Fabriekmatige bereiding van fructose

L' V. a !;; Cf: ... <.!> Z Ü w Cl: W <Xl _ i ' L '" ./ ... /. I ,. / . ... ~ \.1--I --" 1-.• 1

i 1 , . \t ... l ~ '\I'J..v"'V

~

.'

/vd.~

!

hJ

~

.t.

t.1I-t.4-j

FAPFIEKT1ATIGE F'df2IDnTG V1l.r; T<'RUCTOSE I.

=======================================

I.

Al gemene opmerkingen.

d-Fructose (C6H1?0~) is in de natuur zeer verbreid en er

zijn enkele goecre ~rönnen waaruit het ~ewonnen kan worden.

De bereiding l angs synthetisch che~tsche weg en de omzetting

van Lobry, ~e Bruyn en van Ekensteyn zijn te omslachtig

-en onrêndabel

(U.

S

.

Patent 2.354.664).

~atuurlijk komt fructose voor in zoete vruchten en honing als zodanig, in saccharose gebonden aan ~lucose en in een

reeks reservestoffen in hoger~ lager Dolymere vormen.

Als bron voor de winninR van fructose komen de vruc~ten en honing niet in aanmerking, soms de saccharose (Can.patent

415.175);-maar vooral de reservestoffen van de knollen van

dahlia (Dahlia variabilis), aardpeer (Belianthus tuberosus)

en cichorei (Cichorium Intybus), een drietal composieten.

In deze knollen komt de fructose in hoofdzaak in de vorm

van inuline voor, verder ook als synanthrine, helianthenine,

inulenine, pseudoinuline en dilaevaan. Deze stoffen hebben

een verschillende oplosbaarheid in water-alcohol mengsels

en zijn op die grond onderscheiden ~eworden. (Tauret 1893,

Telval

&

Chollet 1948) .

Men vat deze verbindingen echter vaa~ samen onder de naam inuline als heterogeen ~roduct. Juister is ~et deze Droducten fructosanen te noemen (Angelsaks~h is laevulosanen).

Ook f lucose komt in de moleculen voor, men vindt tussen 1,9 en 4, 4

%

glucose, na hydrolyse (5c Donald 1946).

!Iet moleculair ~ewicht varieert Vg~ 312 tot 6000, de

polymerisatie-graad dus van 2 tot 6ng. 37, indien bepaald volgens kookpunt, osmotische druk e. d. ~:en vvi ,it deze grote

variatie aan ontleding bij het asvrij maken.

De eindgroepbepaling na methyleren levert 3,7

%

1.3.4.6

tetramethyl-d-fructose, zodat men hieruit besluit tot ketens

van 27-30 fructose-moleculen (Haworth 1932).

Fructose smelt bij ca 1000C; de oplosbaarheid in water bij 250 is ong. 80 g. per 100 g. oplossing. Fructose is vergist8aar, in alkalisch milieu treedt de omzetting van Lobry~ de Bruyn en van Ekensteyn op; in zuur milieu wordt anhydro-suiker gevormd.

De ontledine;ssnelheid is sterk afhankelijk van temperatuur

..

I

T

Tijd in h. , nodig voor de ontleding van het eerste procent van de totale hoeveelheid fructose in waterige oplossing:

---,pH 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400

""'"

--

---

-\" , ,.' 1 _{21 5 1 , 3 0,3 0, 11} ~)". ~'I )/~"/I 2 127 47

)'?

\)/

3 13 4 1 , 3 0,46 0, 16 .. "'1 I.L I.:· Jl'"

V,

j \ }I\ ,t &~

V~~I

~

520 1 41 43 13, 5 4,5 1 ,6 0,6 0,24 0,10 4 480 138 42 13, 5 4, 5 1 ,7 0,65 0,26 0, 11 5 200 56 17 4 1 , 8 0,7 0,28 0,12 6 44 12 4 1 , 2 0,4 0,15 0,06 7 7,6 2, 1 0,6 0, 2 0,07 0,02 8 1 ,2 0,3 0, 1 0,03 0,01 9 0, 17 0,045 0,013 0,003 10 0,03 0,007

(Jackson

&

Mathews (1933), 'RI _{.. UJlno} ." _{& Areo (1940) )}

Met calciumhydroxyde geeft fructose een moeilijk oplosbare

verbinding.

~ructose heeft een zoete smaak, zoeter nog dan saccharose. (ong.1 Y2 x). De tolerantie voor diabetici wordt hoog geacht).

Grondstoffen.

