Vernieuwingen in het buitenland

Van Techniek in Nederland

Ga naar: navigatie, zoek

Aantrekkelijk onderzoeksterrein


In een bedrijfstak die internationaal zo verbreid was en waarin zoveel kapitaal omging, is het niet verwonderlijk dat er welgestelde lieden waren die zochten naar verbetering van het productieproces.

Twee van de hoofdbewerkingen kregen vooral de aandacht: de zuivering en het indikken. Hoe zuiverder de suiker was, hoe meer geld hij opleverde, en het indikken was een delicaat onderdeel dat veel brandstof kostte en waarbij bovendien van alles fout kon gaan. Het grote risico bij het indikken was dat er door de grote hitte en het contact tussen de stroop en de gloeiend hete pan chemische reacties plaatsvonden die productieverlies veroorzaakten.

Zelfs heel intensief roeren kon dat niet tegengaan en de raffinadeur verloor dus altijd een deel van zijn ruwe suiker. De hoge temperatuur maakt nl. dat de saccharose-molecuul ontleed wordt in een ander molecuul, dat niet meer kristalliseerbaar is. Er ontstaat alleen een stroperige massa, melasse. Dit verschijnsel is later inversie genoemd.

Suikerfabricage 1874


Zuivering van stroop

Voor de zuivering van de stroop werd in 1810 een belangrijke ontdekking gedaan door Pierre Figuier, professor in de chemie aan de Ecole de Pharmacie van Montpellier. Voortbouwend op de ontdekking omstreeks 1790 door de Rus Lowitz over de ontkleurende werking van houtskool, ontdekte Figuier dat verkoolde beenderen een stof opleverden, die nog beter werkte als materiaal om vloeistoffen mee te zuiveren. Al in het jaar van Figuiers ontdekking was er een Parijse raffinaderij die dergelijke poeder van beenderkool gebruikte.

In 1815 nam de Engelse raffinadeur Martineau in zijn eigen land octrooi op het zuiveren van ruwsuiker met behulp van 2-5% beenzwart - één jaar later kreeg hij ook in Nederland octrooi op zijn vinding[27] - en in 1821 werd dit zuiveringsmiddel door Hamburgse raffinadeurs vrij algemeen gebruikt onder de naam 'Englische Methode'.[28] Aanvankelijk wierp men gewoon een hoeveelheid beenzwart in de ziedpan en werd het poeder met aanhangende onzuiverheden vervolgens door een doek afgezeefd.

Het was niet makkelijk om het fijne beenzwart uit de gezuiverde siroop te filteren. Tussen 1815 en 1824 trachtte de Engelsman Taylor hierin verbetering te brengen door de nog verontreinigde siroop langzaam door een met beenzwart gevulde zak te laten sijpelen.[29] Het voordeel van deze hoge zakfilter was, dat hij een groot filteroppervlak bood en weinig vloerruimte innam. Maar aan het gebruik van beenzwart bleven enkele nadelen zitten: het was duur in de aanschaf en het kon maar één keer gebruikt worden. Andere middelen als kalkwater en ossebloed bleven nodig als aanvullend zuiveringsmiddel, want de ontkleuring was niet volledig. Daarom werd in lang niet alle raffinaderijen deze Taylorfilter toegepast.

De Fransman Dumont leek uitkomst te brengen met een iets anders geconstrueerde filter. Bovendien ontwikkelde hij in 1828 een bruikbare methode om het beenzwart te reactiveren: de kool werd na gebruik gespoeld en vervolgens in een speciale oven sterk verhit, waardoor het beenzwart zijn ontkleurende werking herkreeg.

Zo opende zich een groot terrein voor verbeteringen en kleine uitvindingen: de constructie van filters, manieren om het dure beenzwart meer dan eens te gebruiken, de meest effectieve korrelgrootte van de beenderkool. Zowel Fransen als Engelsen namen in de loop der decennia tientallen octrooien rondom het thema van de beenzwartfiltratie.


