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Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines flüssigen Stärkekleisters
Stärke ist ein wichtiger Grundstoff und Hilfsstoff für zahlreiche Industriezweige. Sie wird in der Papierindustrie für die Leimung des Papiers im Stoff und auf der Oberfläche sowie als Bindemittel für Streichmassen verwendet, sie kommt in der Textilindustrie für die Schlichterei und Appretiererei zum Einsatz, sie dient in zahlreichen Zweigen der Lebensmittelindustrie als Verdickungsmittel, sie wird in der Gärungsindustrie und im Brauwesen als Grundstoff für Fermentationsvorgänge eingesetzt, sie dient zur Herstellung von Dextrin, Stärkesirup und Glukose sowie für viele andere Verwendungszwecke. Vorbedingung für den Einsatz von Stärke im Rahmen der zitierten Verfahren ist eine völlige Verkleisterung.
Durch die Einwirkung einer im allgemeinen bei 65 - 700C liegenden und durch die Art der Stärke bestimmten Temperatur, der Verkleisterungstemperatur, werden die Stärkekörner zum Quellen gebracht und schliesslich zerstört. Die das Stärkekorn aufbauenden Amylopektin- und Amylosemoleküle können hydratisieren und bilden einen dickflüssigen Kleister. Je höher die Konzentration dieses Stärkekleisters ist, je höher ist auch, falls die Amylopektin- und/oder Amylosemoleküle nicht vor oder während der Verkleisterung einem mechanischen, chemischen oder enzymatischen Abbau ausgesetzt wurden, die Viskosität dieser Kleister.
Die thermische Verkleisterung der Stärke kann auch ganz oder teilweise durch eine alkalische Verkleisterung ersetzt werden. Es wird zu diesem Zweck eine unverkleisterte oder partiell verkleisterte Stärkesuspension mit einer alkalischen Chemikalienlösung, vorzugsweise Alkalilaugen, vermischt.
Stärkekleister kann in bekannter Weise in Tanks nach dem Chargenverfahren hergestellt werden. Es wird entweder eine Stärkesuspension durch Erhitzen auf direktem oder indirektem Wege und ausreichendem Rühren auf die Verkleisterungstemperatur gebracht, oder es wird eine Stärkesuspension in heisses und bebeheiztes Wasser unter Rühren eingegossen, oder es wird Stärke in heisses und beheiztes Wasserunter Rühren eingestreut.
Nachteile dieser Verfahren sind, dass für die Herstellung der Kleister grosse Tankanlagen erforderlich sind, dass diese Anlagen einer gewissenhaften Wartung bedürfen, dass die Stärkeverkleisterung im Chargenverfahren nur unzureichend an plötzliche Betriebsstörungen und Betriebsumstellungen angepasst werden kann, dass die erforderliche Gleichmässigkeit der Kleister nicht bei allen Ansätzen in ausreichendem Masse sichergestellt ist, dass die bei jeder Charge in grosser Menge hergestellten Stärkekleister während des Verbrauches längere Zeit bei höheren Temperaturen, häufig in einem für die Wirkung von Enzymen vorteilhaften Temperaturbereich, aufbewahrt werden müssen, wodurch sich Ausbeute- und Qualitätsminderung ergeben können, und vieles andere mehr.
Bei der Herstellung von Stärkekleistern nach dem Chargenverfahren ist die verarbeitungsfähige Stärkekonzentration auf 0 - 120/0 beschränkt, falls nicht vorbehandelte, abgebaute Stärken mit geringerer spezifischer Viskosität eingesetzt werden. Vielfach hat man versucht, die Schwierigkeiten der chargenweisen Herstellung von Kleistern dadurch zu umgehen, dass man für die
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benötigten Zwecke eine auf heissen Walzen oder mit Hilfe eines andern Verfahrens verkleisterte und getrocknete Stärke bezogen und diese sogenannteQuellstärke eingesetzt hat. Der Transport von ungetrockneten Stärkekleistern zwischen verschiedenen Fabriken ist mit einem grossen Risiko verbunden, da Stärkekleister, wie bereits angeführt, ausserordentlich anfällig gegenüber enzymatischen Abbaureaktionen sind.