Als grondstoffen voor de bereiding "" orden in ./1.merika vooral ~'Telianthus-knollen gebruikt. De knollen en de stengels zijn bruikbaar als veevoer na inkuilen. In ,Tapan en Duitsland werd de cichorei verkozen. De proeven van bet Iowa state

College (Haber et al. 1942) gaven aan dat cichorei de beste

opbrengst aan fructose geeft per ha. Het oogsten vereist iets

meer handarbeic~ . T-Ielianthus heeft als nadeel , dat het zaad alleen maar gekweekt kan worden in warme streken, zoals Corsica en ;'Iarokko, terwij 1 de knollen de meeste olJbrengst

eeven in gematigde streken. Ook is de wortel grillig gevormd (nof' grilliger dan de dallia-knol), terwij 1 de cichorei een

pem','ortel heeft; de verhouding glucose: fructose wij zigt

zic}' in onr:unstige zin tijdens opslag. Het is echter te

ver-wachten dat de beliant~us nog wel op hoger fructose- gebalte

veredeld kan worden,meer misschien dan cichorei.

GemidGelde sa 'T\ens t e 11 inp': water 70

_%

fructose 17

_%

tducose 3 '1~ _{, I} eiwit 2 1/2

%

celstof,as é.d. 7 1/2

_%

(~aber, Gaessler

&

Hixon 1942).

Als gemi~deld fructose[ehalte van dahlia en ~elianthus

geeft men op resp. 11 en 13

%

.

11. Verwerking8met~ode.

Er zijn een drietal methodes:

3.

1. Crookewitt (1843), waar~ij eerst inuline wordt peisoleerd, die èaarnr:l, wordt e'ehyorolyseer-d. Er heeft in J"uitsland een

far)ri8k volgens r~i t nrocese'v,'erkt (::oche 1926, \iillaman 1922). ~Tet rendemert was, 0. 8 . doel' de rnoeilij!"e afscr1ei ding der

inuline, slechts 10-15 jt. l;en groot deel oer fructose komt bovendien niet als inuline voor.

2. Harding (1922, 1923). Bier wordt de scheiding fructose

-glucose net ijsazijn uitgevoerd . Aeki (1944) gebruikt

alcohol. De orcc:'niscte oplosmiddelen moeten verwij derd, terug-gewonnen ",n gezuiverd v/orden, wat de r;ewerkin :: •. duur maakt.

Ze is niet op tecbniscr e of semi-tec', niscl'::e scl,8.al in 1jrac

-tijk f.ebrac~~::t.

3. Dubrun:faut (18117). 7ructose, orot als CéJ-veriünàing uitge-laistalliseerd, n8.è8.t de ::,olyf:ructosiëlen tevoren J:'let zuur ger'Yàrolyseerd zijn. J~eze methode is uitgewerkt door Jackson, Silsbee en Profitt (1924, 1926, 1936, 1937). Op semi-tecl1ni~e

schaal werd fructose vol gens ~eze manier bereid door

I;acGlumrhy, Bichinrrer, Fuchanan, Fixon (1 931 , 1932) .

De methode van T'lacr..lurnpby is (:Jehalve de slechte van :Ioche,

die niet in aanmerking komt), de enife methode die in de literatuur beschrèven is voor (semi-) technisc~ proces.

Er is dus geen keus mo[elijk. Er zij ec~ter met nadruk op gewezen, dat deze mettode zeer ernsti~e bezwaren opwerpt, waarover in het volgende uitgebreider zal gesDroken worden,

zo zelfs, dat voorop gesteld dient te worden, dat zonder nader onderzoek geen fei telijï.;:e t:'anbevelingen Feds[Jn kunnen vvorden.

Aangezien echter het fabrieksschema op literatuurstudie berust, en de literatuur zoals t?:ezegd, ons geen andere keus

liet, heoben de heer lipuens en ik besloten het proces van

1 4" J J. ,Y ' ( ~"61' <t I t

,,o

r

/ .. t I l l' .~ ! ~ (_ I" " ,

Korte beschrijving van het ~roces:

De penwortels worden aancevoerd, gewassen, daarna

ge-sneden en vervol?,ens [edroogr. Dit gesc1üedt in een vij ftal drogerijen. Het drogen f,escr iedt omdat de oDslag van de wortels een teruggang van de fructose-hoeveelheid te zien geeft, sterker nog dan oe achteruitgang van het suikerge-halte bij bieten, maar vooral is het nodig om een geconcen -treerd sap te verkrij {len. Hoe i!econcentreerder het sap n.l., des te groter het rendement en oes te gema~kelijker de

scheiding van glucose. Verder blijft een groter deel van het eiwit onoplosbaar achter, wat bij de kristallisatie van het calcium-fructosaat van belang is. Ook is minder zuur nodig voor hydrolyse. :ï)e droging is echter een economisch-dure operatie, de constructie van de 8~paratuur levert moeilijk-heden op. Een voordeel van het drogen is, dat de verdere verwerking niet in een seizoen-campagne behoeft te ge -schieden, maar het gehele jaar door kan gaan.

