JP2001314200A - 溶媒への結晶砂糖の連続溶解方法及びこの方法を実施するための溶解反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単な溶解反応器が設けられ、混合装
置が不要であり、エネルギー消費量が少ない、溶媒特に
水に結晶砂糖を連続的に溶解するための連続溶解方法
と、この方法を実施するための装置を提供すること。 【解決手段】 溶解プロセス中に、結晶砂糖と溶媒が、
製造すべき砂糖溶液濃度に依存して、必要な比で連続的
に供給され、この供給量に対応する、製造した砂糖シロ
ップの量が、連続的に排出される、溶媒への結晶砂糖の
連続溶解方法、及び、結晶砂糖を供給された溶媒内にお
いて、結晶砂糖からなる沈澱物が、重力の作用下で、ほ
ぼ一定の床高さに保たれ、溶媒が重力に逆らって速度ｖ
で沈澱物を通って流れ、そして前記速度ｖが溶媒内の沈
澱物を上昇させる限界速度ｖ_Ｇを下回っている装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶解プロセス中
に、結晶砂糖と溶媒が、製造すべき砂糖溶液すなわち砂
糖シロップの所望の砂糖濃度に依存して、必要な比で連
続的に供給され、この供給量に対応する、製造した砂糖
シロップが連続的に排出される、溶媒特に水への結晶砂
糖の連続溶解方法と、この方法を実施するための装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】飲料工業、特にアルコールを含まない清
涼飲料の分野では、砂糖を結晶から出発して溶解し、高
濃度水溶液として加工している。このいわゆる単純シロ
ップは通常は、少なくともｗ_TS,L＝６０％（６０°ブリ
ックスとも呼ばれる）の乾燥物質含有量を有する溶液で
ある。この高濃度ゆえに、この溶液は微生物繁殖の危険
なしに貯蔵可能である。このような砂糖シロップを製造
するために、結晶砂糖を水に溶かすための不連続的な方
法と、連続的な方法が知られている。この場合それぞ
れ、溶解反応器が重要であり、特に、いわゆる溶解反応
器が重要である。

【０００３】不連続的な方法の範囲においては、いわゆ
る“バッチ式”溶解器が知られている。溶解すべき砂糖
は先ず最初にサイロ内に貯蔵される。適当な混合計量装
置を備えた溶解タンクは、１回の製品装入量のための砂
糖を溶解するために役立つ。溶解タンク内には先ず最初
に水が計量して入れられる。そして、砂糖が水の重量に
応じて計量して供給され、続いて砂糖が、通常は適切な
撹拌装置を用いて強く混合することにより水に溶解され
る。このようにして得られた砂糖溶液はろ過され、場合
によっては短時間加熱される。搬送管とフィルタと場合
によって設けられる熱交換器は、砂糖を含む配合水によ
って“洗われる”。不連続的な方法は経済的および技術
的な利点を有する。不連続的な方法の場合には、供給さ
れる粉の砂糖の全量が１回の装入量で溶解され、更に処
理される。このいわゆる大容量溶解器は撹拌容器であ
り、この撹拌容器内では、サイロ貯蔵物である砂糖が強
力な混合によって溶媒、好ましくは水に、直接溶解さ
れ、そして課題または使用目的に応じて更に加工され
る。不連続的な装置の場合、溶解材料全部を溶解容器内
で溶解させるために所定の時間滞留する。しかし、連続
的な装置の場合には常に流れて通過する。従って、溶解
材料は均一な滞留時間を有しておらず、滞留時間が分配
される。これに関する公知の複数の装置はその作用が似
ており、溶解温度とプロセス制御と濃度調節のための測
定制御技術だけが異なる。続いて、運転または製品の要
求に応じて後処理が行われる。一般的に、製造された砂
糖溶液は連続的にろ過され、場合によっては短時間加熱
される。

