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Verfahren und Vorrichtung zum Extrahieren von Zucker und andern löslichen Kohlenhydraten aus
Rüben, Zuckerrohr und andern Pflanzen durch Diffusion.
In den Zuckerfabriken wird der Zucker aus Rüben durch das unter dem Namen Diffusion bekannte Verfahren extrahiert. Dieses Verfahren und seine verschiedenen Ausführungsformen sind allgemein bekannt und brauchen hier nicht näher beschrieben zu werden. Dennoch empfiehlt es sich, den Grundsatz des Verfahrens, nämlich die Behandlung der an Zuckergehalt abnehmenden Schnitzel durch die ebenfalls an Güte abnehmenden Säfte, anzuführen. Die Ergebnisse sind um so besser, je mehr Gewähr die für diesen Zweck Verwendung findenden Einrichtungen für eine genaue Anwendung leisten.
Nun kann bei allen bisher bekannten Diffuseuren der oben angegebene Grundsatz nur unvollkommen zur Anwendung kommen, da es unmöglich ist, den Nachteil eines mehr oder weniger starken Mischens der Säfte verschiedenen Zuckergehaltes beim Fördern der fortlaufenden Flüssigkeitssäule und ein mehr oder weniger starkes Mischen der verschieden ausgesüssten Schnitzel bei ihrer Förderung zu verhindern.
Hieraus ergibt sich, dass, wenn der in den Rüben enthaltene Zuckersaft, beispielsweise ungefähr 87/88 Liter oder 95 Kilogramm pro 100 Kilogramm der Rüben beträgt, durch die heute übliche Diffusion für gewöhnlich 110-130 Liter Saft mit Verlusten von etwa 0-30 bis 0'50 /o an Zucker des Gewichts der Rüben erzeugt werden.
Weiter wird für die Entleerung der Diffuseure die gleiche Menge Wasser wie für die eigentliche Extrahierung des Saftes benötigt, so dass im Vergleich zum Gewicht der behandelten Rüben eine ungeheure grosse Menge Wasser verbraucht wird.
Selbst wenn auf das Schneiden der Rüben und die eigentliche Diffusion grösste Sorgfalt verwendet wird, ist es kaum möglich, ein besseres Ergebnis zu erzielen, d. h. die Verdünnung des erzeugten Saftes und die Verluste an Zucker beim Extrahieren zu verringern.
Wenn die oben angegebenen Nachteile verringert werden sollen, muss logischerweise die Anzahl der Diffuseure einer Batterie vergrössert werden, doch wird dies praktisch dadurch begrenzt, dass durch den am Ende der Diffusionsbatterie herrschenden Druck des Wassers eine ununterbrochene Saftsäule von einem Diffuseur nach dem andern gefördert werden muss. um das Maischen bzw. den Saftabzug aus dem letzten Diffuseur zu erzielen. Die günstigste Anzahl von Diffuseuren schwankt praktisch zwischen 10 und 16, und mehr als 16 Gefässe können kaum Verwendung finden.
Tatsächlich ist der von der durch Zusammenziehen der nutzbaren Höhen der in Reihe geschalteten Diffuseure errechneten Gesamtsäule der Schnitzel gebotene Widerstand so gross, dass, wenn eine Batterie mit mehr als 16 Diffuseuren benutzt werden sollte, der erforderliche Umlauf des Wassers in der Batterie nur durch Ausübung eines die zulässige Grenze überschreitenden Druckes auf das Wasser erzielt werden könnte. Diese zulässige Grenze wird bestimmt, einerseits durch die Notwendigkeit des Dichthaltens der grossen Türen für die Füllung und Entleerung der Diffuseure, anderseits durch die Vermeidung der Gefahr, dass der Saft durch den übermässigen Druck Kanäle oder Wege geringen Widerstandes in die Schnitzelmasse bildet und sich in denjenigen Teilen der Diffuseure nicht mehr erneuert, in welchen die Schnitzel am meisten zusammengepresst sind.
Ein zu hoher Druck kann selbst ein Zusammenpressen der Schnitzel zur Folge haben, derart, dass der Umlauf der Säfte gehemmt wird. Hieraus erklärt es sich, dass die Erfahrungen in Znckerfabriken zu der
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Ansicht geführt haben, dass, wenn die Diffusion die besten Ergebnisse liefern soll, die Gesamthöhe der Schnitzelsäule 36 M. nicht übersteigen darf.
