Auswirkungen der alkalischen Extraktion von elektroporierten Zuckerrüben auf das Verfahren der Zuckerproduktion

Influence of alkaline extraction of electroporated sugar beets on the process conditions in sugar manufacturing

  • In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen der alkalischen Extraktion von elektroporierten Rüben auf das Verfahren der Zuckergewinnung untersucht. Bei zahlreichen Experimenten zur Thermostabilität der Dünnsäfte zeigte sich, dass der pH-Wert-Abfall in der Verdampfstation etwas größer ist als beim herkömmlichen Verfahren. Allerdings sinkt der pH-Wert bei der Kristallisation nicht unter Werte von 8, so dass der etwas größere pH-Wert-Abfall keine technologischen Schwierigkeiten verursacht. DIn der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen der alkalischen Extraktion von elektroporierten Rüben auf das Verfahren der Zuckergewinnung untersucht. Bei zahlreichen Experimenten zur Thermostabilität der Dünnsäfte zeigte sich, dass der pH-Wert-Abfall in der Verdampfstation etwas größer ist als beim herkömmlichen Verfahren. Allerdings sinkt der pH-Wert bei der Kristallisation nicht unter Werte von 8, so dass der etwas größere pH-Wert-Abfall keine technologischen Schwierigkeiten verursacht. Die Farbe des Dicksaftes wird durch das Extraktionsverfahren kaum beeinflusst. Die Dicksäfte der alkalischen Extraktion haben trotz der etwas stärkeren Verfärbung in der Verdampfstation wegen der deutlich geringeren Dünnsaftfarben bessere Werte als beim konventionellen Verfahren. Als sehr nachteilig bei der weiteren Verarbeitung der Dünnsäfte beim Verfahren der alkalischen Extraktion erwies sich die Bildung großer Trübstoffmengen während der Eindampfung, die einen sehr negativen Einfluss auf die Qualität des Weißzuckers haben und die eine Absenkung der Melassereinheit auf Werte um 60 % unmöglich machen. Die Trübstoffbildung erfolgt nicht wegen der Überschreitung der Löslichkeitsgrenzen einiger Verbindungen. Sie erfolgt bereits bei thermischer Belastung der Säfte ohne Wasserverdampfung. Sie ist annähernd linear von der Zeit und exponentiell von der Temperatur abhängig und ähnelt in dieser Hinsicht der Farbbildung in technischen Saccharoselösungen. Die Trübstoffbildung kann nicht durch Veränderungen des Saftreinigungsverfahrens beeinflusst werden. Erhöhungen der Alkalität und der Aufenthaltszeiten in der Hauptkalkung sowie die Einführung einer Nachkalkung haben keinen Einfluss auf die Trübstoffbildung in der Verdampfstation. Die Ursachen der Trübstoffbildung konnten nicht aufgeklärt werden. Eventuell verursachen hochmolekulare Bestandteile des Rübengewebes, die bei der alkalischen Extraktion in Lösung gehen, beispielsweise Hemicellulosen, in Zusammenwirkung mit Calcium-Ionen bei hohen Temperaturen die Trübstoffbildung. Aus den Verdampfungskristallisationsversuchen ergibt sich eine lineare Beziehung zwischen der Trübstoffkonzentration im Muttersirup und dem Trübstoffgehalt in den Zuckerkristallen. Es ist daher zwingend notwendig, den Trübstoffgehalt im Dicksaft so weit zu reduzieren, dass ein den Qualitätsanforderungen entsprechender Weißzucker produziert werden kann. Dies ist mit Hilfe einer Anschwemmfiltration möglich. Der Trübstoffgehalt im Dicksaft hat zunächst keinen nennenswerten Einfluss auf dessen Viskosität. Durch die Anreicherung der Trübstoffe in den Muttersirupen der aufeinander folgenden Kristallisationsstufen steigt jedoch die Viskosität der Abläufe so stark an, dass bei der Nachproduktkristallisation eine Absenkung der Muttersirupreinheit auf 60 % nicht erreicht werden kann und eine Abtrennung der Kristalle aus dem Nachproduktmagma mit Hilfe von Zentrifugen nicht möglich ist. Werden jedoch die Dicksäfte sorgfältig filtriert, so können diese Schwierigkeiten vermieden werden. Die alkalische Extraktion elektroporierter Zuckerrüben bietet im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren viele Vorteile. Die Zuckerverluste in der Extraktion sind klein, die Trockensubstanzgehalte der Pressschnitzel steigen auf 40 %, die Saftreinigung ist einfach, die Filtrationseigenschaften der Schlammsäfte sind hervorragend und das Belagbildungspotenzial der Dünnsäfte ist gering. Nachteilig ist die starke Trübstoffbildung bei der Eindampfung. Bei Einsatz einer Anschwemmfiltration des Dicksafts kann man jedoch sowohl qualitätsgerechten Weißzucker als auch Melasse mit Reinheiten um 60 % gewinnen.show moreshow less