Der Transport der in den Stärkekleistern gebundenen Wassermengen über grosse Entfernungen ist ohnehin als unwirtschaftlich anzusehen. Es liegt auf der Hand, dass der Einsatz von Quellstärke wesentlich kost- spieliger ist als der Einsatz eines frisch bereiteten Stärkekleisters, da die Trocknung der Quellstärke ein unerlässlicher zusätzlicher Bestandteil des Verfahrens ist. Für die zahlreichen, bereits auszugsweise zitierten Anwendungsverfahren für Stärke ist somit eine Methode zur rationellen kontinuierlichen Stärkeverkleisterung direkt vor der Verwendung von ausserordentlichem Interesse.
Aus der USA-Patentschrift Nr. 2, 856, 290 wurde breits ein Verfahren zur Behandlung von Trockenstärke bekannt, bei dem es darum geht, eine rieselfähige, pulverisierte Stärke zu erzeugen, welche mit den üblichen Vorrichtungen in Pakete abgefüllt werden kann. Zu diesem Zweck wird die Stärke zunächst mit Milchzucker und Milcheiweiss trocken gemischt und diese pulverisierte Mischung im freien Fall durch einen geheizten Raum geführt und während des Fallens mit feinzersprühtem Wasser und gesättigtem Wasserdampf in Berührung gebracht. Während der kurzzeitigen Berührung nimmt die Stärkemilchpulver-Mischung etwas Feuchtigkeit auf und wird agglomeriert. Die Agglomerate werden anschliessend getrocknet und sind nun ohne Staubbildung rieselfähig.
Die Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung eines flüssigen Stärkekleisters aus einer wässerigen Suspension von Stärke, partiell abgebauter Stärke oder Stärkederivaten mit Hilfe eines Behandlungsmediums, z. B. Dampf oder einer Chemikalienlösung, welche Vorrichtung, die Suspension bzw. das Behandlungsmedium führende Leitungen aufweist, von denen die eine als ein sich in Strömungsrichtung verengendes und anschliessend an die Verengung sich erweiterndes Rohr ausgeführt ist.
Eine derartige Vorrichtung wurde durch die USA-Patentschrift Nr. 2, 582, 198 bekannt, wobei Dampf als Behandlungsmedium verwendet wird. Dabei führt die als das die Verengung aufweisende Rohr ausgeführte Leitung den Dampf. Der die Verengung und die nachfolgende Erweiterung bildende Teil des Rohres ist eine Laval-Düse, welche den Zweck hat, den Dampf auf hohe Geschwindigkeit zu bringen, wobei der zugeführte Dampf unter überkritischem Druckverhältnis entspannt werden soll, so dass sich im erweiternden Teil der Düse die Dampfgeschwindigkeit über die Schallgeschwindigkeit erhöht. Die Stärkesuspension wird dem aus der Laval-Düse austretenden Dampfstrahl beigemengt.
Die ganze Vorrichtung ist in einem Behälter angeordnet, und der Strahl gelangt dann mit der zugeführten Suspension von Stärke in ein wesentlich grösseres Rohr, welches beidseitig offen ist. Durch diese Massnahme soll eine enge Durchmischung mit dem bereits im Behälter vorhandenen Kleister erreicht werden.
Demgegenüber ist gemäss der Erfindung die die Suspension führende Leitung als das sich in Strömungsrichtung verengende Rohr ausgeführt und zumindest in diesem Rohr im Bereiche der Erweiterung bzw. bei plötzlicher Erweiterung unmittelbar daran anschliessend eine oder mehrere mit der das Behandlungsmedium führenden Leitung verbundene Öffnungen angeordnet.
Es wurde gefunden, dass es mit einer solchen äusserst einfachen und betriebssicheren Vorrichtung möglich ist, völlig homogene Kleister von unbehandelter nativer Stärke im Konzentrationsbereich 0 - 160/0 herzustellen, wenn durch die erwähnten Eintrittsöffnungen in der Rohrwand der Suspension unmittelbar Heizdampf beigemengt wird. Die gleiche Vorrichtung lässt sich aber auch verwenden, wenn statt des Heizdampfes durch die erwähnten Öffnungen eine die Verkleisterung bewirkende Chemikalienlösung eingeführt wird.
Die Querschnittsverengung im Rohr kann beispielsweise durch eine Blende mit einer oder mehreren Durchtrittsöffnungen oder in an sich bekannter Weise durch eine Düse gebildet sein. An die Querschnittsverengung kann sich ferner in an sich bekannter Weise eine stetige Erweiterung des Rohrquerschnittes anschliessen. Es können auch zwei oder mehrere Querschnittsverengungen in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet sein.
