[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Verdampfungskristallisation
in einer aus Saft und Kristallen bestehenden Suspension für die Zuckergewinnung, bei
dem konzentrierte Zulauflösung sowie Kristallfuß-Magma kontinuierlich in einen ersten
Behandlungsraum eingespeist und Produktmagma aus dem letzten Behandlungsraum kontinuierlich
abgezogen werden, wobei die Suspension nacheinander durch mehrere voneinander getrennte
runde Behandlungsräume hindurchgeleitet und in jedem Behandlungsraum bei gleichzeitiger
Wärmezufuhr in eine interne Umlaufströmung versetzt und niveaugesteuert aus den einzelnen
Behandlungsräumen dem jeweils nächstfolgenden Behandlungsraum zugeführt wird.
[0002] Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen
Verfahrens mit Behandlungsräumen, die als voneinander getrennte zylindrische Apparatekammern
übereinander angeordnet sind, einen sich konusförmig nach unten verjüngenden Kammerboden,
eine von einem Heizmedium durchströmte Heizung mit von der Suspension durchströmbaren
Querschnitten, sowie Einrichtungen zum Abführen des Brüdens und zur überführung der
Suspension von der oberen in die jeweils darunterliegende Apparatekammer aufweisen.
[0003] Das vorstehende Verfahren sowie die vorstehend erläuterte Vorrichtung lassen sich
der DE-A1 31 20 732 entnehmen. Hier sind die einzelnen Apparatekammern jeweils entsprechend
den Rührwerks kochapparaten für die diskontinuierliche Kristallisation ausgebildet.
In jeder Apparatekammer ist oberhalb des Kammerbodens eine Heizkammer mit radial außenliegenden
Heizelementen, ein zentrisches Leitrohr sowie ein unten in diesem gehaltenes Rühr-
werk vorgesehen. Die Rührwerke der erstdurchströmten Apparatekammer sind als hochtourige
Mischrührer, die Rührwerke der nachfolgenden Kammern hingegen als niedertourige Umwälzrührer
ausgeführt. In den Kammern sind jeweils Niveausteuerungen zur Einpegelung des Niveaus
dicht oberhalb der Heizkammer vorgesehen. Die hochtourigen Mischrührer bewirken hochturbulente
Scherfelder sowie eine sichtbare Zirkulationsströmung, während die niedertourigen
Rührer nur zu einer im wesentlichen laminaren Umlaufströmung führen. Die Suspension
wird in allen Apparatekammern in einer konzentrischen Ring-Umlaufströmung mit saugseitiger
Zufuhr des Einzugssaftes gehalten. Die Suspension wird niveaugesteuert aus den einzelnen
Behandlungsräumen jeweils druckseitig abgezogen und saugseitig dem nächstfolgenden
Behandlungsraum zugeführt. Zur Zuführung des zusätzlichen Einzugssaftes (Sirups) in
die Apparatekammern ist ein oberhalb des Rührers der jeweiligen Apparatekammer ausmündendes
Zulaufrohr über ein Steuerventil mit einer Speiseleitung verbunden. Im Raum unterhalb
des Rührers bzw. im Kammerboden ist ein mit einem Steuerventil oder einer Steuerklappe
ausgerüstetes Suspensionsabzugsrohr vorgesehen und mit einem Suspensionszuführrohr
der nächstfolgenden Kammer verbunden. Das Steuerventil des Zulaufrohres für den Einzugssaft
sind mit einem in der zugehörigen Apparatekammer angeordneten Fühler zur Ermittlung
der Zähigkeit, der elektrischen Leitfähigkeit, der Dichte oder der Siedepunktserhöhung
der Suspension und das Steuerventil bzw. die Steuerklappe des Suspensionsabzugsrohres
mit einem in der gleichen Apparatekammer dicht oberhalb der Heizeinrichtung angeordneten
Niveaufühler oder -schalter verbunden.
