Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1970
Main Title: Entwicklung eines Extraktreinigungsverfahrens mit reduziertem Kalkverbrauch
Translated Title: Development of process for juice purification with reduced consumption of limestone
Author(s): Shahidizenouz, Azar
Advisor(s): Senge, Bernhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Zur Einsparung von Kalk und Koks in der Extraktreinigung (Saftreinigung) der Zuckerfabrikation wurden in den letzten Jahren verstärkte Anstrengungen unternommen. Unterschiedliche Extraktreinigungsverfahren wurden entwickelt und getestet. Ein in der ZAFES (Zentralabteilung Forschung, Entwicklung und Services der Südzucker AG) entwickeltes Extraktreinigungsverfahren mit der Abtrennung einer eiweißhaltigen Fraktion aus dem vorgekalkten Extrakt (SZ/RT-Extraktreinigungsverfahren) führte zu einem deutlichen geringeren Kalkverbrauch. Die kontinuierliche Erfassung der Extraktviskosität als Indikator für den Gehalt an hochmolekularen Bestandteilen des Extraktes sowie die Optimierung der Reinigungsprozessschritte (insbesondere die Hauptkalkungsbedingungen mit geringerem Kalkverbrauch) spielen für die effektive Durchführung des SZ/RT-Extraktreinigungsverfahrens eine zentrale Rolle. Ziel der Arbeit war es, den Stand des Wissens und die erforderlichen wissenschaftlichen Grundlagen einer Extraktreinigung mit reduzierendem Kalkverbrauch zu erweitern und zu vertiefen. Der industrielle Einsatz des SZ/RT-Extraktreinigungsverfahrens sollte durch Labor- und Versuche im großtechnischen Maßstab vorbereitet werden. Ein Inline-Online-Messverfahren zur Erfassung der Extraktviskosität wurde entwickelt und optimiert, um einen objektiven fluiddynamischen Kennwert als Führungsgröße zur optimalen Steuerung der Extraktreinigung insbesondere zur Reduzierung des Kalkverbrauches zu erhalten. Dazu stand das Messsystem RHEOSWING® RSD 1-1 auf der Basis eines Torsionsschwingers (Oszillationsmessungen) zur Verfügung. Die Kompensation der Einflüsse unterschiedlicher Parameter wie z. B. Temperatur, Trockensubstanzgehalt, Strömungsgeschwindigkeit und Schergeschwindigkeit sowie die vorliegenden Hydrokolloide wie Pektin, Dextran und Lävan auf die Extraktviskosität wurde unter Produktions- wie Laborbedingungen ermittelt. Ein Superpositionsprinzip durch Zugabe von Lävan und Dextran in einer Saccharose-Pektin-Matrix wurde ermittelt. Anhand der Labor- und technischen Untersuchungen wurde ein Auswertungsdiagramm zur Interpretation der Viskositätssignale abgeleitet. Die Integration des Messsystems in das Prozessleitsystem ist bei Verarbeitung von alteriertem Rübenmaterial von großem Vorteil. Bei den Laborextraktreinigungsversuchen mit einer Modelllösung und Extrakten aus der technischen Anlage wurde die Temperatur-Verweilzeit-Korrelation in der Hauptkalkung mit reduzierendem Kalkverbrauch ermittelt und quantifiziert. Aus den Daten wurde das bisherige Konzept des SZ/RT-Extraktreinigungsverfahrens (Hauptkalkungsalkalität von 0,6 g CaO/100 ml) hinsichtlich des Kalkverbrauches in der Hauptkalkung für eine optimale Amidverseifung weitgehend reduziert. Es wurde festgestellt, dass eine Reduzierung der Hauptkalkungsalkalität bis ca. 0,4 g CaO/100 ml, und damit ein Einsparpotenzial Kalksteinverbrauch von ca. 5 kg/t R möglich ist. Dekantationsversuche mit vorgekalkten Extrakten im Labor und in einem Versuchsdekanteur; (V = 20 m3) liefern optimale Dekantationsbedingungen wie Dekantationszeit, Temperatur und der Alkalität des vorgekalkten Extraktes. Weiterhin wurde das optimale Flockungshilfsmittel (Art und Menge) ermittelt. Es wurde festgestellt, dass die Extraktvoralkalisierung mit Hilfe Kalkmilch, des hauptgekalten Extraktes oder der Natronlage einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität des gereinigten Extraktes ausübt. Eine Reduzierung der mikrobiologischen Aktivität im Bereich der Extraktanwärmer wurde ermittelt. Mit Hilfe der Laborextraktreinigungsversuche mit einem Extrakt mit Komponentengemisch (Dextran, Lävan und Pektin) konnten die kritischen Kolloidmengen von 100 mg/l für die unterschiedlichen Extraktreinigungsverfahren mit unterschiedlichen Hauptkalkungsalkalitäten festgestellt werden. Die Laborextraktreinigungsversuche aus gezielt frostgeschädigtem Rübenmaterial sowie die rheologische Untersuchung des hergestellten gereinigten Extraktes mit Hilfe eines Hochleistungsrheometers bestätigten die Effizienz des SZ/RT-Extraktreinigungsverfahrens im Vergleich mit anderen Maßnahmen (wie z. B. der Dextranaseeinsatz, die Erhöhung des Kalkverbrauches sowie die Kalkungscarbonatation) zur Verarbeitung von alteriertem sowie frostgeschädigtem Rübenmaterial.
