DE2836197A1 - Verfahren zum trocknen komplexer zuckerloesungen - Google Patents

Description

Beschreibung

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen komplexer Zuckerlösungen, durch das ein festes, aus Einzelteilchen bestehendes, stabiles Produkt erhalten wird.

Aus US-PS 36 00 222 ist ein Verfahren zum Trocknen von Saccharoselösungen bekannt, bei dem getrennte Beschickungen von Lösungen und feinverteilten Saccharoseteilchen in einem Luftstrom in der Weise dispergiert werden, daß die Flüssigkeit die festen Teilchen überzieht, das Lösungsmittel verdampft und ein festes Produkt erhalten wird, in dem im wesentlichen der gesamte im Verfahren eingesetzte Zucker enthalten ist.

Die Behandlung von Fructoselösungen wird, soweit sie sich von derjenigen der Saccharoselösungen unterscheidet, in US-PS 39 56 009 beschrieben. Aus dieser Druckschrift geht hervor, daß es wünschenswert ist, bei der Behandlung von Fructoselösungen spezielle Bedingungen einzuhalten, insbesondere die Fructoselösungen in einem heißen Luftstrom sprühzutrocknen, während getrennt davon feste Fructoseteilchen zugeführt werden, vorzugsweise als umlaufende Produkte. Bezüglich des eingesetzten, trocknenden Gasstroms werden bestimmte Eingangsund Ausgangstemperaturen angegeben.

Während gemäß dem Stand der Technik die wirksame Trocknung von Saccharose- und einfachen Fructoselösungen bekannt ist,

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wurde festgestellt, daß diese bekannten Methoden dann keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefern, wenn man statt der einfachen Zuckerlösungen gemischte oder komplexe Zuckersirupe einsetzt, z.B. im Handel befindliche hochkonzentrierte Fructose-Mais-Sirupe. Aus solchen Sirupen erhält man bei Anwendung der bekannten Verfahren nämlich Zuckerprodukte, die beim Lagern über einen längeren Zeitraum nicht den aus getrennten Einzelteilchen bestehenden Zustand beibehalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Trocknen von komplexen Zuckersirupen zu schaffen, mit dem man ein festes, stabiles Zuckerprodukt erhält, das auch beim Lagern über einen längeren Zeitraum die nach dem Trocknen erhaltene Struktur aus getrennten Einzelteilchen beibehält.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Trocknen komplexer Zuckerlösungen gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

(a) die dispergierten komplexen Zuckerlösungen in einem erhitzten Gasstrom, der eine Eingangstemperatur von etwa 100 bis 300 C und eine Ausgangstemperatur von etwa 60 bis 120° C besitzt, in Gegenwart von ca. 1 bis 10 Gewichtsteilen getrennt eingeführter, im Kreislauf umlaufender, konditionierter Feststoffe pro Gewichtsteil in der Lösung

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befindlichem Feststoff trocknet und

(b) das erhaltene feste Produkt mit einem trocknenden Gas, dessen Temperatur unter dem Schmelzpunkt des festen Produktes liegt, genügend lange Zeit in Berührung bringt, so daß sich der Wassergehalt des Feststoffes soweit vermindert, daß er nicht mehr als 0,5 % beträgt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, ein getrocknetes, freifließendes und stabiles, aus Einzelteilchen bestehendes Zuckerprodukt aus schwierig kristallisierbaren komplexen Zuckerlösungen in einfacher Weise herzustellen, wobei das Verfahren das Sprühtrocknen solcher Lösungen in Gegenwart von im Kreislauf geführten Feststoffen enthält. Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den bisher bekannten Verfahren wesentlich dadurch, daß der eigentlichen Konditionierstufe eine weitere Stufe folgt, in der der Feuchtigkeitsgehalt des sprühgetrockneten Produktes soweit vermindert wird, daß er nicht mehr als 0,5 % beträgt, wodurch man ein stabiles Produkt erhält, von dem ein Teil als im Kreislauf geführtes Feststoffprodukt eingesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt demnach für das anfängliche Trocknen der Lösungen von Zuckermischungen konventionelle Techniken und Vorrichtungen, wie sie beispielsweise

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in US-PS 36 OO 222, 37 04 169 und 37 06 599 beschrieben sind.

