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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Extraktreinigung
von Zuckerrüben-Rohsaft, insbesondere
ein Verfahren zur Reduzierung des Kalkverbrauches während der
Extraktreinigung von Zuckerrüben-Rohsaft,
ein Verfahren zur Herstellung eines nährstoffreichen Nicht-Saccharose-Konzentrates aus
Zuckerrüben-Rohsaft,
das so hergestellte Nicht-Saccharosestoff-Konzentrat, Verwendungen
des Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates sowie eine Vorrichtung zur
Vorkalkung von Zuckerrüben-Rohsaft und/oder
zur Gewinnung des Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates.
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Herkömmlicherweise
wird Zucker aus Rüben gewonnen,
indem die geernteten Rüben
zunächst gereinigt
werden, wobei sie von einem Großteil
der noch anhaftenden Erde sowie von Blattresten befreit werden.
Nach Passieren einer Wäsche
werden die Rüben
durch Schneidemaschinen zu bleistiftstarken Schnitzeln gehobelt.
Aus den Schnitzeln erfolgt die Zuckergewinnung durch Gegenstrom-Extraktion
unter Verwendung von heißem,
leicht angesäuertem Wasser
mit einem pH-Wert von etwa 5,5 bis 5,8. Durch das Ansäuern der
Extraktionsflüssigkeit
wird die Filtration des Zuckerrüben-Rohsaftes
sowie die Abpressbarkeit der extrahierten Schnitzel begünstigt. Der
bei der Extraktion gewonnene Zuckerrüben-Rohsaft wird anschließend einer
Extraktreinigung zugeführt. Üblicherweise
erfolgt die Extraktreinigung mit Hilfe der sogenannten Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigung
in Form einer Vorkalkung und Hauptkalkung sowie ei ner ersten und
zweiten Carbonatation und der Abtrennung des Niederschlages nach
der ersten und zweiten Carbonatation. Die Extraktreinigung hat die
Aufgabe, die im Zuckerrüben-Rohsaft
enthaltenen Nicht-Saccharose-stoffe, insbesondere hochmolekulare
Stoffe, weitestgehend zu entfernen. Die zu entfernenden Nichtsaccharose-Stoffe
sollen dabei möglichst
nicht abgebaut werden, so dass keine zusätzlichen niedermolekularen
Stoffe in den Extrakt oder Zuckerrüben-Rohsaft gelangen.
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In
der Vorkalkung wird der Zuckerrüben-Rohsaft
unter schonenden Bedingungen schrittweise durch Zugabe von Kalkmilch
alkalisiert. Dabei wird der pH-Wert
des Zuckerrüben-Rohsaftes
im Vorkalkungsreaktor stufenweise auf etwa 11,5 angehoben. Die Vorkalkung
erfolgt unter Zugabe definierter Mengen an Calciumhydroxid (Kalkmilch),
wobei die Alkalität
des Saftes am Ende der Vorkalkung etwa 0,1 bis 0,3 g CaO/100 ml
Zuckerrüben-Rohsaft
beträgt. Infolge
der Alkalisierung des Zuckerrüben-Rohsaftes kommt
es zu einer Neutralisierung der im Extrakt vorhandenen organischen
und anorganischen Säuren sowie
zu Ausfällungsreaktionen
der Anionen, die mit Calcium unlösliche
oder schwer lösliche
Salze bilden. So werden beispielsweise Phosphat, Oxalat, Citrat
und Sulfat weitestgehend abgeschieden. Darüber hinaus koagulieren kolloidal
gelöste
Nicht-Saccharosestoffen und werden ausgefällt. Die Ausfällung einzelner
Inhaltsstoffe, beispielsweise von Anionen wie Oxalat, Phosphat,
Citrat, Sulfat oder von Kolloiden wie Pektin und Eiweißstoffen,
erfolgt innerhalb bestimmter pH-Bereiche. Innerhalb dieser pH-Bereiche findet gleichzeitig
eine Verdichtung des Niederschlages statt. Durch die Zugabe von
Kalkmilch während
der Vorkalkung kommt es auch zu einer Koagulation von Proteinen.
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Die
Aufgabe der anschließend
durchgeführten
Hauptkalkung besteht insbesondere im chemischen Abbau von Invertzucker
und Säureamiden,
der andernfalls im Bereich der Safteindickung unter Bildung von
Säuren
ablaufen würde.
In der Hauptkalkung wird die Temperatur auf etwa 85°C angehoben und
die Alkalität
des Zuckerrüben-Rohsaftes
wird durch die Zugabe von Kalkmilch deutlich erhöht, nämlich auf etwa 0,8 bis 1,1
g CaO/100 ml Saft. Die in der Hauptkalkung angestrebten Prozesse
laufen im klassischen Verfahren nur unter derart drastischen Bedingungen
ab. Der in der Hauptkalkung im Überschuss
zugesetzte Kalk spielt auch bei der ersten und zweiten Carbonatation
eine große
Rolle. Durch Umsetzung zu Calciumcarbonat wird ein starkes Adsorptionsmittel
für eine
Reihe löslicher Nicht-Saccharosestoffe
und auch ein geeignetes Filterhilfsmittel bereitgestellt. Der im
Hauptkalkungsprozess nicht verbrauchte Kalk wird durch Einleiten
von Kohlendioxid als Carbonatationsgas in den beiden Carbonatationsschritten
zu Calciumcarbonat umgesetzt. Die Carbonatation erfolgt in zwei
Stufen. In der ersten Stufe der Carbonatation erfolgt eine Gaseinleitung
bis zu einem pH-Wert von etwa 11,2 bis 10,6, was einer Alkalität von 0,10
bis 0,06 g CaO/100 ml Filtrat der ersten Carbonatation entspricht.
Bei der ersten Carbonatation werden die ausgefällten und ausgeflockten Nicht-Saccharosestoffe
und ein Teil der im Zuckerrüben-Rohsaft
enthaltenen Farbstoffe adsorbtiv an das gebildete Calciumcarbonat gebunden.
Der in der ersten Carbonatation erhaltene sogenannte erste Schlammsaft
wird über
Eindickfilter (Kerzenfilter) filtriert oder Dekanteure geleitet
und dabei zu Schlammsaftkonzentrat eingedickt. Dabei werden die
ausgefällten
und ausgeflockten, an Calciumcarbonat gebundenen Nicht-Saccharosestoffe
aus dem Saft entfernt. Üblicherweise
schließt
sich an die erste Carbonatation eine Nachkalkung an, wobei der Saft
mit etwas Kalkmilch versetzt wird und dann in der zweiten Carbonatation
weiter carbonatiert wird. Auch in der zweiten Carbonatationsstufe
wird Carbonatationsgas zugeführt,
wobei die einzustellende Alkalität,
die sogenannte optimale Alkalität
bei 0,025 bis 0,010 g CaO/100 ml Filtrat der zweiten Carbonatation
liegt. Die Alkalität
entspricht einem pH-Wert von etwa 9,0 bis 9,30. In der zweiten Carbonatation entsteht
der sogenannte zweite Schlammsaft, welcher ebenfalls über Eindickfilter
filtriert und dabei eingedickt wird. Die über die Eindickfilter in der
ersten und zweiten Carbonatation aufkonzentrierten Calciumcarbonat-Schlämme (Schlammsaftkonzentrate) werden üblicherweise
vereinigt und über
Membranfilterpressen abgepresst. Dabei entsteht der sogenannte Carbokalk.
Dieser Carbokalk ist ein lagerfähiges
Produkt mit einem Trockensubstanzgehalt von mehr als 70% und wird
als Düngemittel
verwendet. Üblicherweise
wird ein Teil des Schlammsaftkonzentrates zur Vorkalkung zurückgeführt.
