DE10056193A1 - Zuckersaftentfärbung mittels monodisperser Anionenaustauscher - Google Patents
Zuckersaftentfärbung mittels monodisperser AnionenaustauscherInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfärbung von Zuckersäften mittels monodisperser Ionenaustauscher, bevorzugt Anionenaustauscher, sowie die Verwendung derselben zur Zuckersaftentfärbung.
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Entfärbung von Zuckersäften
mit monodispersen Ionenaustauschern sowie die Verwendung monodisperser Ionen
austauscher zur Zuckersaftentfärbung. Bevorzugt werden monodisperse Anionenaus
tauscher zur erfindungsgemäßen Verwendung eingesetzt.
Für die vereinfachte Herstellung hochwertiger Zucker, die Verbesserung der Aus
beute oder für die Produktion von Flüssigzucker ist eine weitgehende Entfärbung
oder Entsalzung der Rohzuckerlösungen üblich. So erlauben beispielsweise höhere
Farbgehalte im Zuckersirup ohne weiteres nicht die Herstellung von hochwertiger
Raffinade oder wasserklaren Flüssigzuckersirupen. Die Bereitstellung derartiger
Zuckerqualitäten wird heute aber von den meisten Konsumenten gefordert; beispiels
weise als Haushaltszucker oder in der Getränkeindustrie.
Zucker wird von zahlreichen Pflanzen produziert. Wirtschaftlich gesehen wichtig ist
die Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben und Rohrzucker aus Zuckerrohr.
Bei der Zuckererzeugung wird entweder durch Extraktion der Rübenschnitzel mit
heißem Wasser oder durch Pressung von Zuckerrohr eine Rohzuckerlösung, der so
genannte Dünnsaft oder Presssaft, gewonnen. Er enthält neben den Zuckeranteilen je
nach Herkunft wechselnde Nichtzuckeranteile, wie Alkali- und Erdalkali-, Chlorid-
und Sulfationen, Pyrrolidoncarbon- und Aminosäuren. Während der Auf
konzentration der Presssäfte werden weitere Farbstoffe, wie Karamellfarbstoffe und
Melanoidine, gebildet.
In Zuckern vorliegende, farbige Inhaltsstoffe sind überwiegend anionischer Natur. Es
liegt eine große Anzahl verschiedener Substanzen vor, von denen einige hoch
molekularer Natur sind. Sie können zum Beispiel Carboxylgruppen, Aminogruppen,
phenolische Gruppen und andere Strukturelemente enthalten.
Die Entfärbung von Zuckerlösungen kann bei hochfarbhaltigen Rohlösungen (< 1000 Icumsa)
durch Fällungsverfahren auf Basis Carbonatation, Sulfitation oder Phospha
tation durchgeführt werden. Geringer gefärbte Lösungen (< 1000 Icumsa) werden ent
weder durch physikalische Verfahren, wie Kristallisation, oder durch Adsorptionsver
fahren mittels Ionenaustauschern oder Aktiv-Kohle entfärbt.
Der Farbstoffgehalt der Lösungen wird durch eine photometrische Messung bei
420 nm ermittelt. Die Einzelheiten werden in den Untersuchungsmethoden erläutert.
Die Einheit für den Farbstoffgehalt ist Icumsa.
Icumsa ist gleich dem Produkt 1000.Ekoe.
Ekoe ist gleich dem Extinktionskoeffizient.
Für die Entfärbung von Zuckerlösungen stehen perlförmige Adsorberharze auf Basis
von vernetztem Polystyrol/Divinylbenzol oder auf Polyacrylatbasis zur Verfügung.
Die Adsorberharze sind in der Regel starkbasische Anionenaustauscher mit
unterschiedlicher Porosität. Je nach Anwendungsfall werden entweder makroporöse-
oder gelförmige Typen bevorzugt eingesetzt. Entsprechend des Farbstoffangebots
wird ein-, zwei- oder dreistufig gearbeitet. Kombinationen unterschiedlichster Ionen
austauscher auf Basis Acrylat und/oder Styrol/Divinylbenzol einerseits sowie
makroporöse- und/oder gelförmige Typen andererseits sind denkbar.
