PROCESS FOR THE FINAL TREATMENT OF MOLASSES OR VINASSES, AND APPARATUS FOR CARRYING OUT THIS PROCESS

Abstract: In order not only to purify vinasse, especially by very substantial removal of the inorganic salts therein, in an energy-saving and operationally safe manner but also to purify molasses itself and, furthermore, to be able to recover sugar, the molasses or vinasse is treated with methanol vapour, when the water therein is replaced by methanol, and the substances insoluble in methanolic solution are removed. An apparatus for the process has an exchanger column (1) with a feedline (2) for molasses or vinasse opening into its upper region and a collecting line (9) for methanol vapour opening into its lower region, and with a line (10) for the resulting mixture of methanol and water vapour leading from its top to a rectification column (11) and with a bottom line (15) leading from its base to a settling vessel (16) in which insoluble inorganic substances separate out of the methanolic solution, and the settling vessel (16) is connected via a delivery line (18) for the supernatant methanolic solution to a stripping column (20) which has a fresh steam line (21) opening into its lower region and has a line (22) for methanol vapour connected to its top, it being possible for the lines carrying methanol vapour from the stripping column (20), from the rectification column (11) and from a methanol vaporiser (23) to be connected to the collecting line (9).

Description: Verfahren zur Aufarbeitung von Melasse oder Melasseschlempe sowie Anlage zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufarbeitung von Melasse oder Melasseschlempe sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens. Melasse fällt als Restprodukt bei der Zuckerfabrikation aus Zuckerrüben oder -rohr an. Sie enthält 15 bis 25 % Wasser, 40 bis 55 % Zucker und 4 bis 10 % Oxidasche. Der Rest besteht aus nicht vergärbaren organischen Substanzen mit einem Stickstoffgehalt von durchschnittlich 1,6 %. Diese organischen Nichtzuckerstoffe sind u.a. Dextrin, Milchsäure, Betain, Asparagin, Glutaminsäure, Leucin und Hydantoin. Nach Vergären der in Melasse enthaltenen Zucker und Gewinnung des gebildeten Äthanols bleibt die Melasseschlempe zurück. Ein grosses Hindernis bei der Weiterverarbeitung von Melasse und Schlempe sind die enthaltenen anorganischen Substanzen, wie Salze von Alkali- und Erdalkalimetallen. Sollen beispielsweise aus Schlempe Futtermittel hergestellt werden, so ist der hohe Kaliumgehalt der Schlempe besonders störend, da der Elektrolythaushalt in den Tieren durch Verabreichung grösserer Mengen unbehandelter Schlempe oder daraus erzeugten Futtermitteln erheblich aus dem Gleichgewicht gebracht würde. Auch bei der Erzeugung von Zuckerprodukten sowie bei der Alkohol- und Hefefabrikation aus Melasse üben die anorganischen Verunreinigungen einen sehr ungünstigen Einfluss aus. Ein möglichst niedriger Kaliumgehalt ist weiters eine Vorbedingung für die Zitronensäureherstellung aus Melasse mittels Mikroorganismen. Selbst wenn eingedickte Schlempe lediglich in herkömmlichen Brennern verbrannt werden soll, ist ein hoher Gehalt an anorganischen Substanzen sehr nachteilig, da diese Substanzen zu erheblicher Verkrustung der Brenner führen. Selbst in eigens zu diesem Zweck entwickelten Kesselanlagen führt der hohe Salzgehalt zu erheblichen Störungen und Zerstörungen innerhalb der Kesselanlage. Zur Abscheidung der im wesentlichen anorganische Salze enthaltenden Flugasche sind teure Abscheidevorrichtungen, z.B. Elektrofilter, zwingend