Vorzugsweise wird diese erste Trockungsstufe mit Hilfe der an sich bekannten Sprühtrocknungstechnik durchgeführt. Komplexe Zuckerlösungen, die Fructose als einen der Hauptzuckerbestandteile enthalten, können auf diese Weise unter den in US-PS 39 56 009 beschriebenen Bedingungen für die Sprühtrocknung getrocknet werden.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß das aus gemischten Zuckersirupen gebildete feste, getrocknete Produkt dadurch für eine Langzeitlagerung stabilisiert werden kann, daß man das getrocknete Produkt einer nachfolgenden Konditionierstufe unterwirft und einen Teil des auf diese Weise konditionierten Produktes als umlaufendes Beschickungsmaterial für die Trocknungsstufe einsetzt.

In der Konditionierstufe wird das sprühgetrocknete Produkt, das normalerweise einen restlichen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1 % oder mehr besitzt, auf einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 0,5 % eingestellt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß man die Feststoffteilchen mit einem Gas in Berührung bringt, das einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 50 % besitzt und dessen Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Feststoffes liegt, vorzugsweise im Bereich von 60 C bis

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etwa 10° C unter dem Schmelzpunkt des festen Materials. Es wurde gefunden, daß unter diesen Bedingungen das restliche Wasser leicht soweit entfernt werden kann, daß der erforderliche niedrige Feuchtigkeitsgehalt erreicht und ein Produkt erhalten wird, daß als ein stabiles, freifließendes, aus Einzelteilchen bestehendes gemischtes Zuckerprodukt gewerblich verwendbar ist und keine oder hur in geringem Maße unerwünschte Eigenschaften aufweist, die durch die Gegenwart thermisch abgebauter Produkte hervorgerufen werden. Ein Teil dieses Produktes kann als umlaufendes festes Beschickungsmaterial in der ersten Trockungsstufe eingesetzt werden.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Einrichtung umfaßt einen Sprühtrockner für die erste Trockungsstufe, ferner Hilfsmittel zur Herstellung des trocknenden Gases, Mittel zum Dispergieren des Sirups auf den Teilchen des umlaufenden Feststoffs sowie Mittel zur Abtrennung der gasförmigen und festen Produkte. Ferner ist eine Konditionierkammer erforderlich, in der das Produkt aus der ersten Trocknungsstufe bei einer geregelten Temperatur in einem Gas mit gesteuerter relativer Feuchtigkeit behandelt werden kann. Ein Teil des aus der Konditionierstufe erhaltenen Produkts wird in den Kreislauf zurückgeführt, ein anderer Teil wird als Endprodukt abgezogen.

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Durch diese erfindungsgemäßen, relativ einfachen Maßnahmen erhält man überraschenderweise Produkte mit der gewünschten Stabilität aus gemischten oder komplexen Zuckerlösungen wie z.B. aus einem handelsüblichen, hochkonzentrierten Fructose-Mais-Sirup, der aus etwa 42 % Fructose, etwa 52 % Dextrose und etwa 6 % anderen Zuckern in Form einer 70%igen Lösung besteht, oder auch aus anderen Fructoselösungen mit einem wesentlichen Gehalt an anderen Zuckern.

In jedem Trockungsverfahren, in dem die Zurückführung eines Teil des Produktes vorgesehen ist, ist es notwendig, zur Ankurbelung des Verfahrens einen trockenen Feststoff als Ausgangsmaterial einzusetzen. Der Feststoff kann aus einem vorhergehenden Ansatz eines gemischten Zuckers stammen, es kann aber auch irgendein getrocknetes, aus Einzelteilchen bestehendes Produkt wie Dextrose oder Fructose als Ausgangsmaterial eingesetzt werden. In jedem Falle wird das anfängliche Ausgangsmaterial nach mehreren Arbeitszyklen größtenteils durch das eigentliche Produkt ersetzt sein, und das im Kreislauf geführte Material ergibt dieselbe Feststaffanalyse wie dasjenige in dem Ausgangssirup.