In recent years, efforts have been intensified to economise on the use of limestone and coke in the purification of extract (juice purification) in sugar manufacture. A variety of juice purification processes have been developed and tested. A juice purification process developed by ZAFES (Südzucker AG's Central R&D and Services Department) involving separation of a protein containing fraction from the prelimed juice (SZ/RT juice purification process) led to markedly lower lime consumption. Continuous recording of the raw juice viscosity as an indicator of the content of high-molecular compounds of the raw juice and optimising the purification process stages (in particular the main liming conditions with little limestone usage) play a major role in the effective implementation of the SZ/RT juice purification process. Purpose of the work was to expand and deepen the level of knowledge and scientific basic principles of juice purification with reduced consumption of limestone. Laboratory and large-scale experiments should pave the way for the introduction of the industrial application of the SZ/RT juice purification process. An inline-online procedure has been developed for measurement of viscosity of the raw juice and optimised to obtain an objective fluid-dynamic characteristic value as a reference input for optimum control of the juice purification and in particular for reducing limestone consumption. For this purpose, the RHEOSWING® RSD 1-1 measurement system, based on a torsional pendulum (oscillation measurements) was available. The necessary compensation for influences of various parameters such as temperature, dry matter content, speed of flow and shear speed, and those of the hydrocolloids like pectin, dextrane and lavane present on the viscosity of the raw juice was established under production as well as under laboratory conditions. A superposition principle was established by addition of lavane and dextrane in a saccharose-pectin matrix. An evaluation diagram for interpreting the viscosity signals was derived from the laboratory and pilot-plant experiments. Integration of the measuring system in the process control system is also of great benefit when processing inferior beet material. In the laboratory juice purification experiments with a model solution and raw juices from the pilot plant, the temperature-dwell-time correlation in the main liming with reduced lime consumption was established and quantified. From the data, the previous concept of the SZ/RT juice purification process (main liming alkalinity 0.6 g CaO/100 ml) was reduced in respect of lime usage in the main liming for an optimum amide saponification to a great extent. It was established that a reduction of the main liming alkalinity to about 0.4 g CaO/100 ml, thus offering a potential limestone saving of some 5 kg/t beet, is possible. Decantation experiments with prelimed juice were carried out in the laboratory and in a pilot decanter; (V = 20 m3), which provides optimum decantation conditions such as decantation time, temperature and alkalinity of the prelimed juice. In addition, the optimum flocculant was identified (type and quantity). It was further established that pre-alkalinisation of the raw juice with the help of milk of lime, of the main-limed juice or soda-lye exerts a considerable influence on the quality of the thin juice. Reduction of the microbiological activity in the region of the raw juice heat exchanger was also established. With the aid of the laboratory juice purification experiments using an juice with ingredient mixture (dextrane, lavane and pectin) it was possible to establish the critical colloid amounts of 100 mg/l for the different juice purification procedures with differing main liming alkalinity levels. The laboratory juice purification experiments using frost-damaged beet material as well as the rheological examination of the purified juices produced, using a high-performance rheometer, all confirm the efficiency of the SZ/RT juice purification process in comparison with other measures (such as the addition of dextranase, an increased usage of lime and the liming carbonation) for the processing of inferior and frost-damaged beets.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-19754
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2267
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1970
Exam Date: 26-Jun-2008
Issue Date: 9-Sep-2008
Date Available: 9-Sep-2008
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Amidverseifung
Kalksteinverbrauch
Rohsaftviskosität
Saftreinigung
Zuckerherstellung
Amide saponification
Juice purification
Limestone consumption
Raw juice viscosity
Sugar manufacture
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