【０００４】連続的な砂糖溶解器は混合容器からなって
いる。この混合容器は例えば、１時間あたりの溶解出力
の１０〜２０％の収容能力を有する。貯蔵サイロから予
備容器に搬送された砂糖は、計量供給シュート、計量供
給スクリューまたは回転羽根式供給装置によって、混合
容器に連続的に計量供給される。砂糖の流量が一定であ
る場合には、水の供給は砂糖濃度に応じて計量供給弁を
介して制御される。水中に懸濁する砂糖は一部が循環ポ
ンプを用いて循環させることにより溶解される。この場
合、注入ノズルまたはいわゆる乱流管のような所定の組
み込み体を使用することによって、強い乱流を発生する
ことができる。適切な分離装置によって、砂糖溶液の一
部が、砂糖と砂糖溶液からなる混合物から連続的に分離
される。連続的に排出される砂糖溶液は場合によって
は、後溶解室を通過する。この後溶解室では、まだ残っ
ている砂糖結晶が残らず溶解させられる。熱を供給しな
がら砂糖を溶解する場合には、熱交換器が後溶解室内に
設けられる。この熱交換器の運転温度は温度コントロー
ラを介して調節される。

【０００５】溶解した砂糖の濃度は好ましくはバイパス
内で、屈折率測定器または濃度計によって測定され、後
続して配置されたコントローラによって一定に保たれ
る。この濃度計は制御弁を介して水の供給を制御する。
調節した目標濃度に達するや否や、砂糖シロップ排出管
内に配置された排出弁が開放され、完成した砂糖溶液は
溶解反応器から排出される。これに対して、調節された
目標濃度を下回ると、排出弁は閉じたままであり、砂糖
溶液は、水の後計量供給によって目標濃度に達するまで
循環させられる。連続的プロセスとすることによって、
装置は後処理または再処理のために、いわゆる“バッチ
式”プロセスの場合よりも小型に形成可能である。特に
大型の装置の場合、連続的に作動する砂糖溶解器は、現
在まで経済的な解決策である。連続的に作動する砂糖溶
解器はそのコントロールについて比較的にコストがかか
り、その混合装置の騒音レベルが比較的に高く、そして
砂糖を約５ｋＷｈ／トンで溶解することによって比較的
に多くのエネルギーを必要とする。更に、その出力を制
御することが困難である。この理由から、出力が大きく
変動する場合にも砂糖シロップの充分かつ確実な準備を
保証するために、連続的に作動する砂糖溶解器の後に、
単純シロップ貯蔵タンクが常に設けられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
に実施可能であり、かつ実施のために１個の溶解反応器
が設けられ、この溶解反応器の構造が公知の装置よりも
簡単であり、混合装置が不要であり、エネルギー消費量
が少ない、溶媒特に水に結晶砂糖を連続的に溶解するた
めの連続溶解方法と、この方法を実施するための装置を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段と発明の効果】この課題
は、結晶砂糖を供給された溶媒内において、結晶砂糖か
らなる沈澱物が、重力の作用下で、ほぼ一定の床高さに
保たれ、溶媒が重力に逆らって速度ｖで沈澱物を通って
流れ、そして前記速度が溶媒内の沈澱物を上昇させる
（巻き上がらせる）限界速度ｖ_Ｇを下回っていることを
特徴とする連続溶解方法によって解決される。本発明に
おいて、速度ｖはｖ〔ｍ／ｓ〕＝流通管に供給される単
位時間あたりの溶媒の量〔ｍ^３／ｓ〕／流通管の断面積
〔ｍ^２〕で求められる値である。この連続溶解方法の有
利な実施態様は従属請求項に記載されている。連続溶解
方法を実施するための溶解反応器は、溶解装置が垂直に
配置された流通管として形成され、この流通管の下端部
に水供給管が接続され、流通管が水供給管に続いて水供
給分配装置を備え、流通管の上端部に、砂糖シロップ排
出管が接続され、水供給分配装置と砂糖シロップ排出管
の間の範囲内において、砂糖供給装置が流通管に接続さ
れていることを特徴とする。溶解反応器の有利な実施態
様は請求項５に従属する請求項に記載されている。