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Der
in der Extraktreinigung gereinigte Zuckerrüben-Rohsaft, der auch als Dünnsaft bezeichnet
wird und etwa 15 bis 17% Zucker enthält, wird dann zu einem Dicksaft
mit etwa 65 bis 70% Zucker eingedickt und dann in Kristallisatoren
solange eingedampft, bis sich eine zähe Masse, die sogenannte Kochmasse,
mit etwa 85% Zucker bildet. Durch Zentrifugieren dieser Masse wird
dann schließlich
Weißzucker
erhalten.
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Ein
erheblicher Nachteil der herkömmlichen Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigung
besteht insbesondere darin, dass nur ein relativ geringer Reinigungseffekt
erreicht wird, da nur maximal 40% aller Nicht-Saccharosestoffe aus
dem Zuckerrüben-Rohsaft
entfernt werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Verfahren
sehr große
Mengen von Kalk erfordert, wobei die verbrauchte Menge von Kalk
etwa 2,5% des Gesamtgewichtes der verarbeiteten Zuckerrüben ausmachen
kann. Die Herstellung des im Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigungsverfahren
verwendeten Kalkes und die Beseitigung des bei der Branntkalk-Herstellung
entstehenden Abfalls sind jedoch relativ teuer. Auch sind die CO2-Emissionen aus Kalkofen und Saftreinigungsanlage
sehr hoch. Darüber
hinaus lässt
sich der bei dem Kalk-Kohlendioxid-Extraktreinigungsverfahren
anfallende Carbokalk, der aus Kalk und abgetrennten Saft-Verunreinigungen
besteht, lediglich als Düngemittel
einsetzen.
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US 4,009,706 A beschreibt
die Verwendung von Flockungsmitteln, bestehend aus einer Kombination
aus einem kationischen Melamin-Formaldehyd-Säurekolloid und einem anionischen
Polyacrylamid, zur Klärung
von Zucker-Rohsaft. Die Verwendung von Phosphorsäure und Kalkmilch wird dabei vermieden.
Die Polyacrylamid-Komponente dieses Flockungsmittels kann auch ein
Copolymer aus Acrylamid und Natriumacrylat sein. Die Polyacrylamidkomponente
hat ein Molekulargewicht von 0,5 bis 30 Mio. Die Polyacrylamidkomponente
wird in einer Konzentration von 1 bis 25 ppm eingesetzt.
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US 3,806,364 A beschreibt
ein Kalkungs-Karbonatations-Reinigungsverfahren
von Zuckerrüben-Rohsaft, worin der
schwach saure Rohsaft vor der Kalkung mit einer Zusammensetzung
aus anorganischer Komponente als Flockungsmittel und Polyacrylverbindung
als Flockungshilfsmittel versetzt wird.
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Die
WO 99/24623 A2 beschreibt
die Verwendung eines Polyacrylamid-Flockungsmittels zur Verbesserung
der Fällungsreaktionen
in einer alkalisierten Rohzuckerlösung, welcher Calciumhydroxid
zugesetzt wurde.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde,
ein verbessertes Verfahren zur Extraktreinigung von Zuckerrüben-Rohsaft
bereitzustellen, wobei insbesondere der Kalkverbrauch für die Extraktreinigung
reduziert wird.
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Die
vorliegende Erfindung löst
das ihr zugrunde liegende technische Problem insbesondere durch
Bereitstellung eines Verfahrens zur Extraktreinigung von Zuckerrüben-Rohsaft,
umfassend die folgenden sequentiell durchzuführenden Verfahrensschritte:
- a) Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes durch Zugabe
von Kalkmilch bis eine Konzentration von etwa 0,1 bis 0,3 g CaO/100
ml Zuckerrüben-Rohsaft
erreicht ist zur Fällung
und/oder Koagulation von Nicht-Saccharosestoffen in Form eines Koagulats,
- b) Zugabe mindestens eines Copolymers aus Acrylamid und Natriumacrylat
mit einer Molmasse von etwa 5 Mio. bis etwa 22 Mio. als polyanionisches
Flockungsmittel bis zu einer Konzentration von 1 bis 8 ppm,
- c) Abtrennung des Koagulats vom Vorkalkungssaft unter Verwendung
mindestens einer ersten Abtrennvorrichtung unter Erhalt eines klaren
Vorkalkungssaftes,
- d) Hauptkalkung des nach Abtrennung des Koagulats erhaltenen
klaren Vorkalkungssaftes durch Zugabe von Kalkmilch bis eine Konzentration
von etwa 0,6 g CaO/100 ml im Vorkalkungssaft erreicht ist, und
- e) Durchführung
einer ersten Carbonatation durch Einleitung von Kohlendioxid in
den Hauptkalkungssaft und gegebenenfalls anschließende Durchführung einer
zweiten Carbonatation.
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Die
Schritte a) und b) können
in einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung auch simultan durchgeführt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht also vor, dass die Vorkalkung an sich in im wesentlichen identischer
Weise zu den bisher üblichen
Vorkalkungs-Verfahren
durchgeführt
wird. Im Gegensatz zu den üblichen
Verfahren werden die während
der Vorkalkung gefällten
oder koagulierten Nicht-Saccharosestoffe
jedoch bereits nach der Vorkalkung abgetrennt und nicht, wie üblicherweise,
erst nach der ersten und zweiten Carbonatation. Erfindungsgemäß werden
außer
Kalkmilch und dem genannten polyanionischen Flockungsmittel, das
kein Koagulationsmittel, sondern ein Flocculationsmittel ist, keine
weiteren Flockungs- oder Koagulationsmittel verwendet.
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Da
der Zuckerrüben-Rohsaft
bereits nach der Vorkalkung durch die Abtrennung der ausgefällten und
ausgeflockten Nicht-Saccharosestoffe deutlich reiner ist, ergeben
sich zahlreiche Vorteile für
die Weiterverarbeitung des Zuckerrüben-Rohsaftes. Insbesondere
muss dem erfindungsgemäß geklärten Vorkalkungssaft
bei der Hauptkalkung erheblich weniger Kalkmilch als bei herkömmlichen
Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigungsverfahren
zugegeben werden. Während
bei herkömmlichen
Verfahren die Alkalität
des Saftes in der Hauptkalkung auf etwa 0,8 bis 1,1 g CaO/100 ml
Saft erhöht
werden muss, erfordert das erfindungsgemäße Verfahren lediglich eine Erhöhung der
Alkalität
auf etwa 0,6 g CaO/100 ml Saft. Darüber hinaus kann im Gegensatz
zu herkömmlichen
Ver fahren die anmeldungsgemäße Vorkalkung
ohne die übliche
Rückführung von
Schlammsaftkonzentrat aus der Carbonatationsstufe in die Vorkalkung
durchgeführt
werden. Auch ist es im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren nicht mehr
erforderlich, dass der Zuckerrüben-Rohsaft
nach der ersten Carbonatationsstufe nachgekalkt werden muss. Das
erfindungsgemäße Extrakt-Reinigungsverfahren
zeichnet sich also in vorteilhafter Weise durch einen deutlich reduzierten
Kalkverbrauch aus. Das erfindungsgemäße Verfahren führt somit
zu einer deutlichen Kostenreduzierung der Zuckerrüben-Rohsaftreinigung,
nicht zuletzt auch deshalb, weil die erforderlichen Anlagen für die Gewinnung von
Branntkalk erheblich verkleinert werden können.
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Die
erfindungsgemäße Verfahrensweise wird
besonders durch die Verwendung von ausgewählten Flockungsmitteln ermöglicht,
die unter den gegebenen Verfahrensbedingungen ohne Zusatz von weiteren
Hilfsstoffen, wie Koagulationsmitteln, eine besonders effiziente
Extraktreinigung von Zuckerrübenrohrsaft
ermöglichen. Überraschenderweise
stellte sich erfindungsgemäß nämlich heraus, dass
bei Einsatz von ganz bestimmten polyanionischen Flockungsmitteln,
nämlich
anionischen Copolymeren aus Acrylamid und Natriumacrylat mit einer Molmasse
von etwa 5 Mio. bis etwa 22 Mio., insbesondere AN 945 (Fa. Clarflok),
2440 und 2540 (Fa. Stockhausen), in einer Menge von 1 bis 8 ppm
die vorgenannte effiziente Reinigung gewährleistet ist. ppm wird in
der vorliegenden Lehre, wenn nicht anders angegeben, als ppm Gew./Gew.