De gedroogde snijdsels worden in een diffusie- batterij bij 800 uitgeloogd, zodanig dat een 40 1-ige suikeroplossing ontstaat. Hieraan wordt zwavelzuur toegevoegd tot pH=1,5, waarà oor hydrolyse optreedt. Vooral T;,Tac Glumphy et al.

(1932)

en Dijkins, Kleiderer, IIeubaum

(19,3)

onderzochten dit onderwerp. De hydrolyse is volledi g binnen 1 h. bij 800 pH= 1,5. De ontleding is in die omstandippeden gering

(zie tabel pag. 2). Bij de hydrolyse coaguleert vrij veel

colloidaal materiaal.

Ç;

Na hydrolyse moet fekoeld worden van 800tot 300 {bet zuur geneutraliseerd met kalk; het gips rntt eiwit ::clfgescheiden in een klaarkuip. Het komt nu aan op de grootte der k ris-tallen van het calcium-fructosaat, dat in het volgende stadium gemaakt wordt door toevoegen van geconcentreerde kalkmelk voor het aoed filtreren en wassen.

Waterman, Rooseboo~ en Ob~rG

(1928)

constateerden ontleding van fructose in de vorm van Ca-fructosaat, in het alkalische milieu dat door de toevoeging van kalk ontstaat. Dit

kalken moet dus, evenals het daarop volgende carboniseren,

snel en bij lage temperatuur gebeuren.

De oplosbaarbeid van het Ca-fructosaat is ook gevoelig voor temperatuurverhoging. Ook hierom moet bij zo laag

mogelijke temperatuur gewerkt worden. Jackson

&

Mathews (1935) geven de volgende cijfers:

-

\ t' j ,. ~. i I f _ ... I

Uitgaande van invertsuiker-oplossinge~, krijgen ze voor het

filtraat na de Ca-fructosaat precipitati'e:

Temp. conc. fructose glucose 1 _{verh. CaO}

°c

g/100 mlo g/100 mI. g/100 m]/I . fr/rlucose g/100 mI. ---~--- ---50 1 ,587 0,289 _{1 , 2}9

8

/

\

0,182 0,375 2, 642 0,362 2,280 I 0, 147 0,585 3,670 0,477 3,193

l

0,130 0,784 4,772 0,616 4,156

J

0,129 0,998 100 1 , 830 0,392 1 , 438 0,214 0,393

t

_',t .\V''''

/.,

4,464 0,795 3,669 0,178 0,850 6, 262 0,996 5,266 0,159 1 , 311 " " /

---150 1,555 0,428 1,127 0,275 0,347 4,297 0,984 3,313 0,229 0,821 6, 421 1 ,458 4, 963 0,227 1,297

Deze tabel geeft mooi de slechte invloed der temperatuur-stijging op de verhoudinf, fructose/glucose te zien en tevens

de gunstige invloed van een toenemende concentratie; Jackson

&

Mathews werkten bij- 0-3 °C, maar dit vereist koelmachines die het proces duur maken. Mac GUmphy et al. (1931, 1932)

werken bij 150 en krijgen nu ong. 10

%

minder rendement.

Gebruiken we de in de moederloog aanwezige glucose van een

alcoholbereiding, dan kan men zict permiteren hier ook wat fructose bij te laten, omdat het da~ uiteindelijk niet ver-loren gaat. De winning van de ~lucose en fructose door

\ indampen zou ten eerste te duur zijn, maar ook veel zouten in

I het product brengen.

\~ Door continu te werken met voldoende entkristallen en

ge-I'

, ,:\' concentreerde kalkmelk wordt een goed filtreerbaar praecipi

-\ _'Ir -,\ \. Ic'\, ' t t f t t k

11

".,t

) '

aa vsY1 Ca- ruc osaa ver regen.

t r .

' , ' 1 - ' , Het carboniseren.

~ '"/

\' '. In een susnensie van Ca-fructosaat in water wordt CO

(~

doorgeleid.

CaCO~

wordt gevormd en fructose gaat in

OP~OSSing.

In verband met ofitle~ding (pH=9) moet de temperatuur zo laag

moeelijk blijven, (koelen). ~en voegt wat overmaat CO? toe, om volledig oplossen va~ fructose te krijgen, maar moet dan

-

I

naderhand eventueel opgelost Ca (b.v. van Ca

HeO )

verwijderen,

Dit l!esclüedt met eeYl kationenuitwisselaar. De

o~lossing

zal

dus waitzuur reageren. De anionen zijn minder gemakkelijk te

verwijaeren, ma&r (He storen weinig omdat we bij het indampen

toch een pH

3-4

moeten hebben, daar fructose dan het meest

stabiel is. Jackson

&

Mathews verwijderden het Ca door

~-ie met oxaalzuur.

&ó

J c- 1.' "c:

) (,

Het indampen

!!u

kristalliseren.