vorgeschrieben. Bei der Herstellung von Futtermitteln aus Schlempe wurde gemäss der DE-C - 860 737 bereits vorgeschlagen, den Gehalt der Schlempe an Kaliumionen durch Zusatz von Salzsäure, Ammoniumchlorid oder Weinsäure und anschliessendes Filtrieren zu erniedrigen. Nach der DE-C - 29 37 551 wird zu diesem Zweck eine Säure, die wenig lösliche Kaliumsalze -bildet, in Gegenwart von Äthanol, Propanol, Isopropanol, Aceton, Methyläthylketon, Methyl- oder Äthylacetat zugesetzt. Die ausgefällten Salze werden abgetrennt und die Lösungsmittel destillativ rückgewonnen. Abgesehen davon, dass diese bekannten Verfahren nur für Schlempe anwendbar sind, ist auch der erzielbare Reinigungsgrad unbefriedigend. Darüber hinaus ist es nach der DE-C - 860 737 praktisch unumgänglich, die Schlempe zu neutralisieren, so dass wieder Salze entstehen. Die zur Rückgewinnung der Lösungsmittel gemäss der DE-C - 29 37 551 vorzunehmende Destillation ist sehr energieaufwendig. Da sämtliche angeführten Lösungsmittel mit Wasser ein Azeo trop bilden, ist zudem ihre Reingewinnung auf destillativem Wege nicht möglich. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die mit der Reinigung von Schlempe bisher verbundenen Unzulänglichkeiten zu überwinden und ein Aufarbeitungsverfahren zu schaffen, welches nicht nur eine wirtschaftlichere und effektivere Reinigung von Schlempe, sondern auch von Melasse ermöglicht und darüber hinaus eine einfache und betriebssichere Gewinnung der enthaltenen Zucker gestattet. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Verfahren gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Melasse oder Schlempe mit Methanold & pf behandelt wird, wobei das enthaltene Wasser gegen Methanol ausgetauscht wird, und dass die in methanolischer Lösung unlöslichen Substanzen abgetrennt werden. Die abgetrennten unlöslichen Substanzen - hauptsächlich anorganische Salze wie Carbonate und Sulfate - können beispielsweise zu Dünge- oder Flussmitteln weiter verarbeitet werden. Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Teil der in der Melasse oder Schlempe enthaltenen anorganischen Salze vor der Behandlung mit Methanoldampf durch Ansäuern der Melasse oder Schlempe auf pH Werte zwischen 2 und 7 und Zusatz von 5 bis 35 Vol.% Methanol ausgefällt und abgetrennt. Nach einer weiteren Ausführungsform wird der Melasse oder Schlempe vor der Behandlung mit Methanoldampf eine Mineralsäure zugesetzt, vorzugsweise wird dabei die Melasse oder Schlempe durch Zusatz von Schwefelsäure auf einen pH Wert von 2 bis 6 eingestellt. Bei der Aufarbeitung von Melasse wird zweckmässig ein Teil des in der methanolischen Lösung enthaltenen Invertzuckers durch Zusatz von Invertzucker-Impfkristallen und Kühlung der Lösung auskristallisiert, vorteilhaft lassen sich aus der methanolischen Lösung mittels Membranfiltration oder umgekehrter Osmose auch Zuckerprodukte gewinnen, beispielsweise Flüssigzucker, Fructose, Glucose und Invertzucker. Zur Bereitung einer gereinigten, wässerigen Lösung wird die methanolische Lösung einer Abstreifbehandlung mittels Wasserdampf unterzogen. Geht man von Melasse aus, wird nach dieser Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahren eine gereinigte, wässerige Zuckerlösung erhalten, welche direkt zur Vergärung eingesetzt werden kann. Soll ein vollständig entionisiertes Produkt erhalten werden, wird zweckmässig eine erhaltene, methanolische oder wässerige Lösung zur Vervollständigung der Entsalzung mit Ionenaustauschern behandelt. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist es somit möglich, Melasse weitestgehend zu reinigen und deren beträchtlichen Zuckergehalt grösstenteils zu gewinnen. Erfindungsgemäss gereinigte Melasse kann auch unmittelbar als Substrat für Zitronensäure erzeugende Mikroorganismen dienen. Bei der Alkohol- und Hefefabrikation ist in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren eine wirtschaftlichere Prozessführung möglich, da infolge der geringeren Anteile an Trockensubstanz mehr Melasse bzw. Schlempe in die Gäranlagen rückgeführt werden kann und die verbleibende Schlempe nicht mehr verworfen werden muss. Die zum Eindampfen anfallende Schlempemenge wird geringer und der Ein dampf rückstand kann, vor allem dank seines nur sehr niedrigen Kaliumgehaltes, ohne weitere Behandlung als Futtermittel verabreicht werden oder - wenn kein Bedarf dafür besteht - ohne Verschmutzungsgefahr für die Brenner verbrannt werden. Eine erfindungsgemässe Anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Austauschkolonne vorgesehen ist, in deren oberen Bereich eine Zuleitung für Melasse oder Schlempe und in deren unteren Bereich eine Sammelleitung für Methanoldampf münden, von deren Kopfteil eine Leitung für das anfallende Gemisch von Methanol- und Wasserdampf zu einer Rektifizierkolonne führt und von deren Bodenteil eine Sumpfleitung zu einem Absetzgefäss führt, in welchem sich unlösliche anorganische Substanzen von der methanolischen Lösung trennen, dass das Absetzgefäss über eine Förderleitung für die überstehende methanolische Lösung mit einer Abstreifkolonne verbunden ist, in deren unteren Bereich eine Frischdampfleitung einmündet und an deren Kopfteil eine Leitung für Methanoldampfangeschlossen ist, wobei die Methanoldampf führenden Leitungen von der Abstreifkolonne, von der Rektifizierkolonne und von einem Methanolverdampfer zu der Sammelleitung vereinigbar sind. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind zur Gewinnung einet Teiles der Zucker, welche in einer aus Melasse erhaltenen methanolischen Lösung enthalten sind, in die Förderleitung - in Förderrichtung gesehen hintereinander ein Kristallisator und ein weiterer Absetzbehälter eingebaut. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung und des Beispieles noch näher erläutert. In der Zeichnung ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Anlage schematisch veranschaulicht. Eine vorzugsweise mit Kaskaden ausgestattete Austauschkolonne ist allgemein mit 1 bezeichnet. In den oberen Bereich der Austauschkolonne 1 mündet eine Zuleitung 2 für Melasse oder Schlempe in einem in der Austauschkolonne 1 vorgesehenen Sprühkopf 3. In der Zuleitung 2 befindet sich eine Pumpe 4 und ein Regelventil 5 zur Steuerung der Durchflussmenge. Aus der Leitung 6 kann mittels eines weiteren Regelventiles 7 eine Mineralsäure zudosiert werden. Beim Durchströmen des Vorwärmers 8 wird das in der Zuleitung 2 befindliche Gut auf die notwendige Temperatur gebracht. In den unteren Bereich der Austauschkolonne 1 mündet eine Sammelleitung 9 für Methanoldampf. Im Verlauf des Durchganges durch die Austauschkolonne 1 wird das in der Melasse oder Schlempe enthaltene Wasser durch das in Dampfform entgegenströmende Methanol ersetzt, das resultierende Gemisch von Methanol- und Wasserdampf wird vom Kopfteil der Austauschkolonne 1 durch eine Leitung 10 abgezogen und einer Rektifizierkolonne 11 zugeführt, in welcher das Gemisch wieder scharf getrennt wird. Methanoldampf aus der Rektifizierkolonne 11 gelangt durch die Leitung 12 über ein Mehrwegventil 13 in die Sammelleitung 9; Heisswasser wird in der Leitung 14 abgeführt. Dieses Heisswasser