Die Stärkesuspension und der Stärkekleister bewegen sich bei der erfindungsgemässen Vorrichtung unter einem Druckgefälle kontinuierlich durch die Reaktionszone. Beim Durchtritt durch die Querschnittsverengung und beim Vermischen der Stärkemilch mit dem Dampf bzw. der Chemikalienlösung werden auf den sich bildenden Stärkekleister solche Druck- und Scherkräfte ausgeübt, dass die Kleisterbildung vorteilhaft unterstützt wird.
Die Vorrichtung kann auch für die Verarbeitung von Stärken verwendet werden, die zur Erhöhung oder Senkung der Viskosität der Kleister und somit zur Erhöhung oder Senkung der verarbeitungsfähigen Stärke-
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konzentration chemisch, enzymatisch oder mechanisch vorbehandelt worden sind. Weiterhin lässt sich die Vorrichtung für die kontinuierliche Verkleisterung von Stärkederivaten, wie Stärkeäthern, Stärkephosphaten, Oxydationsprodukten von Stärke, partiell durch Säuren oder Enzyme abgebauten Stärken od. dgl. einsetzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist ferner in Strömungsrichtung der Stoffsuspension bzw. des Kleisters im Rohr den Öffnungen für das Behandlungsmedium ein Sieb zur vorübergehenden Aufteilung des Stoffes in mehrere Teilströme nachgeschaltet. Diese Massnahme begünstigt die Bildung eines homogenen Kleisters und dient auch dazu, den Aufbau von Strukturviskosität im Stärkekleister während des Passierens der beschriebenen Einrichtung zu unterbinden oder einzuschränken.
Die Fig. 1 - 8 der Zeichnungen zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
Die zu verkleisternde Stärkesuspension wird in Pfeilrichtung durch ein Rohr 1 geleitet. Dieses ist von einem Mantel 2 umgeben, der mit dem Rohr 1 einen Dampfraum 3 begrenzt.
Gemäss Fig. 1 ist im Rohr 1 als Querschnittsverengung eine Blende 4 eingesetzt. Nach dieser Blende, d. h. im Übergangsbereich, in welchem sich das strömende Medium wieder auf den vollen Rohrquerschnitt verteilt, sind in der Rohrwand 1 in Umfangsrichtung und Längsrichtung verteilt Löcher 5 angebracht, welche als Eintrittsöffnungen für den zur Verkleisterung erforderlichen Dampf dienen.
Gemäss Fig. 2 sind zwei Querschnittsverengungen 4 in der Form von Blenden in Strömungsrichtung hintereinander geschaltet. Der ersten Verengung folgen in der Rohrwand angebrachte Eintrittsöffnungen für den Dampf, die als in Strömungsrichtung der Stoffsuspension gegen die Rohrachse geneigte Kanäle 6 ausgebildet sind. Nach der zweiten Verengung folgen ähnlich wie bei Fig. 1 in der Rohrwandung angebrachte Löcher 7 als Dampfeintrittsöffnungen, und diesen ist ein Sieb 8 nachgeschaltet, welches den Stoff vorübergehend in mehrere Teilströme aufteilt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 schliesst an eine blendenartige Querschnittsverengung 9 eine stetige Erweiterung 10 des Rohrquerschnittes an. Die Dampfeintrittsöffnungen sind im Bereich dieser Erweiterung 10 als in Strömungsrichtung der Stoffsuspension gegen die Rohrachse geneigte Kanäle 11 vorgesehen.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1 - 3, die plötzliche Querschnittsverengungen aufweisen, besitzt die Ausführungsform nach Fig. 4 eine leicht konische Querschnittsverengung 12, die vorzugsweise auch düsenförmig ausgebildet sein kann, mit nachfolgender stetiger Erweiterung 13. Die Dampfeintrittsöffnungen sind hier als senkrecht zur Rohrachse stehende Kanäle 14 ausgeführt. Der Erweiterung 13 ist eine zweite Querschnittsverengung in Form einer Blende 15 nachgeschaltet, und die dieser Blende 15 nachfolgenden Dampfeintrittsöffnungen sind als in entgegen der Strömungsrichtung des Stoffes gegen die Rohrachse geneigte Kanäle 16 ausgeführt.
Statt der einzelnen Löcher oder Kanäle 5,6, 7,11, 14,16 könnte eventuell auch ein Ringspalt oder eine Reihe von Ringspalten vorgesehen werden.