Der Zweck der Erfindung ist, die oben angegebenen Nachteile zu beseitigen, d. h. eine geringere endgültige Verdünnung des Saftes, geringere Extraktionsverluste und eine gleichförmige Aussüssung zu erzielen, was infolgedessen einen weit geringeren Verbrauch an Wasser als gewöhnlich zur Folge hat.
Ernndungsgemäss wird die Saftsäule unterteilt, wodurch von selbst der Druck auf die umlaufende Flüssigkeit verringert und die Anzahl der Diffuseure unbegrenzt erhöht werden kann, während infolge Vermeidens des Mischens der Säfte verschiedener Dicke bzw. verschiedenen Zuckergehaltes die Säfte weniger verdünnt werden und hiedurch wiederum der Verbrauch an Diffusionswasser wesentlich herabgemindert wird.
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Erfindung beispielsweise dargestellt, und es zeigen
Fig. 1-4 schematische Ansichten, aus welchen die Wirkungsweise einer Diffusionsbatterie gemäss der Erfindung ersichtlich ist,
Fig. 5 einen Längsschnitt und
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine stetig arbeitende Diffusionseinrichtung gemäss der Erfindung.
Angenommen die in Fig.
1 veranschaulichten, einen Teil einer Batterie darstellenden
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aus'dem Diffusem d1 nach dem Diffuseur c und der aus dem Diffuseur d2 nach dem Diffuseur d3 usw. geleitet werden. Um letzteres ohne Mischung des Saftes zu erzielen, wird jedem Diffuseur ein Behälter rl, r2, r , r4, rs, r6 zugeordnet. Wenn die Säfte der hintereinander angeordneten Diffuseure in die entsprechenden Behälter entleert werden, tauchen die Schnitzel nicht mehr in den Saft ein, vielmehr kommt mit den Schnitzeln nur noch der ihnen anhaftende bzw. der darin enthaltene Saft in Berührung.
Im nächsten Arbeitsgang wird nun in umgekehrter Weise verfahren, d. h, der Inhalt der Behälter wird wieder den Diffuseuren zugeführt, wobei jedoch, wie in Fig. 2 durch Pfeile angedeutet worden ist, der Saft aus dem Behälter rl in den Diffuseur d2, der aus dem Behälter rg in den Diffuseur c13 usw. geleitet wird, derart, dass am Ende dieses Arbeitsganges die Säfte aus den verschiedenen Behältern um je einen Diffuseur weitergefördert worden sind, ohne dass hiebei ein Mischen der Säfte und eine Summierung der Drücke erfolgt.
Die obenerwähnten Behälter rl, 1'2 usw. können durch eine zusätzliche Reihe B von Diffuseuren ersetzt werden, die wie Fig. 3 erkennen lässt, mit der Reihe A von Diffuseuren eine einzige Batterie bildet. Die Diffuseure der Reihet sind mit Saft und Schnitzeln und die der Reihe B nur mit Schnitzeln gefüllt.
Im ersten Arbeitsgang werden die Säfte aus den Diffuseuren der Reihe A in die der Reihe B übergeleitet, d. h. der Saft aus der Einrichtung cl1 wird in die Einrichtung d2, der
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aus den Diffuseuren der Reihe B nach den der Reihe A geleitet, d. h. der Saft aus dem Diffuseur cl4 nach dem Diffuseur do usw.
Die Arbeitsgänge sind mithin hier die gleichen wie beim obenbeschriebenen Ausführungsbeispiel und auch hier slrömen die Säfte ohne die geringste Mischung oder Summierung der Drücke aus den Diffuseuren einer Reihe nach den Diffuseuren der andern Reihe.
Die auf dieses Diffusionsverfahren zurückzuführende Wirkung ist ohne Erklärung verständlich, ergibt sich vielmehr von selbst.
Der Saft wird nicht mehr durch die verschiedenen Diffuseure gedrückt, überströmt vielmehr nacheinander die Schnitzel in den einzelnen Diffuseuren und wird hiebei dauernd angereichert.
Da der Druck des Wassers keine Rolle mehr spielt, kann die Anzahl der Diffuseure sozusagen unbegrenzt erhöht, während die Verdünnung des extrahierten Saftes und die Zuckerverluste in den ausgelaugten Schnitzeln nach Wunsch herabgemindert werden kann. Die Diffusionswässer. die etwa ein Viertel bei ein Drittel der Gesamtverluste darstellen, fallen fort. Da an Stelle des Saftumlaufes unter Druck die Schnitzel einfach in den Saft eingetaucht werden, fallen die unter dem Namen "Nester" bekannten Stellen schlechter Aussüssung der Schnitzel fort, wodurch unbestimmbare Verluste vermieden werden. Durch den Fortfall der Abwässer wird die für die Diffusion erforderliche Menge Wasser um diesen Betrag verringert.