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs erläuterte Verfahren hinsichtlich
der Suspensions-Verweilzeit-Verteilung zu verbessern und die Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu vereinfachen.
[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Suspension in jedem Behandlungsraum
durch Zwangsführung auf einer angenähert horizontalen Kreisbahn geführt wird und zugleich
eine von außen nach innen gerichtete trombenförmige Umlaufbewegung ausübt, wobei die
Umlaufbewegung durch das Einspeisen weiterer Suspension sowie durch Ausnutzung des
im Heizungsbereich auftretenden Mammut-Pumpeneffektes erzeugt wird.
[0006] Dabei ist es zusätzlich vorteilhaft, wenn die Suspension auf der zwangsgeführten
Kreisbahn auch noch abwechselnd nach oben und unten geführt wird, so daß sich ein
zu einem Kreisring geschlossener wellenförmiger Strömungsverlauf ergibt.
[0007] Durch die der Suspension in jedem Behandlungsraum aufgezwungene Zwangsführung läßt
sich eine optimale Verweilzeit-Verteilung erreichen.
[0008] Die Oberleitung der Suspension von dem einen Behandlungsraum zum nächstfolgenden
Behandlungsraum kann im freien überlauf erfolgen; durch Steuerung der überlaufhöhe
läßt sich das Niveau der Suspension in jedem Behandlungsraum regeln.
[0009] Je nach Suspensionskonsistenz kann zumindest in einige Behandlungsräume zusätzlich
Sirup geregelt eingespeist werden.
[0010] Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird vorrichtungsmäßig in Verbindung mit
den eingangs genannten Vorrichtungsmerkmalen dadurch gelöst, daß die Heizung jeder
Apparatekammer mehrere, in Umfangsrichtung in gleichem Winkelabstand voneinan
- der angeordnete Heizkammern umfaßt, die hinsichtlich ihrer von der Suspension durchströmten
Querschnitte über Trennwände gegeneinander abgeschottet sind, jedoch über definierte
Strömungsquerschnitte in Umfangsrichtung miteinander in Strömungsverbindung stehen,
die in Umfangsrichtung eine Zwangsführung für die Suspension bilden, wobei in Strömungsrichtung
der Suspension gesehen die erste Heizkammer einen Suspensions-Einlauf und die letzte
Heizkammer einen Suspensions-Oberlauf aufweisen, der mit dem Suspensions-Einlauf der
darunterliegenden Apparatekammer verbunden ist.
[0011] Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Heizung jeder Apparatekammer um ein zentrales,
oben und unten offenes Leitrohr herum angeordnet ist, das durch die genannten Trennwände
in Segmente unterteilt ist, die mantelseitig geschlossen sind und bodenseitig nur
mit der zugeordneten Heizkammer für die Suspension in strömungsaustauschender Verbindung
stehen.
[0012] Zur Bildung der genannten definierten Strömungsquerschnitte ist es vorteilhaft, wenn
zwischen zwei Heizkammern jeweils abwechselnd eine Trennwand den maximalen Suspensionspegel
überragt, jedoch unterhalb der Heizung über dem konischen Kammerboden eine Suspensions-Zirkulationsöffnung
aufweist, während die in Strömungsrichtung der Suspension nachfolgende Trennwand einen
oberen überlauf in die nachfolgende Heizkammer aufweist und unten strömungsdicht mit
dem Kammerboden abschließt.