Bei der Anwendung der in den Fig. 1 - 4 beschriebenen Verkleisterungseinrichtung bestehen eindeutige funktionelle Beziehungen zwischen der Menge und Temperatur der zu verkleisternden Stärkesuspen- sion, deren Stärkegehalt und Art der Stärke, der Menge, der Temperatur und dem Eingangsdruck des Verkleisterungsreagens (Heizdampf oder Chemikalienlösung), der freien Querschnittsfläche für den Durchtritt der Stärkesuspension und des Verkleisterungsreagens sowie deren Geschwindigkeiten. Dieverkleisterungsfähige Stärkekonzentration wird bei konstanten freien Querschnittsflächen für die Förderung und Vermischung von Stärkesuspension und Verkleisterungsreagens vornehmlich durch den Eintrittsdruck des Verkleisterungsreagens bestimmt.
Bei konstantem Eingangsdruck des Verkleisterungsreagens und fester freier Querschnittsfläche für dessen Durchtritt durch die Öffnungen der Rohrwand werden bestimmte Eigenschaften des Produktes (Verkleisterungstemperatur, Quellungs- und Desintegrationszustand der Stärke) nur bei einer bestimmten, konstanten Durchflussmenge des Produktes erhalten. Fällt indessen nach einer Senkung der Verarbeitungskapazität die Strömungsgeschwindigkeit der Stärkesuspension durch die Querschnittsverengung und die nachfolgende Rohrstrecke der Verkleisterungseinrichtung unter einen bestimmten Verhältniswert zur Eintrittsgeschwindigkeit des Verkleisterungsreagens bei gleichbleibendem Eintrittsdruck, so werden die Komponenten ungleichmässig vermischt.
Steigt die Strömungsgeschwindigkeit der Stärkesuspension nach einer Erhöhung der Verarbeitungskapazität an, so ist ein entsprechend höherer Betrag an Verkleisterungsreagens einzuspeisen, um die erwünschten Eigenschaften des Stärkeproduktes beizubehalten. Bei gleichbleibendem Eingangsdruck des Verkleisterungsreagens muss die freie Durchtrittsfläche verändert werden, um den notwendigen Stoff- bzw. Wärmeübergang sicherzustellen.
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Die Ausführungsformen gemäss den Fig. 5 - 8 geben nun die Möglichkeit einer Anpassung der Einrichtung an verschiedene Betriebsbedingungen dadurch, dass Mittel angebracht sind, welche die relativen Mengen. Drücke und Geschwindigkeiten der zu verkleisternden Stoffsuspension und des Verkleisterungsreagens zu verändern gestatten.
Bei allen diesen Ausführungsformen wird die zu verkleisternde Stärkesuspension in Pfeilrichtung durch das Rohr 1 geleitet. Dieses ist vom Mantel 2 umgeben, der mit dem Rohr 1 den Raum 3 für das zuzuführende Verkleisterungsreagens, insbesondere Dampf oder eine Chemikalienlösung, begrenzt. Das Rohr 1 besitzt eine konische Querschnittsverengung 17 und eine nachfolgende stetige Erweiterung 18 mit Eintrittsöffnungen 19 für das Verkleisterungsreagens.
Gemäss Fig. 5 ist zur Veränderung der freien Querschnittsfläche der Eintrittsöffnungen 19 koaxial zum Rohr 1 eine als Abdeckkörper dienende, geschlossene Hülse 20 angebracht, deren relative Lage in bezug auf die Öffnungen 19 veränderbar ist. Bei axialer Verschiebung der Hülse 20 wird die Zahl der freien Öffnungen 19 für das Verkleisterungsreagens verändert. Um eine solche Verschiebung zu ermöglichen, ist die Hülse 20 an ihrer Unterseite mit einer Zahnstange 21 versehen, in die ein durch nicht gezeigte Mittel von aussen zu betätigendes Zahnrad 22 eingreift.
Gemäss Fig. 6 ist als Abdeckkörper eine Hülse 201 vorgesehen, die mit den Eintrittsöffnungen 19 für das Verkleisterungsreagens korrespondierende Öffnungen 191 aufweist. Bei Verschieben oder Verdrehen der Hülse 201 wird die freie Querschnittsfläche der einzelnen Eintrittsöffnungen 19, 191 ver- ändert, ohne dass die Zahl der freien Durchtrittsöffnungen vermindert oder vermehrt wird. Die Hülse 201 kann von aussen durch eine Stange 23 betätigt werden.