De fructose- stroop moet nu worden ingedampt van ong. 20

%

tot ~J)7b bij zo laag mogelijke temperatuur. r·flen begint bi j 10.-00- en daalt dan tot ~C. l'ien laat dan kristalliseren in

malaxeurs en centrifugeert de fructose-kristallen af. Men wint opdeze manier one.

45

%

als kristallen en ong.

55

%

als stroop. Deze laatste kan desgewenst verder verwerkt

worden.De smaak van het aldus verkregen product wordt Roed

genoemd.

111. Fabrieksoeschrijving.

a. De eapaci tei t der ~f'.0.bri 3k.

We zouden onze fabriek willen baseren op de volgende drie verbruiksmogelijkheden:

a) Pedische toepass~rc, zowel voor diabetici, als voor ver

-sterkende middelen. 'Fructose beeft een betere smaak dan

glucose.

b) In de 2~jkerwerk-indu8trie, limonades, consumptie-ijs,

e.d. De zoetkracht is ong. 1 1/2 x die var saccharose en

de smaak zachter, zodat hier stellig mogelijkheden liggen. c) Pij laGe prijs als concurrent van de saccharose, vooral

als de accijns laag is.

Ter vergelijking: De ~roductie van zetmeelstroop was in

1949 in TI.S.A. 5 millioen ton; de prijs in Juli '49 voor

stroop van

43

0pé bedroeg

4

-5

t/lb. in tank-car-lots.

~ret totale suikerverbruik in Nede~land is ong. 200.000

ton/jr. De Franse aardpeeroogst (voor veevoer) bedraagt

3 nillioen ton/jr.

Daar het debiet nog geheel opgebouwd moet worden, lijkt het

ons het beste een niet al te grote productie op te zetten,

mede in verband met de grote hoeveelheid te drogen materiaal. We kozen nu een akkerareaal van 1000 ha. De productie aan knollen bedraagt volgens Ea ber, Gaessler & 'Tixon (1942)

circa 30 ton/ha/jaar, zodat we een grondstoffenproductie

hebben van 30.000 ton knollen per seizoen. Tij een fructose gehalte van 17

%

en een opbrengst van 75

%

is êit dus een

fructose-productie van 3800 ton per j aar. ~rren deelde ons mede I

dat de huidige prijs van fructose ca. f . 6.-- Der kg zou zijn;

voor een commerciele productie mag de verkoopsprijs (zonder I

accijns) niet meer dan 40 cent per k~. zijn om met suiker te

kunnen concurreren. De omzet zou dan ruim 1 1/2 millioen gul den per jaar zijn.

7.

b. ~e reiniging en droFing.

We hebben een vijftal drogerijen geprojecteerd. (pates 1938). TIit betekent:

a) minder transport van de knollen in de campagne,

b) de afvoer van de nedroogde snijdsels naur de fabriek kan het gehele jaar doorgaan en is veel minder omvangrijk, c) de installaties ~orden handelbaarder.

Elke drogerij bestrij~ dus 200 ha., da~ is dus 6.000 ton

knollen. He}:ent men op 40 dagen campagne dan is dat dus 150 ton knoJlen/dag= 6250 kg/ho

Stellen we het hl. gewicht op ca 70 kg., dan betekent dit dus 9000 l/h.

De cichorei is een nenwortel, waarbij we moeten oppassen voor d oorb:leken, wat sapverlies tengevolF~e zou hebben. We

kunnen dus de wasmacbines, die bij suikertieten gebruikt

worden, hier niet toepassen.

3et proces verloopt nu als volgt:

1. Van de berg cichorei-wortels en de afvoergoot komen de nenwortels in

2. de was-jacobsladder. rovenin bevindt zich een aantal

sproeiers, waardoor waswater (w) stroomt; onderaan is een afvoer voor het afvalwater (~), dat is zowel het transnort-water als het waswater. De jacobsladder heeft bakjes van ijzeren staven; 14 1. inhoud, 2 bakjes per m., snelheid

1 dm/sec.

3. Via de steenvanger vallen de knollen in

4

.

snijdapparaten, ingericht als die voor bietverwerking.

qet snijdsel komt dan via 5. een kaar en

6. een toevoerwals in

7. de droogkast. We moeten de snijdsels drogen tot 5 à 6

%

water. Er moet dus 68

%

water uit; dat is 0,68 x 6250= 4300 kg/h of 72 kg/IDln. Volgens LTacGlurr.phy mag dit drogen aanvankelijk gesc'üeden met een vrij hoge temperatuur

b.v. 110IDC (230oF); bij voortscsrijdenge droging moet de temneratuur ec~ter dalen tot 77 C (170 F).

Daarom is een tegenstroomdroger ontworpen. Warme lUCht(17~) wordt aangevoerd hij

9.