Bei der Fixierung von gefärbten Zuckerinhaltsstoffen auf stark basischen Anionen
austauschern sind im wesentlichen zwei Mechanismen beteiligt: ionische Wechsel
wirkungen zwischen anionischen Farbkomponenten und den Ladungen auf dem
Ionenaustauscher sowie hydrophobe Wechselwirkungen zwischen apolaren Teilen
der Farbkomponenten und der Styrol-Divinylbenzol-Matrix - M. Bento, "Int.Sugar
JNL.", 1998, Vol. 100, No. 1191, Seite 111.
In der US-A 2 874 132 werden gelförmige, stark basische Anionenaustauscher mit
quartären Ammoniumgruppen auf der Basis von Styrol/Divinylbenzol mit Divinyl
benzolgehalten von 0,5 bis 2 Gew.-% zur Zuckersaftentfärbung eingesetzt. Die
Anionenaustauscher werden insbesondere in Mischbetten zusammen mit schwach
sauren Kationenaustauschern eingesetzt.
In der US-A 4 193 817 werden makroporöse, stark basische Anionenaustauscher mit
quartären Ammoniumgruppen in der Chloridform auf der Basis von Styrol/Divinyl
benzol zur Zuckersaftentfärbung von Rohrzuckern eingesetzt. Die Ionenaustauscher
werden dabei in Säulen gefüllt. Mindestens zwei Säulen werden in Serie hinterein
ander geschaltet.
In einer Informationsschrift der Firma Rohm & Haas, "amber - hi - lites", Nr. 108,
November 1968, Seite 239, wird der Einsatz stark basischer, gelförmiger und makro
poröser Anionenaustauscher zur Entfärbung von Rohr- und Rübenzuckerlösungen
beschrieben.
Makroporöse Anionenaustauscher und Acrylharze besitzen eine größere Aufnahme
fähigkeit für Farbstoffkomponenten und zeigen eine höhere physikalische Stabilität
als gelförmige Anionenaustauscher bei Zuckersaftentfärbungen.
Die Leistungsfähigkeit der perlförmigen Adsorberharze wird u. a. bestimmt durch die
Porosität, die innere Oberfläche, die Partikelgröße und den Funktionalisierungsgrad.
Feine Partikel haben eine größere, äußere Oberfläche und dadurch bedingt eine
bessere Adsorptionsfähigkeit. Jedoch sind aufgrund der hohen Viskosität der hoch
konzentrierten Zuckersirupe und des sich beim Filtrieren der Zuckerlösung durch das
Adsorberharzbett sehr schnell einstellenden, maximalen zulässigen Druckverlusts enge
Grenzen gesetzt. Grobe Perlen verursachen hingegen nur einen niedrigen Druckver
lust, zeichnen sich aber durch geringere Adsorptionsfähigkeit gegenüber den Zucker
farben aus.
Die gemäß dem Stand der Technik eingesetzten Ionenaustauscher und Adsorber sind
Perlpolymerisate mit einer breiten Perlgrößenverteilung (heterodisperse Ionenaus
tauscher). Der Perldurchmesser dieser Adsorberharze liegt im Bereich von ca. 0,3 bis
1,2 mm. Die Herstellung der ihnen zugrunde liegenden Perlpolymerisate kann nach
bekannten Methoden der Suspensionspolymerisation erfolgen, vgl. "Ullmann's
Encyclopedie of Industrial Chemistry", 5 th ed., Vol. A 21, 363-373, VCH Verlags
gesellschaft mbh, Weinheim 1992.
Bedingt durch die Anwesenheit von Ionenaustauschern unterschiedlicher Größe
zeigen die Perlen unterschiedliche Adsorptionsfähigkeiten für die Farbstoffe. Dies
führt zu einer breiten Adsorptions- und Trennfront.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher die Suche nach geeigneten Ionen
austauschern, die die Nachteile der breiten Adsorptionsfront und Trennfront ver
meiden und mit deren Hilfe man Zuckersäfte von hoher Qualität und Güte erhält. Die
hohe Qualität und Güte zeigt sich in möglichst geringer Verfärbung der Zuckersäfte.
In jüngster Zeit haben Ionenaustauscher mit möglichst einheitlicher Teilchengröße
(monodisperse Ionenaustauscher) bei anderen Anwendungen zunehmend an Be
deutung gewonnen.
Monodisperse Ionenaustauscher besitzen im Vergleich zu heterodispersen Ionenaus
tauschern unter anderem folgende Vorteile:
einen niedrigeren Druckverlust, eine höhere nutzbare Kapazität, eine verbesserte Kinetik und scharfe Trennfronten sowie eine höhere mechanische und osmotische Stabilität.
einen niedrigeren Druckverlust, eine höhere nutzbare Kapazität, eine verbesserte Kinetik und scharfe Trennfronten sowie eine höhere mechanische und osmotische Stabilität.