(w/w) (gewichtsbezogen) verstanden; ppm steht für „parts-per million”; 1 ppm
ent spricht einem Anteil von 1 × 10–6 des
Gesamten, also 1 ppm = 1 × 10–4 Prozent
(%) oder 1 × 10–3 Promille
(‰) Aufgrund
der wesentlich geringeren Verunreinigung mit abgeschiedenem Calciumcarbonat
verbessert sich die Filtrierbarkeit der unter Verwendung des anmeldungsgemäßen Verfahrens
erhaltenen Schlammsäfte,
insbesondere des ersten Schlammsaftes in erheblichem Maße. Versuche
der Anmelderin im Technikum-Maßstab haben gezeigt,
dass der Filtrationskoeffizient der erfindungsgemäß erhaltenen
Schlammsäfte
deutlich unter 0,5 s/cm2 liegt, während die
Filtrationskoeffizienten der unter Verwendung herkömmlicher
Extrakt-Reinigungsverfahren erhaltenen Schlammsäfte bei 1 bis 3 s/cm2 liegen. Die erfindungsgemäß verbesserten
Filtrationseigenschaften der Schlammsäfte und die erfindungsgemäße Reduzierung
der Menge an gebildetem Calciumcarbonat führt also auch dazu, dass die
in den Carbonatationsstufen benötigten
Kapazitäten
an Eindickfiltern und Membranfilterpressen erfindungsgemäß ebenfalls
erheblich verringert werden können.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft
ist darüber
hinaus in vorteilhafter Weise auch zur Verarbeitung von Rübenmaterial
mit schlechter Qualität,
insbesondere alterierter Rüben
geeignet. Ein weiterer erheblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht ferner darin, dass durch die Abtrennung der in der Vorkalkung
ausgefällten
und ausgeflockten Nicht-Saccharosestoffe
ein neues Produkt bei der Zuckergewinnung entsteht, das sich durch
einen hohen Anteil an Phosphat auszeichnet und das deshalb insbesondere
als Futtermittelbestandteil, aber auch als Düngemittel eingesetzt werden
kann. Erfindungsgemäß verbessert
sich auch die Qualität
des bei der Ab pressung des Schlammsaftkonzentrates anfallenden Carbokalks,
insbesondere im Hinblick auf dessen Verwendung als Düngemittel.
Der erfindungsgemäß erhaltene
Carbokalk zeichnet sich gegenüber dem
Carbokalk, der unter Verwendung herkömmlicher Kalk-Kohlensäure-Extraktreinigungsverfahren erhalten
wird, durch einen wesentlich höheren
Gehalt an Calciumcarbonat und einen erheblich verringerten Gehalt
an Kolloiden aus. Der unter Verwendung des erfindungsgemäß erhaltenen
Verfahrens erhaltene Carbokalk ist insbesondere arm an Phosphat.
In einigen europäischen
Regionen bestehen Probleme mit der Überdüngung der Ackerböden insbesondere
mit Phosphat. Der erfindungsgemäß erhaltene
Carbokalk kann daher insbesondere in solchen Böden als Bodenverbesserer eingesetzt
werden.
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Nicht
zuletzt führt
das erfindungsgemäße Verfahren
auch zu einer deutlichen Reduzierung von CO2-Emissionen aus Kalkofen
und Extraktreinigungsanlage. Angesichts einer sich immer mehr verschärfenden
Umwelt-Gesetzgebung mit Einführung einer
Kohlendioxid-Steuer ist dies äußerst vorteilhaft.
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Unter
einer „Vorkalkung” wird die
Zugabe von Kalkmilch zu Zuckerrüben-Rohsaft
oder Zuckerrübenextrakt
bis etwa 0,1 bis 0,3 g CaO/100 ml Zuckerrüben-Rohsaft verstanden. Bei
der Vorkalkung wird der Zuckerrüben-Rohsaft
unter schonenden Bedingungen alkalisiert, wobei der pH-Wert des
Zuckerrüben-Rohsaftes von etwa
6 auf etwa 11,5 angehoben wird. Die Vorkalkung dient zur Ausflockung
von Nicht-Saccharosestoffen
wie Pektin und Proteinen und zur Ausfällung schwerlöslicher
Calciumsalze.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter „Zuckerrüben-Rohsaft” oder „Zuckerrübenextrakt” der Saft
verstanden, der aus Schnitzeln durch Gegenstromextraktion bei etwa
65 bis 75°C
im sogenannten Diffusionsverfahren extrahiert wird. Dieser zuckerreiche
Zuckerrüben-Rohsaft enthält neben
Zucker noch verschiedene organische und anorganische Bestandteile
der Rübe,
die als Nicht-Saccharosestoffe
oder Nicht-Zuckerstoffe bezeichnet werden.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden unter den im
Zuckerrüben-Rohsaft enthaltenen „Nicht-Saccharosestoffen” oder „Nicht-Zucker-stoffen” hochmolekulare
Substanzen wie Eiweißstoffe,
Polysaccharide und Zellwandbestandteile sowie niedrigmolekulare
organische Verbindungen wie anorganische oder organische Säuren, Aminosäuren und
mineralische Stoffe verstanden. Bei den Zellwandbestandteilen handelt
es sich insbesondere um Pektine, Lignin, Cellulose und Hemicellulose.
Diese Stoffe liegen ebenso wie die Eiweiße, zu denen neben Proteinen
insbesondere Nucleoproteide gehören,
als hydrophile Makromoleküle in
kolloidal-disperser Form vor. Bei den organischen Säuren handelt
es sich beispielsweise um Lactate, Citrate und Oxalate. Bei den
anorganischen Säuren handelt
es sich insbesondere um Sulfate und Phosphate.
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Unter „Kalkmilch” wird erfindungsgemäß insbesondere
Calciumhydroxid verstanden, das bei der stark exothermen Reaktion
von gebranntem Kalk (Calciumoxid) mit Wasser gebildet und bei der
Vorkalkung und Hauptkalkung als Kalkungsmittel eingesetzt wird.
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Die
Zugabe von Kalkmilch zum Zuckerrüben-Rohsaft
in der Vorkalkung bewirkt die Fällung oder
Koagulation von Nicht-Saccharosestoffen in Form eines Koagulates.
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Erfindungsgemäß werden
unter einem „Koagulat” die aufgrund
eines Flockungsprozesses gebildeten Zusammenballungen der im Zuckerrüben-Rohsaft
vorhandenen Nicht-Saccharosestoffe verstanden. Das Koagulat umfasst
insbesondere die unlöslichen
oder schwer löslichen
Salze, die sich durch Reaktion der Anionen von organischen oder anorganischen
Säuren
mit Calcium bilden, und die ausgefällten hochmolekularen Zuckerrüben-Rohsaft-Bestandteile,
insbesondere mit hydrophilem Charakter, wie Eiweißstoffe,
Polysaccharide und Zellwandbestandteile, die normalerweise im Zuckerrüben-Rohsaft
kolloidal-dispers verteilt sind. Der Flockungsprozess wird in eine
Flocculation, bei der die Aggregation durch Adsorption brückenbildender
Polymere erfolgt, und eine Koagulation, bei der die Aggregation
durch Abbau beziehungsweise Reduzierung von Abstoßungskräften erfolgt,
unterteilt. Die Flockungsgeschwindigkeit ist von der Temperatur, dem
pH-Wert und der Art der Zugabe der Kalkmilch abhängig. Die Zufuhr mechanischer
Energie, beispielsweise beim Rühren
und Schütteln,
thermischer Energie, beispielsweise durch Temperaturerhöhung, elektrischer
Energie etc. kann die Flockung oder Koagulation beschleunigen. Die
Ausfällung
einzelner Saft-Inhaltsstoffe, beispielsweise Anionen wie Oxalat,
Phosphat, Citrat und Sulfat sowie Kolloide wie Pektin und Eiweiß, erfolgt
in bestimmten pH-Bereichen, wobei innerhalb dieser pH-Bereiche eine Verdichtung
des Niederschlages statt findet. Der pH-Wert, bei dem eine Maximalmenge
an Kolloiden ausgeflockt wird und die Fällung unlöslicher Kalksalze nahezu vollständig ist,
wird als optimaler Flockungspunkt der Vorkalkung bezeichnet. Erfolgt
die Ausfällung
am optimalen Flockungspunkt, kommt es zu einer einheitlichen stabilen
Ausflockung kolloidal-disperser hochmolekularer Saft-Bestandteile.