kann u.a. zum Erhitzen der Melasse oder Schlempe im Vorwärmer 8 verwendet werden. Vom Bodenteil der Austauschkolonne 1 wird eine Suspension von ausgefällten unlöslichen Substanzen in methanolischer Lösung durch eine Sumpfleitung 15 einem Absetzgefäss 16 zugeführt. Die abgesetzten unlöslichen Substanzen - hauptsächlich Salze - werden nach Waschen mit Methanol in einem Trockner 17 behandelt und anschliessend beispielsweise zu Düngerstoffen weiter verarbeitet. Die klare, überstehende methanolische Lösung wird aus dem Absetzgefäss 16 über eine Förderleitung 18 mittels einer Pumpe 19 in eine Abstreifkolonne 20 eingespeist, in deren unteren Bereich eine ein Regelventil enthaltende Frischdampfleitung 21 mündet. Vom Kopfteil der Abstreifkolonne 20 führt eine Leitung 22 für Methanoldampf über das Mehrwegventil 13 zur Sammelleitung 9. Überdies kann eine strichliert eingezeichnete - Zweigleitung vorgesehen sein, welche die Leitung 22 temporär mit der Leitung 10 verbindet. Der Bedarf der Austauschkolonne 1 an Methanoldampf wird aus den Leitungen 12 und 22 grösstenteils gedeckt. Zum Anfahren der Anlage und zur Sicherstellung einer angepassten Versorgung in jedem Betriebszustand ist weiters ein Methanolverdampfer 23 vorgesehen, welcher beispielsweise mit dem Heisswasser aus der Leitung 14 beheizt sein kann. Der erzeugte Methanoldampf gelangt über eine Leitung 24 gleichfalls zu dem Mehrwegventil 13 und gegebenenfalls in die Sammelleitung 9. Die Stellung des Mehrwegventils 13 wird in Abhängigkeit von der jeweils benötigten Menge an Methanoldampf geregelt. Der Methanolverdampfer 23 wird über die Leitung 25 und ein Regelventil 26 mit Methanol aus einem Vorratsgefäss 27 versorgt. In die Förderleitung 18 zwischen dem Absetzgefäss 16 und der Abstreif kolonne 20 können noch ein Kristallisator 28 und ein weiterer Absetzbehälter 29 eingebaut sein. Die dazu notwendigen zusätzlichen Verbindungsleitungen und Pumpen sind strichliert eingezeichnet. Bei der Aufarbeitung von Melasse ist es zweckmässig, den methanolischen Überstand aus dem Absetzbehälter 16 zunächst im Kristallisator 28 zu kühlen und mit Zucker Impfkristallen zu versetzen, wobei ein Teil der gelösten Zucker auskristallisiert. Die entstandene Kristallsuspension wird in den Absetzbehälter 29 übergeführt und Zucker werden als Sediment gewonnen. Der aus entsalzter, teilentzuckerter methanolischer Melasse bestehende Überstand kann sodann der Abstreifkolonne 20 zugeführt werden, aus der eine gereinigte, vergleichsweise zuckerarme wässerige Melasse durch die Leitung 30 beispielsweise einer Fermentationsstation zugeführt wird. Die methanolischen Lösungen aus dem Absetzgefäss 16 oder dem Absetzbehälter 29 können jedoch auch mittels Membranfiltration oder durch umgekehrte Osmose zu Zuckerprodukten verarbeitet werden. Auch die gereinigte, teilentzuckerte wässerige Melasse aus der Leitung 30 kann auf ähnliche Weise zu Zuckerprodukten verarbeitet oder eingedampft werden; wirtschaftlicher ist jedoch die erwähnte direkte Vergärung in einer Fermentationsstation. Geht man beim erfindungsgemässen Verfahren von Schlempe aus, erhält man aus der Leitung 30 eine gereinigte wässerige Schlempe, welche vorzugsweise eingedampft und als Futtermittel verwendet wird. Beispiel: Eine Rübenmelasse mit folgender Zusammensetzung: 78,7 % Trockensubstanz (TS) 0,1 % Ca++ 4,2 % K+ 0,9 % Na+ wird mit 16 g H2SO4/kg Melasse auf einen pH-Wert von 4,5 eingestellt und in einer Füllkörperkolonne mit Methanoldampf im Gegenstrom behandelt. Das enthaltene Wasser wird dabei bis auf einen Restwassergehalt von 1 bis 1,5 % gegen Methanol ausgetauscht. Die Kationen werden grösstenteils als Sulfate ausgefällt, so dass die gereinigte methanolische Melasse nach Abtrennen der unlöslichen Substanzen einen Kationenanteil von nur mehr 0,3 Massen% K+ in der TS aufweist. Ca2Ionen sind nicht mehr feststellbar. Durch Kühlung der erhaltenen methanolischen Lösung auf etwa 0 C und Impfen mit Invertzucker können etwa 40 % der in der Melasse enthaltenen Zucker als Invertzucker auskristallisiert werden.