[0013] Die Anzahl der übereinander montierten Einzelapparate ergibt sich aus der zu erzeugenden
Magma-Menge. Die in jeder Apparatekammer vorgesehene Zwangsführung ist konstruktiv
besonders einfach und bedarf grundsätzlich keiner Steuerung. Besonders vorteilhaft
ist dabei, daß der gewünschte Strömungsumlauf der Suspension ohne Rührwerke oder sonstige
angetriebene Rühr- oder Mischwerkzeuge erreicht wird. Da jedoch die Fließfähigkeit
der Suspension von oben nach unten immer schlechter wird, kann es vorteilhaft sein,
je nach Konsistenz der Suspension in der untersten Apparatekammer oder aber in den
unteren Apparatekammern, z.B. den beiden untersten Kammern, angetriebene Rühr- oden
Mischwerkzeuge vorzusehen, die z.B. als Hubsystem ausgebildet sein können gemäß der
Vorrichtung wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 35 17 511.7-41 beschrieben
ist. Ein derartiges Hubsystem würde zur Unterstützung des Mammut-Pumpeneffektes dienen.
;
[0014] Brüdenseitig können die übereinander stehenden Apparatekammern miteinander verbunden
sein. Der Brüdenabzug erfolgt dann über einen Saftabscheider auf der obersten Apparatekammer.
Bei dieser Ausführungsform herrscht in allen Apparatekammern gleicher Druck Die Brüden
werden einem Kondensator, die nicht-kondensierbaren Gase einer Wasserringpumpe zugeführt.
Im Brüdenraum herrscht unteratmosphärischer Druck. Es ist aber auch denkbar, die einzelnen
Apparatekammern vollständig getrennt auszubilden, so daß jeder Apparateteil mit einem
eigenen Brüdenabzug und Saftabscheider ausgerüstet ist. Der Suspensions-übertritt
von einer Apparatekammer zur anderen müßte dann über eine Schleuse erfol-! gen. Bei
dieser Arbeitsweise wären die Apparatekammern mit unterschiedlichen Brüden-Drücken
zu betreiben.
[0015] Weitere Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche und werden zusammen mit weiteren
Vorteilen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
[0016] In der Zeichnung ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Verdampfungskristallisaiionsturm im Längsschnitt und
Figur 2 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch den Turm gemäß Figur 1.
[0017] Gemäß Figur 1 besteht der dargestellte Verdampfungskristallisa- tio
nsturm aus voneinander getrennten, übereinander angeordneten zylindrischen Apparatekammern
1, deren Anzahl sich aus der zu erzeugenden Magma-Menge ergibt. Jede Apparatekammer
1 weist einen sich konusförmig nach unten verjüngenden Kammerboden 2 auf, der mit
einem zentrischen Strömungskegel 3 versehen ist, der für einen Brüdenabzug zugleich
eine Kaminhaube bildet, die nach oben in ein lotrechtes zentrales Brüdenrohr 4 übergeht.Nur
in der untersten Apparatekammer ist ein derartiger Brüdenabzug nicht vorgesehen.
[0018] Brüdenseitig können die Apparatekammern 1 miteinander verbunden sein. Der Brüdenabzug
erfolgt dann über einen Saftabscheider 5 auf der oberen Apparatekammer 1; bei dieser
Ausführungsform herrscht dann in allen Apparatekammern 1 gleicher Druck. Die Brüden
werden einem nicht dargestellten Kondensator, die nicht-kondensierbaren Gase einer
ebenfalls nicht dargestellten Wasserringpumpe zugeführt. Im Brüdenraum herrscht unteratmosphärischer
Druck.
[0019] In jeder Apparatekammer 1 ist ferner eine von einem Heizmedium, vorzugsweise Dampf,
durchströmte Heizung 6 vorgesehen, die um ein zentrales, oben und unten offenes Leitrohr
7 herum angeord- net ist, dessen oberer Rand bündig mit dem oberen Rand der Heizung
6 liegt. Die Heizung 6 jeder Apparatekammer 1 umfaßt vier in Umfangsrichtung im gleichen
Winkelabstand voneinander angeordnete Heizkammern 8,9,10,11, die jeweils begrenzt
sind durch radial angeordnete Trennwände 12, das Brüdenrohr 4, den Strömungskegel
3, den Kammerboden 2 sowie den Mantel der entsprechenden Apparatekammer 1. Die genannten
Trennwände 12 unterteilen das Leitrohr 7 in Segmente 13, die mantelseitig durch das
Brüdenrohr 4, das Leitrohr 7 sowie die Trennwände 12 geschlossen sind und bodenseitig
nur mit der zugeordneten Heizkammer 8 - 10 in strömungsaustauschender Verbindung stehen.