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Die
Fällung
und Koagulation von Pektinen und Proteinen erfordert eine bestimmte
temperaturabhängige
Verweilzeit. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Vorkalkung sowohl als kalte als auch als warme Vorkalkung
durchgeführt
werden kann. Vorzugsweise wird die kalte Vorkalkung bei einer Vorkalkungstemperatur
von etwa 38 bis 40°C
durchgeführt.
Ein Vorteil der kalten Vorkalkung besteht in einem farbverbessernden
Effekt beim Dünnsaft,
einem niedrigeren Gehalt an Nicht-Saccharosestoffen, einem effektiveren
Invertzucker-Abbau und einem insgesamt höheren Extrakt-Reinigungseffekt.
Erfindungsgemäß besteht
jedoch auch die Möglichkeit, die
Zugabe der Kalkmilch zum Zuckerrüben-Rohsaft als
warme Vorkalkung bei einer Temperatur des Zuckerrüben-Rohsaftes
von 55°C
bis 75°C
durchzuführen.
Eine warme Vorkalkung hat gegenüber
der kalten Vorkalkung insbesondere den Vorteil, dass der behandelte
Zuckerrüben-Rohsaft weniger mikrobielle Kontaminationen
aufweist.
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Die
Zugabe von Kalkmilch zur Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt
als progressive Vorkalkung. Die progressive Vorkalkung durch eine
allmähliche
Steigerung der Alkali tät
beziehungsweise des pH-Wertes des Zuckerrüben-Rohsaftes erfolgt vorzugsweise durch langsamen
Zulauf des Kalkmilch-Kalkungsmittel oder durch kleine unterbrochene
Kalkmilch-Einzelzugaben, wobei insbesondere das pH-Optimum langsam durchlaufen
wird. Die Vorteile der progressiven Vorkalkung sind unter anderem
eine Verbesserung der Filtrationseigenschaften des behandelten Saftes, eine
hellere Dicksaftfarbe und eine Vermeidung der Überalkalisierung. Darüber hinaus
ermöglicht
die progressive Vorkalkung eine kontinuierliche Arbeitsweise.
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Erfindungsgemäß ist ebenfalls
vorgesehen, dass die progressive Alkalisierung des Zuckerrüben-Rohsaftes
während
der Vorkalkung im Gegenstrom durch einen bereits alkalisierten Zuckerrüben-Rohsaft,
beispielsweise mittels des Schlammsaftkonzentrats aus den Carbonatationsstufen,
erfolgen kann. Die progressive Alkalisierung im Gegenstrom bedeutet,
dass der zurückgeführte Saft
höherer
Alkalität
so schnell wie möglich
mit einem Saft niedrigerer Alkalität vermischt wird, ohne dass
sich innerhalb der Mischzone unterschiedliche Alkalitätsgradienten
aufbauen können.
Unter Verwendung geeigneter Transportsysteme im Vorkalkungsapparat wird
innerhalb des Systems dafür
gesorgt, dass die erforderliche Rückführmenge mit hoher Konstanz entgegen
der Hauptströmungsrichtung
geführt
wird.
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Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, nach der Vorkalkung und vor dem Abtrennen des gebildeten
Koagulates dem Vorkalkungssaft mindestens ein Copolymer aus Acrylamid
und Natriumacrylat mit einer Molmasse von etwa 5 Mio. bis etwa 22
Mio. als polyanioni sches Flockungsmittel bis zu einer Konzentration
von 1 bis 8 ppm zuzusetzen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden
Erfindung wird unter einem „Flockungsmittel” ein Stoff
verstanden, der das Zeta-Potential
von Teilchen in kolloidalen Suspensionen so beeinflusst, dass sie
zu Flocken aggregieren und beispielsweise nach Sedimentation aus
dem System entfernt werden können.
Flockungsmittel müssen
daher die elektrostatische Abstoßung der im Wasser meist negativ
aufgeladenen Partikel überwinden.
Erfindungsgemäß kann es
sich bei den Flockungsmitteln auch um Flockungshilfsmittel oder
Sedimentationsbeschleuniger handeln. Unter „Flockungshilfsmitteln” oder „Sedimentationsbeschleunigern” werden
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Verbindungen verstanden,
die die Zusammenballung von Feststoffpartikeln zu größeren Einheiten
oder Flocken bewirken. Durch die Zusammenballung als Flocken können sich
die Feststoffe aufgrund ihrer größeren Masse
bedeutend schneller absetzen. Gleichzeitig werden die Poren zwischen den
einzelnen Teilchen vergrößert, so
dass sich das Wasser, dass sich im abgesetzten Schlamm befindet, leicht
durch Filtration oder Zentrifugation entfernen lässt. Die erfindungsgemäß eingesetzten
polyanionischen Flockungsmittel haben keinerlei koagulierende Wirkung,
da sie nicht die Dispersion der Teilchen in der flüssigen Phase
beeinflussen, sondern die Aggregation der Teilchen durch Absorption
brückenbildender
Polymere bewirken.
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Bei
den erfindungsgemäß als polyanionische Flockungsmittel
eingesetzten Copolymeren aus Acrylamid und Natriumacrylat handelt
es sich um synthetische organische wasserlösliche Polyelektrolyte mit
einem relativ großen
Molekulargewicht von etwa 5 Mio. bis etwa 22 Mio. Diese Verbindungen sind
mittel- bis starkionisch. Besonders bevorzugt werden als Flockungsmittel
die Produkte 2440 und 2540 (Fa. Stockhausen) sowie AN 945 (Fa. Clarflok) eingesetzt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
nach einer ausreichenden Verweilzeit das während der Vorkalkung und gegebenenfalls
unter Verwendung eines Flockungsmittels gebildete Koagulat vom Vorkalkungssaft
unter Verwendung einer Trenn- oder Abtrennvorrichtung abzutrennen.
Unter einer „Abtrennvorrichtung” oder „Trennvorrichtung” wird erfindungsgemäß insbesondere
eine Vorrichtung zur Fest/Flüssig-Trennung
verstanden. Der Fest/Flüssig-Trennung
liegen mechanische Verfahren zugrunde, die auf der Ausnutzung von
Schwerkraft, Zentrifugalkraft, Druck oder Vakuum beruhen. Zu den
Fest/Flüssig-Trennverfahren,
auf denen die Wirkungsweise einer erfindungsgemäß verwendeten Abtrennvorrichtung
beruhen, gehören
beispielsweise Dekantieren, Filtration, Sedimentation, Klären und
Zentrifugation.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird als erste Abtrennvorrichtung ein statischer Dekanteur
oder Dekanter verwendet. Unter einem „statischen Dekanter” oder „statischen
Dekanteur” wird
eine Vorrichtung oder ein Apparat verstanden, der zur mechanischen
Entfernung von sedimentierten Stoffen aus einer Flüssigkeit
nach dem Sedimentationsprinzip mit Hilfe der Schwerkraft dient.