Bei der Einrichtung nach Fig. 7 ist zwecks Veränderung der freien Querschnittsfläche für die Stoffsuspension im der Querschnittsverengung 17 des Rohres 1 nachfolgenden Übergangsbereich 18 koaxial zum Rohr ein Verdrängerstab 24 angebracht, der eine sich gegen den engsten Querschnitt verjüngende Form hat. Der Stab 24 kann von aussen in axialer Richtung bewegt werden, wobei seine Spit- ze schliesslich bis in den engsten Querschnitt des Rohres l hinein gelangt.
Gemäss Fig. 8 ist statt des vollen Verdrängerstabes 24 ein zur Aufnahme von Verkleisterungsreagens hohler Verdrängerstab 241 vorgesehen, der gegen die strömende Stoffsuspension gerichtete Austritts- öffnungen 25 aufweist. Die Öffnungen 26 stellen eine Verbindung zwischen dem Mantelraum 3 und dem Inneren des Verdrängerstabes 241 her. Das Innere des Stabes 241 könnte aber auch unabhängig vom Mantelraum 3 mit Verkleisterungsreagens beschickt werden.
Jedes der in den Fig. 7 und 8 dargestellten Mittel kann auch gemeinsam mit einem der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Mittel angewendet werden. Die beschriebenen Einrichtungen erlauben, die Strömungszustände in ihrem Inneren weitgehend den jeweils herrschenden Betriebsbedingungen anzupassen. Die Abdeckkörper 20, 201 der Fig. 5 und 6 beeinflussen vor allem die Zufuhr des Verkleisterungsreagens, währens die Verdrängerstäbe 24 bzw. 241 der Fig. 7 und 8 die Geschwindigkeit der Stoffsuspension in der Querschnittsverengung zu verändern gestatten. Diese Mittel können von Hand oder auch durch eine automatische Regeleinrichtung bedient werden.
So ist beispielsweise in Fig. 5 ein Messglied 27 für die Verkleisterungstemperatur oder für die Durchflussmenge an Stoffsuspension vorgesehen, welches auf das die Hülse 20 betätigende Zahnrad 22 einwirkt, so dass die Hülse 20 bei steigender Temperatur im Sinne einer Verminderung von Dampfzufuhr durch die Öffnungen 9 bzw. bei steigender Durchtrittsmenge an Stoffsuspension im Sinne einer Vermehrung der Zufuhr von Dampf oder eines andern Reagens durch die Öffnungen 9 verstellt wird.
Eine Regeleinrichtung mit einem entsprechenden Messglied 271 gemäss Fig. 7 müsste dagegen auf den Verdrängerstab 24 in dem Sinne einwirken, dass bei fallender Durchtrittsmenge an Stoffsuspension die freie Querschnittsfläche durch axiale Verschiebung gegen die Querschnittsverengung verringert und somit die Strömungsgeschwindigkeit der Stoffsuspension erhöht wird. um eine gleichmässige Vermischung von Stoffsuspension und Verkleisterungsreagens sicherzustellen.
Der Einsatz von Verdrängerkörpern erspart das sonst erforderliche Auswechseln von Düsen und effektiver Rohrstrecke der Verkleisterungseinrichtung bei wechselnder Produktionskapazität.
Um eine weitere vorteilhafte Wirkung auf den zu behandelnden Stoff auszuüben, können die mit der Stoffsuspension und dem Kleister in Berührung kommenden Oberflächen der Einrichtung, einschliesslich eines allfällig vorhandenen Verdrängerstabes, mit Unebenheiten versehen werden. Diese können beispielsweise in ring- oder schraubenlinienförmigen Vertiefungen, wie Gewindeschnitten geeigneter Tiefe und Ganghöhe, oder auch in einzelnen Erhöhungen, wie Stiften oder Haken, bestehen. Durch diese Massnahmen wird die Grenzschicht des strömenden Stoffes beeinflusst und eine zusätzliche Mischwirkung er- zielt.
Die beschriebene Einrichtung kann als Bestandteil einer kleisterverbrauchenden Maschine oder Anla-
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Device for the continuous production of a liquid starch paste
Starch is an important raw material and auxiliary material for numerous branches of industry. It is used in the paper industry for sizing the paper in the fabric and on the surface and as a binding agent for coating slips, it is used in the textile industry for sizing and finishing, it is used in numerous branches of the food industry as a thickener, it is used in the Used in the fermentation industry and in brewing as a raw material for fermentation processes, it is used for the production of dextrin, starch syrup and glucose as well as for many other purposes. A precondition for the use of starch in the context of the cited process is complete gelatinization.