Da die Schnitzelreste dem Umlauf kein Hindernis mehr bieten, ist es bei dem neuen Verfahren ohne Schwierigkeit möglich, das Presswasser der ausgelaugten Schnitzel wieder in den Diffusionskreislauf zurückzuführen, wodurch die Zuckerverluste um die Hälfte verringert werden.
Schliesslich besteht noch ein Vorteil des neuen Verfahrens darin, dass jede Fermentationswirkung, die beispielsweise durch Einsetzen ungesunder oder schlechtgewaschener Rüben oder durch infiziertes Wasser entstehen kann, verhindert werden kann, da die Batterie ohne Schwierigkeit jederzeit besichtigt werden kann.
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Es hat sich überdies herausgestellt, dass das oben angegebene Arbeitsverfahren hinsichtlich der Güte des Diffusionssaftes keinerlei Nachteile hat und Schaumbildung nicht vorkommt.
Weiter hat es sich herausgestellt, dass die Zeit, während welcher die Schnitzel nicht in dem Saft untergetaucht sind, nicht etwa für das Diffusionsverfahren verloren ist. Tatsächlich erfolgt eine stetige Diffusion des Zuckersaftes der inneren Zellen während dieser Zeit gegen die aussen an den Schnitzeln noch anhaftende Saftschicht, und selbst im Innern der Schnitzel wird die Diffusion von dem mittleren, am wenigsten ausgesüssten Teil nach dem am meisten ausgesussten äusseren Teil fortgesetzt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann in mannigfacher Weise durchgeführt werden.
1. Die verschiedenen Diffuseure können aus Behältern hergestellt werden, die mit einem Deckel für den Einlass von Druckluft ausgerüstet und mit der Aussenluft verbunden sind. Die Strömung des Saftes aus den Diffuseuren der Reihe A nach denen der Reihe B erfolgt unter Wirkung von Druckluft auf den Saft in den erstgenannten Diffuseuren, während die Diffuseure der zweiten Reihe mit der Aussenluft in Verbindung stehen.
Alle Arbeitsgänge erfolgen immer reihenweise von der Reihe A nach der Reihe Bund umgekehrt, und die Luft-und Safthähne jeder Reihe können daher gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden.
Das Maischen und der Saftabzug bieten keinerlei Schwierigkeit und eine Erklärung dieser Arbeitsgänge erübrigt sich hier.
Es leuchtet ein, dass die Vorrichtung nach der Erfindung ohne Schwierigkeit und ohne nennenswerte Abänderung bei einer gewöhnlichen Diffusionsbatterie angewendet werden kann, um diese Batterie in eine gemäss der Erfindung umzuwandeln.
2. Eine andere praktische Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass die Reihen der Diffusionseinrichtungen beweglich angeordnet werden. Während des ersten Arbeitsganges befindet sich die Reihe A beispielsweise oberhalb der Reihe B, so dass der Saft aus den Diffuseuren der ersten Reihe in die der zweiten Reihe strömt. In der nächstfolgenden Arbeitsphase werden die Diffuseure der Reihe B oberhalb der Reihe A gebracht usw. Bei diesem Verfahren müssen die Diffuseure verschoben werden, doch ist für die Durchführung dieses Verfahrens keine Druckluft erforderlich.
3. Die Förderung des Saftes kann auch mit Hilfe von Pumpen, wie Fliehkraftpumpen u. dgl., erfolgen.
4. Das gleiche Ergebnis kann auch dadurch erreicht werden, dass der Saft in den Diffuseuren verbleibt und die Schnitzel von einem Diffuseur nach dem andern gefördert werden.
Das Verfahren besteht darin, dass die Schnitzel aus allen Diffuseuren gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten ausgetragen werden, ohne den Saft abzulassen, worauf diese Schnitzel wieder in weniger konzentriertem Saft eingetaucht werden, derart, dass die Schnitzel jedesmal
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normalen Extraktion geleitet werden.
So kann beispielsweise angenommen werden, dass die Schnitzel sich in durchbrochenen Behältern (Fig. 4) befinden, die in die Diffuseure eingetaucht werden können und möglichst genau in diese passen. Hiebei werden zunächst die durchbrochenen Behälter 1', 2', 3'usw. aus den Diffuseuren 1, 2, 3 herausgezogen, während im nächsten Arbeitsgang die Schnitzel in den Saft eingetaucht werden, wobei jedoch der Behälter l'in den Diffuseur 2. der Behälter 2'in den Diffuseur 2 usw. hineingesenkt wird.
