zudem wird durch eine geringe Differenzgeschwindigkeit zweier benachbarter Kristalle aufgrund geringer Schergefälle im Kristallisator die Konglomeratbildung gefördert. Dieser Effekt tritt besonders stark bei kleinen Partikeln (< 20 µm) auf.

Eine Vergrößerung der Slurrypartikel könnte zwar die vorgenannten Probleme in Bezug auf Sekundärkristall- und Konglomeratbildung lösen, erfordert aber einen erheblichen Mehrbedarf an chemischen Hilfsstoffen wie Isopropanol und Glycerin, die zur Herstellung der Slurry erforderlich sind.

Bei der Produktion von Lebensmitteln, zu denen Zucker zählt, ist der Einsatz von chemischen Hilfsstoffen jedoch zum Beispiel im Hinblick auf die strenge Gesetzgebung und die Vermarktungsfähigkeit des Produktes ausgesprochen kritisch und sollte daher nach Möglichkeit weitestgehend vermieden werden. Von Nachteil ist bei dem herkömmlichen Verfahren auch, daß die Herstellung und die Verarbeitung der Slurry auf einem geringen Automatisierungsstand erfolgt. So werden die Rohstoffe und Produkte jeweils manuell transportiert und dosiert.

Unter ökonomischen Gesichtspunkten ist jedoch eine Erhöhung der Automatisierung und dadurch Rationalisierung des Verfahrens wünschenswert.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Zuckerkristallisation zur Verfügung zu stellen, das großtechnisch rationell eingesetzt werden kann, und mit dem auf einfache Weise Zucker erhalten werden kann, der den hohen Anforderungen genügt.

Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Zuckerkristallisation zur Verfügung zu stellen, mit dem die Probleme des bekannten Verfahrens wie Sekundärkristall- und Konglomeratbildung vermieden werden können und Zucker in hoher chemischer Reinheit mit gleichbleibenden Eigenschaften reproduzierbar erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kristallisation von Zucker, das folgende Stufen umfaßt:

  • 1. Herstellung einer Kristallsuspension als Vorlagekristallisat unter Zusatz von Zuckerstaub zu einer Zuckerlösung,
  • 2. Kristallisation unter Verwendung der gemäß Stufe 1 hergestellten Kristallsuspension.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Zuckerstaub in einem Verfahren zur Zuckerkristallisation.

Zuckerstaub, wie er erfindungsgemäß zum Einsatz kommt, wird unter anderem bei der Entstaubung der Abluft von Zuckertrocknern und der Entstaubung der Sichtanlagen und Förderwege freigesetzt. Es handelt sich dabei um feinste Zuckerkristalle, die zum Beispiel als Sekundärkeime während der Kristallisation entstanden sind oder um Kristallabrieb.

Die mittlere Kristallgröße des erfindungsgemäß eingesetzten Zuckerstaubes ist etwa um den Faktor 3 bis 5 größer als die der Slurrypartikel und liegt damit im Allgemeinen bei > 20 µm und insbesondere bei etwa 24 µm bis 50 µm, ganz besonders bei 30 µm bis 40 µm. Damit liegt das Risiko der Bildung von Sekundärkristallen und Konglomeraten entsprechend niedriger.

Zudem erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keinen Einsatz von chemischen Hilfsstoffen. Da erfindungsgemäß als Suspendiermittel eine Zuckerlösung, insbesondere eine gesättigte Zuckerlösung, eingesetzt wird, kann auf chemische Hilfsstoffe als Lösungsmittel oder Glycerin als Stabilisator verzichtet werden.

Falls erwünscht oder erforderlich, kann der Zuckerstaub vor dem Suspendieren einem Sichtvorgang unterzogen werden, um ein definiertes Kristallgrößenspektrum zu erhalten.

Prinzipiell kann die Kristallisation in der Kristallsuspension selbst erfolgen, vorzugsweise wird diese jedoch analog der Slurry als Vorlagekristallisat verwendet und einer entsprechenden Saccharoselösung als Suspension zugesetzt.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß es ohne Aufwand in bereits existierenden herkömmlichen Anlagen eingesetzt werden kann.

Die Kristallisation des Zuckers kann dabei in einem beliebigen üblichen Kristallisator, wie beispielsweise einem Kühlungskristallisator oder einem Verdampfungskristallisator auf an sich bekannte Art und Weise durchgeführt werden.

In Fig. 1 ist schematisch eine Zuckerkristallisationsanlage gezeigt, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend unter Verweis auf Fig. 1 anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.

Für das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Zuckerlösung als Suspendiermittel verwendet, wobei der geeignete Trockensubstanzgehalt dieser Lösung je nach Bedarf eingestellt werden kann. Bevorzugt wird eine gesättigte Zuckerlösung verwendet.

Zur Einstellung des Trockensubstanzgehaltes kann zunächst ein Vorlagebehälter 1 mit einer Zuckerlösung gefüllt werden und anschließend der Trockensubstanzgehalt (TS-Gehalt) der Lösung auf den zur Prozeßtemperatur passenden Wert eingestellt werden, indem zum Beispiel die Lösung durch Wasserzugabe 10 verdünnt wird.

Die Verdünnung kann unter Einsatz einer Dichtemeßstrecke programmgesteuert erfolgen. Dazu kann beispielsweise ein Online-Refraktometer 2 eingesetzt werden.