Im Verlauf der Arbeiten, die zu dieser Erfindung führten, wurde festgestellt, daß die Entfernung des Wassers von der Oberfläche durch ein Verfahren, bei dem der Sirup auf umlaufenden Feststoffen verteilt wird, hinsichtlich des Wassergehalts der

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umlaufenden Feststoffe kritisch ist. Die umlaufenden Feststoffe müssen solche physikalischen Eigenschaften aufweisen, daß sie in einem pneumatischen Fördersystem gehandhabt werden können und nicht dazu neigen, unter Bildung von nicht beweglichen Feststoffen zusammenzuschmelzen. Aus diesem Grunde ist es erfindungsgemäß außerordentlich wichtig, daß der Wassergehalt der umlaufenden Feststoffe nicht größer als 0,5 Gew.% ist. Wenn man diese Grenze des Wassergehaltes beachtet, erhält man aus Einzelteilchen bestehende, freifließende Feststoffe, die für das Funktionieren des gesamten Trocknungssystems notwendig sind.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man auch leicht die Produktdichte kontrollieren und, falls gewünscht, zu Produkten mit höherer Dichte gelangen. Es ist gut bekannt, daß an der Luft kristallisiertes Material beim Stehen zu einem Ansteigen der Dichte neigt. Man nimmt an, daß diese Dichteänderungen durch Umlagerungen innerhalb der Teilchen dort hervorgerufen werden, wo sehr energiereiche Bezirke, wie z.B. die Kanten grober Teilchen, zum Abrunden neigen mit einer sich ergebenden Gesamtverdichtung der Teilchen. Auch in Gegenwart einer gesättigten Lösung neigen kleine Kristalle dazu, sich aufzulösen und auf der Oberfläche großer Kristalle wieder auszukristallisieren. Daher sind in einem aus kleinen und großen Teilchen bestehenden heterogenen System in Gegenwart von etwas Feuchtigkeit an der Oberfläche die kleinen Teilchen bestrebt,

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Teil der größeren Teilchen zu werden. Schließlich wird durch den abschleifenden Kontakt zwischen den Teilchen die Kristallisation von Material in einer gesättigten Lösung auf einer Teilchenoberfläche beschleunigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren benutzt die vorgenannten physikalischen Verhältnisse dazu, die Dichte des Produkts leicht einzustellen. Wenn die aus dem Sprühtrockner kommenden Feststoffe einer Konditionierung unterworfen werden, beispielsweise durch Einführen in ein Wirbelbett, dann wird der Wasserdampf in der Weise aufgenommen, daß man eine gleichmäßige Verteilung des Wasserdampfes in den Teilchen erhält, die in einem bestimmten Volumen des Wirbelbettes enthalten sind. Ein Gas mit einem regulierten bestimmten Feuchtigkeitsgehalt wird vom Boden her in das Wirbelbett eingeführt, und zwar bei einer Temperatur, bei der sich der Dampf in den Teilchen kondensiert und flüssige Filme innerhalb der Zwischenräume der Teilchen bildet, um so eine Umwandlung innerhalb der Teilchen unter Begünstigung einer niedrigeren Oberflächenenergie zu erleichtern. Da das Gas durch das Wirbelbett hindurch strömt, wird reine Feuchtigkeit von den Teilchen entfernt. Das aus dem Trockner kommende feste Produkt mit einem vorherbestimmten Feuchtigkeitsgehalt wird gesteuert (1) durch die Menge an zugesetzter Feuchtigkeit, um die Umwandlung innerhalb der Teilchen zu erreichen, (2) durch die Feuchtigkeit in dem Produkt, das aus dem

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Sprühtrockner kommt, (3) durch den Feuchtigkeitsgehalt der eintretenden Lutt und (4) durch den Feuchtigkeitsgehalt in der austretenden Luft. Jeder der vorgenannten Faktoren ist unabhängig von den anderen einstellbar, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten.

Ein zweites Mittel zur Einstellung der Dichte des erfindungsgemäß erhaltenen Produkts besteht in der Verwendung eines mechanischen Verdichters, durch den die locker aneinanderhaftenden Teilchen, die aus dem Sprühtrockner kommen, wie in einer Brikettpresse zusammengepreßt werden, wodurch das Leervolumen zwischen dem relativ dichten, mikrokristallinen Material aus Teilchenaggregaten auf physikalischem Wege verkleinert wird. Aus dem Trocknerausstoß können relativ große Preßlinge hergestellt werden. Wenn gewünscht, können diese Preßlinge dann in Einzelstücke geeigneter Größe für das für den Umlauf bestimmte Material und für einen Produktstrom gebrochen werden.