The effect of a temperature generally around 65-700C and determined by the type of starch, the gelatinization temperature, causes the starch granules to swell and ultimately destroy them. The amylopectin and amylose molecules that make up the starch grain can hydrate and form a thick paste. The higher the concentration of this starch paste, the higher the viscosity of this paste, if the amylopectin and / or amylose molecules have not been subjected to mechanical, chemical or enzymatic degradation before or during the pasting.
The thermal gelatinization of the starch can also be completely or partially replaced by an alkaline gelatinization. For this purpose, a non-gelatinized or partially gelatinized starch suspension is mixed with an alkaline chemical solution, preferably alkaline solutions.
Starch paste can be produced in a known manner in tanks using the batch process. Either a starch suspension is brought to the gelatinization temperature by heating directly or indirectly and sufficient stirring, or a starch suspension is poured into hot and heated water with stirring, or starch is sprinkled into hot and heated water with stirring.
Disadvantages of these processes are that large tank systems are required for the production of the paste, that these systems require conscientious maintenance, that the starch gelatinization in the batch process can only inadequately be adapted to sudden operational disruptions and operational changes, that the required uniformity of the paste is not achieved in all approaches it is sufficiently ensured that the starch paste produced in large quantities in each batch must be stored for a longer period of time at higher temperatures, often in a temperature range that is advantageous for the action of enzymes, which can result in a reduction in yield and quality, and much more.
When manufacturing starch pastes using the batch process, the processable starch concentration is limited to 0 - 120/0, if not pretreated, degraded starches with a lower specific viscosity are used. In many cases, attempts have been made to circumvent the difficulties of batch-wise production of paste by using the
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required a starch gelatinized and dried on hot rollers or with the help of another process and used this so-called source starch. The transport of undried starch paste between different factories is associated with a great risk, since starch paste, as already mentioned, is extremely susceptible to enzymatic degradation reactions.
The transport of the water bound in the starch paste over great distances is to be regarded as uneconomical anyway. It is obvious that the use of swellable starch is much more expensive than the use of a freshly prepared starch paste, since the drying of the swellable starch is an indispensable additional component of the process. For the numerous application methods for starch already cited in excerpts, a method for efficient continuous starch gelatinization directly before use is therefore of particular interest.
A process for the treatment of dry starch has already been known from US Pat. No. 2,856,290, in which the aim is to produce a free-flowing, powdered starch which can be filled into packets with the usual devices. For this purpose, the starch is first mixed dry with milk sugar and milk protein and this powdered mixture is guided in free fall through a heated room and brought into contact with finely sprayed water and saturated steam while it falls. During the brief contact, the starch milk powder mixture absorbs some moisture and is agglomerated. The agglomerates are then dried and are now free-flowing without dust formation.
The invention relates to a device for the continuous production of a liquid starch paste from an aqueous suspension of starch, partially degraded starch or starch derivatives with the aid of a treatment medium, e.g. B. steam or a chemical solution, which device, the suspension or the treatment medium has lines leading, one of which is designed as a narrowing in the flow direction and then widening the constriction tube.
Such a device was known from U.S. Patent No. 2,582,198, wherein steam is used as the treatment medium. The line designed as the tube having the constriction carries the steam. The part of the pipe that forms the constriction and the subsequent widening is a Laval nozzle, which has the purpose of bringing the steam to high speed, whereby the steam supplied is to be expanded under a supercritical pressure ratio, so that in the widening part of the nozzle the Steam speed increased above the speed of sound. The starch suspension is added to the steam jet emerging from the Laval nozzle.
The entire device is arranged in a container, and the jet with the supplied suspension of starch then passes into a much larger tube which is open on both sides. This measure is intended to achieve a close mixing with the paste already present in the container.
In contrast, according to the invention, the line carrying the suspension is designed as the tube narrowing in the direction of flow and one or more openings connected to the line carrying the treatment medium are arranged at least in this tube in the area of the widening or, in the case of sudden widening, immediately adjoining it.
It has been found that with such an extremely simple and operationally reliable device it is possible to produce completely homogeneous paste of untreated native starch in the concentration range 0-160/0 if heating steam is added directly to the suspension through the inlet openings mentioned in the pipe wall. The same device can, however, also be used if, instead of the heating steam, a chemical solution causing the gelatinization is introduced through the openings mentioned.