Zou men deze lucht adiabatisch water laten verdampen, zelfe

1

\. /

/ '

dat een enorme boeveelheid lucbt nodig is, n.l. ca

1000 kg/min, d::Jt is bij na 1100 m3/min. Dit zou een lineaire

luchtsnelheid geven van ca 9m/sec., orkaan dus, óf de

diameter zou zo groot worden, dat geen volledig

droog-effect bereikt wordt. De verw8rmin~ van de grote

hoeveel-heid lucht is bovendien duur.

We zijn daarom van de adiabatische naar de isothermische

droging overgestapt, en hebben daarom gasbranders in de

oven aangebracht. De droging geschiedt in trappen, eerst

dalend van 1100 tot 800, dan op 770 (1700F), als bij

TlTacGlumphy. De snijdsels worden over een geperforeerde

transportband ('E~) vervoerd, volgens het aangegeven schema;

lengte 25 m., breedte 4 m., laagdikte 6 cm. nandsnelheid

1 cm/sec. De verblljftijd wordt dan onf. 2 h.

Stel nu dat in het l r.atste deel 12 kg water/min verdampt

wordt, dat is ongeveer een zesde deel. Er is nu nodig

12/0,337

=

34,5 kg. lucht/min. (0~penomen wordt 0,337 Kg

water/kg lucht).

We verbruiken: 60x12x552,5= 400.000 kC8.1/h voor verdampen

van het water.

Viarr.J.te in verbrandingsgas c~.:._~Q.:.QQQ_ kcal/h

410.000 kcal/ho

G~sve5warming

levert ca 4000

kcal/~3

gas. Dus er

~s

ongeveer

100 m /h nodig. Een gas'lrander vero!iUi kt zowat 1 m

/h/strek-kende meter, dus er zijn zowat 25 branders nodig ( 4m lang).

Deze branders zijn aangebracht gedac~t in de onderste

ruimte, ~ie via spleten met de ~andruimte in verbinding

staat. De verbrandingsgassen vermengen zich nu met de lucht

in de onderste banàruimte en zorgen dat de te~~eratuur daar

op 1700F fehandhaafd blijft. Hoe de branders geplaatst

moeten worden is niet t'3 zefgen; de gegevens daarvoor

ont-breken geheel. Door de aparte plaatsine van de Qranders

vermindert de

straling.---In de bovenste twee bandruimten denken we ons de branders

daarin op de bodem geplaatst. ~Darte plaatsing zou zeer

gecompliceerde bouw geven, terwijl oververhitting door

straling hier minder gevaarlijk is door het hogere

water-gehalte.

Er is hier te verdampen 60 kg wat~r/min. d.i. 2.000.000.

kcaUJ

40.000 "

60.000 "

Opwarmen van lucht en waterdamp (030) vergt

~armte in verbrandingsgas Totaal dwz. 500 m3 gas/h of ca. 125 branders . 2.100.000 kcal/b ==============

" .

.

10.

16. Het vuilsap dcorloopt nu

17. de pulpvanger,

18. een meetvat,en komt in

19. de §ydrolyseertank. Di t is een geisoleerde ~~etel, die ca ? m groot is, 8"1 dus de nro,'uctie VQl1 1 11. kan;')evatten.

De hydrolyse verloopt ale monomoleculaire reactie. De

reactieconstante i e afbankelijk van de pEe Jac~son, Silsbee

& Profitt (1926). De conc2ntrGtie van t et san is van belang

omdat het sap sterk bufferende ~i[enscha~pen heeft. Sap conc. Zuur (H Cl)

scrijnb.nor~aliteit pH Snelh.const.

---7,2 C,095 1,68 CJ, 16S0 14,4 O,OJ5 2,80 0,0136 18,

°

0,095 3,1g 0,0053 26,1 O,095 3, f?>3 C,Oe15 14,4 0,0475 4,10 Cl,0009 14, 4 0, (1950 2, 8C' O,C136 14,Ll (1, 1 /125 ?,O? _0,0630 1 4 , 4 C',1 9uO 1 ,55 0,2310

r' . _{- lJ grotere sapconcentraties moet d1AS 118er zuur per 1.}

worden toeeevoegd.

De snelheidsconstante kan berekend worden volgens Jackson ui t de gewone ver8elijking voor f'lonomoleculaire reB.cties:

1 Ro Rv

K=

0,4343

t lOG'

Rt

-

Rv

waarin t= tijd in min.

Ro' Rt en Rv = ontische rotatie, reSD. bij tijden

0, t en v.

stellen Vie nrijs op

9

CJ

,

9

;t,

omzetting in 60 min. , dan vinden

we ₁

1COO

K= _{0, 434x50} log ₁ 0,115.

Pij .800 en gebrui k van z~avelzuur vinden we ~at dit bereikt

wordt bij een pP= 1,5.

Sctijn~are normaliteit VOGT zwavelzuur 0,521.