Die Dichte kann auch durch Einstellen der Verweilzeit des sprühgetrockneten Produkts in der Konditionieranlage geregelt werden, wobei man dafür sorgt, daß die Teilchen des getrockneten Produktes miteinander in einem abschleifenden Kontakt stehen. Die Verweilzeit sollte nur innerhalb wirtschaftlich vertretbarer Grenzen, die eine ausreichende Bildung des

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gewünschten Produkts gewährleisten, erhöht werden.

Es können auch Kombinationen der oben genannten Mittel zur Erhöhung der Dichte von an der Luft kristallisierten Produkten angewendet werden.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert, ohne jedoch auf diese Beispiele beschränkt zu sein. Die angegebenen Teile und Prozentsätze beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, jeweils auf das Gewicht.

Beispiel 1

In einem Sprühtrockner mit einem Durchmesser von 76,2 cm, einem 1,829 m Trockenzylinder und einem 0,914 m Sammeltrichter wurde eine Beschickung von 70 Brix HFCS mit einer Geschwindigkeit von 160 Teilen pro Minute eingeführt. Die Lösung wurde durch eine hydraulische Düse am Boden des Trockners dispergiert. Zurückgeführte feste Teilchen aus der Konditionieranlage wurden mit Hilfe von Luft in die Trockenkammer gefördert und mit einer Geschwindigkeit von 58O Teilen pro Minute über einen Einlaß eingespeist, der etwa in halber Höhe der Trockenkammer und tangential zu ihren Wänden angeordnet ist, um ein Zusammenmischen der festen Teilchen und der flüssigen Beschikkung zu bewirken, indem die Flüssigkeit wirkungsvoll über die festen Teilchen verteilt wurde. Luft wurde mit einer

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Eingangstemperatur von 166° C eingeführt. Sie hatte eine Auslaßtemperatur von 87° C. Das feste, aus Einzelteilchen bestehende Material aus dem ersten Trockner hatte einen Wassergehalt von 1,5 %. Eine Probe dieses Produktes verschmolz in kurzer Zeit zu einer festen, klebrigen Masse.

Die Feststoffe aus dem ersten Trockner wurden in eine Konditioniereinheit in Form eines konventionellen Fließbettes gefördert, in dem die festen Teilchen mit trockenem Stickstoff bei einer Temperatur von 60° C in Kontakt gebracht wurden. Das konditionierte Produkt besaß einen Feuchtigkeitsgehalt von annähernd 0,4 %. Ein Teil des konditionierten Produktes wurde als die umlaufende feste Beschickung des ersten Trockners verwendet. Der Rest des konditionierten Produktes wurde über einen langen Zeitraum beobachtet, in dem er in einer festen, aus Einzelteilchen bestehenden Form bestehen blieb und weder einen "verbrannten" Geschmack noch eine merkliche Dunkelverfärbung zeigte.

Beispiel 2

Es wurde unter den gleichen Bedingungen und mit den gleichen Vorrichtungen gearbeitet, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, daß die Beschickungslösung 70 % eines Feststoffgemisches aus Fructose und Saccharose in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1,3 enthielt. Das konditionierte Produkt

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bestand aus einem stabilen, freifließenden, aus Einzelteilchen bestehenden Material.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Trocknen komplexer Zuckerlösungen, dadurch gekennzeichnet, daß man

(a) die dispergierten komplexen Zuckerlösungen in einem erhitzten Gasstrom, der eine Eingangstemperatur von etwa 100 bis 300° C und eine Ausgangstemperatur von etwa 60 bis 120 C besitzt, in Gegenwart von ca. 1 bis 10 Gewichtsteilen getrennt eingeführter, im Kreislauf umlaufender, konditionierter Feststoffe pro Gewichtsteil in der Lösung befindlichem Feststoff trocknet und

(b) das erhaltene feste Produkt mit einem trocknenden Gas, dessen Temperatur unter dem Schmelzpunkt des

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festen Produktes liegt, genügend lange Zeit in Berührung bringt, so daß sich der Wassergehalt des Feststoffes soweit vermindert, daß er nicht mehr als 0,5 % beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Konditioniergas eine Feuchtigkeit von weniger als 50 % aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Konditioniergas eine Temperatur im Bereich von 60° C bis etwa 10° C unter dem Schmelzpunkt des gebildeten festen Produktes besitzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der zweiten Zone in Gegenwart der gesprühten Zuckerlösung in die erste Trockungszone zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt zur Erhöhung seiner Dichte abschleifend verdichtet wird.

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