Monodisperse Ionenaustauscher können durch Funktionalisierung von mono
dispersen Perlpolymerisaten erhalten werden.
Als monodispers werden in der vorliegenden Anmeldung solche Stoffe bezeichnet,
bei denen mindestens 90 Volumen- oder Massen-% der Teilchen einen Durchmesser
besitzen, der in dem Intervall mit der Breite von ± 10% des häufigsten Durchmessers
um den häufigsten Durchmesser herum liegt. Beispielsweise liegen dann bei einem
Perlpolymerisat, dessen Kügelchen einen häufigsten Durchmesser von 0,50 mm auf
weisen, mindestens 90 Volumen- oder Massen-% in einem Größenintervall zwischen
0,45 mm und 0,55 mm, oder bei einem Perlpolymerisat, dessen Kügelchen einen
häufigsten Durchmesser von 0,70 mm aufweisen, mindestens 90 Volumen- oder
Massen-% in einem Größenintervall zwischen 0,77 mm und 0,63 mm.
Die Ionenaustauscher können als mikroporöse oder gelförmige bzw. makroporöse
Perlpolymerisate vorliegen bzw. eingesetzt werden.
Die Begriffe mikroporös oder gelförmig bzw. makroporös sind aus der Fachliteratur
bekannt, beispielsweise aus "Adv. Polymer Sci.", Vol. 5, Seiten 113-213 (1967).
Eine der Möglichkeiten, monodisperse Ionenaustauscher herzustellen, besteht im so
genannten seed/feed-Verfahren, wonach ein monodisperses, nichtfunktionalisiertes
Polymerisat ("Saat") in Monomer gequollen und dieses dann polymerisiert wird.
Seed/feed-Verfahren werden beispielsweise in den Patentschriften EP-0 098 130 B1,
EP-0 101 943 B1, EP-A 418 603, EP-A 448 391, EP-A 0 062 088, US-A 4 419 245
beschrieben.
Eine andere Möglichkeit, monodisperse Ionenaustauscher herzustellen, besteht darin,
die zugrundeliegenden, monodispersen Perlpolymerisate nach einem Verfahren her
zustellen, bei dem die einheitlich ausgebildeten Monomertropfen durch Schwin
gungsanregung eines laminaren Stromes von Monomeren gebildet und anschließend
polymerisiert werden, siehe US-A 4 444 961, EP-0 046 535, DE- A- 199 54 393.
Bei der Herstellung der makroporösen, monodispersen Perlpolymerisate wird ein ein
heitlich ausgebildeter Tropfen aus einem Monomer-/Porogengemisch durch
Schwingungsanregung eines laminaren Stromes eines Gemisches von Monomeren
und Porogen gebildet und anschließend polymerisiert.
Die für die erfindungsgemäße Verwendung einzusetzenden Anionenaustauscher
liegen als Perlpolymerisate in monodisperser Form vor. Sie enthalten sekundäre oder
tertiäre Aminogruppen oder quartäre Ammoniumgruppen oder deren Gemische. So
ist der Einsatz von Anionenaustauschern mit Trimethylamin, Dimethyl- bzw.
Dimethyl-, Hydroxyethylammoniumgruppen gebräuchlich.
Sie bestehen aus vernetzten Polymerisaten, ethylenisch einfach ungesättigter
Monomeren, die zum überwiegenden Teil aus mindestens einer Verbindung der
Reihe Styrol, Vinyltoluol, Ethylstyrol, α-Methylstyrol oder deren kernhalogenierte
Derivate, wie Chlorstyrol, bestehen; sie können daneben auch eine oder mehrere
Verbindungen aus der Reihe Vinylbenzylchlorid, Acrylsäure, ihre Salze oder ihre
Ester, insbesondere ihren Methylester, ferner Vinylnaphthaline, Vinylxylole oder die
Nitrile oder Amide von Acryl- oder Methacrylsäuren enthalten.