Op 1800 l/h. is clit 1800xO,521x9S/2x1000= tj.6 kg/ho zwavelzuur.

---,. I ....

-l

13.

Geraadpleegde literatuur.

=========================

1. Shigetaro Aeki

2. J. t-ates

3. H.nelval & M.M.Chollet

4~ C. Crookewitt

5. R. Dubrunfaut

6. F.A.])ykins,

F.C.Kleiderer et al.

7. Kohei Pujino &

Yosbia Arao

Jap.patent 161.985 Febr. 1944 Facts about sugar 33, 38, (1938) Inds.agr.et aJiment. 65.5-8 (1948)

- Paris. Ann. 45, 1 84 (1 R 43) . Ann.Chim.phys. ~, 169 (1847) Ind.3ng.Chem .

.2,

937,1165, (1 933). Hep.Inst.Sei.Res. ~anchoukwo

1,

17 (1940) .

8. E.S. Haber,W.G.Gaessler, Iowa state College J .Sci 16,

R.!" . Hixon 291 (1942).

9

.

Ro Harding J.Arn.ChemoSoeo4401765 (1922)

10. I'i. liJ • Eaworth 11- H. Hoene 12. R.F.Jaekson nathews et. al. & J.A. Sugar 25, J06,~36 (1923) J.Chem.Soc. 1932 2384 ':relv.Chim.ÀcTä"15.609 (1932)

Z.Ver.d.Zucker Indo 76, 821 (1926)

U.S.Department of Comm.J.Nat .~ur. Stand .

.12.

619 (1g33) R.P .• 611

13. idem J.Res .Nat.T.lur.Stand.

12.

341 (1935)

14. H.F. Jackson & Ino .Eng.Chem.16, 1250 (1924)

C.G. Silsbee,I'iI.J.Profitt,Nat.Fur.Stand.Sei Papers 519,

15. E.J . Kac ])onald 16. ,I. ~T. nlac Glurnphy,

J.W. ~iehinger,J.H. Pucl:anan, R. -··i. T.Iixon

17. T. Ohira & K.Kabayaski

18. J.'l.Oss

19. Perry Handbook Chem.Bng. 20. ~.J. P~ofitt et al.

21 . E. Saillard

22. H. Tauret

m

(1 926),

Advances in carbohydrate .

Chemistrv 11 pg. 256 v.v . (1946)

Ind .Eng.Chem. 23,1202 (1931) idem

24,

41 (1932)

,T.Agr.Chem.Snc . .Taran 23, 103 (1949)

verg.C.A. 44, ~727 (1950)

WaTenkennis 11

5

0

_Er

_.

_{pg.554 (1 949)} J .Research ['Tat.Fur.Stand.

21,

615

( 1 936) • ":I 19 263, (1937) 1 (, 0

- '

petterave ~~ Sucrerie de "P _.

.

₁₁ Paris (1923)

rul l.Soc.C~im.France _1893, 200, 227,

L

23. H.I. Waterman, A. Rooseboom, E.I. Oberg 24. J.J . Willaman Chem.Weekblad 25, 50 (1928) ,J. Fiol. Chem. 51, 275 (1922) • 14.

I .,. l I

-.

I

\

...--._._---nerekening van ee~ voorwarmer voor diffusieketel.

=================================================

Gegevens: Door de voorlaatste voorwarmer gaat een hoeveelheid

sap, overeenkomend met de productie plus vulling

van de nieuwe ketel (ong. 750 kf.)

~1S 2100 ~ 5x750

=

5850 kg/h = 13.000 lb/h.

---Voor het sap:

5'

=

1,17 kg/h

=

1,17

x

62,43 lb/cu.ft.

=

72,9 lb/cu.ft.

!

-:r:

~:ooc= ~85.

C

=

0,79 gcal/gepoises = .oC

=

6

,

0

9

,7lb/h.ft. (1 9 Ftu/lboF.

C

= 2,42 lb/h.ft.)

r /1800C= 1,34 cpoises = 3 , 2 5 " " (Int7Crit.Tables V.23)

J?,'

I/JI':oor

:e

O:::o:~U/h

.ft.

oF.

vv:'.

\~

~I.\:\.~

11

#",

= latente warmte v. condensator = 980 "Ptu/lb

Voor de pij p:

5/8"11/2"

L = wanddikte Imv. diameter Onp.inw.doorsn. Pijp orp.inw. uitw.