Indikking

In hetzelfde jaar waarin Figuier de beenzwart-ontkleuring ontdekte, brachten twee andere Fransen een belangrijke verbetering aan in het indikkingsproces. De gewone suikerpannen hadden als enorm nadeel dat het contact tussen vuur en oplossing veel te direct was. Plaatselijke oververhitting, aanbranden en dus inversie en caramellisatie - die een bruine kleur geeft - waren onvermijdelijk. Deze gevolgen van een slechte temperatuurbeheersing waren altijd als een kwaad beschouwd, dat de meesterknecht alleen door zijn ervaring en oplettendheid enigszins binnen de perken kon houden.

Astier, apotheker in het keizerlijk leger, had echter in 1810 samen met suikerraffinadeur Guillon een bascule- of tuimelpan geconstrueerd.[30] De ovale pan was van roodkoper, laag en breed en had een schenktuit. Hij stond op een ovenopening die de vorm van de pan had, zodat het grote bodemoppervlak een groot en direct verwarmd oppervlak leverde. Dat versnelde de kooktijd aanzienlijk. Verder hing de pan aan een takel, zodat de temperatuur al beter regelbaar was door de pan iets op te tillen. Ook was een voordeel dat het vuur niet meer gedoofd hoefde te worden als het indikken ver genoeg was gevorderd. Het nadeel bleef echter dat er nog altijd een direct contact tussen vuur, bodem en stroop was. Toch werd de tuimelpan in bijna alle Franse raffinaderijen gebruikt.[31]

Ondertussen waren ook in Engeland ontwikkelingen gaande op het gebied van het verwarmen en koken. Men probeerde de warmte in de pannen beter te beheersen. Een mogelijkheid was om buizen in de suikerpan te maken waardoor stoom of hete olie werd geleid. Dergelijke warmtewisselaars leken inderdaad aan het doel te beantwoorden, want als de massa in de pan warm genoeg was, hoefde men alleen de stoomkraan dicht te zetten. Verder was door de vorm van de buizen en hun ligging in de pan een betere circulatie van de warme vloeistof mogelijk, zodat aanbranden minder voorkwam. Ten slotte was er het enorme voordeel dat de stoom voor alle pannen, klaarketels en kookpannen samen, op één vuur kon worden opgewekt. Als men de stoomkraan ergens afsloot, hoefde er geen vuur gedoofd te worden. Er was maar één stoker nodig, er ging geen brandstof verloren en het stoken en weer temperen en doven van allerlei kleine warmte- en brandstof-verspillende vuurtjes was onnodig.

Deze uitvindingen droegen door hun effectiever gebruik van warmte bij aan een versnelling van het verwarmings- en stroopconcentratie-procédé. Ondanks allerlei onvolkomenheden was het duidelijk dat het principe van stoomverwarming technische, en op den duur ook bedrijfseconomische, voordelen had.


Men kon proberen nog een stap verder te gaan en pogen om de hoge temperatuur bij het koken te vermijden.

Een vacuümpan, omstreeks 1850

De Londense raffinadeur Edward Charles Howard (1774-1816) nam in 1813 octrooi[32] op een apparaat dat gebaseerd was op een al lang bekend verschijnsel, namelijk dat bij een lagere druk het kookpunt van vloeistoffen lager ligt, en daarbij gebruikte hij een grote versie van de vacuümpomp die al in de achttiende eeuw gebruikt werd bij scheikundige en fysische experimenten.[33] Het voordeel van deze zogenaamde vacuümpan was, dat er veel minder suiker verloren ging door inversie en dat de gemiddelde kwaliteit van de producten hoger was dan bij het open-pannensysteem. Het indikken verliep bovendien sneller, zodat de raffinaderij een grotere omzet per dag kon halen.

Howards uitvinding werd het begin van een onafzienbare reeks verbeteringen door Engelse, Franse, Duitse en andere constructeurs, die zich daar onmiddellijk op stortten na het aflopen van het octrooi op 30 oktober 1828. Het natuurkundig principe bleef daarbij onaangetast, maar de eerste generatie vacuümpannen kende nog zoveel nadelen dat ze zeker niet voor alle raffinadeurs bruikbaar en winstgevend was. Deze nadelen werden in enkele artikelen en boeken uiteengezet, maar ook de critici merkten op dat de werkwijze in beginsel een grote toekomst tegemoet kon gaan.