The cross-sectional constriction in the pipe can be formed, for example, by a diaphragm with one or more passage openings or in a manner known per se by a nozzle. The narrowing of the cross-section can also be followed by a continuous expansion of the pipe cross-section in a manner known per se. Two or more cross-sectional constrictions can also be connected one behind the other in the flow direction.
In the device according to the invention, the starch suspension and the starch paste move continuously through the reaction zone under a pressure gradient. When the starch milk passes through the narrowed cross section and when the starch milk is mixed with the steam or the chemical solution, such pressure and shear forces are exerted on the starch paste that is formed that the paste formation is advantageously supported.
The device can also be used for processing starches, which are used to increase or decrease the viscosity of the paste and thus to increase or decrease the workable starch.
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concentration have been chemically, enzymatically or mechanically pretreated. Furthermore, the device can be used for the continuous gelatinization of starch derivatives, such as starch ethers, starch phosphates, oxidation products of starch, starches partially degraded by acids or enzymes, or the like.
In a preferred embodiment of the device, a sieve for temporarily dividing the substance into several partial flows is also connected downstream of the openings for the treatment medium in the flow direction of the substance suspension or the paste in the pipe. This measure favors the formation of a homogeneous paste and also serves to prevent or limit the build-up of structural viscosity in the starch paste as it passes through the device described.
FIGS. 1-8 of the drawings show various exemplary embodiments of the subject matter of the invention.
The starch suspension to be gelatinized is passed through a pipe 1 in the direction of the arrow. This is surrounded by a jacket 2 which, together with the pipe 1, delimits a steam space 3.
According to FIG. 1, a diaphragm 4 is used as a cross-sectional constriction in the pipe 1. After this aperture, d. H. In the transition area, in which the flowing medium is again distributed over the full pipe cross-section, holes 5 are provided in the pipe wall 1, distributed in the circumferential direction and longitudinal direction, which serve as inlet openings for the steam required for gelatinization.
According to FIG. 2, two cross-sectional constrictions 4 in the form of apertures are connected one behind the other in the direction of flow. The first constriction is followed by inlet openings for the steam which are made in the pipe wall and are designed as channels 6 inclined towards the pipe axis in the direction of flow of the pulp suspension. After the second constriction, similar to FIG. 1, holes 7 made in the pipe wall follow as steam inlet openings, and these are followed by a sieve 8 which temporarily divides the substance into several partial flows.
In the embodiment according to FIG. 3, a diaphragm-like cross-sectional constriction 9 is followed by a continuous widening 10 of the pipe cross-section. The steam inlet openings are provided in the area of this widening 10 as channels 11 inclined in the flow direction of the pulp suspension towards the pipe axis.
In contrast to the embodiments according to FIGS. 1-3, which have sudden cross-sectional constrictions, the embodiment according to FIG. 4 has a slightly conical cross-sectional constriction 12, which can preferably also be designed in the form of a nozzle, with a subsequent continuous expansion 13. The steam inlet openings are here as Running perpendicular to the pipe axis channels 14. The widening 13 is followed by a second cross-sectional constriction in the form of a diaphragm 15, and the steam inlet openings following this diaphragm 15 are designed as channels 16 inclined in the opposite direction of the flow of the substance towards the pipe axis.
Instead of the individual holes or channels 5, 6, 7, 11, 14, 16, an annular gap or a series of annular gaps could possibly also be provided.
When using the gelatinization device described in FIGS. 1-4, there are clear functional relationships between the amount and temperature of the starch suspension to be gelatinized, its starch content and type of starch, the amount, the temperature and the inlet pressure of the gelatinization reagent (heating steam or chemical solution ), the free cross-sectional area for the starch suspension and the gelatinizing reagent to pass through, as well as their speeds. With constant free cross-sectional areas for the conveyance and mixing of starch suspension and gelatinizing reagent, the gelatinizing starch concentration is primarily determined by the entry pressure of the gelatinizing reagent.
With a constant inlet pressure of the gelatinizing reagent and a fixed free cross-sectional area for its passage through the openings in the pipe wall, certain properties of the product (gelatinization temperature, swelling and disintegration state of the starch) are only obtained with a certain, constant flow rate of the product. If, however, after a reduction in processing capacity, the flow rate of the starch suspension through the cross-sectional constriction and the subsequent pipe section of the gelatinization device falls below a certain ratio to the entry velocity of the gelatinization reagent at constant entry pressure, the components are mixed unevenly.
