Vermahlung und Raffination von Rohr- und Rübenzucker

Der Feststoffgehalt der Zuckerlösung mit Kristallen und die Mutterlaugenkonzentration werden üblicherweise im Vakuumkocher überwacht. Sie werden zur Steuerung des Kristallisationsprozesses verwendet und wirken sich daher auf die Qualität des Endprodukts, der Zuckerkristalle, aus. Der Feststoffgehalt der Zuckerlösung mit Kristallen ist die Mischung aus Kristallen und Mutterlauge, die aus dem Kristallisationsprozess entsteht. Die Mutterlaugenkonzentration ist wiederum die flüssige Phase in der Zuckerlösung mit Kristallen während der Kristallisation. Der Feststoffgehalt der Zuckerlösung mit Kristallen oder der Gesamtzuckergehalt wird typischerweise mit einem Mikrowellenmeter oder einer Kerndichtesonde bestimmt. Die Mutterlaugenkonzentration (gelöster Zucker) wird dagegen mit einem Refraktometer gemessen. Die Messskala ist üblicherweise Brix.

Online-Überwachung der Chargenkühlungskristallisation

Chargenkühlungskristallisation ist ein weit verbreitetes Herstellungsverfahren in mehreren Industrien. In der Zuckerindustrie kommt es hauptsächlich als erster Schritt zur Herstellung von Zuckerlösung mit Kristallen (Füllmassemagma) zum Einsatz, um Chargen- oder kontinuierliche Verdunstungskristallisatoren anzuimpfen und die endgültige Erschöpfung von Zucker aus dem Grundrohstoff (Rüben oder Zuckerrohr) zu erhöhen. In der Pharmaindustrie wird es zur direkten Herstellung
des Endprodukts angewendet. Die Kühlungskristallisation wird in verschiedenen Gerätetypen durchgeführt – in den typischen mit Kühlschlangen oder Doppelmantelbehältern mit eingebautem Rührwerk.

Kristallwachstum ist ein beliebtes Thema der Kristallisationsforschung. Aufgrund der Komplexität des Prozesses gibt es mehrere mehr oder weniger unterschiedliche Ansätze zu seiner Untersuchung. Die meisten theoretischen Studien beruhen auf Masse-, Energie- und Populationsbilanzgleichungen, kinetischen Korrelationen und Modellformulierungen, die manchmal auf fragwürdigen Annahmen und Vereinfachungen basieren. Kombinierte Methoden (theoretische und Laborexperimente im kleinen Maßstab) können nützliche Informationen über den Einfluss des einen oder anderen Parameters auf das Kristallwachstum liefern. Sie beschränken sich jedoch normalerweise auf die Untersuchung eines einzelnen (oder nur einiger weniger) Kristalle in hervorragend geregelten Umgebungen.
Die Probleme des Kristallwachstums bei der Kristallisation in Industrieanlagen, wenn sich Milliarden von Kristallen in der Zuckerlösung mit Kristallen befinden, werden selten untersucht, und wenn ja, ist die Validierung der Ergebnisse selten oder vollständig fehlend. Die Herstellung von hochwertigem Zucker sollte jedoch auf einer gründlichen Kenntnis der Prozesse basieren, die die Massenproduktion charakterisieren. Die größte Schwierigkeit bei der Untersuchung des Kristallwachstums in großen Populationen war der seit Langem bestehende Mangel an geeigneten Instrumenten, die zur Online-Überwachung maßgeblicher Parameter des Kristallwachstums benötigt werden.
Mit der Einführung der SeedMaster Messgeräte wurde die Online-Datenerfassung der wichtigsten Parameter der Kristallisation, einschließlich Übersättigung, Kristallgehalt und Reinheit der Mutterlauge, in etlichen Mühlen und Raffinerien der Welt Realität.

Es ist allgemein anerkannt, dass die Übersättigung den wichtigsten Parameter bei der Zuckerkristallisation darstellt. Sie spielt eine Schlüsselrolle bei der Bestimmung der Produktqualität und des Produktertrags, der Produktionskosten, der Rentabilität und des Überlebens des Herstellers. Neben der Übersättigung sind andere wichtige Parameter der Kristallgehalt, die Mutterlaugenreinheit (oder der Reinheitsabfall) und der Feststoffgehalt der Zuckerlösung mit Kristallen („Brix“).

Die Kristallisation von Zucker ist ein Prozess von zentraler Bedeutung. Derzeit wird ein hoher Prozentsatz an Kristallzucker unter manueller Kontrolle mit Instrumenten hergestellt, die wohl keine umsetzbaren Informationen liefern und offensichtlich Methoden ähneln, die vor einigen Jahrzehnten angewendet wurden. Dieser Ansatz ist völlig ungeeignet, um Qualitätszucker zu wettbewerbsfähigen Preisen in Massenproduktion herzustellen.

In Teil 1 dieses Whitepaper werden einige der wichtigsten Details der Zuckerkristallisation wie Produktqualität, Produktionskosten, Kristallwachstum, Kocherzirkulation und Impfung erläutert. Die Rolle und Bedeutung der Übersättigung in all diesen Details werden gebührend hervorgehoben. Siehe ISJ (2008), 110 (1315): 403 bis 413. In Teil 2 liegt der Schwerpunkt auf realen Fallstudien und auf einigen neuen Instrumenten, die verwendet werden können, um das Innenleben eines Kristallisators in Echtzeit zu beleuchten und die Informationen für eine erweiterte Steuerung der Kristallisation zu nutzen.

Die Bedeutung der Übersättigung bei der Zuckerkristallisation wird zunehmend erkannt. Sie wirkt sich maßgeblich auf die Produktqualität und Produktionskosten sowie auf die Parameter aus, die die Überlebenschancen von Anlagen auf der ganzen Welt bestimmen.