=

0,065" =

=

0, 495"

=

=

=

=

K

=

26 Ttu/ll . ft. oF Reynoldsgetal = Re = D u ~

?

u

=

sapsnelheid

=

hvh 0,0054 ft. 0,04125 ft. 0,00134 sq.ft. 0,1296 sq.ft./ft. 0,16'5'6 ~ " "

-s-g-.-x-o-p-p-.-p~i .... j-p~x-n = ___

_{72,9xO,00134xn}

-,1,....::3;..,.,.~O ... O.,;,...0,...,._

n

=

aantal rarallel geschakelde pijpen

135.000 n Re in

=

Du S

=

13.000 x D

₂

8

x 4

f

?

x

S

x 1'fD x n 1 .273 13.000

=

6,9

x n x

0,04125

58.200 n

v~e kiezen Re nu in de buurt van 4000,

dus n=15 en Re in = 3880

=

1,273 x 13000

=

I

..

t

l

2.

De gemiddelde sapsnelheid is: 135.000

1

5

=

9000 ft/h

=

2,5 ft/sec.

Het Prandtl getal is: C .u/k.

P)

Fr in

=

0,79 x 6,9/0,22

=

24,8 Fr uit = 0,79 x 3,25/0,22= 11,68

=====

Schematisch is de voorwar~er hieronder aangefeven als

gedeeltelijke doorsnede door een deel van een pijp:

I r-I L 1"\ v u.. i L LVANO

/!:.- - - _.

ROfSI " I

CO/VO€MS.,

w~tERF""", 5~OOM

v.l.n.r. zien we: san in turbulente stroming

sap in laminaire stroming (sapfilm)

vuilBfzettin~ on de wand wand

condenswaterfilm ~.et grentueel vuil en roest stoom

Zoals gemakkelijk is in te zien kunnen de "weerstanden" tegen de warmtedoorgang opge...--teld worden en we vinden dan:

1 U A waarin 1 L 1

=

~....,--h.A.

+

k A

+

h

A S 0 1 1

U = overall warmte geleidings coëfficient

A = gemiddeld oppervlak van de wand per ft.

A.

1 = binnen on!]. van de wand

A = buiten opn. van de wand

0

h. ₌ warmte geleid.coëff. van de sapfilm

1

hv = idem van vuillaag

hs = idem van condensaatfilm

I

..

I

<ct

k

=

warmte geleid.coeff. van staal

L = len::;te der pi,jpen; in hor. zin= wanddikte.

De sapfilmweerstand:

Mac Adams geeft voor vloeistofstroming in nijpen

(verg. Donohue): i h _in =

_D

k _{x 0,023} ( _R e)exp.O,8

(Pr)

exp.O,4

=

0, 22

0

,04125

x 0,023 x(3880)exp. 0,8 x (24,8) exp.O,4

=

329,3 ~tujh.sq.ft. oF

---i h u---it

=

0,22 x 0,023 (8230)exp.O,8 (11,68)exp.O,4

=

0,04125-444,7 ltujh.sq.ft. oF

=====

1 1 0,02344 h.ft .oF/Ptu. Ch -A.) = 329,3 x 0,129'"6 = 1 1 in ======= 1 1 h.ft.oF/rtu. (h.A.) = 444,7 x 0, 1

29

6

0,01735 1 1 _Ul . t --- -~e vuilweerstand: Stel hv

=

500. 1 1

=

500 x 0,1296

=

0,01543 ======= De wandweerstand: A= 0,1636 - 0,1296 2,303 log 1636/1296

=

0,0340 / 2,303 x 0,10106

=

0,146 sq.ft ft.len~ L

'kA

=

26 x 0,146 0,0054

=

0,00142 h.ft.oF/rtu

=======

De condensaatfilmweerstand:

We stellen dat de stoom, a~~ de verdampers onttrokken, een temperatuur beeft van 90 C.

~ac Adams, pag. 260, geeft nu voor condensing vapors de

.,

_,

I '"'

1

°

dus tf in

=

180 F t 3 t 3 t 5 in

=

uit

=

=

800

e

₌

176°F 880

e

₌

190°F 900

e

₌

194°F tf uit

=

191°F

Voor laminaire stroming in de condensaatfilm geldt:

Q expo 1/3 voor water is getabelleerd

voor 180°F: Q exp.1/3

=

5120, dus Qin exp.1/4

=

605,3 u_f = 0,84 lb/h.ft. voor 191°F: Q eXD.1/3

=

5470, dus Quitexp.1/4

=

636,0

u f

=

0,79 lb/h.ft.

We ZlJn voor de pijplen~te een

ketelhoo~te. St e I l

=

7 ft.

(980

x

hs in

=

0,943 x 605,3 x (

7

x

1 1

beetje gebonden aan de 0,84) 18 ) eXTJ. 1/4

=

912_{- - - - -},5

-=

~-=-=--=---o::--_{912,5 x 0,1631)-}

=

0,00670 ---1 1 = ~~~.-~~~~ 1375,4 x 0,1636

=

0,00444 TFÇ'Ao)uit --- ---4. 1/4

..

,

..

I • T

..