Die Heizung 6 besteht aus konzentrisch im Abstand voneinander angeordneten doppelwandigen
Ringsegmenten 6a, die über ihnen jeweils zugeordnete, sich diametral gegenüberliegende
hohl ausgebildete Trennwände 12 strömungsmäßig miteinander verbunden sind und einen
Dampfeintritt 14 aufweisen.
[0020] In der obersten Apparatekammer 1 sind ein ventilgesteuerter Zulauf 16 für konzentrierte
Zulauflösung (Sirup) sowie ein weiterer ventilgesteuerter Zulauf 17 für Kristallfuß-Magma
vorgesehen. Beide Zuläufe 16,17 münden in einen Suspensions-Ein- lauf 18 am Anfang
der ersten Heizkammer 8, von wo die Suspension in einer Zwangsführung die vier Heizkammern
8 - 11 nacheinander durchströmt, um dann über einen in der letzten Heizkammer 11 vorgesehenen
Suspensions-Überlauf 19 in den Suspensions-Einlauf 18 der darunterliegenden Apparatekammer
1 zu gelangen. Der Suspensionspegel 20 wird in jeder Apparatekammer 1 durch Überlaufklappen
21 eingestellt. Um für die Suspension in Umfangsrichtung jeder Apparatekammer 1 eine
Zwangsführung zu bilden, weisen die Ringsegmente 6a zwischen sich von der Suspension
durchströmte Querschnitte auf, die durch die genannten Trennwände 12 gegenüber der
jeweils benachbarten Heizkammer 8 - 11 abgeschottet sind. Die in Strömungsrichtung
der Suspension gesehen noch vor dem Suspensions-Einlauf 18 liegende Trennwand 12 überragt
den maximalen Suspensionspegel 20 nach oben und schließt unten strömungsdicht mit
dem Kammerboden 2 sowie dem Strömungskegel 3 ab. Die in Strömungsrichtung der Suspension
gesehen nachfolgende Trennwand 12 zwischen den Heizkammern 8 und 9 überragt ebenfalls
den maximalen Suspensionspegel 20, weist aber gegenüber dem Kammerboden 2 einen lichten,
eine Suspensions-Zirkulationsöffnung 22 bildenden Abstand auf, während die in Strömungsrichtung
der Suspension gesehen nachfolgende, die Heizkammer 9 von der Heizkammer 10 trennende
Trennwand 12 mit dem Kammerboden 2 strömungsdicht verbunden ist, jedoch für die Suspension
einen oberen Überlauf 23 in die nach- 'folgende Heizkammer 10 aufweist. Die dann folgende
Trennwand 12 zwischen den Heizkammern 10 und 11 entspricht in ihrer Ausbildung der
Trennwand zwischen den Heizkammern 8 und 9.