Erfindungsgemäß ist insbesondere
vorgesehen, dass unter Verwendung des Dekanteurs die nach der Vorkalkung ausgefällten oder
ausgeflockten Nicht-Saccharosestoffe vom Vorkalkungssaft so getrennt
werden, dass sich am Unterlauf des Dekanteurs ein Volumenteil Schlamm,
bezogen auf vier Volumenteile Vorkalkungssaft, absetzt. Bei Rückführung von Schlammsaftkonzentrat
aus den Carbonatationsstufen in die Vorkalkung ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass unter Verwendung des Dekanteurs die nach der Vorkalkung ausgefällten oder
ausgeflockten Nicht-Saccharosestoffe vom Vorkalkungssaft so getrennt
werden, dass sich am Unterlauf des Dekanteurs ein Volumenteil Schlamm,
bezogen auf neun Volumenteile Vorkalkungssaft, absetzt.
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Erfindungsgemäß ist insbesondere
in einer bevorzugten Ausführung
vorgesehen, dass bei Verwendung eines statischen Dekanters als erster
Abtrennvorrichtung dem Vorkalkungssaft 1 bis 3 ppm Flockungsmittel
zugesetzt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird als erste Abtrennvorrichtung eine Zentrifuge
verwendet. Unter einer Zentrifuge wird eine Vorrichtung zum Trennen
von Stoffgemischen durch Ausnutzung der Fliehkraft verstanden. Das
im Inneren der rotierenden Zentrifuge befindliche Trenngut wird
der sogenannten Zentrifugalkraft ausgesetzt. Vorzugsweise handelt
es sich bei der als ersten Abtrennvorrichtung verwendeten Zentrifuge um
eine Tellerzentrifuge oder um eine Dekanterzentrifuge. Unter einer „Tellerzentrifuge” oder einem „Tellerseparator” wird erfindungsgemäß eine Zentrifuge mit
rotierenden konischen Schleuderblechen verstanden, an denen die
schwereren Komponenten nach außen
geleitet werden, während
sich die leichteren Komponenten in Achsennähe sammeln, von wo sie nach
außen
abgeleitet werden. Unter einer „Dekantierzentrifuge” wird erfindungsgemäß eine meist
konische und häufig
kontinuierlich arbeitende Schneckenaustrag-Zentrifuge verstanden.
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Erfindungsgemäß ist insbesondere
vorgesehen, dass dem Vorkalkungssaft 1 bis 8 ppm Flockungsmittel
zugesetzt werden, z. B. bei Verwendung einer Tellerzentrifuge oder
Dekanterzentrifuge als erster Abtrennvorrichtung.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass das unter Verwendung der ersten
Abtrennvorrichtung vom klaren Vorkalkungssaft abgetrennte Koagulat
unter Verwendung einer zweiten Abtrennvorrichtung weiter aufkonzentriert
und eingedickt wird, wobei eine zweite Abtrennvorrichtung eingesetzt
wird.
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Erfindungsgemäß bevorzugt
erfolgt die weitere Eindickung und Aufkonzentrierung des Koagulates
unter Verwendung einer Membranfilterpresse als zweiter Abtrennvorrichtung.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Membranfilterpresse” eine Filtervorrichtung
verstanden, die entweder als Rahmenfilterpresse oder als Kammerfilterpresse
ausgeführt
ist. Eine als Rahmenfilterpresse ausgeführte Membranfilterpresse besteht
aus einer Vielzahl rechtwinkliger, senkrecht stehender, kannelierter
und parallel geschalteter Platten, die mit Membranen belegt sind
oder als Membranfilter ausgeführt sind,
und dazwischen liegenden Rahmen zur Aufnahme des Filterkuchens.
Eine als Kammerfilterpresse ausgeführte Membranfilterpresse besteht
aus einer Vielzahl von Membranfilterplatten, deren starker Rand
gegenüber
der eigentlichen Filterfläche
hervorsteht, so dass sich zwischen zwei solchen Platten eine Kammer
zur Aufnahme des Filterkuchens bildet. Bei der Eindickung und Aufkonzentrierung
des Koagulates unter Verwendung einer Membranfilterpresse wird durch
Abpressen eines weiteren klaren Vorkalkungssaftes erfindungsgemäß ein Filterkuchen
erhalten, der einen Trockensubstanz-Gehalt von etwa 60 bis 70 Gew.-%
aufweist.
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Erfindungsgemäß kann das
unter Verwendung der ersten Abtrennvorrichtung erhaltene Koagulat
auch unter Verwendung von ein oder mehreren Dekanter-Zentrifugen und/oder
Tellerseparatoren als zweiter Abtrennvorrichtung weiter eingedickt
und aufkonzentriert werden, wobei ein Nicht-Saccharosestoff-Konzentrat mit einem
hohen Trockensubstanzgehalt von etwa 60 bis 70 Gew.-% und ein weiterer klarer
Vorkalkungssaft erhalten werden.
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Das
unter Verwendung der zweiten Abtrennvorrichtung erhaltene Nicht-Saccharosestoff-Konzentrat
beziehungsweise der erhaltene Nicht-Saccharosestoff-Filterkuchen mit
einem Trockensubstanzgehalt von etwa 60 bis 70 Gew.-% ist besonders nährstoffreich
mit einem insbesondere hohen Phosphat-Anteil. Dieses Produkt stellt
ein neuartiges Produkt bei der Zuckergewinnung dar.
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Die
durch die Abtrennungsschritte unter Verwendung der ersten und zweiten
Abtrennvorrichtung erhalte nen klaren Vorkalkungssäfte werden
erfindungsgemäß vereinigt
und dann einer Hauptkalkung unterworfen. Im Zusammenhang mit der
vorliegenden Erfindung wird unter einer „Hauptkalkung” die weitere
Zugabe von Kalkmilch zum Vorkalkungssaft zur Erhöhung der Alkalität des Vorkalkungssaftes
bei erhöhter
Temperatur verstanden, wobei ein Hauptkalkungssaft erhalten wird.
Die Aufgabe der Hauptkalkung besteht insbesondere im chemischen
Abbau von Invertzucker und Säureamiden.
Erfindungsgemäß ist insbesondere
vorgesehen, dass die Hauptkalkung durch Zugabe von Kalkmilch bis
etwa 0,6 g CaO/100 ml zum klaren Vorkalkungssaft, der nach Abtrennung
des Koagulats erhalten wurde, durchgeführt wird. In der Hauptkalkung
wird die Temperatur auf etwa 85°C
angehoben.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
den bei der Hauptkalkung erhaltenen Hauptkalkungssaft anschließend durch
Zugabe von Kohlendioxid einer ersten Carbonatation zu unterwerfen,
wobei ein erster Schlammsaft erhalten wird. Im Zusammenhang mit
der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Carbonation” oder „Carbonatation” die Umsetzung
des bei der Hauptkalkung nicht verbrauchten Kalkes mit Kohlendioxid
unter Bildung von Calciumcarbonat verstanden. Durch die Zugabe von
Kohlendioxid wird das im Hauptkalkungssaft gelöste Calciumhydroxid zu Calciumcarbonat
umgesetzt, wobei der pH-Wert im Carbonatationsreaktor schrittweise
auf etwa 10,6 bis 11,4 abgesenkt wird. In der ersten Carbonatation werden
die noch im Hauptkalkungssaft enthaltenen Nicht-Saccharosestoffe und Farbstoffe adsorbtiv
an das Calciumcarbonat gebunden.