Een groot obstakel waren de hoge aanschafkosten, die volgens sommigen wel konden oplopen tot fl. 60.000.[34] Hierbij moet worden opgemerkt dat de vacuümpan slechts een deel vormde van het Engels octrooi dat Howard werd verleend. Dat behelsde namelijk ook de zuivering die aan het koken voorafging. De samenhang tussen beide procesdelen is hierin gelegen dat het onmogelijk was om tijdens het koken nog schuim en andere onzuiverheden uit de gesloten pan te verwijderen. De stroop moest dus werkelijk volkomen vrij van niet-suikerstoffen zijn. Howard had daartoe een voorbehandeling ontwikkeld die uitgebreider was dan gebruikelijk.[35] Alleen door deze combinatie van zuivering en indampen bij onderdruk kon de raffinadeur de goede resultaten behalen die Howard beloofde.


Grote capaciteit

De daarmee gepaard gaande investeringen waren alleen terug te verdienen in een raffinaderij met een grote capaciteit. In verschillende publicaties werd verwezen naar bedrijven die jaarlijks 1000 tot 3000 ton ruwsuiker verwerkten.[36] Dergelijke fabrieken waren ook om een andere reden het meest geschikt voor deze werkwijze. Bij een vacuümpan hoorde een stoomketel, een luchtpomp met krachtwerktuig en een groot waterreservoir dat het zoet water voor de condensatie in de luchtpomp bevatte. In kleine raffinaderijen ontbrak meestal de ruimte voor zo'n installatie. Tenslotte was het voor machinefabrikanten niet makkelijk om een goede, storingsvrije luchtpomp te bouwen; de enige die op dat gebied een reputatie had, was James McMordo in Londen, oud-directeur van Boulton & Watt.

Plaats waar het suikersap werd ingedikt


Oude en nieuwe methode naast elkaar

Ondanks deze belemmeringen waren er raffinadeurs die het financiële en technische risico aandurfden. Londen had ten tijde van Howards uitvinding ongeveer 100 raffinaderijen en toen het octrooi na 15 jaar afliep, waren er ongeveer tien bedrijven die de nieuwe methode gebruikten.[37] Howards medewerker Hawkins had in 1818 een nieuwe raffinaderij in Wenen met vacuümpannen ingericht, maar daar kwam tot 1830 nauwelijks een vervolg op.[38] Evenmin waren de Franse raffinadeurs snel op deze veelbelovende innovatie ingegaan. In 1823 in Marseille werd voor het eerst een vacuümpan in gebruik genomen.[39] Hier werd een ander type condensor gebruikt, die een enorme waterbesparing opleverde en die nadien door Derosne en Cail werd verbeterd.[40]

Het feit dat enkele raffinadeurs vrij snel deze grote overstap maakten, overschaduwt het gegeven dat een veel grotere groep dat niet deed. Maar zelfs in Engeland bleven nog jarenlang veel bedrijven met open pannen raffineren; ook in Frankrijk en Duitsland[41] zouden dergelijke raffinaderijen het nog tot ver in de jaren '40 kunnen bolwerken, om vervolgens met succes op nieuwe methoden over te gaan.

Natuurlijk waren er voordelen aan productiemethoden als die van Howard verbonden. De berekende argumenten van voorstanders waren niet uit de lucht gegrepen, de vakliteratuur liet evenwel ook ruimte aan andere ingewijden die met hun eigen rekenwerk de minder gunstige kanten trachtten aan te tonen. De raffinadeurs kregen in de loop der jaren steeds nieuwe, aangepaste versies van beenzwartfilters, kookpannen, pompen, of verwarmingssystemen voorgeschoteld. De vacuümpannen die in de jaren '30 werden ontwikkeld, hadden alweer andere karakteristieken - zoals prijs, bedrijfskosten, capaciteit, storingsgevoeligheid of kwaliteit van de producten - dan de Howardpannen van tien jaar eerder.