[0021] Die sich aus den beiden Zuläufen 16,17 bildende Suspension strömt somit vom Suspensions-Einlauf
18 zwischen den Ringsegmenten 6a der ersten Heizkammer 8 hindurch nach unten, um durch
die Suspensions-Zirkulationsöffnung 22 der Trennwand 12 hindurch in die nachfolgende
Heizkammer 9 zu gelangen, wo die Suspension zwischen den Ringsegmenten 6a nach oben
strömt und über den Überlauf 23 in die Heizkammer 10 gelangt, von dieser wiederum
durch die unten liegende Suspensions-Zirkulationsöffnung 22 hindurch in die letzte
Heizkammer 11 strömt, aus der die Suspension dann über den Suspensions-Oberlauf 19
in den Suspensions-Einlauf 18 der darunterliegenden Apparatekammer 1 gelangt. Die
Suspension wird also auf einer Kreisbahn zwangsgeführt und auf dieser Kreisbahn abwechselnd
nach oben und unten gelenkt, so daß sich ein zu einem Kreisring geschlossener wellenförmiger
Strömungsverlauf ergibt. Diese Strömung stellt sich ein und wird aufrechterhalten
durch den kontinuierlich eingespeisten Sirup und das ebenfalls kontinuierlich eingespeiste
Kristallfüß-Magma. Dabei mündet in den Suspensions-Einlauf 18 jeder Apparatekammer
1 noch eine ventilgesteuerte Speiseleitung 24 für zusätzlichen Sirup, der je nach
Magma-Konsistenz geregelt in den Zulauf jeder Apparatekammer 1 gegeben wird. Nachdem
die Suspension alle Apparatekammern 1 von oben nach unten durchlaufen hat, wird am
Kammerboden 2 der untersten Apparatekammer 1 über einen Aus- lauf 25 das Produktmagma
abgezogen.
[0022] Wenn die Suspension zwischen den dampfbeheizten Ringsegmenten 6a auf dem vorstehend
beschriebenen Weg hindurchströmt, bilden sich! in der Suspension Dampfbläschen, die
in der Suspension einen Mammut-Pumpeneffekt hervorrufen: . Die Suspensionsteilchen
steigen zwischen den Ringsegmenten 6a nach oben, bewegen sich radial nach innen und
gelangen auf einer trombenförmigen Umwälzbahn durch das Leitrohr 7 hindurch in den
unter der Heizung 6 liegenden Raum der Heizkammer 8,9,10 oder 11, um von dort zwischen
den Ringsegmenten 6a wieder nach oben zu steigen. Diese trombenförmige Umwälzbahn
26 ist in Figur 1 in der dritten Apparatekammer 1 schematisch angedeutet.
[0023] Figur 1 zeigt für die einzelnen Apparatekammern 1 umfangsversetzte Längsschnitte.
In der obersten Apparatekammer 1 sowie in der dritten Apparatekammer ist jeweils eine
Trennwand 12 mit einem überlauf 23 entsprechend der Trennwand zwischen den Heizkammern
9 und 10 dargestellt, während die zweite und unterste Apparatekammer Trennwände 12
gemäß den Trennwänden zwischen den Heizkammern 8 und 9 bzw. 10 und 11 zeigen.
1. Verfahren zur kontinuierlichen Verdampfungskristallisation in einer aus Saft und
Kristallen bestehenden Suspension für die Zuckergewinnung, bei dem konzentrierte Zulauflösung
sowie Kristallfuß-Magma kontinuierlich in einen ersten Behandlungsraum eingespeist
und Produktmagma aus dem letzten Behandlungsraum kontinuierlich abgezogen werden,
wobei die Suspension nacheinander durch mehrere voneinander getrennte runde Behandlungsräume
hindurchgeleitet und in jedem Behand- lungsraum bei gleichzeitiger Wärmezufuhr in
eine interne Umlaufströmung versetzt und niveaugesteuert aus den einzelnen Behandlungsräumen
dem jeweils nächstfolgenden Behandlungsraum zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Suspension in jedem Behandlungsraum durch Zwangsführung auf einer angenähert
horizontalen Kreisbahn geführt wird und zugleich eine von außen nach innen gerichtete
trombenförmige Umlaufbewegung ausübt, wobei die Umlaufbewegung durch das Einspeisen
weiterer Suspension sowie durch Ausnutzung des im Heizungsbereich auftretenden Mammut-Pumpeneffektes
erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension auf der zwangsgeführten
Kreisbahn auch noch abwechselnd nach oben und unten geführt wird, so daß sich ein
zu einem Kreisring geschlossener wellenförmiger Strömungsverlauf ergibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überleitung der
