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Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Trockenpulvern aus flüssigen Ausgangsstoffen durch deren Versprühen und Einleiten eines gasförmigen Trocknungsmittels in einem Turm.
Das Trocknungsprinzip beruht darauf, dass im oberen Bereich eines sehr hohen Trockenturmes im Gegensatz zum sogenannten Zerstäubungsverfahren, bei dem das zu trocknende Gut zu feinstem Nebel zerteilt wird, das zu trocknende Gut nur bis zu Tröpfchengrösse aufgeteilt wird und dann auf seinem Fallweg nach unten eine Reihe von Feuchtigkeitszonen durchwandert, die so gewählt sind, dass eine plötzliche Verdampfung aus dem zu trocknenden Gut verhindert wird. Im Gegensatz zu den bekannten Systemen der Trocknung von feinzerteiltem Gut in einem erwärmten Gasstrom handelt es sich bei der erfindunggemässen Arbeitsweise um eine gelenkte und in allen Teilen gesteuerte Verdunstungsverdampfung.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist demgemäss im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde flüssige Gut in Form von möglichst homogen verteilten Tröpfchen mit einer Teilchengrösse von 5 bis 2000 !. L bei einer Temperatur von 0 bis 60 C, zweckmässig von 5 bis 35 C, einem vorgetrockneten Gasstrom in einem Turm in der Höhe von 10 bis 200 m, vorzugsweise zwischen 50-100 m, entgegengeführt wird, wobei die Berührungsdauer 5-1000 sec, vorzugsweise 10-200 sec, beträgt und die längeren Zeiten der höheren Teilchengrösse entsprechen, so dass der obere Teil des Turmes als Wäscher wirkt.
Die Elemente, wie Teilchengrösse, Weglänge, Zeitdauer, Entfeuchtungsgrad, Temperaturen sowie genau abgestimmte Luftgeschwindigkeiten, die zum Teil einander bedingen, müssen so aufeinander abgestimmt werden, dass sowohl die explosionsartige Verdampfung als auch die schädlichen positiven und negativen elektrischen Ladungsvorgänge sowie andere, sich negativ auswirkende Reibungseffekte und alle durch zu hohe Austritts- und nachfolgende Strömungsgeschwindigkeiten der Gutstropfen bedingten zu heftigen und zu raschen Kontakte mit dem Trockenmedium vermieden werden. Zu diesem Zweck sind Grössenordnungen der Türme, sowohl in Höhe als im Durchmesser nötig, die alle bisher bekannten Wege verlassen.
Nur mit Hilfe dieser neuen hier angewendeten Dimension-Türme bis zu 200 m Höhe-ist man in der Lage, die erforderliche Weglänge, den Zeitfaktor in Übereinstimmung mit der Teilchengrösse, die Temperatur der Luft oder des Gases und ihre Entfeuchtung mit der Luftgeschwindigkeit so abzustimmen, um zu einer vollständigen, absolut schonenden Trocknung bzw. dem gewünschten Trocknungsgrad zu kommen.
Es handelt sich also um eine gebremste und gesteuerte Verdunstungs-Verdampfung, die je nach dem Fall eine Reihe von Sekunden bis zu vielen hundert Sekunden umfassen kann.
Um ein Maximum an Effekt zu erreichen, muss zweckmässig eine teilweise oder völlige Entfeuchtung der zur Trocknung angewendeten Luft vorgenommen werden. Der vorgetrocknete Gasstrom wird daher mög- lichst auf 0% Wassergehalt getrocknet. Beim Austritt aus dem Trocknungsturm soll der Gasstrom eine Wasserdampfsättigung von 65 bis 95% aufweisen. Bei Anwendung von vorgetrockneter Luft beträgt die Geschwindigkeit des Gasstromes 0, 01-1 m/sec, vorzugsweise 0, 05-0, 3 m/sec.
Das erfindungsgemässe Trocknungsprinzip ist das Gegenteil aller bisher bekannten Verdampfungund Trocknungssysteme. Bei der Zerstäubungstrocknung handelt es sich um hohe Kontakttemperaturen, die schon allein thermisch das Produkt gefährden, auch wenn es sich nur um Bruchteile von Sekunden handelt, in denen das Teilchen mit dem heissen Luft- oder Gasstrom beim Verdampfen selbst und beim Austragen einschliesslich der Verweilzeit im Filter mit der über dem Taupunkt liegenden Temperatur von 60 bis 80 C in Berührung kommt.