Die beiden beschriebenen Diffusionsverfahren. Überleiten des Saftes und Überleiten der Schnitzel, liefern das gleiche Ergebnis, nämlich, wie bereits oben angegeben worden ist. eine beträchtlich bessere Aussüssung als bei der gewöhnlichen Diffusion und eine geringere Verdünnung des extrahierten Saftes. Weiter werden die unbestimmten Diffusionsverluste beseitigt und für die Durchführung der Diffusion wird eine wesentlich geringere Menge Wasser benötigt, ohne hiebei den Fortfall der Abwässer zu berücksichtigen.
Die aufeinanderfolgende Überleitung des Zuckerrübensaftes zwecks Extrahierens des in der Rübe enthaltenen Zuckers ist bereits früher vorgeschlagen worden und ebenso sind bereits früher Vorschläge dahin gehend gemacht worden, die Rübenschnitzel von einem Extraktionsbehälter nach dem andern zu leiten. Weder das eine noch das andere Verfahren ist jedoch für die Diffusion verwendet worden.
Das Verfahren nach der Erfindung kann stetig und sogar beinahe selbsttätig durchgeführt werden.
Bekanntlich sind in den letzten Jahren mehrere Vorrichtungen zur stetigen Diffusion entworfen worden. Alle diese Vorrichtungen haben jedoch den oben angegebenen Nachteil des Mischens der Säfte oder Schnitzel oder der Schnitzel und der Säfte, wodurch ein nngenügendes
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Mit keinem der bekannten Verfahren kann daher die erfindungsgemäss gestellte Aufgabe gelöst werden, die, wie nochmals wiederholt werden soll, auf die vollständige Trennung der Säfte der verschiedenen Diffuseure ohne Möglichkeit der Mischung hinausläuft.
Eine Ausführungsform einer Anlage zur Durchführung der stetigen Diffusion gemäss der Erfindung ist in Fig. 5 im Längs-und in Fig. 6 im Querschnitt dargestellt. Die Vorrichtung weist hier eine zylindrische Trommel A mit einer fortlaufenden inneren Scheidewand B in Form einer Schraubenfläche auf. Die Trommel A wird z. B. etwa bis zum Spiegel C mit Wasser angefüllt, derart, dass der Wasserspiegel die freie Kante der schraubenförmigen Scheidewand nicht erreicht. In dieser Weise werden durch jeden Gang der Schraube voneinander isolierte Abteile D, D', D" begrenzt.
Wenn die ganze Trommel langsam, beispielsweise in Richtung des Pfeiles a in Fig. 5 in Umdrehung versetzt wird, bleibt der Flüssigkeitsspiegel zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Schraubengängen der Scheidewand waagrecht und die Flüssigkeit wird im Sinne der Achse des Zylinders weitergefördert, wie dies bei archimedischen Schrauben zum Heben von Wasser der Fall ist. Diese Förderung der Flüssigkeiten in den verschiedenen Abteilen erfolgt ohne jede Berührung oder Mischung der Flüssigkeiten aus den einzelnen Abteilen. Bei jeder Umdrehung der Trommel wird die Flüssigkeit um eine Steigung der Schraube weitergefördert, d. h. um eine Strecke, die gleich der Breite eines Abteils ist.
Die Richtung der Förderung der Flüssigkeit ist in Fig. 5 durch den Pfeil b angegeben.
Um die Schnitzel nacheinander in die verschiedenen, im Innern der Trommel geförderten Flüssigkeiten einzutauchen, werden die Gänge der Schraube durch Roste oder durchbrochene Bleche E, E miteinander verbunden, die der Deutlichkeit halber in dem Längsschnitt in Fig. 5 nicht dargestellt worden sind.
Durch die Roste oder Bleche wird die Bewegung der Flüssigkeit nicht behindert, da letztere durch die Zwischenräume zwischen den Stäben bzw. die Durchbrechungen hindurchfliesst, doch werden durch diese Einrichtungen, wenn die Abteile mit einem Gemisch aus Saft und Schnitzeln gefüllt sind, letztere durch die Roste oder durchbrochenen Platten E, E zurück- gehalten und durch die Drehung der Trommel in die Nähe der oberen Erzeugenden gebracht.