【０００８】本発明の思想は実質的に、結晶砂糖を供給
した溶媒内で、結晶砂糖からなる沈澱物が重力の作用に
より、ほぼ一定の床高さに維持されることに基づいてい
る。溶媒は重力に逆らって速度ｖで、沈澱した結晶砂糖
からなるこの床を通って流れ、この速度は溶媒内で沈澱
物を巻き上がらせる限界速度ｖ_Ｇを下回っている。強い
溶解プロセスを促進する機械的なエネルギー供給が不要
であるので、連続溶解方法は非常に簡単である。この連
続溶解方法の実施は同様に簡単な溶解反応器で行われ
る。沈澱した結晶砂糖を通る媒体の流速が、沈澱物を上
昇させないように調節されるので、まだ完全に溶解して
いない砂糖結晶を砂糖シロップから分離するための特別
な手段は不要である。従って、提案した連続溶解方法
は、エネルギー的に望ましくかつ装置的に非常に簡単
に、溶媒への砂糖の溶解を可能にする。溶媒がｖ＝
（０．２〜１．０）×１０^−３ｍ／ｓの範囲の速度で結
晶砂糖からなる沈澱物を通って流れると、所望な溶解条
件が生じることが判った。約ｖ＝（０．２〜１．０）×
１０^−３ｍ／ｓの速度で流れると、いかなる場合にも、
結晶砂糖からなる沈澱物の吹き上げが回避される。この
条件下では、沈澱物１ｍ^２あたり、１７〜２０°Ｃの溶
媒温度のときに６２°ブリックスを有する約７００リッ
トル／ｈの砂糖シロップが生じる。

【０００９】連続溶解方法の他の実施態様では、沈澱物
領域に結晶砂糖を供給することによって維持される。沈
澱物領域とは、流通管において沈澱物が存在する領域を
いう。

【００１０】他の提案に従って、沈澱物領域の上方に結
晶砂糖を供給することによって維持されると、結晶砂糖
のこの供給連続溶解方法により、この溶解方法を実施す
るための溶解反応器がきわめて簡単になる。

【００１１】適当な滞留時間を有する垂直に配置された
流通管の形に、提案された連続溶解方法を実施するため
の溶解反応器を形成することにより、混合装置や撹拌装
置が不要である。必要な流通高さと、それによって生じ
る流通管の反応長さは、既存の物質交換条件または得よ
うとする物質交換条件に容易に適合可能である。溶解す
べき砂糖は、水供給分配装置と砂糖シロップ排出管の間
の範囲において流通管に接続された砂糖供給装置を経
て、流通管内に供給される。この流通管では、溶けない
砂糖が先ず最初に沈澱する。流通管の下端部には、水供
給管が接続され、この範囲において、この接続個所に直
接続いて、水供給分配装置が設けられている。従って、
溶媒すなわち水が、溶けない砂糖の沈澱した層内を、い
わゆる固体床と同様に、流通管の横断面積全体にわたっ
て、重力に逆らって下方から上方に流れる。流通管の定
常的な運転中沈澱する溶けていない砂糖の上方におい
て、流通管の残りの部分には砂糖溶液が完全に充填され
る。この場合、溶けていない砂糖とその上にある砂糖溶
液の間には、多少はっきりした分離層が形成される。そ
の際、沈澱した結晶砂糖の床高さは、砂糖供給装置が沈
澱物領域において流通管に接続していることによって維
持される。これに関連して、砂糖供給装置が、流通管の
下端から間隔ｈをおいて流通管に接続され、この間隔が
流通管の流通高さＨの約３分の１である（ｈ≒Ｈ／３）
と有利であることが判った。結晶砂糖の供給個所に関す
る、提案された反応器の他の実施態様では、砂糖供給装
置が沈澱物領域の上方において流通管に接続されてい
る。その際、砂糖供給装置が流通管の下端から間隔をお
いて流通管に接続され、この間隔が流通管の流通高さの
約３分の２であると、きわめて有利である。この場合、
供給された結晶砂糖は沈澱物上に積み重ねられる。これ
によって、砂糖供給装置を非常に簡単に形成することが
でき、砂糖供給装置に砂糖溶液が侵入する危険がない。
流通管の定常的な運転では、水が供給管を経て、そして
砂糖が供給装置を経て必要な量の比で連続的に供給さ
れ、これに対応する流量の砂糖シロップ（単純シロップ
とも呼ばれる）が流通管の上端から排出管を経てほとん
ど無圧で流出する。その際、流入する水の容積すなわち
量と、単純シロップの容積すなわち量と濃度が連続的に
測定され、続いて後から水を必要量連続的に混合するこ
とにより、完成シロップと呼ばれる最終製品の所望な目
標濃度が達成される。