Die Polymerisate sind vernetzt - vorzugsweise durch Copolymerisation mit vernet
zenden Monomeren mit mehr als einer, vorzugsweise mit 2 oder 3 copolymerisier
baren C=C-Doppelbindung(en) pro Molekül. Solche vernetzenden Monomeren um
fassen beispielsweise polyfunktionelle Vinylaromaten, wie Di- oder Trivinylbenzole,
Divinylethylbenzol, Divinyltoluol, Divinylxylol, Divinylethylbenzol, Divinyl
naphthalin; polyfunktionelle Allylaromaten, wie Di- oder Triallylbenzole; polyfunk
tionelle Vinyl- oder Allylheterocyclen, wie Trivinyl- oder Triallylcyanurat oder
-isocyanurat; N,N'-C1-C6-Alkylendiacrylamide oder -dimethacrylamide, wie
N,N'-Methylendiacrylamid oder -dimethacrylamid, N,N'-Ethylendiacrylamid oder
-dimethacrylamid, Polyvinyl- oder Polyallylether gesättigter C2-C20-Polyole mit 2
bis 4 OH-Gruppen pro Molekül, wie z. B. Ethylenglykoldivinyl- oder -diallylether
oder Diethylenglykoldivinyl- oder -diallylether, Ester ungesättigter C3-C12-Alkohole
oder gesättigter C2-C20-Polyole mit 2 bis 4 OH-Gruppen pro Molekül, wie Allyl
methacrylat, Ethylenglykoldi(meth)acrylat, Glycerintri(meth)acrylat, Pentaerythrit-
tetra(meth)acrylat, Divinylethylenharnstoff, Divinylpropylenharnstoff, Divinyladipat,
aliphatische oder cycloaliphatische Olefine mit 2 oder 3 isolierten C=C-Doppelbin
dungen, wie Hexadien-1,5, 2,5-Dimethylhexadien-1,5, Octadien-1,7, 1,2,4-Trivinyl
cyclohexan. Als vernetzende Monomere haben sich Divinylbenzol (als Isomeren
gemisch) sowie Mischungen aus Divinylbenzol und aliphatischen C6-C12-Kohlen
wasserstoffen mit 2 oder 3 C=C-Doppelbindungen besonders bewährt. Die ver
netzenden Monomeren werden im allgemeinen in Mengen von 1 bis 80 Gew.-%, vor
zugsweise 2 bis 25 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten poly
merisierbaren Monomeren, eingesetzt.
Die vernetzenden Monomeren müssen nicht in reiner Form, sondern können auch in
Form ihrer technisch gehandelten Mischungen minderer Reinheit (wie z. B. Divinyl
benzol in Mischung mit Ethylstyrol) eingesetzt werden.
Die Copolymerisation von Monomer und Vernetzer wird üblicherweise durch Radi
kalbildner initiiert, die monomerlöslich sind. Bevorzugte, radikalbildende Katalysato
ren umfassen beispielsweise Diacylperoxide, wie Diacetylperoxid, Dibenzoylperoxid,
Di-p-chlorbenzoylperoxid, Lauroylperoxid, Peroxyester wie tert.-Butylperoxyacetat,
tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylperoxypivalat, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat,
tert.-Butylperoxybenzoat, Dicyclohexylperoxydicarbonat, Alkylperoxide wie Bis-
(tert.-butylperoxybutan), Dicumylperoxid, tert.-Butylcumylperoxid, Hydroperoxide
wie Cumolhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Ketonperoxide wie Cyclohexa
non-hydroperoxid, Methylethylketonhydroperoxid, Acetylacetonperoxid oder - vor
zugsweise Azoisobutyrodinitril.
Die Radikalbildner können in katalytischen Mengen, d. h. vorzugsweise 0,01 bis
2,5 Gew.-%, insbesondere 0,12 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die Summe von Mono
mer und Vernetzer, eingesetzt werden.
Die wasserunlösliche Monomer/Vernetzer-Mischung wird einer wässrigen Phase zu
gesetzt, die vorzugsweise zur Stabilisierung der Monomer/Vernetzer-Tröpfchen in
der dispersen Phase und den daraus entstehenden Perlpolymerisaten mindestens ein
Schutzkolloid enthält. Als Schutzkolloide sind natürliche und synthetische, wasserlös
liche Polymere, wie z. B. Gelatine, Stärke, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon,
Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure oder Copolymerisate aus (Meth)acrylsäure oder
(Meth)acrylsäureestern bevorzugt. Sehr gut geeignet sind auch Cellulosederivate,
insbesondere Celluloseether oder Celluloseester, wie Methylhydroxyethylcellulose,
Methylhydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose oder Carboxymethyl
cellulose. Die Einsatzmenge der Schutzkolloide beträgt im allgemeinen 0,02 bis
1 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf die Wasserphase.