Während dieser Bewegung tropfen die Schnitzeln ab und der Saft fliesst in die Abteile zurück, welche die Schnitzel gerade verlassen haben. Die Schnitzel fallen schliesslich senkrecht gegen den unteren Teil der Trommel. Betrachtet man die Schnitzel, die in einen bestimmten Augenblick die Mitte eines Flüssigkeit enthaltenden Abteils, beispielsweise das Abteil D', einnehmen. so entspricht die Zeit, die zwischen diesem Augenblick und demjenigen, in welchen die durch die Drehung der Trommel angehobenen Schnitzel wieder nach unten fallen, verstreicht. ungefähr einer halben Umdrehung der Trommel, und während dieser Zeit wird die ganze Flüssigkeit um etwa eine halbe Steigung gefördert. Hieraus ergibt sich, dass die Schnitzel so abstürzen, dass sie zwischen das Abteil, welches sie gerade verlassen und das nächstfolgende fallen.
Die ganze Bewegung der Schnitzel erfolgt in derselben lotrechten Ebene senkrecht zur Achse der Trommel, olme dass die Schnitzel hiebei in axialer Richtung weitergefördert werden.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich, dass, wenn im Innern der Trommel an einem von dieser unabhängigen Rahmen feststehende schräge Bleche F, F od. dgl. mit einer Neigung gleich der halben Steigung der Schraube angeordnet werden, gleichzeitig den beiden folgenden Bedingungen genügt wird. a) Die herabfallenden Schnitzel gleiten auf den schrägen Blechen und fallen nicht rittlings auf die beiden Abteile, sondern in dasjenige Abteil hinein, welches sie gerade verlassen haben und in welchem jetzt eine andere Flüssigkeit sich befindet, wie die, welche die Schnitzel gerade verlassen haben ;
b) durch das Gleiten der Schnitzel auf den schrägen Blechen wird die Förderung in axialer Richtung in einer der Förderung der Flüssigkeiten entgegengesetzten Richtung, d. h. entgegen der durch den Pfeil b angedeuteten Richtung, erzielt, wobei die beiden Bewegungen beinahe gleich sind, d. h. eine halbe Steigung der Schraube für jede Bewegung im entgegengesetzten Sinne bei jeder halben Umdrehung der Trommel betragen.
Es ergibt sich, dass mit der beschriebenen Vorrichtung die Diffusion mit Unterbrechung der Förderung des Saftes erzielt wird, wobei die Mischung mit Sicherheit verhindert wird.
Hiebei sind ebenso viele aufeinanderfolgende Diffuseure vorhanden wie Schraubengänge. Das Mischen wird dadurch verhindert, dass einerseits die Flüssigkeiten der verschiedenen Diffuseure niemals miteinander in Berührung kommen und anderseits, dass alle Schnitzel unbedingt zur gleichen Zeit die Vorrichtung durchlaufen, wodurch die Möglichkeit des längeren Verweilens von Schnitzeln und Flüssigkeit in dem einen oder andern Abteil vollkommen ausgeschlossen ist.
Da die Flüssigkeiten und die Schnitzel gleichzeitig nach entgegengesetzten Richtungen gefördert werden, können das Beschicken mit frischen Schnitzeln und das Austragen der ausgelaugten Schnitzel ebenso wie die Zufuhr des Wassers und der Abfluss des Saftes an gegen- überliegenden Enden der Trommel erfolgen,
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Die Erhitzung der Trommel kann von aussen oder von innen und durch bekannte, auf das Brühen der Schnitzel und das Wiedererwärmen des Saftes sich beziehende Verfahren von Steffen oder Naudet erfolgen.
Die Erfindung ist nicht für die Behandlung von Rüben, sondern von allen zuckerhaltigen Pflanzen, wie Zuckerrohr usw., und auch für die Behandlung der Wurzeln von Cichorien, Erdäpfeln oder Dahlien und andern Wurzeln geeignet, um aus diesen das Inulin zu extrahieren. Weiter soll die Erfindung nicht auf die hier als Beispiel beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen beschränkt werden, da Abänderungen mannigfache Art getroffen werden können, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Extrahieren von Zucker und andern löslichen Kohlehydraten aus Rüben, Zuckerrohr und andern Pflanzen durch Diffusion, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Diffusionsbatterie hindurchgeleitete Flüssigkeit in mehrere, je getrennt für sich geführte Säulen unterteilt wird, um das Mischen der Säfte verschiedener Dichte oder verschiedenen Zuckergehaltes zu verhindern.