【００１２】試験の結果、流通管の流通高さが約３〜
３．５ｍであり、沈澱物の床高さが約２ｍであると充分
であることが判った。この結果は設計に表れる。この反
応器高さにより、流通管の出口で少なくともｗ_TS,L＝６
０％（６０°ブリックスに一致する）の必要な乾燥物質
含有量が得られる。

【００１３】水への砂糖の溶解は吸熱プロセスである。
このプロセスが溶解速度を高めるために等温で行われる
場合、本発明による反応器の他の実施態様では、流通管
の上側半部に熱交換器が設けられている。更に、その代
わりに、水供給管内に熱交換器を配置することによって
必要な熱供給を保証することが提案される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による連続溶解方法を実施
するための反応器の２つの実施の形態が図に示してあ
る。次に、この反応器の構造と運転について説明する。
図１において反応器１は垂直に配置された流通管として
形成されている。この反応器の下端には水供給管４が接
続され、上端には砂糖シロップ排出管５が接続されてい
る。水供給分配装置２が水供給管４の接続口に直接接続
して流通管１内に設けられている。下側から流通管１に
入る水Ｗは、水供給分配装置によって水供給分配装置の
流通横断面Ａの全体にわたって均一に分配される。流通
管１の下側半部には、モータＭによって駆動される砂糖
供給装置３が側方から接続している。この砂糖供給装置
は例えば計量供給スクリューまたは回転羽根式供給装置
として形成され、貯蔵容器３ａから流通管１のこの範囲
に結晶砂糖Ｚを連続的に計量供給する。砂糖供給装置３
は流通管１の下端から間隔ｈ（供給高さｈ）をおいて流
通管に接続されている。この間隔は、流通管１の流通高
さＨの約３分の１である。砂糖供給装置３は遮断弁３ｂ
を介して流通管１の内室から遮断可能である。砂糖シロ
ップ排出管５には第２の水供給管６が接続している。流
通管１から出る単純シロップＥＳと呼ばれる砂糖シロッ
プに、水供給管６から水Ｗを供給可能である。これによ
り、所望な目標濃度を有するいわゆる完成シロップＦＳ
が生じる。

【００１５】流通管１を始動するために、この流通管内
で先ず最初に、水供給管路４から水Ｗが供される。この
水の量は、砂糖供給装置３からの砂糖Ｚの供給が、液体
レベルの下方で行われるような量である。待機時間の後
で、溶解していない砂糖Ｚが流通管１内で水供給分配装
置の上方に沈澱高さｈ^*（結晶砂糖Ｚからなる沈澱物Ｓ
の床高さｈ^*）にわたって沈澱し、その上にある砂糖溶
液ＥＳに対して分離層Ｔを形成する。続いて、水供給管
４とその後に配置された水供給分配装置２から水Ｗが連
続的に供給され、溶解していない砂糖Ｚからなる、床高
さｈ^＊を有する床を、流通管１の横断面積全体にわたっ
てほぼ均一に流通する（状態Ｗ＋Ｚ）。水供給管４から
の水Ｗの供給に応じて、砂糖Ｚが砂糖供給装置３から必
要量連続的に供給される。定常的な運転では、砂糖溶
液、すなわち単純シロップＥＳが分離層Ｔの上方で流通
管１内に完全に充填されている。この単純シロップはほ
とんど無圧で流通管１から砂糖シロップ排出管５を経て
流出する。水供給管４から流入する水Ｗの流量と、砂糖
シロップ排出管５内を流れる単純シロップＥＳの流量お
よび濃度（密度）は連続的に測定される。水供給管４と
砂糖シロップ排出管５内の流量のために測定値変換器Ｆ
Ｔが設けられ、砂糖シロップ排出管５内の密度のために
測定値変換器ＤＴが設けられている。