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Aufarbeitung von Melasse oder Melasse schlempe, dadurch gekennzeichnet, dass Melasse oder Schlempe mit Methanoldampf behandelt wird, wobei das enthaltene Wasser gegen Methanol ausgetauscht wird, und dass die in methanolischer Lösung unlöslichen Substanzen abgetrennt werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der enthaltenen anorganischen Salze vor der Behandlung mit Methanoldampf durch Ansäuern der Melasse oder Schlempe auf pH-Werte zwischen 2 und 7 und Zusatz von 5 bis 35 Vol. 8 Methanol ausgefällt und abgetrennt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Melasse oder Schlempe vor der Behandlung mit Metha noldampf eine Mineralsäure zugesetzt wird. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Melasse oder Schlempe durch Zusatz von Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 2 bis 6 einge stellt wird. 5. Verfahren zur Aufarbeitung von Melasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des in-der methanolischen Lösung enthalte nen Invertzuckers durch Zusatz von Invertzucker-Impf kristallen und Kühlung der Lösung auskristallisiert wird. 6. Verfahren zur Aufarbeitung von Melasse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der methanolischen Lösung mittels Membranfil tration oder umgekehrter Osmose Zuckerprodukte gewonnen werden. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die methanolische Lösung zur Bereitung einer gereinigten, wässerigen Lösung einer Abstreifbehandlung mittels Wasserdampf unterzogen wird. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erhaltene, methano lische oder wässerige Lösung zur Vervollständigung der Entsalzung mit Ionenaustauschern behandelt wird. 9. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austauschkolonne (1) vorgesehen ist, in deren oberen Bereich eine Zuleitung (2) für Melasse oder Schlempe und in deren unteren Bereich eine Sammellei tung (9) für Methanoldampf münden, von deren Kopfteil eine Leitung (10) für das anfallende Gemisch von Metha nol- und Wasserdampf zu einer Rektifizierkolonne (11) führt und von deren Bodenteil eine Sumpfleitung (15) zu einem Absetzgefäss (16) führt, in welchem sich unlösli che anorganische Substanzen von der methanolischen Lösung trennen, dass das Absetzgefäss (16) über eine Förderleitung (18) für die überstehende methanolische Lösung mit einer Abstreif kolonne (20) verbunden ist, in deren unteren Bereich eine Frischdampfleitung (21) einmündet und an deren Kopfteil eine Leitung (22) für Methanoldampf angeschlossen ist, wobei die Methanol dampf führenden Leitungen von der Abstreif kolonne (20), von der Rektifizierkolonne (11) und von einem Methanol verdampfer (23) zu der Sammelleitung (9) vereinigbar sind. 10.Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Förderleitung (18) - in Förderrichtung gesehen hintereinander - ein Kristallisator (28) und ein weiterer Absetzbehälter (29) eingebaut sind.

Inventors: EDER, KARL, DIPL.-ING.
Applicants: VOGELBUSCH GESELLSCHAFT M.B.H.
Application year: 1985
Main classification: C13J1
IPC codes: C13J1, C12F3