Bei einer Verarbeitung von hochempfindlichen Stoffen liegt die zweckmässige Teilchengrösse zwischen
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erzielen.
Es wird jedoch bemerkt, dass auch Teilchengrössen von 5 Sa aufwärts ohne schädliche Folgen verwendet werden können, wenn die Verdunstungs-Verdampfung so geführt wird, dass eine langsame Wasserent-
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ziehung stattfindet. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Feuchtigkeitsentzug proportional verläuft, d. h. ausschliesslich so erfolgt, wie es im langsamen Gegenstrom möglich ist, wenn das zu trocknende Teilchen in den Luftstrom an jener Stelle eingetragen wird, an der schon eine Wasserdampf-Sättigung von 65 bis 95% des Gas- oder Luftstromes vorliegt. Infolgedessen ist eine plötzliche Verdampfung nicht möglich, sondern kann nur schrittweise mit den fallenden Teilchen erfolgen.
Die zur Anwendung kommenden Temperaturen liegen im Bereich von 0 bis 60 C und vorzugsweise in einem Bereich von 5 C bis maximal 35 C. Das zur Anwendung kommende Trocknungsgas wird dabei auf einen höchstmöglichen Entfeuchtungsgrad vorgetrocknet. Die Geschwindigkeit des Luft- oder Gasstromes, der im Gegenstrom zu den fallenden Tropfen geführt wird, soll 0, 05 bis maximal 1 m/sec betragen, so dass Berührungs-und Verdunstungszeiten von 5 bis 1000 sec möglich sind.
Als Trockenmittel zu dieser Verdunstungsverdampfung wird, wenn die zu behandelnden Stoffe den Luftsauerstoff vertragen, einfach Luft benutzt. Sofern die zu behandelnden Stoffe sauerstoffempfindlich sind, verwendet man ein inertes Gas, wie beispielsweise Kohlendioxyd oder Stickstoff.
Es ist auch zweckmässig, den Gasstrom vor der Berührung mit dem zu trocknenden Gut zu sterilisieren, um jeden äusseren Einfluss auf enzymatische und fermentative Abläufe auszuschalten.
Durch Bestrahlung oder antifermentative, elektrische Behandlung können in bestimmten Fällen die zu verdampfenden und zu trocknenden Produkte aus Sicherheitsgründen noch vorbehandelt werden.
Die Vortrocknung des Gas- oder Luftstromes kann beispielsweise durch Ausfrieren oder durch Überleiten über Stoffe, die die Feuchtigkeit begierig aufnehmen, wie z. B. Aluminiumoxydgel, Kieselsäuregel, trockenes Calciumsulfat, trockenes Magnesiumsulfat usw., erfolgen.
Es ist klar, dass man den Gas- oder Luftstrom vor der Berührung mit der grobzerteilten Lösung von Staub und sonstigen Schwebestoffen möglichst weitgehend befreit. Der Gas- oder Luftstrom soll bei der Berührung mit den zu trocknenden Tröpfchen höchstens 0, 05 mg Staub pro m3 enthalten.
Versprühungsart, -zeit, -grad und -geschwindigkeit der aus Düsen austretenden Flüssigkeitsteilchen in das Gas- oder Luftgemisch müssen so gewählt werden, dass sowohl die durch eine zu rasche Verdampfung als auch durch zu rasante Bewegungen hervorgerufenen starken Reibungen, welche zu starke elektrische Aufladungen hervorrufen, in der Verteilungsdüse selbst oder im Gas bzw. der Luft unterbleiben, was insbesondere die für alle Produkte negative Kondensatorwirkung (Lenardeffekt), die beim feinen und schnellen Zerspritzen von Flüssigkeit auftritt, bedingen.
Gerade aber die blitzartigen Bewegungen und Zerspritzungsvorgänge bei zu rascher Verdampfung rufen ganz grundsätzliche Veränderungen und Denaturierungen der Stoffe hervor ; ebenso ist es sicher, dass auch die gesteigerten Brown'schen Bewegungen bei der Verdampfung bei allen überkommenen Verdampfungsarten einschliesslich der Vakuumverdampfung negative Einflüsse auf Geschmack und Aroma haben. Es ist zu beachten, dass es stets zwei Faktoren sind, welche diese negativen Erscheinungen bedingen, und wieder zwei Faktoren sind, die einander fördern.