【００１６】図示した好ましい実施の形態では、流通管
１から砂糖シロップ排出管５を経て出る単純シロップＥ
Ｓ内の溶解した砂糖Ｚの量が調節される。この場合、流
通管１内の砂糖濃度は、完成シロップＦＳの目標濃度よ
りも常に大きい。この所望の目標濃度は、流量調整装置
ＦＩＣを用いて第２の水供給管６から砂糖シロップ排出
管５の途中に水Ｗを連続的に混合することによって得ら
れる。流通管１から出る単純シロップＥＳの流量と濃度
は、水供給管４内の水Ｗの流量と、砂糖供給装置３から
流通管１に供給される砂糖Ｚの量を決定する。測定制御
装置ＦＴ、ＤＴ、ＦＩＣと砂糖供給装置３の駆動装置Ｍ
は、信号処理ライン７を介して互いに接続されている。

【００１７】他の制御方法では、供給すべき砂糖Ｚの量
の調節によって、完成シロップＦＳの所望な目標濃度が
調節される。この場合、流通管１から砂糖シロップ排出
管５を経て出る単純シロップＥＳの流量と濃度が測定さ
れ、砂糖供給装置３を経て供給される砂糖Ｚの量が、同
様に測定される水供給管４内の水Ｗの流量に依存して制
御される。

【００１８】図２は、同様に流通管１として形成された
反応器の実施の形態を示している。この反応器は図１よ
りも部分的に更に簡単化されている。これは、結晶砂糖
Ｚのための供給個所を、流通管１の流通高さＨの約３分
の２に相当する供給高さｈ（ｈ≒Ｈ２／３）にずらすこ
とによって行われる。その際、砂糖供給装置３は、流通
管１の縦軸線に対して傾斜した管の形に形成されてい
る。この管は流通管１に側方から開口し、下端がシュー
ト３ｃを経て流通管１に接続している。それによって、
供給された結晶砂糖Ｚは、結晶砂糖Ｚからなる沈澱物Ｓ
（床高さｈ^＊）上に積み上げられる。砂糖シロップ５の
排出管は、溢流口のように作用し、それによって流通管
１内の最高液体レベルＮを決定するように、流通管１の
上端の側方に配置されている。この液体レベルＮは連通
管の原理に従って、砂糖供給装置３内にも形成されてい
る。それによって、この範囲での結晶砂糖Ｚの問題のな
い供給が可能である。液体レベルＮのレベルまで達する
溶媒（この溶媒は実質的に、分離層Ｔの上方に位置する
単純シロップＥＳである）に、砂糖Ｚを入れて分配する
ために、モータで駆動される混入分配装置８が設けられ
ている。反応器１の制御のために、図１の反応器で提案
された手段を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】砂糖供給装置が沈澱物領域において流通管に砂
糖を供給する、溶媒特に水に結晶砂糖を連続的に溶解す
るための反応器の一の実施の形態を概略的に示す図であ
る。