Voor de inlaat: sapfilm w.

vuil w. wancî VI'. stoom w. rrotaal (-:-~_{,_,n} " ) _in

₌

_{21 ,28} 0,02344 0,01543 0,00142 0,00670 O,OL1Ggg

=

1/(UA)_ln " De overall co~ff. D

=

21 ,28

=

0 0,14G 146 T'tu/h.s(]..ft. F

Vlor de uitlaat saufilm~.

vuil 1,':. wiln( w. stoom 1'1. 0,01735 0,01543 0,00142 0,00444

=

1 /("L.i, ) _Ul "t ~e oV8r~11 coëfi.

_u

₌

_~~~

₌

177 T'tu/h.sq.ft.°:'J'.

Snkele prectiscLe fegevens von suikerfabrieken voor de

warmte feleidings coefficient:

Claassen voorwarmers 25

-

125 Ftu/b.sq.ft.oF

Eerste verdar:1plic}'"\aam 625

_"

_{" "}

_"

Emmen voorwarr".ers 125

_"

11 11

lI-lïau s brand (nieuwe pi,i pen) 125 170 11 11 11

"

procenko (Yestner verrlawper,

rtusl and) 5

_"

_"

_"

11

normaal-cij fer 13

-

17 11 11 11

"

W~arsctijnlijk speelt de vuilweerstand een grotere rol

dan wij 8c}atten.

De beno~iEde hoeveelheid warmte is:

13.000 x 0,79 x 720

=

73g.0C'0 Ptu/h.

Stel het benodigde aantal voeten pijp is x, dan is

.1t, _ln (UA) "t-_Ul L1t _Ul "t(lJA)" _ln 739.000

=

x --~T-~~~-2, 303 10g3 tin (rA) ui _{tjLlt ui} t(TTA) in

=

90 x 25,86 - 18 x 21,28 x 2,303 log 2329, 273[3,0 = x.1946, 2 2, 303 x

0,7840

1078 x Ii II 11

"

"

•

..

,

..

... !

.

x

=

686 ft. Di t is <1UP; (,86/7

=

98 PlJpen.

Elke passage bevat 15 pijpen. Er zijn dus 7 passages nodig. Totaal 105 pijpen.

De mantel, hiervoor nodig, zal ongeveer 6 duims zijn.

~Iet heeft geen zin om het aantal pi,jpen en het V.O. nauwkeuriger te ~epalen, want

6.

1) v'orot reeds van ho aanf'egeven, dat de nauwkeurigheid on[ eveer 25

%

naa~ beide kanten is;

2) is de vuilweerstand afhankelijk van de tijd, dat een voorwarmer onafgebroken in gebruik is. Daar geen ge

-gegevens hierover zijn, en elke 8anduiding ontbreekt, zelfs bij suikerfabrieken, is het onmogelijk om voor de onbekendere cichorei, iets over deze vuilweerstand te zeggen.

Terekenin~ van het drukverlies.

Re in = 3880 R _{e Ul} 0t= 8230 R _{e gem}

=

5815

stroming door rechte pijp.

f=frietiefaetor=

~

,

046

~

5~

;

~46

~

=

0,00813

e exn. v, ~ exp. v, ~

L'= nijplengteL= 7 x 7

=

49 ft. Lvoor de gehele do or-stroming. u = 2,5 ft/sec.

ge= 32,2 = versnellin~ van de zwaartekracht.

7iet drukver~ies is 2 F

=

4 f LID _ 4 6,00813 x 49 x 2,5

2

geD - ~ 32,2 x 0,04125

=

3,75 ft.

vloeistofkolom . De wrlJvlng voor uitstromen in de kop, omkeren van richting en i nstromen in de pijp wordt gegeven

door: ₂

Fc

=

7(0,3

+ 1,0 +

0,25)V

/2g

_c

=

=

7x 1,55 x 425/6~,4

=

1,05 ft. :~ e t ct ru kv e r I i es i s dus 3, 7 5 + 1, 0 5 = 4 , 80 ft. ======== dit is 4,80 x ~ = 4,80 x 72,9

=

350 lb/sq.ft .

=

= 2, 43 lb/sq.t~.

=

0,165 at . ========= (1 lb/sq.in.= 0,068046 at.)

/

• _i

..

Er i s geen niveauverschil tussen invoer en uitvoer in

rekening gebracht, daa~ deze zich ongeveer op gelijke

hooP'te bevinden.

Geraadpleegde literatuur .

========================= F.Trown en R. Marco P. Claassen D.A. Donohue .11.. lJ. mmen Q , " E F. Hausbrand

w

.

u . l'.':ac iidams A. Procenko A. Weissberger Introduction to heat~ansfer.

Zuckerfabrikation 1922.

Ind.Bng.Chem.

il.,

2499- 2511 , 1949

Rietsuikerfabricage 1926

Verdampfen, kondensieren,kUhlen.

1912

Feat transfer 1942

Verg.Archief Sui~erind. Ned.Ind.

~, 887 (1913)