Wenn man einen Faktor ändert, z. B. die grobe Zerteilung einsetzt, aber zu hohe Temperaturen und Gleichstrom bestehen lässt-echter Gegenstrom ist bei allen Temperaturen ein Widerspruch in sich selbst, da er zur Verbrennung des trockenen Gutes führt-so erfolgt explosionsartige Verdampfung und alle negativen Auswirkungen sind unvermeidlich. Man kann auch feinstzerstäuben und ganz schonende tiefe Temperaturen zur Anwendung bringen und trotzdem ergeben sich die gleichen Nachteile, wenn man nicht die explosionsartige Verdampfung verhindert. Dagegen kann man erfindungsgemäss in langsamen Gegenstrom mit proportional richtig angewendetem Feuchtigkeitspotential des Trocknungsmittels auch dann gute Ergebnisse erzielen.
Man wird also zweckmässig beide Faktoren in Übereinstimmung, d. h. in ein jeweilig experimentell vorher festzulegendes Gleichgewicht bringen, je nachdem, welche Verdampfungszeit der entsprechende Stoff erlaubt.
Aus diesen Richtlinien ergibt sich, dass der Trockenturm, in welchem das Verfahren zur Ausführung gelangt, eine Höhe von etwa 10 bis 200 m besitzt. Dieser Turm ist also wesentlich höher als die bisher benutzten Anordnungen zum Eindampfen und Trocknen von Lösungen nach den Verfahren der Zerstäubungstrocknung. Der Durchmesser des verwendeten Turmes ist der Luftmenge und Luftgeschwindigkeit angepasst und beträgt vorteilhaft 5 bis 80 m, da es sich in jedem Falle um grosse Luft- bzw. Gasvolumina handelt, die den Turm passieren müssen.
Im Turm soll sich ein Gleichgewichtszustand einstellen, bei dem entsprechend der Johnston'schen Formel unter Berücksichtigung der Reynold'schen Zahl, der Stock'schen sowie der Bär'schen Berechnungen von Teilchengrösse und Fallgeschwindigkeit alle Dimensionen festgelegt sind.
In all den Fällen, wo es nur auf Konzentrate ankommt, kann nach denselben Grundprinzipien, wie vorstehend beschrieben, in Konzentrierungstürmen oder in Konzentrierungskammern gearbeitet werden, in denen der Faktor, dass das Produkt flüssig bleibt und also feines Pulver nicht durch zu hohe Geschwindigkeit weggetragen werden kann, ein solches Arbeiten erlaubt. Hier sind Luftgeschwindigkeiten bis zu 3 m/sec in den Sprühkammern möglich.
Diese Konzentrierungstürme sind auch als Vorkonzentrierungstürme und gleichzeitig Waschtürme hinter bzw. vor der eigentlichen Zerteilungsregelung von Trockenpulver möglich. Gerade in diesen Türmen ist dann eine Reabsorption der wenigen freigewordenen flüchtigen Stoffe und eine langsame und in keinem Falle explosionsartige Verdampfung möglich. Bei den vorgeschalteten oder nachgeschalteten Türmen kann auch eine Füllung mit Raschigringen oder Spiralfüllkörpern vorgesehen sein. Man kann dann Luft-
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geschwindigkeiten bis zu 1, 2 m/sec anwenden. Allc Türme, insbesondere auch die Konzentrierungstürme, können Glocken oder Siebböden aufweisen.
Es muss betont werden, da die vor-oder nachgeschalteten Sprühkammern oder Waschtürme eine aus- gesprochene zusätzliche Möglichkeit der Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens mit der Rück- führung bzw. Rückgewinnung der wenigen, im Trocknungsturm selbst verloren gehenden flüchtigen
Stoffe geben, und insbesondere auch wegen der Möglichkeit der Einsparung der Filter vorgesehen werden können. Diese sind aber für das Verfahren selbst nicht wesentliche, sondern nur zusätzliche Möglichkeiten.