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Der
im Carbonatationreaktor nach der ersten Carbonatation gebildete
erste Schlammsaft wird erfindungsgemäß unter Verwendung von Kerzenfiltern filtriert,
wobei ein erstes Schlammsaftkonzentrat und ein erster klarer Carbonatations-Saft
erhalten werden. Unter einem „Kerzenfilter” wird erfindungsgemäß eine Filtervorrichtung
in stehender Bauweise mit hängenden
Filtereinsätzen
verstanden. Der Kerzenfilter kann als Filtereinsätze sowohl keramische und Kunststoff-Filtereinsätze als
auch Elemente mit Gewebe aus Kunststoff oder Metall sowie Spaltrohre
beziehungsweise Wickelkerzen enthalten.
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Erfindungsgemäß ist auch
vorgesehen, dass ein Teil des ersten Schlammsaftkonzentrates zur
Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes
eingesetzt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird der
bei der ersten Carbonatation erhaltene klare Carbonatations-Saft durch
Zugabe von Kohlendioxid einer zweiten Carbonatation unterworfen,
wobei ein zweiter Schlammsaft erhalten wird. Durch die Einleitung
von Kohlendioxid bei der zweiten Carbonatation wird der pH-Wert
des behandelten Zuckerrüben-Rohsaftes
auf etwa 9,2 abgesenkt. Der dabei erhaltene zweite Schlammsaft wird
ebenfalls über
ein Eindickfilter, beispielsweise einen Kerzenfilter, filtriert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das erste und zweite Schlammsaftkonzentrat vereinigt und mittels
einer Membranfilterpresse weiter aufkonzentriert werden, wobei ein
Carbokalk erhalten wird. Erfindungsgemäß ist die Filtrierbarkeit des
ersten und zweiten Schlammsaftes aufgrund der geringeren Be lastung
des behandelten Zuckerrüben-Rohsaftes mit
Verunreinigungen gegenüber
den bei herkömmlichen
Kalk-Kohlendioxid-Extraktionsverfahren erhaltenen Schlammsäften deutlich
verbessert. Während der
nach der ersten Carbonatation bei herkömmlichen Verfahren erhaltene
erste Schlammsaft einen Filtrationskoeffizienten FK von etwa 1 bis
3 sec/cm2 aufweist, weist der unter Verwendung
des erfindungsgemäßen Extraktionsverfahrens
erhaltene erste Carbonatations-Schlammsaft einen Filtrationskoeffizienten
von weniger als 0,5 sec/cm2 auf. Auch der im
erfindungsgemäßen Verfahren
erhaltene zweite Schlammsatz weist gegenüber den unter Verwendung herkömmlicher
Verfahren erhaltenen zweiten Schlammsäften deutlich verbesserte Filtrationseigenschaften
auf. Dies führt
zu einer Erhöhung
der Pressenkapazität
durch Erhöhung
der Filtrationsgeschwindigkeit und eine erhöhte Standzeit der Filtertücher. Der
erfindungsgemäß mittels
der Membranfilterpresse aus den ersten und zweiten Schlammsaftkonzentraten
erhaltene Carbokalk weist darüber
hinaus mehrere Vorteile gegenüber
dem Carbokalk auf, der unter Verwendung herkömmlicher Verfahren erhalten
wird. So besteht der erfindungsgemäß erhaltene Carbokalk aus fast
reinem Calciumcarbonat und enthält
wesentlich weniger Nicht-Saccharosestoffe, insbesondere sehr wenig
Phosphate. Der erfindungsgemäß erhaltene
Carbokalk lässt
sich daher insbesondere als Düngemittel
für Ackerböden einsetzen,
die überdüngt sind.
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem
wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Reduzierung des Kalkverbrauches
bei der Reinigung von Zuckerrüben-Rohsaft
gelöst,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte in sequenzieller Reihenfolge
umfasst:
- a) Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes
durch Zugabe von Kalkmilch zum Zuckerrüben-Rohsaft bis eine Konzentration
von etwa 0,1 bis 0,3 g CaO/100 ml Zuckerrüben-Rohsaft erreicht ist zur Fällung und/oder
Koagulation von Nicht-Saccharosestoffen
in Form eines Koagulats,
- b) Zugabe mindestens eines Copolymers aus Acrylamid und Natriumacrylat
mit einer Molmasse von etwa 5 Mio. bis etwa 22 Mio. als polyanionisches
Flockungsmittel bis zu einer Konzentration von 1 bis 8 ppm,
- c) Abtrennung des Koagulats vom Vorkalkungssaft unter Verwendung
mindestens einer ersten Abtrennvorrichtung unter Erhalt eines klaren
Vorkalkungssaftes,
- d) Hauptkalkung des nach Abtrennung des Koagulats erhaltenen
klaren Vorkalkungssaftes durch Zugabe von Kalkmilch bis eine Konzentration
von etwa 0,6 g CaO/100 ml im klaren Vorkalkungssaft erreicht ist,
und
- e) Durchführung
einer ersten Carbonatation durch Einleitung von Kohlendioxid in
den Hauptkalkungssaft und anschließende Durchführung einer zweiten
Carbonatation ohne dazwischengeschaltete Nachkalkung.
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Die
Schritte a) und b) können
in einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung auch simultan durchgeführt werden.
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Es
werden erfindungsgemäß 1 bis
8 ppm Flockungsmittel zugegeben, z. B. bei Verwendung einer Tellerzentrifuge
oder einer Dekanterzentrifuge als erste Abtrennvorrichtung. Bei
Verwendung eines statischen Dekantes als erste Abtrennvorrichtung
werden erfindungsgemäß bevorzugt
1 bis 3 ppm Flockungsmittel zugegeben. Erfindungsgemäß besonders
bevorzugte Flockungsmittel sind die Produkte AN 945 (Fa. Clarflok),
2440 und 2540 (Fa. Stockhausen).
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Das
unter Verwendung der ersten Abtrennvorrichtung erhaltene Koagulat
wird erfindungsgemäß unter
Verwendung einer zweiten Abtrennvorrichtung aufkonzentriert, wobei
ein weiterer klarer Vorkalkungssaft abgetrennt wird. Die zweite
Abtrennvorrichtung umfasst erfindungsgemäß ein oder mehrere Dekanter-Zentrifugen und/oder
Tellerseparatoren oder eine Membranfilterpresse.
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Die
unter Verwendung der ersten und zweiten Abtrennvorrichtung erhaltenen
klaren Vorkalkungssäfte
werden erfindungsgemäß dann vereinigt und
einer Hauptkalkung unterworfen. Der bei der Hauptkalkung erhaltene
Hauptkalkungssaft wird danach erfindungsgemäß durch Zugabe von Kohlendioxid
einer ersten Carbonatation unter Erhalt eines ersten Schlammsaftes
unterworfen. Der erste Schlammsaft wird anschließend mittels eines Kerzenfilters
filtriert, wobei ein erstes Schlammsaftkonzentrat und ein klarer
Carbonatations-Saft erhalten werden. Der erste klare Carbonatations-Saft
wird erfindungsgemäß durch
Einleitung von Kohlendioxid einer zweiten Carbonatation unterworfen,
wobei ein zweiter Schlammsaft erhalten wird.
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem
wird ebenfalls durch ein Verfahren zur Herstellung eines nährstoffreichen, Nicht-”Saccharosestoff-Konzentrates
aus Zuckerrüben-Rohsaft gelöst, wobei
das Verfahren folgende sequenziell durchzuführende Verfahrensschritte umfasst:
- a) Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes durch Zugabe
von Kalkmilch bis eine Konzentration von etwa 0,1 bis 0,3 g CaO/100
ml Zuckerrüben-Rohsaft
erreicht ist zur Fällung
und/oder Koagulation der im Zuckerrüben-Rohsaft enthaltenen Nicht-Saccharosestoffe
in Form eines Koagulats,
- b) Zugabe mindestens eines Copolymers aus Acrylamid und Natriumacrylat
mit einer Molmasse von etwa 5 Mio. bis etwa 22 Mio. als polyanionisches
Flockungsmittel bis zu einer Konzentration von 1 bis 8 ppm, und
- c) Abtrennung des Koagulats vom Vorkalkungssaft unter Verwendung
mindestens einer ersten Abtrennvorrichtung.