Das Gewichtsverhältnis wässrige Phase/organische Phase liegt im Bereich von vor
zugsweise 0,5 bis 20, insbesondere 0,75 bis 5.
Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die
Basispolymerisate während der Polymerisation in Anwesenheit eines Puffersystems
hergestellt. Bevorzugt werden Puffersysteme, die den pH-Wert der Wasserphase bei
Beginn der Polymerisation auf einen Wert zwischen 14 und 6, vorzugsweise
zwischen 12 und 8 einstellen. Unter diesen Bedingungen liegen Schutzkolloide mit
Carbonsäuregruppen ganz oder teilweise als Salze vor. Auf diese Weise wird die
Wirkung der Schutzkolloide günstig beeinflusst. Die Puffer-Konzentration in der
Wasserphase beträgt vorzugsweise 0,5 bis 500 mmol, insbesondere 2,5 bis 100 mmol
pro Liter wässriger Phase.
Zur Herstellung monodisperser Perlpolymerisate mit möglichst einheitlicher Teil
chengröße wird der Monomerstrom in die wässrige Phase eingedüst, wobei durch
schwingungsangeregten Strahlzerfall und/oder Mikroverkapselung der entstandenen
Monomertröpfchen die Erzeugung von Tröpfchen gleichmäßiger Größe unter Ver
meidung von Koaleszenz gewährleistet wird (EP 0 046 535 B1 und
EP 0 051 210 B1).
Die Polymerisationstemperatur richtet sich nach der Zerfallstemperatur des einge
setzten Initiators. Sie liegt im allgemeinen zwischen 50 und 150°C, vorzugsweise
zwischen 55 und 100°C. Die Polymerisation dauert 0,5 bis einige Stunden. Es hat
sich bewährt, ein Temperaturprogramm anzuwenden, bei dem die Polymerisation bei
niedriger Temperatur, z. B. 60°C, begonnen und die Reaktionstemperatur mit fort
schreitendem Polymerisationsumsatz gesteigert wird.
Die resultierenden Perlpolymerisate können als solche oder aber über eine durch ein
sogenanntes seed/feed-Verfahren zugängliche Zwischenstufe mit vergrößerter Teil
chengröße der Funktionalisierung zugeführt werden. Ein seed/feed-Verfahren bein
haltet die Verfahrensschritte, das ursprünglich erhaltene Polymerisat ("seed") mit
copolymerisierbaren Monomeren anzuquellen ("feed") und das in das Polymerisat
eingedrungene Monomer zu polymerisieren. Geeignete seed/feed-Verfahren werden
beispielsweise in den EP 0 098 130 B1, EP 0 101 943 B1 oder EP 0 802 936 B1 be
schrieben.
Damit die erfindungsgemäß zu verwendenden, monodispersen Ionenaustauscher die
makroporöse Struktur erhalten, setzt man der Monomer/Vernetzer-Mischung Poro
gene zu, wie sie beispielsweise bei Seidl et al., "Adv. Polym. Sci.", Vol. 5 (1967),
S. 113 bis 213, beschrieben sind, z. B. aliphatische Kohlenwasserstoffe, Alkohole,
Ester, Ether, Ketone, Trialkylamine, Nitroverbindungen, vorzugsweise Hexan,
Octan, Isooctan, Isododecan, Isodecan, Methylisobutylketon oder Methylisobutyl
carbinol, in Mengen von 1 bis 150 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 100 Gew.-%, insbe
sondere 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Summe von Monomer und Vernetzer.
Makroporöse Perlpolymerisate haben Porendurchmesser von ca. 50 Ångström und
größer.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass gelförmige und makroporöse,
monodisperse Anionenaustauscher auf Styrol/Divinylbenzol-Basis Zuckerlösungen
weitgehender entfärben und entsalzen können, als vergleichbare heterodisperse
Anionenaustauscher.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden, monodispersen Anionenaustauscher, im
Folgenden als Adsorberharze bezeichnet (1 Harzvolumen = 1 Bettvolumen [BV]),
werden in ein beheizbares Glasfilterrohr beispielsweise mit G0-Glasfritte, eingespült.
Das Harzbett wurde 15 Minuten lang rückgespült, um eine übliche Klassierung der
Harzkugeln soweit notwendig einzustellen und das Harzbett von etwaigen Bruch
stücken zu befreien.