Weder die Düsenkammern noch die Füllringsäulen oder die Türme als Vor- oder Nachschaltung sind aus wirtschaftlichen Gründen unbedingt notwendig. Der Wärmebedarf beträgt nur etwas mehr als die
Hälfte der bei Zerstäubungstrocknern notwendigen Wärmemenge. Man kann bis auf 90-95% Sättigung arbeiten. Im Gegensatz zu den Zerstäubungstrocknern ist es bei den neuen Trocknern auch nicht nötig, wesentlich unter der Taupunktgrenze zu bleiben, d. h. die Sättigungsgrenze so weit zu unterschreiten.
Das ergibt sich schon aus dem hier beschriebenen neuen Verfahren selbst, wo die feine Einregulierung und Abstimmung auch diesbezüglich möglich ist. Wenn man eine Vereinfachung wünscht und dabei auf die erwähnten Düsenkammern oder Füllringtürme verzichtet, wo man ja ohne technische Gefahr die 100% igue
Sättigungsgrenze erreichen oder ohne grosse Gefahr überschreiten kann, so kann man im Trockenturm praktisch alle Wärme der Luft und besonders alle Feuchtigkeitsaufnahmefähigkeit oder Sättigungsmöglichkeit ausnützen, indem man so nahe wie möglich an die 100%ige Sättigungsgrenze herangeht.
Während bekanntlich bei Zerstäubungstrocknern üblicher Bauart, trotz der zur Anwendung kommenden hohen Temperaturen, die ja gerade auch aus wirtschaftlichen Gründen angewandt werden, mit praktischen Dampfverbrauchszahlen von 3 bis 3, 5 kg pro kg verdampftes Wasser gerechnet werden muss, Zahlen, die in der Praxis und in der Literatur selbst als verhältnismässig hoch betrachtet werden, ist es bei dem neuen Verfahren möglich, mit Dampfverbrauchszahlen von 1, 6 bis 2, 2 kg maximal auskommen zu können. Das entspricht ungefähr 950-1250 kcal pro kg verdampftes Wasser.
Diese schon an sich bedeutend wirtschaftlicheren Dampfverbrauchszahlen lassen sich noch durch ein
System von Wärmeaustauschern und Wärmeausgleichern sowie ausserdem durch ein System von Recuperatoren oder Regeneratoren bis auf Dampfverbrauchszahlen von 0, 8 bis 1, 2 kg Dampf/kg H20 senken.
Der damit erreichte Dampfverbrauchswert liegt also bei der oberen Grenze parallel den Dampfverbrauchswerten einer technischen Einkörper-Vakuumverdampfungsanlage und bei seinem unteren Wert in der Nähe eines Double-Effektvakuumverdampfers.
Zu dem grossen Vorteil qualitativer Überlegenheit kommt noch die ökonomische Überlegenheit dazu.
Im Trockenturm arbeitet man deshalb vorteilhaft mit einer rotierenden Verteilungsdüse oder mit einer grossen Druckdüse oder mit einer Mehrzahl von rotierenden Düsen oder Druckdüsen, die eine möglichst gleichförmige Teilchengrösse in dem gewählten Bereich von 1000 bis 1500 jjL gewährleisten. Aus Gründen der gleichmässigen Granulation auch für die Löslichkeit und nicht nur aus Gründen für den beschriebenen Arbeitsvorgang selbst ist es von grösster Bedeutung, hier jede Fraktionierung zu vermeiden bzw. die Fraktionierung auf das unvermeidliche Mass zu beschränken.
Die Geschwindigkeit des Austrittes der Tröpfchen aus den Düsen soll vorzugsweise 0, 05-2m/sec betragen und 3 m/sec nicht überschreiten. Es soll ein mehr oder minder feiner oder gröberer Sprühregen und in keinem Fall ein mit hoher Anfangsgeschwindigkeit und Reibung ausgeschleuderter Nebel erreicht werden.
Infolge der geringen Luftgeschwindigkeit und der Grösse der Teilchen und ihres spezifischen Gewichtes können praktisch also alle oder fast alle in den Turm eingesprühten Lösungen und Stoffe am Boden des Turmes wie in Absatzkammern ankommen und von dort ausgetragen werden. Dazu kommt weiter die Vermeidung von Verlust durch die obere Sprühzone, die als Waschturm arbeitet. So dient der ganze Turm gleichzeitig als Filter. Das übliche Filter bleibt erspart. Das ist ein grosser Vorteil, denn Filter sind immer lästig und besonders bei hygroskopischen Stoffen, wie es alle Fruchtsäfte sind, sehr störend und wirken im Betrieb komplizierend.
