Influence of non-sugar substances on solubility and crystallization of sucrose

Aufgrund der Liberalisierung des EU-Zuckermarktes wird der Erhöhung der Ausbeute von Saccharose aus Zuckerrüben in Form von Weißzucker eine immer größere Bedeutung bei der Optimierung des Produktionsprozesses zugerechnet. Es ist das Ziel dieser Arbeit, den Einfluss der verschiedenen Nichtsaccharosestoffe auf Kinetik und Thermodynamik von technischen Saccharoselösungen besser zu verstehen und Methoden und Vorgehensweisen aufzuzeigen, mit welchen vorhandene Kristallisationsanlagen, insbesondere im sogenannten Nachproduktbereich der Zuckerfabrik, hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und des vorhandenen Optimierungspotentials bewertet werden können. Hierfür werden zunächst die in der Zuckertechnologie geläufigen Berechnungsmethoden zum Erhalt der für die Kristallisation wichtigen Stoff- und Prozessgrößen kritisch hinterfragt und allgemein gültigen physikalisch-chemischen Grundgleichungen gegenübergestellt. Auch die geläufigen analytischen Methoden der praktischen Betriebskontrolle werden einer kritischen Betrachtung unterzogen. Es werden verbesserte Methoden präsentiert, mit welchen es möglich ist, Löslichkeitsdaten und Kristallisationsgeschwindigkeiten von Saccharose in technischen Lösungen experimentell zu bestimmen. Die Löslichkeit von technischen Lösungen, welche während der zwei Zuckerrübenkampagnen 2018/2019 und 2019/2020 aus Fabriken verschiedener europäischer Länder genommen wurden, werden zusammen mit einer ausführlichen Analyse der Nichtsaccharosezusammensetzung dargestellt. Es wird untersucht, welche Nichtsaccharosestoffe für eine erhöhte oder verringerte Saccharoselöslichkeit in technischen Lösungen verantwortlich sind. Weiter wird untersucht, ob die Kristallisationsgeschwindigkeit von technischen Lösungen mit einem natürlichen hohen pH-Wert sich aufgrund des hohen pH-Werts verändert, beziehungsweise, ob durch eine Konditionierung des pH-Werts der technischen Lösungen eine Veränderung der Kristallwachstumsgeschwindigkeit in diesen Lösungen zu erreichen ist.The EU sugar market liberalization shifts the goal of the process optimization more and more towards an increase of the white sugar yield and a minimization of the sugar loss in the sugar beet. The aim of this work is to deliver a better understanding of the influence of non-sugar substances on the kinetics and thermodynamics of technical sucrose solutions and to provide methods and instructions to evaluate the performance and to find optimization potential of existing crystallization plants, especially in the so called after-product strike of the sugar factory. The commonly used mathematical methods of the sugar technology to compute the necessary process data for the sucrose crystallization are critically scrutinized and compared to generally valid basic physical and chemical equations. The common analytical methods of practical operational control are also subjected to this evaluation. This work presents improved methods to determine solubility data and crystallization rates of sucrose in technical solutions. The solubility of technical solutions which were taken during the two sugar beet campaigns 2018/2019 and 2019/2020 from factories in different European countries are presented together with a detailed analysis of the non-sucrose composition of these solutions. The non-sucrose substances responsible for increased or decreased sucrose solubility in technical solutions are investigated. Furthermore, it is examined whether the crystallization rate of technical solutions with a high natural pH value is slowed down due to the high pH value and whether it is possible to change the crystal growth rate in these solutions by conditioning the pH value