Nach Aufheizen des Systems auf die gewünschte Versuchstemperatur von 55°C bis
85°C wird die zu entfärbende, wässerige Zuckerlösung in einer möglichen
Konzentration zwischen 5-72% Trockensubstanzgehalt an Zucker und einem Farb
gehalt von 50-3000 Icumsa über das Adsorberharzbett in der Beladungsrichtung
von oben nach unten oder in umgekehrter Fließrichtung filtriert. Bei einer Aufstrom
beladung ist die Ausbildung eines Festbettes anzustreben. Die Filtrationsge
schwindigkeit während der Entfärbung beträgt 1-5 Bettvolumen/Stunde). Das in
dieser Anordnung entfärbbare Zuckerlösungsvolumen ist abhängig vom Farbgehalt
der Ausgangslösung. Je nach Farbgehalt sind 50-200 Bettvolumen pro Zyklus mög
lich.
Nach Durchsatz der zur Entfärbung vorgesehenen Zuckerlösung wird das Adsorber
harz mit vollentsalztem Wasser abgesüßt, das heißt von Zucker befreit. Dabei schiebt
die von oben eingespeiste Wasserfront die spezifisch schwerere Zuckerlösung aus
dem Filter heraus, bis dass kein Zucker (Trockensubstanzgehalt = 0) im Auslauf des
Filters mehr nachzuweisen ist. Die Fließgeschwindigkeit beim Absüßen entspricht
der Fließgeschwindigkeit, die während der Beladung eingestellt worden war. Das
zum Absüßen erforderliche Wasservolumen, eine für die Zuckerindustrie wichtige
Kennzahl, beträgt je nach Adsorberharz 2-4 BV.
Im Anschluss wird das Adsorberharz mit 2 BV einer alkalischen Kochsalzlösung in
der Konzentration 10% NaCl und 1-2% NaOH regeneriert und dabei von in der
Vorbeladung aufgenommenen Zuckerfarben befreit. Die Regenerierlösung wird
innerhalb einer Stunde durch das Harzbett filtriert und danach mit vollentsalztem
Wasser bei gleicher Fließgeschwindigkeit verdrängt und die Restchemikalien eben
falls mit VE-Wasser bis pH 7 ausgewaschen. Das hierzu erforderliche Wasser
volumen wird ermittelt.
Nach Ablauf dieses Zyklus ist das Adsorberharz für die nächste Entfärbung bereit.
Farbe in Icumsa = 1000.EKoe
.
EKoe = Extinktionskoeffizient in cm2/g
Ext. = Extinktion bei 420 nm Wellenlänge
l = Schichtlänge der Küvette in cm
% TS = Trockensubstanzgehalt in %
D = Dichte in g/cm3
Ext. = Extinktion bei 420 nm Wellenlänge
l = Schichtlänge der Küvette in cm
% TS = Trockensubstanzgehalt in %
D = Dichte in g/cm3
In Spalte 1 von Tabelle 1 ist die Flüssigkeitsmenge in Bettvolumen an zu ent
färbender Rübenzuckerlösung angegeben, die über die Harze A bis D filtriert wird.
Die zu entfärbende Rübenzuckerlösung hat einen Farbgehalt von 1000 Icumsa, eine
Temperatur von 75°C, eine Trockensubstanz von 65%. Die Beladung erfolgt mit
einer spezifischen Belastung von 3 Bettvolumen pro Stunde; die Gesamtbeladungs
dauer beträgt 24 Stunden.
In den Spalten 2 bis 5 von Tabelle 1 sind für die genannten Harze die prozentuale
Entfärbung vom Zulauf an zu entfärbenden Rübenzuckerlösung angegeben.
Die monodispersen, gelförmigen und makroporösen, stark basischen Anionenaus
tauscher zeigen deutlich bessere Entfärbungsleistungen als die vergleichbaren,
heterodispersen Typen.
In Tabelle 2 sind für die monodispersen, gelförmigen und makroporösen, stark
basischen Anionenaustauscher sowie den heterodispersen, stark basischen, makro
porösen Anionenaustauscher die Wassermengen angegeben, die als Rinsewasser, als
Sweet-on- bzw. Sweet-off-Wasser benötigt werden.