Die Führung des Zerteilungsvorganges soll so erfolgen, dass alle Dämpfe, soweit sie wichtige Aromastoffe mit sich führen, in einem Temperaturbereich gehalten werden, der die Entstehung von Brüden- und Kochdunst verhindert.
Bei Naturstoffen, die sich schnell enzymatisch umsetzen können, ist es vorteilhaft, die Arbeit so einzurichten, dass vom Beginn des Auspressungsvorganges bis zur Gewinnung des Trockenpulvers nicht mehr als 2-20 Minuten vergehen.
Vorteilhaft ist ferner, dass längs der Wandung des Turmes ein ringförmiger freier Raum vorgesehen wird, in welchem keine Tröpfchen nach abwärts fallen, sondern nur Gas aufsteigt. Dadurch wird vermieden, dass sich an den Wandungen Teile der empfindlichen Stoffe ansetzen und dort zu Störungen in der Güte und Ausbeute des Produktes Anlass geben können. Der freie Raum reicht zweckmässig von der Wandung des Turmes 1-3 m nach seinem Innern.
Die Vorrichtung zur Tröpfchenbildung wird im Turm am besten in einigem Abstand von der Turmdecke angebracht. Zweckmässigerweise wählt man einen Abstand von 2 bis 10 m. Vielfache Versuche haben ergeben, dass ein Abstand von der Turmdecke von 3 bis 5 m sich besonders vorteilhaft auswirkt.
Der Gas- oder Luftstrom kann am unteren Ende des Turmes tangential oder zentral eingeführt werden.
Es ist aber auch möglich, ihn so am Boden einzuführen, dass er ohne spiralförmige Bewegung unmittelbar senkrecht hochsteigt.
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Im Turm kann der Gas- oder Luftstrom in Ausnahmefällen und bei höheren Geschwindigkeiten kleine Partikelchen der zu verdampfenden Flüssigkeit mitnehmen Nach den praktischen Erfahrungen handelt es sich allerdings da nur um fast bedeutungslose Bruchteile. Trotzdem kann man, um nichts von diesen wertvollen Substanzen zu verlieren, diesen Zustand beseitigen. Man wäscht den aus dem Turm austretenden Gas-oder Luftstrom mit der in dem Turm zu trocknenden Flüssigkeit. Der gewaschene Gasstrom wird in den Turm zurückgeführt, während man die Waschflüssigkeit, die die Ausgangslösung darstellt, in den Turm zerteilt einführt. Dadurch ist gleichfalls das schon erwähnte System der vor-bzw. nachgeschalteten Konzentrier- oder Waschtürme gelöst. Dabei ist die Wechselschaltung der Wasch- oder Konzentriertürme vorzusehen.
Es ist vorteilhaft, den Gasstrom gemäss den Bedingungen der Wasseraufnahmefähigkeit der trockenen Luft nach dem I-X Diagramm von Mollier durch den Turm zu führen, so dass er den Turm höchstens mit einer Sättigung von 75 bis 95% verlässt. Auf diese Weise wird eine gute Trocknungswirkung gewährleistet.
Die unten am Boden ankommende Sustanz kann je nach den gewählten Bedingungen ein Pulver oder eine breiige, viskose oder pastenförmige Lösung sein. Man kann daher den Boden des Turmes eben oder trichterförmig gestalten.
Eine andere Ausbildung des Bodens besteht darin, dass man bei der Trocknung im Abstand von etwa 0, 2-0, 6 m vom Boden des Turmes einen porösen Zwischenboden einsetzt, durch welchen die Luft nach oben strömen kann, während das Produkt der Trocknung auf dem Zwischenboden zurückgehalten und von den üblichen Einrichtungen, wie beispielsweise Abstreicher und Förderschnecke, ausgetragen wird.
Der Zwischenboden kann aus keramischer Masse bestehen, beispielsweise aus porösen Platten. Er kann auch die Form eines auf derartige Platten aufgelegten Filterstoffes oder eines freigespannten Filterstoffes haben, der etwa durch ein Gitter oder ein Netz gestützt wird.