Suspension von dem einen Behandlungsraum zum nächstfolgenden Behandlungsraum im freien
überlauf erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch Steuerung der überlaufhöhe
das Niveau der Suspension in jedem Behandlungsraum geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest in einige Behandlungsräume zusätzlich Sirup geregelt eingespeist wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche
mit Behandlungsräumen, die als voneinander getrennte zylindrische Apparatekammern
(1) übereinander angeordnet sind, einen sich konusförmig nach unten verjüngenden Kammerboden
(2), eine von einem Heizmedium durchströmte Heizung (6) mit von der Suspension durchströmbaren
Querschnitten, sowie Einrichtungen (3,4,5) zum Abführen des Brüdens und zur überführung
der Suspension von der oberen in die jeweils darunterliegende Apparatekammer (1) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (6) jeder Apparatekammer (1) mehrere, in Umfangsrichtung
in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnete Heizkammern (8-11) umfaßt, die hinsichtlich
ihrer von der Suspension durchströmten Querschnitte über Trennwände (12) gegeneinander
abgeschottet sind, jedoch über definierte Strömungsquerschnitte (22,23) in Umfangsrichtung
miteinander in Strömungsverbindung stehen, die in Umfangsrichtung eine Zwangs- führung
für die Suspension bilden, wobei in Strömungsrichtung der Suspension gesehen die erste
Heizkammer (8) einen Suspen- sions-Einlauf (18) und die letzte Heizkammer (11) einen
Suspensions-überlauf (19) aufweisen, der mit dem Suspensions-Einlauf (18) der darunterliegenden
Apparatekammer (1) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (6) jeder
Apparatekammer (1) um ein zentrales, oben und unten offenes Leitrohr (7) herum angeordnet
ist, das durch die genannten Trennwände (12) in Segmente (13) unterteilt ist, die
mantelseitig geschlossen sind und bodenseitig nur mit der zugeordneten Heizkammer
(8-11) für die Suspension in strömungsaustauschender Verbindung stehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Rand der Leitrohres
(7) bündig mit dem jeweils oberen Rand der Heizung (6) liegt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß zur Bildung der
genannten definierten Strömungsquerschnitte (22,23) zwischen zwei Heizkammern (8,9;
9,10; 10,11) jeweils abwechselnd eine Trennwand (12) den maximalen Suspensionspegel
(20) überragt, jedoch unterhalb der Heizung (6) über dem konischen Kammerboden (2)
eine Suspensions-Zirkula- : tionsöffnung (22) aufweist, während die in Strömungsrichtung
der Suspension nachfolgende Trennwand (12) einen oberen überlauf (23) in die nachfolgende
Heizkammer (10) aufweist und unten strömungsdicht mit dem Kammerboden (2) abschließt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Heizung (6) aus konzentrisch im Abstand voneinander angeordneten doppelwandigen Ringsegmenten
(6a) besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei sich
diametral gegenüberliegende Trennwände (12) hohlwandig ausgebildet sind und die zugeordneten
Ringsegmente (6a) der Heizung (6) strömungsmäßig miteinander verbinden.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeich- net durch verstellbare
überlaufklappen (21) zur Einstellung des Suspensionspegels (20) in jeder Apparatekammer
(1).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder
Kammerboden (2) einen zentrischen Strömungskegel (3) aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Strömungskelgel
(3) für einen Brüdenabzug zu- gleich eine Kaminhaube bildet, die nach oben in ein
lotrechtes zentrales Brüdenrohr (4) übergeht.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in
den Suspensions-Einlauf (18) jeder Apparatekammer (1) eine ventilgesteuerte Speiseleitung
(24) für zusätzlichen Sirup mündet.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in
der untersten Apparatekammer (1) oder den unteren Apparatekammern (1) angetriebene
Rühr- oder Mischwerkzeuge vorgesehen sind.