If the flow rate of the starch suspension increases after the processing capacity has been increased, a correspondingly higher amount of gelatinizing reagent has to be fed in in order to maintain the desired properties of the starch product. If the inlet pressure of the gelatinizing reagent remains the same, the free passage area must be changed in order to ensure the necessary mass and heat transfer.
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The embodiments according to FIGS. 5-8 now provide the possibility of adapting the device to different operating conditions in that means are attached which determine the relative quantities. Allow to change the pressures and speeds of the pulp suspension to be gelatinized and of the gelatinizing reagent.
In all of these embodiments, the starch suspension to be gelatinized is passed through the tube 1 in the direction of the arrow. This is surrounded by the jacket 2, which with the tube 1 delimits the space 3 for the gelatinizing reagent to be supplied, in particular steam or a chemical solution. The tube 1 has a conical cross-sectional constriction 17 and a subsequent continuous widening 18 with inlet openings 19 for the gelatinizing reagent.
According to FIG. 5, in order to change the free cross-sectional area of the inlet openings 19, a closed sleeve 20 serving as a cover body is attached coaxially to the pipe 1, the relative position of which with respect to the openings 19 can be changed. When the sleeve 20 is axially displaced, the number of free openings 19 for the gelatinizing reagent is changed. In order to enable such a displacement, the sleeve 20 is provided on its underside with a toothed rack 21, into which a toothed wheel 22, which can be operated from outside by means not shown, engages.
According to FIG. 6, a sleeve 201 is provided as the cover body, which has openings 191 which correspond to the inlet openings 19 for the gelatinizing reagent. When the sleeve 201 is displaced or rotated, the free cross-sectional area of the individual inlet openings 19, 191 is changed without the number of free passage openings being reduced or increased. The sleeve 201 can be actuated from the outside by means of a rod 23.
In the device according to FIG. 7, in order to change the free cross-sectional area for the pulp suspension in the transition region 18 following the cross-sectional constriction 17 of the tube 1, a displacement rod 24 is attached coaxially to the tube, which has a shape tapering towards the narrowest cross-section. The rod 24 can be moved from the outside in the axial direction, its tip finally reaching the narrowest cross section of the tube 1.
According to FIG. 8, instead of the full displacement rod 24, a hollow displacement rod 241 for receiving gelatinizing reagent is provided, which has outlet openings 25 directed towards the flowing pulp suspension. The openings 26 establish a connection between the jacket space 3 and the interior of the displacement rod 241. The interior of the rod 241 could, however, also be charged with gelatinizing reagent independently of the jacket space 3.
Each of the means shown in FIGS. 7 and 8 can also be used together with one of the means shown in FIGS. 5 and 6. The devices described allow the flow conditions in their interior to be largely adapted to the prevailing operating conditions. The cover bodies 20, 201 of FIGS. 5 and 6 mainly influence the supply of the gelatinizing reagent, while the displacement rods 24 and 241 of FIGS. 7 and 8 allow the speed of the pulp suspension in the cross-sectional constriction to be changed. These means can be operated manually or by an automatic control device.
For example, a measuring element 27 for the gelatinization temperature or for the flow rate of pulp suspension is provided in FIG. 5, which acts on the gear 22 actuating the sleeve 20, so that the sleeve 20, when the temperature rises, in the sense of a reduction in the supply of steam through the openings 9 or with an increasing amount of material suspension that passes through, in the sense of increasing the supply of steam or another reagent through the openings 9.
A control device with a corresponding measuring element 271 according to FIG. 7, on the other hand, would have to act on the displacement rod 24 in the sense that when the amount of material suspension passes through, the free cross-sectional area is reduced by axial displacement against the cross-sectional constriction and thus the flow rate of the material suspension is increased. to ensure an even mixing of the pulp suspension and gelatinizing reagent.
The use of displacement bodies saves the otherwise necessary replacement of nozzles and the effective pipe section of the gelatinization device when the production capacity changes.
In order to have a further advantageous effect on the substance to be treated, the surfaces of the device that come into contact with the substance suspension and the paste, including any displacement rod that may be present, can be provided with unevenness. These can, for example, consist of annular or helical depressions, such as thread cuts of suitable depth and pitch, or in individual elevations, such as pins or hooks. These measures influence the boundary layer of the flowing substance and an additional mixing effect is achieved.
The device described can be used as a component of a paste-consuming machine or plant
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