Unter dem Zwischenboden kann eine Gasüberdruckkammer angeordnet werden, damit das Gas durch den Zwischenboden hindurchgedrückt wird.
Je nach der Art der Erzeugnisse, welche man nach dem beschriebenen Verfahren herstellen will, kann das Fertigprodukt einen verschiedenen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen. Im allgemeinen soll vermieden werden, dass die Trocknung zu weit getrieben wird. Wenn man ein Pulver herstellen will, wird man vorteilhaft so arbeiten, dass dieses je nach den Erfordernissen des Produktes eine Restfeuchtigkeit von 1 bis 15% aufweisen wird.
Die Vorteile, welche das neue Verfahren bietet, lassen sich zusammenfassend folgendermassen darstellen : das neue Verfahren vermeidet die plötzliche Verdampfung und damit den Verlust und die Zerstörung des natürlichen Aromas und des Duftes der Substanzen. Es vermeidet die Überhitzung durch Anwendung hoher Temperaturen und die Benutzung des Gegenstromes ermöglicht es, eine zu hohe Erwärmung des trockenen Gutes oder des weitgehend von der Flüssigkeit befreiten Produktes zu verhindern. Durch das neue Verfahren wird die Einwirkung von Brüden auf die empfindlichen Stoffe verhindert.
Das Verfahren vermeidet auch die elektrischen Aufladungsvorgänge und damit Denaturierungserscheinungen und schaltet die bei andern Konzentrationsverfahren erforderlichen Kältetemperaturen aus.
Im besonderen lassen sich auch allgemein alle Produkte mit Körpern, sei es in Dispersionen oder Suspensionen oder pastenförmigen Aufschlämmungen, wie Stärke und Carubamehl, usw. nach dem neuen Verfahren in Pulverform überführen, ebenso Textilhilfsmittel, Seifenprodukte und Detertivmittel.
Das neue Verfahren eignet sich besonders zur Konzentrierung von Fruchtsäften der Agrumen, wie Orangen, Zitronen, Crapefruits, weiter für Ananas sowie für Trauben-, Apfel-, Kirsch- und Johannesbeer- säfte, ferner für Gemüsesäfte, wie Tomatensaft, Karotten-und Spinatporrees, in denen der volle Vitaminund Nährwert erhalten ist ; weiter für solche Produkte wie Eier, Käse und Hefen, Vollmilch, Magermilch, Sahne und Butter. Man kann auch vorteilhaft Kaffee- und Tee-Extrakte nach dem beschriebenen Verfahren behandeln. Es eignet sich vorzüglich für die Trocknung von frisch zubereiteten Puddings und Cremes. Breiige Produkte, wie Tomatenmark, Apfelmus, Kartoffelpürree, Erbsenpürree, Bohnenpürree usw., lassen sich in vorzüglicher Weise für Konservierungszwecke einengen.
Man kann aber auch chemische Stoffe und pharmazeutische Produkte, die hochempfindlich sind, wie Vitamine, Hormone u. dgl., nach dem beschriebenen Verfahren in vorzüglicher Weise konservierungsfähig machen. Dasselbe gilt auch für pharmazeutisch-diätetische Produkte, wo es neben der Erhaltung des therapeutischen Effektes auch auf die Erhaltung der Geschmackstoffe ankommt.
Das Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von Fertigprodukten, wie Puddings, Flans, die aus Milch, Zucker, Gelierungs-, Stabilisierungs- oder Verkleisterungsmitteln hergestellt sind, weiter für natürliche oder künstliche Fruchtgelees auf Basis von Gelatine, niedrig veresterten Pektinen, Agar-Agar oder Alginaten mit wenig oder viel Zucker, ferner für Eispulver in jeder Form, das dadurch kalt löslich wird. Eine besonders vorteilhafte Anwendung hat das Verfahren für die Gewinnung von Puddings ermöglicht, welche mit Hilfe von Agar-Agar, Pektinsäure oder niederverestertem Pektin hergestellt sind und nachher mit kaltem Wasser angemacht werden können. Man kann solchen Produkten auch Milch, Zucker und Aromastoffe beigeben, wie z. B. Kakao. Diese Aromastoffe bleiben unverändert im Produkt erhalten. Ebenso lassen sich temperaturempfindliche Farbstoffe behandeln.