Sweet-on-Wassermenge:
der zur Entfärbung vorbereitete Ionenaustauscher wird mit einer Zuckerlösung vorgegebener Konzentration, zum Beispiel 60 Brix, so lange be aufschlagt, bis die Zucker-Konzentration im Zulauf gleich der im Ablauf ist. Die hierzu benötigte Wassermenge ist gleich der sweet-on-Wassermenge.
der zur Entfärbung vorbereitete Ionenaustauscher wird mit einer Zuckerlösung vorgegebener Konzentration, zum Beispiel 60 Brix, so lange be aufschlagt, bis die Zucker-Konzentration im Zulauf gleich der im Ablauf ist. Die hierzu benötigte Wassermenge ist gleich der sweet-on-Wassermenge.
Sweet-off-Wassermenge:
nach Durchsatz der zur Entfärbung vorgesehenen Zucker lösung wird das Adsorberharz mit voll entsalztem Wasser abgesüßt, das heißt von Zucker befreit. Dabei schiebt die von oben eingespeiste Wasserfront die spezifisch schwerere Zuckerlösung aus dem Filter heraus, bis kein Zucker (Trockensubstanzge halt gleich null) im Ablauf des Filters mehr nachzuweisen ist.
nach Durchsatz der zur Entfärbung vorgesehenen Zucker lösung wird das Adsorberharz mit voll entsalztem Wasser abgesüßt, das heißt von Zucker befreit. Dabei schiebt die von oben eingespeiste Wasserfront die spezifisch schwerere Zuckerlösung aus dem Filter heraus, bis kein Zucker (Trockensubstanzge halt gleich null) im Ablauf des Filters mehr nachzuweisen ist.
Das zum Absüßen erforderliche Wasservolumen ist die sweet-off-Wassermenge.
Rinsewasser:
nach Abschluss der Beladung des Harzes mit Zuckerlösung wird das Harz mit 2 Bettvolumen einer alkalischen Kochsalzlösung regeneriert. Mit vollent salztem Wasser werden die Reste der Regenerierchemikalien ausgewaschen.
nach Abschluss der Beladung des Harzes mit Zuckerlösung wird das Harz mit 2 Bettvolumen einer alkalischen Kochsalzlösung regeneriert. Mit vollent salztem Wasser werden die Reste der Regenerierchemikalien ausgewaschen.
Die hierfür benötigte Wassermenge ist das Rinsewasser.
Die beiden monodispersen Harze benötigen deutlich weniger Wasser als ein hetero
disperser, stark basischer, makroporöser Anionenaustauscher.
Der monodisperse, gelförmige, stark basische Anionenaustauscher benötigt nochmals
weniger Wasser für die genannten Prozesse als der monodisperse, makroporöse, stark
basische Anionenaustauscher.
Claims (6)
1. Verwendung von Ionenaustauschern zur Entfärbung von Zuckersäften,
dadurch gekennzeichnet, dass dafür monodisperse Anionenaustauscher
eingesetzt werden.
2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
monodispersen Anionenaustauscher als mikroporöse oder gelförmige bzw.
makroporöse Perlpolymerisate eingesetzt werden.
3. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
monodispersen Anionenaustauscher mit primären oder tertiären Amino
gruppen oder quartären Aminogruppen oder deren Gemischen funktionalisiert
sind.
4. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
monodispersen Anionenaustauscher aus vernetzten Polymerisaten ethylenisch
einfach ungesättigter Monomere bestehen.
5. Verfahren zur Entfärbung von Zuckersäften, dadurch gekennzeichnet, dass
monodisperse Anionenaustauscher eingesetzt werden.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die zu
verwendenden, monodispersen Anionenaustauscher in ein beheizbares
Glasfilterrohr einspült, das System auf 55°C bis 85°C aufheizt, die zu
entfärbende, wässrige Zuckerlösung über das Adsorberharzbett in der
Beladungsrichtung von oben nach unten oder in umgekehrter Fließrichtung
filtriert, danach das Adsorberharz mit vollentsalztem Wasser ablässt und
schließlich das Adsorberharz regeneriert.
Priority Applications (13)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10056193A DE10056193A1 (de) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | Zuckersaftentfärbung mittels monodisperser Anionenaustauscher |
ZA200108613A ZA200108613B (en) | 2000-11-13 | 2001-10-19 | Sugar juice decolourization by means of monodisperse anion exchangers. |
ARP010105098A AR031175A1 (es) | 2000-11-13 | 2001-10-31 | Decoloracion del guarapo por medio de intercambiadores de aniones monodispersados |
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