【図２】砂糖供給装置が沈澱物領域の上方において流通
管に砂糖を供給する、本発明による反応器の別の実施の
形態を示す図である。

【符号の説明】

１ 流通管 ２ 水供給分配装置 ３ 砂糖供給装置 ３ａ 貯蔵容器 ３ｂ 遮断弁 ３ｃ シュート ４ 水供給管 ５ 砂糖シロップ排出管 ６ 第２の水供給管 ７ 信号処理ライン ８ 混入分配装置 Ａ 流通横断面 Ｓ 沈澱物 Ｈ 高さ ｈ 間隔 ｈ^＊ 床高さ Ｎ 最高液体レベル Ｍ モータ Ｔ 分離弁 Ｗ 水 Ｚ 結晶砂糖 ＥＳ 砂糖シロップ ＦＳ 完成シロップ ＦＴ、ＤＴ 測定値変換器 ＦＩＣ 流量調整装置

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解プロセス中に、結晶砂糖と溶媒が、
   製造すべき砂糖溶液、すなわち砂糖シロップ内の所望の
   砂糖濃度に依存して、必要な比で連続的に供給され、こ
   の供給量に対応する、製造した砂糖シロップの量が、連
   続的に排出される、溶媒への結晶砂糖の連続溶解方法に
   おいて、 結晶砂糖を供給された溶媒内において、結晶砂糖からな
   る沈澱物が、重力の作用下で、ほぼ一定の床高さに保た
   れ、 溶媒が重力に逆らって速度（ｖ）で沈澱物を通って流
   れ、そして前記速度（ｖ）が溶媒内の沈澱物を上昇させ
   る限界速度（ｖ_Ｇ）を下回っていることを特徴とする連
   続溶解方法。
2. 【請求項２】 前記速度（ｖ）がｖ＝（０．２〜１．
   ０）×１０^−３ｍ／ｓ、に調節された請求項１記載の連
   続溶解方法。
3. 【請求項３】 沈澱物領域に結晶砂糖を供給することに
   よって維持される請求項１または２記載の連続溶解方
   法。
4. 【請求項４】 沈澱物領域の上方に結晶砂糖を供給する
   ことによって維持される請求項１または２記載の連続溶
   解方法。
5. 【請求項５】 少なくとも１個の容器が、砂糖供給装置
   と、水供給管と、製造した砂糖シロップ用の排出管と、
   砂糖シロップ内の砂糖の濃度を調節するための測定制御
   装置とを備えている、請求項１〜４のいずれか一つに記
   載の連続溶解方法を実施するための溶解反応器におい
   て、 溶解反応器が垂直に配置された流通管として形成され、 この流通管の下端部に水供給管が接続され、 流通管が水供給管に続いて水供給分配装置を備え、 流通管の上端部に、砂糖シロップ排出管が接続され、 水供給分配装置と砂糖シロップ排出管の間の範囲内にお
   いて、砂糖供給装置が流通管に接続されていることを特
   徴とする溶解反応器。
6. 【請求項６】 砂糖供給装置が沈澱物領域において流通
   管に接続されている請求項５記載の溶解反応器。
7. 【請求項７】 砂糖供給装置が、流通管の下端から間隔
   をおいて流通管に接続され、この間隔が流通管の流通高
   さの約３分の１である請求項６記載の溶解反応器。
8. 【請求項８】 砂糖供給装置が沈澱物領域の上方におい
   て流通管に接続されている請求項５記載の溶解反応器。
9. 【請求項９】 砂糖供給装置が流通管の下端から間隔を
   おいて流通管に接続され、この間隔が流通管の流通高さ
   の約３分の２である請求項８記載の溶解反応器。
10. 【請求項１０】 流通管の流通高さが約３〜３．５ｍで
    あり、沈澱物の床高さが約２ｍである請求項５〜９のい
    ずれか一つに記載の溶解反応器。
11. 【請求項１１】 流通管の上側半部内に熱交換器が設け
    られている請求項５〜１０のいずれか一つに記載の溶解
    反応器。
12. 【請求項１２】 水供給管内に熱交換器が設けられてい
    る請求項５〜１０のいずれか一つに記載の溶解反応器。