Auch hitzeempfindliche Kunststoffe sind auf diese Weise als Trockenpulver zu gewinnen. Ebenso kann man Gerbstoffpräparate herstellen.
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Eine weitere wichtige Gruppe von Ausgangsstoffen sind reine Fruktose, reine Glukose, Malz und Malzpräparate sowie Honig und Kunsthonig. Alle diese Stoffe mit hygroskopischen Zuckern lassen sich ebenso wie Traubensäfte nach dem neuen Verfahren leicht in Pulverform überführen ; auch Hopfen oder Hopfenextrakt.
Auch Trockengelees und Trockenmarmelade lassen sich vorteilhaft gewinnen. Insbesondere eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Fruchtgelees und Fruchtmarmelade mit niederveresterten oder hochveresterten Pektinen. Diese Erzeugnisse können 10-50% Zucker enthalten, ohne dass eine Veränderung des Aromas oder des Geschmacks bei der Kaltherstellung der Gelees und Marmeladen aus frischen Früchten mit kaltem Wasser eintritt.
Als weitere Gruppe seien Blut und Blutplasma sowie Leberextrakte angeführt. Schliesslich sind alle Kindernährmittel auf kombinierter Basis oder Einzelgrundlage von Zucker und Stärkepräparaten oder im Zusammenhang von Frucht- und Gemüsesäften oder Gemüsepürrees gewinnbar.
Alle Produkte, die nach dem neuen Verfahren gewonnen sind, zeichnen sich durch einen ungewöhnlich grossen Instantcharakter aus, d. h., sie benetzen sich bei Wiederauflösung in Wasser oder andern Dispersionsmitteln spontan.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieses Beispiel zeigt gleichzeitig den Arbeitsfluss der neuen Arbeitsweise.
Das in einem Vorratsgefäss 1 gesammelte zu trocknende Gut wird durch die Pumpe 2 in der Linie 3 über die Düsen 4 dem Trockenturm 5 zugeleitet. Das durch das Gebläse 17 geförderte Trockengas, das zunächst über das Filter 32 gereinigt und im Kühler bzw. Ausgleichsaustauscher 18 (entweder zum Kühlen oder zum Erhitzen) und im Erhitzer 21 auf die jeweils gewünschte Arbeitstemperatur gebracht wurde und im Körper 19 und 20 und im Filter 22 nochmals gereinigt wird, tritt über die Leitung 23 entweder bei 6 a direkt oder bei 6 b unter dem Filterboden 7 in den Trockenturm ein. Das nicht vollständig gesättigte Gas tritt an der höchsten Stelle des Turmes durch die Leitung 11 aus und gegebenenfalls durch den im Ausführungsbeispiel dargestellten Waschturm 12 weiter über die Leitung 13 in den Waschturm 14.
Aus dem
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der Luft dienenden Ausgleichsaustauscher 18 durch die Entfeuchter 19 und 20 in den Erhitzer 21 und den Kreislauf zurück. Aus der Leitung 3, die zur Förderung der zu konzentrierenden Flüssigkeit dient, kann dieser über die Leitung 27 a bzw. 26 völlig oder teilweise unmittelbar auf die Vorkonzentrationstürme aufgegeben werden. Dieses Vorkonzentrat wird über die Leitung 27 b in die Leitung 3 zurück und dem Trockenturm 5 zugeführt. Zur Förderung des Gutes sind die Pumpen 24 und 25 vorgesehen, zur Steuerung der Flüssigkeit die Ventile 27, 28, 30 und 31 und zum freien Austritt des Gases der Austritt 10 am Trockenturm, zum freien Eintritt des Gases das Ventil 16. Das Trockengut wird mit einem Räumer 8 über eine Schnecke 9 ausgebracht.
An Stelle des in der Zeichnung angedeuteten Räumers mit Bürsten kann man auch eine andere Austragsvorrichtung vorsehen. Zweckmässig wird vermittels eines Getriebes am Boden im Zentrum oder eines Getriebes ausserhalb des Turmes an einer unterhalb des Bodens verlegten Welle mit einem Kegelrad eine vakuumdicht versetzte vertikale hohle Achse oder Rohr aufgesetzt. Die Achse trägt ihrerseits im Winkel von 90 über die Hälfte des Turmdurchmessers ein Rohr, das möglichst aus Kunststoff oder Stahl, mit Kunststoff überzogen, besteht, oder sonst säuregeschützt ist, und das in seiner gesamten Länge einen Schlitz von 2 bis 30 mm, je nach der Grösse der Anlage aufweist. Das Rohr kann je nach der Grösse der Anlage einen Durchmesser von 20 bis 200 mm haben.