  • The presented PhD thesis elucidates the influence of alkaline extraction of electroporated sugar beets on the process behaviour during sugar manufacturing. Various experiments focusing the thermo-stability of thin juices show a slightly higher pH decrease during evaporation, compared to common processing. However, the pH-value during crystallisation falls never below 8,0 and thus, the pH-drop during evaporation can be compensated and has, in principle, no influence on the process. The thick juicThe presented PhD thesis elucidates the influence of alkaline extraction of electroporated sugar beets on the process behaviour during sugar manufacturing. Various experiments focusing the thermo-stability of thin juices show a slightly higher pH decrease during evaporation, compared to common processing. However, the pH-value during crystallisation falls never below 8,0 and thus, the pH-drop during evaporation can be compensated and has, in principle, no influence on the process. The thick juice colour is not affected by the alternative extraction at all. Despite slightly higher colour formation in evaporation, the thick juice colour values lie below average values achieved by the traditional process. The reason is a lower thin juice colour index, entering the evaporation. Unfavourably, the formation of a bigger amount of new small particles during evaporation increased seriously the turbidity of the thick juice. Increased turbidity has a negative influence on the white sugar quality and makes it almost impossible to reduce the purity of molasses to 60 %. The formation of turbidity is not caused by exceeding the dilution limits of available compounds in the juice. It happens already by thermal loading of the juice, i.e. without evaporation. Its dependence seems to be linear on time and exponential on temperature. This process of turbidity formations reminds the colour formation in technical sucrose solutions. The formation of turbidity-causing particles cannot be reduced by modifying juice purification. Higher alkalinity, enlarged residence time in main liming as well as additional (second) liming have no influence on the turbidity in evaporation process. The origin of the turbidity formation has not been elucidated yet. It can be probably believed that by alkaline extraction the high molecular rests from the beet fibre (for example hemi-cellulose) overcome to the juice solution and promote in synergy with Ca2+ ions by elevated temperature the turbidity formation. The crystallisation experiments (by evaporating crystallisation) show a linear dependence of the turbidity concentration in the mother liquor and the turbidity in the crystals. Thus, it is of peculiar importance to reduce the turbidity in the thick juice with the aim to produce white sugar of required quality. This is possible by applying precoat filtration. The concentration of turbidity matters in the thick juice has no influence on its viscosity. However, the concentration of the turbidity components in the crystallisation strikes (steps) results in strongly increased viscosities in the run-offs. Thus, the molasses purity of 60 % cannot be simply achieved. Moreover, the separation of the crystals from molasses by centrifugation is not possible any more. These problems can be eliminated by careful filtration of thick juice. The alkaline extraction of electroporated sugar beets offers several benefits in comparison to standard technology layout. The sugar losses in the extraction are reduced and the dry substance of pressed pulp can be increased up to 40 %. The juice purification is simple and corresponding filtration properties are excellent. Also the scale formation can be almost neglected. A problem remains the strong formation of turbidity during the evaporation. The application of precoat filtration technique can, however, improve the processing, assuring a suitable quality of white sugar and low purity of molasses about 60 %.show moreshow less

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Metadaten
Author: Arash Bagherzadeh Chahar Joui
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-27322
Advisor:Prof. Dr.-Ing. Matthias Kraume
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/08/02
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Date of final exam:2010/06/16
Release Date:2010/08/02
Tag:Elektroporation; Kristallisation; Trübung; Zuckerproduktion; alkalische Extraktion
alkaline extraction; crystallisation; electroporation; sugar manufacturing; turbidity
Institutes:Institut für Verfahrenstechnik
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)