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Die
Schritte a) und b) können
in einer besonderen Ausführungsform
auch simultan durchgeführt werden.
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Bei
den im Zuckerrüben-Rohsaft
enthaltenen Nicht-Saccharosestoffen
handelt es sich insbesondere um hochmolekulare Eiweißstoffe,
Polysaccharide und Zellwandbestandteile sowie niedrigmolekulare
organische oder anorganische Säuren,
Aminosäuren
und mineralische Stoffe. Bei den Zellwandbestandteilen handelt es
sich vorrangig um Pektinstoffe, Lignin, Cellulose und Hemicellulose.
Bei den im Zuckerrüben-Rohsaft
enthaltenen Eiweißstoffen
handelt es sich beispielsweise um Proteine und Nucleoproteide. Erfindungsgemäß ist bevorzugt
vorgesehen, dass bei Verwendung eines statischen Dekanters als erste
Abtrennvorrichtung das Flockungsmittel zu einem Gehalt von 1 bis
3 ppm zugesetzt wird. Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt vorgesehen, dass
bei Verwendung einer Zentrifuge, insbesondere einer Tellerzentrifuge
oder Dekanterzentrifuge als erste Abtrennvorrichtung das Flockungsmittel
zu einem Gehalt von 1 bis 8 ppm zugesetzt wird. Erfindungsgemäß besonders
bevorzugte Flockungsmittel sind AN 945 (Fa. Clarflok), sowie 2440
und 2540 (Fa. Stockhausen).
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Das
unter Verwendung der ersten Abtrennvorrichtung abgetrennte Koagulat
wird erfindungsgemäß mittels
einer zweiten Abtrennvorrichtung weiter aufkonzentriert und eingedickt,
wobei als zweite Abtrennvorrichtung eine Membranfilterpresse oder
ein oder mehrere Dekanterzentrifugen und/oder Tellerseparateren
verwendet werden.
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Das
erhaltene aufkonzentrierte Koagulat, das beispielsweise in Form
eines Filterkuchens vorliegt, weist vorzugsweise einen Trockensubstanz-Gehalt
von 60 bis 70 Gew.-% auf. Das erfindungsgemäß erhaltene Nicht-Saccharosestoff-Konzentrat
zeichnet sich insbesondere durch seinen hohen Phosphat-Gehalt aus.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das aufkonzentrierte Koagulat weiter zerkleinert und getrocknet
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Nicht-Saccharose-Konzentrat,
umfassend ein entwässertes
Koagulat von Nicht-Saccharosestoffen aus Zuckerrüben-Rohsaft, erhältlich unter
Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
insbesondere erhältlich
durch Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes
unter Zugabe von Kalkmilch und einem Flockungsmittel zur Fällung oder
Koagulation von Nicht-Saccharosestoffen
und Abtrennung der getrennten oder koagulierten Nicht-Saccharosestoffe vom
Zuckerrüben-Rohsaft.
Das Nicht-Saccharosestoff-Konzentrat zeichnet sich dadurch aus,
dass es sich bei den Nicht-Saccharosestoffen insbesondere um hochmolekulare
Eiweißstoffe,
Polysaccharide und Zellwandbestandteile sowie niedrigmolekulare organische
oder anorganische Säuren,
Aminosäuren und
mineralische Stoffe des Zuckerrüben-Rohsaftes enthält. Erfindungsgemäß weist
das Konzentrat einen hohen Phosphor-Anteil auf.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls die Verwendung des Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates
als Düngemittel
oder Bodenverbesserer. Eine weitere bevorzugte Verwendung des Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates besteht
in der Verwendung als Futtermittel. Zur Verwendung als Futtermittel
wird das erfindungsgemäße Nicht-Saccharosestoff-Konzentrat vorzugsweise
zerkleinert, mit Melasse gemischt und getrocknet und dann als Futtermittel
eingesetzt.
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Die
vorliegende Erfindung löst
das ihr zugrundeliegende technische Problem auch durch eine Vorrichtung
zur Vorkalkung von Zuckerrüben-Rohsaft und/oder
zur Gewinnung eines Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates, das aus einem konzentrierten
Koagulat von Nicht-Saccharosestoffen aus Zuckerrüben-Rohsaft besteht, umfassend
mindestens einen Behälter
zur Kalkmilch-Behandlung des Zuckerrüben-Rohsaftes zur Koagulation
der im Zuckerrüben-Rohsaft
enthaltenen Nicht-Saccharosestoffe, der mindestens einen Einlauf
für den
Zuckerrüben-Rohsaft,
mindestens einen Einlauf für
Kalkmilch und einen Ablauf zum Austrag des vorgekalkten Zuckerrüben-Rohsaftes
aufweist, und mindestens eine erste Abtrennvorrichtung zur Abtrennung
des bei der Vorkalkung erhaltenen Koagulatschlammes vom Vorkalkungssaft,
wobei die Abtrennvorrichtung einen mit dem Ablauf des Behälters verbundenen
Einlauf für den
Vorkalkungssaft, einen ersten Ablauf zum Austrag des vom Koagulatschlamm
abgetrennten klaren Vorkalkungssaft und einen zweiten Ablauf zum
Austrag des Koagulatschlamms aufweist. Vorzugsweise handelt es sich
bei der ersten Abtrennvorrichtung um einen statischen Dekanter oder
eine Zentrifuge, insbesondere eine Tellerzentrifuge oder Dekanterzentrifuge.
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Erfindungsgemäß ist der
zweite Ablauf der ersten Abtrennvorrichtung über eine Zuleitung mit einer
zweiten Abtrennvorrichtung verbunden, um den in der ersten Abtrennvorrichtung
erhal tenen Koagulatschlamm weiter aufzukonzentrieren und einzudicken.
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Die
zweite Abtrennvorrichtung weist erfindungsgemäß einen Einlauf für den aus
der ersten Abtrennvorrichtung ausgetragenen Koagulatschlamm, einen
ersten Ablauf zum Austrag des bei der Koagulatschlamm-Aufkonzentrierung
erhaltenen klaren Vorkalkungssaft und einen zweiten Auslauf zum
Austrag des aufkonzentrierten Koagulatschlammes auf. Bei der zweiten
Abtrennvorrichtung handelt es sich erfindungsgemäß besonders bevorzugt um eine Membranfilterpresse
oder mindestens eine Zentrifuge, insbesondere einen Tellerseparator
oder eine Dekanterzentrifuge.
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Bei
dem zur Vorkalkung des Zuckerrüben-Rohsaftes
verwendeten Behälter
oder Reaktor kann es sich beispielsweise um einen stehenden Behälter handeln,
der durch im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Zwischenböden in übereinander
liegende Kammern unterteilt ist, die über Durchlassöffnungen
in Verbindung stehen und von Rührelementen
beaufschlagt werden, mittels derer die Einstellung des pH-Wert-Verlaufes einfach
durchgeführt werden
kann. Dabei können
als Rührelemente
Axialpumpen eingesetzt werden. Die einzelnen Kammern des Reaktors
können
jedoch auch über
externe Rohrleitungen verbunden sein, die den Saft vom Anfang einer
Kammer zum Ende der nächsten
Kammer leiten.
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Der
Vorkalkungs-Reaktor oder Vorkalkungs-Behälter kann jedoch auch als Rührkesselkaskade
ausgeführt
sein, deren Stufen jeweils mindestens eine Kammer oder mehrere der
Reihe nach von Saft durchströmte
Kammern aufweisen.
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Vorzugsweise
erlaubt der erfindungsgemäß eingesetzte
Vorkalkungs-Reaktor oder Vorkalkungs-Behälter eine progressive Alkalisierung
des Zuckerrüben-Rohsaftes im Gegenstrom
zu bereits alkalisiertem Saft. Der erfindungsgemäß eingesetzte Vorkalkungs-Reaktor weist daher
geeignet Transporteinrichtungen auf, die eine erforderliche Rückführmenge
mit möglichst
hoher Konstanz entgegen der Hauptströmungsrichtung führen.