Die Erzeugung einer gesättigten Lösung kann beispielsweise über Temperaturregelung erfolgen. So kann die Temperatur der Zuckerlösung mittels einer geeigneten Umwälzung durch einen Plattenwärmeübertrager bis an die Sättigungsgrenze abgesenkt werden.

Die Herstellung der Kristallsuspension erfolgt vorzugsweise unter intensiver Durchmischung, um eine optimale Benetzung der Zuckerstaubpartikel zu gewährleisten, die der Konglomeratbildung entgegenwirkt.

Die in dem Vorlagebehälter 1 konditionierte Zuckerlösung wird über Zuleitungen 30 einem Suspendierbehälter 3 zugeführt, der vorzugsweise mit einer Kühlvorrichtung wie einer Mantelkühlung zur Abführung von unerwünschter Wärme, einem Rührwerk und gegebenenfalls mit vertikal angeordneten Strombrecherblechen ausgestattet ist. Anschließend wird eine definierte Menge Zuckerstaub 4 zugesetzt und in der Zuckerlösung unter Rühren homogen verteilt.

Durch die Abführung unerwünschter Wärme, wie sie zum Beispiel der Zuckerlösung durch das Rührwerk zugeführt wird, wird sichergestellt, daß der Sättigungszustand der Lösung aufrechterhalten bleibt. Zur Abführung der Wärme wird üblicherweise ein Kühlwasserkreislauf 20 eingesetzt.

Begünstigt durch den im Suspendierbehälter 3 vorherrschenden Wärmestrom, der durch den mechanischen Energieeintrag über das Rührwerk und die Wärmeabfuhr über den Kühlmantel bewirkt wird, findet in der Suspension ein Rekristallisationsprozeß statt, wobei sich insbesondere feinste Zuckerstaubpartikel, die ansich unerwünscht sind, zugunsten des Wachstums anderer Kristalle auflösen können. Durch diesen Prozeß, der auch als "Reifung" bekannt ist, wird eine Vereinheitlichung der Kristallanzahlverteilung bewirkt.

Die im Suspendierbehälter 3 homogenisierte Zuckerstaubsuspension kann anschließend über Zuleitungen 40 in einen gewünschten Kristallisationsapparat eingezogen werden und die Kristallisation in ansich bekannter Weise durchgeführt werden. Der Zuzug der Suspension in den Kristallisationsbehälter kann auf übliche Weise unter Vakuum oder im freien Gefälle erfolgen.

Der Suspendierbehälter 3 steht dann für die Herstellung einer neuen Charge im Batchbetrieb wieder zur Verfügung. Vor Einfüllen der neuen Charge sollte der Behälter 3 gereinigt werden. Dies kann beispielsweise durch Ausdämpfen geschehen.

Als Beispiele für Kristallisationsapparate sind in Fig. 1 ein Kristallfuß-(KF)- Kühlungs-Kristallisator 5 und ein Nachprodukt-Kristallfluß-(NP-KF) -Verdampfungskristallisator 6 gezeigt.

Wie bei dem herkömmlichen Verfahren kann das Kristallwachstum in übersättigter Saccharoselösung erfolgen, wobei zur Aufrechterhaltung der Übersättigung Wasser verdampft wird bei gleichzeitigem Zuzug kristallfreier Mutterlösung.

Die Temperatur, im Kristallisator wird im allgemeinen höher als im Suspendierbehälter gewählt, beispielsweise um 20 C bis 30°C.

Aufgrund der im Kristallisator herrschenden erhöhten Temperatur kann das zugeführte Vorlagekristallisat durch den Temperaturanstieg in einen leicht untersättigten Zustand geraten. Dieser Effekt wirkt zusätzlich einer durch Zusammenwachsen kristalliner Flächen verursachten Konglomeratbildung entgegen.

Neben den bereits genannten Vorteilen läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren durch Integration aller Prozeßschritte in einer über ein Prozeßleitsystem regelbaren Komplettanlage vollständig automatisieren. Bezugszeichenliste 1 Vorlagebehälter

2 Online-Refraktometer

3 Suspendierbehälter

4 Zuckerstaub

5 KF1-Kühlungskristallisator

6 NP-KF-Verdampfungskristallisator

10 Wasserzufuhr zur Trockensubstanz (TS)-Einstellung

20 Kühlwasserkreislauf

30 Suspendiermittelführung

40 Zuckerstaubsuspensionsführung

QC Qualitätskontrolle

TC Temperaturkontrolle


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Kristallisation von Zucker, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Stufen enthält:
    1. 1. Herstellung einer Kristallsuspension als Vorlagekristallisat unter Zusatz von Zuckerstaub zu einer Zuckerlösung, und
    2. 2. Kristallisation unter Verwendung der gemäß Stufe 1 hergestellten Kristallsuspension.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Stufe 1 eine gesättigte Zuckerlösung verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation gemäß Stufe 2 in einem Kristallisator durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sättigungsgrad der Zuckerlösung eingestellt wird durch Verdünnung der Zuckerlösung auf den zur eingesetzten Prozeßtemperatur passenden Trockensubstanzgehalt durch Wasserzugabe.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdünnung programmgesteuert erfolgt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die programmgesteuerte Verdünnung unter Einsatz einer Dichtemeßstrecke erfolgt.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallsuspension unter Vakuum oder freiem Gefälle aus dem Suspendierbehälter 3 in einen Kristallisator 5, 6 eingezogen wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Kristallsuspension unter intensiver Durchmischung erfolgt.
  9. 9. Verwendung von Zuckerstaub zur Herstellung einer Impflösung für die Zuckerkristallisation.






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