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Die
Erfindung wird durch die 1 und 2 und das
Beispiel näher
erläutert.
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1 zeigt
in schematischer Form eine nicht erfindungsgemäße einer Vorrichtung zur Vorkalkung von
Zuckerrüben-Rohsaft
und/oder zur Gewinnung eines Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates,
umfassend einen Behälter 3 zur
Kalkmilch-Behandlung des Zuckerrüben-Rohsaftes
und eine damit verbundene Abtrennvorrichtung 11 zur Abtrennung
des bei der Vorkalkung im Behälter 3 erhaltenen
Koagulats vom Vorkalkungssaft. Der Behälter 3 weist einen
Einlauf 5 für
den Zuckerrüben-Rohsaft
und einen Einlauf 7 für die
Kalkmilch auf. Der Behälter 3 weist
ferner einen Ablauf 9 zum Austrag des Vorkalkungssaftes
auf. Der Ablauf 9 des Vorkalkungsbehälters 3 ist über eine Leitung 19 mit
dem Einlauf 13 der Abtrennvorrichtung 11 verbunden,
so dass der Vorkalkungssaft aus dem Vorkalkungsbehälter 3 in
die Abtrennvorrichtung 11 gelangt. In der Abtrennvorrichtung 11 wird
das im Vorkal kungssaft gebildete Koagulat als Koagulatschlamm vom
klaren Vorkalkungssaft abgetrennt, wobei der Koagulatschlamm über den
Ablauf 17 der Abtrennvorrichtung 11 aus der Abtrennvorrichtung 11 heraustransportiert
wird, während
der geklärte
Vorkalkungssaft über
den Ablauf 15 der Abtrennvorrichtung 11 aus der
Abtrennvorrichtung 11 heraustransportiert wird.
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2 zeigt
in schematischer Form eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Vorkalkung von Zuckerrüben-Rohsaft
und/oder zur Gewinnung eines Nicht-Saccharosestoff-Konzentrates.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 umfasst
einen Behälter 3 zur
Kalkmilch-Behandlung des Zuckerrüben-Rohsaftes
und eine damit verbundene erste Abtrennvorrichtung 11 zur
Abtrennung des bei der Vorkalkung im Behälter 3 erhaltenen
Koagulates vom Vorkalkungssaft. Der Behälter 3 weist neben dem
Einlauf 5 für
den Rohsaft und dem Einlauf 7 für die Kalkmilch noch einen
Einlauf 6 zum Eintrag von Schlammsaftkonzentrat, das aus
der nicht dargestellten ersten und zweiten Carbonatation erhalten
wird, auf. Der Behälter 3 weist
ebenfalls einen Ablauf 9 zum Austrag des erhaltenen Vorkalkungssaftes
auf. Der Ablauf 9 des Vorkalkungsbehälters 3 ist über eine
Leitung 19 mit dem Einlauf 13 der ersten Abtrennvorrichtung 11 verbunden,
so dass der Vorkalkungssaft aus dem Vorkalkungsbehälter 3 in
die erste Abtrennvorrichtung 11 gelangt. In der ersten
Abtrennvorrichtung 11 wird das im Vorkalkungssaft gebildete Koagulat
als Koagulatschlamm vom klaren Vorkalkungssaft abgetrennt. Der geklärte Vorkalkungssaft wird über den
Ablauf 15 aus der ersten Abtrennvorrichtung 11 heraustransportiert.
Der abgtrennte Koagulatschlamm wird über den Ablauf 17 aus
der ersten Abtrennvorrichtung 11 heraustransportiert. Der
Ablauf 17 ist über
die Leitung 31 mit dem Einlauf 25 einer zweiten
Abtrennvorrichtung 23 verbunden, so dass der Koagulatschlamm
aus der ersten Abtrennvorrichtung 11 über den Ablauf 17,
die Leitung 31 und den Einlauf 25 in die zweite
Abtrennvorrichtung 23 gelangt. In der zweiten Abtrennvorrichtung 23 wird der
eingetragene Koagulatschlamm aufkonzentriert, wobei ein aufkonzentrierter
Koagulatschlamm und ein weiterer klarer Vorkalkungssaft erhalten
werden. Der aufkonzentrierte Koagulatschlamm wird über den
Ablauf 27 aus der zweiten Abtrennvorrichtung 23 heraustransportiert.
Der in der zweiten Abtrennvorrichtung 23 gebildete klare
Vorkalkungssaft wird über den
Ablauf 29 aus der zweiten Abtrennvorrichtung 23 heraustransportiert
und über
die damit verbundene Leitung 33 der Leitung 21,
in der der klare Vorkalkungssaft aus der ersten Abtrennvorrichtung 11 transportiert
wird, zugeführt.
Auf diese Weise wird der klare Vorkalkungssaft aus der zweiten Abtrennvorrichtung 23 mit
dem klaren Vorkalkungssaft aus der ersten Abtrennvorrichtung 11 gemischt.
Das Gemisch der klaren Vorkalkungssäfte aus der ersten Abtrennvorrichtung 11 und
der zweiten Abtrennvorrichtung 23 wird dann gemeinsam über die
Leitung 35 und über
nicht dargestellte Wärmetauscher
zur Hauptkalkung geleitet.
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Beispiel
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Saftreinigung mit der Abtrennung von Vorkalkungskoagulat
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Vorkalkung
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30
kg Rohsaft werden in einen beheizbaren Behälter mit einem Volumen von
50 l, der ein Rührwerk,
ein CO2-Einleitungsrohr und eine pH-Elektrode aufweist,
gegeben und auf 55°C
erhitzt. Über
einen Zeitraum von 20 min wird dem Rohsaft stufenweise Kalkmilch
bis zum pH-Wert des optimalen Flockungspunktes der Vorkalkung (ca.
0,1 bis 0,3 g CaO/100 ml Saft) zugesetzt. Zur Erhöhung der
Absetzgeschwindigkeit wird anschließend ein polyanionisches Flockungshilfsmittel
(AN 945), Fa. Clarflok zugesetzt. Der gebildete klare Überstand
(Klarsaft) wird in einen Vorratsbehälter abgezogen. Das gebildete
Schlammsaftkonzentrat wird abgelassen und einer Membranfilterpresse
oder einer Dekanterzentrifuge zugeführt.
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Hauptkalkung
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25
kg Klarsaft werden in den gereinigten, beheizbaren Behälter gegeben
und mit Kalkmilch in einer Menge von 0,6 g CaO/100 ml Saft (herkömmliches
Verfahren etwa 1,0–1,1
g CaO/100 ml Saft) versetzt. Dann wird die Safttemperatur auf 85°C erhöht. Diese
Temperatur wird 20 min gehalten.
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Erste Carbonatation
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Durch
Einleiten von CO2 wird der pH-Wert über einen
Zeitraum von 15 min auf 11,2 gesenkt.
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Erste Filtration
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Der
carbonatisierte Saft wird in eine 30-1-Drucknutsche überführt und filtriert. Der Filtrationskoeffizient
des erhaltenen Schlammsaftes ist kleiner als 0,5 s/cm2,
während
der Filtrationskoeffizient des mittels des herkömmlichen Verfahrens erhaltenen
Schlammsaftes etwa 2 s/cm2 beträgt.
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Zweite Carbonatation
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Der
filtrierte Saft wird in den gereinigten, beheizbaren Behälter überführt und
auf 95°C
erhitzt. Durch Einleiten von CO2 wird der
pH-Wert auf 9,2 gesenkt.
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2. Filtration
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Der
carbonatisierte Saft wird in eine 30-1-Drucknutsche überführt und filtriert. Man erhält den Dünnsaft.