Dieses Rohr streicht nun, befestigt an dem beschriebenen Getriebe oder an dem beschriebenen Kegelrad, in einem Abstand von 2 bis 20 mm über den Boden des Turmes. Die vakuumdichte Hohlachse ist ihrerseits mit einem Vakuumrohr unterhalb des Bodens des Turmes, das nach aussen führt, verbunden. Dieses Rohr mündet in einen Vakuumbehälter, der zweckmässig eine konische Form hat und als Abscheidungszyklus gleichzeitig wirkt. Auf diese Weise wird das Pulver kontinuierlich aus dem Turm ausgetragen, ohne dass die Gefahr besteht, dass Besenhaare in das Produkt hereinkommen oder Material vom Boden selbst abgescheuert wird, oder ohne dass die Komplikation einer Austragungsschnecke usw. besteht.
Zwei dieser vakuumdichten Behälter mit oder ohne entsprechenden Filter kann man vorsehen, so dass, wenn ein Behälter gefüllt ist, er abgeschaltet und der andere auf Ansaugen geschaltet werden kann. Ein weiterer Vorzug besteht darin, dass die abgehende Abluft, die unter Umständen trotz der dichten Filterschläuche noch kleinste Teile von Pulver enthalten kann und die auch ihrerseits immer wertvoll ist, weil sie völlig entfeuchtete Luft darstellt, am unteren Ende des Turmes eingetragen werden kann und so in den Kreislauf zurückgeführt wird.
Ausführungsbeispiele :
1. Fruchtsäfte.
Es sind 1100 kg Orangensaft in Trockenpulver mit 12% Restfeuchtigkeit überzuführen.
Zur Durchführung des Trocknungsverfahrens benutzt man einen Turm in Höhe von 70 m, in welchem die Zerteilungsdüse einen Abstand von 4, 5 m von der Decke des Turmes aufweist. Versuche haben ergeben, dass sich ein Zerteilungsgrad von 500 als zweckmässig erweist.
Die Zerteilung erfolgt mit einer rotierenden Düse ober drei Druckdüsen je 365 kg/h, welche eine Grobzerteilung von 1100 kg Orangensaft pro Stunde zu leisten vermögen. An Stelle der grossen Düsen kann man auch 11 Düsen mit einer Leistung von je 100 kg/h benutzen.
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Die Trockenzeit wurde durch Vorversuche mit 70 Sekunden ermittelt. Die Durchschnittsfallgeschwin- digkeit beträgt 0, 65 m/sec. Die Temperatur der völlig trockenen Luft beträgt 20 C.
Je nach dem eingestellten Sättigungsgrad, mit dem die Luft den Turm oben verlässt, beträgt der Wasser- gehalt 9-11, 3 g Wasser pro m3 Luft. Bei dem Sättigungsgrad ist zu berücksichtigen, dass die Verdunstung des Wassers gerade im oberen Teil des Turmes, in dem der grösste Teil des Wassers verdampft, eine Kühlung durch diese Verdunstung zur Folge hat, und sich infolgedessen die Sättigungsgrenze nach unten ver- schieben wird.
Für die Verdunstung und Trocknung der rund 1000kg Wasser von 1100kg Orangensaft wird eine
Gesamtmenge je nach dem eingestellten Sättigungsgrad von 90. 000 bis 106. 200 m3 Luft aufgewendet.
Die Fläche des Turmes beträgt rund 195 m2 und sein Durchmesser 15, 75 m. Die Luftmenge wird mit
Hilfe von Ventilatoren in einer Luftringleitung tangential unten in den Turm eingetragen.
Auf diese Weise werden pro Stunde rund 122 kg Trockenpulver mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 12% am Boden des Turmes mittels Räumer und Schnecke ausgetragen.
2. Milch.
Es sind 11501 Vollmilch zu Trockenpulver mit 3% Restfeuchtigkeit überzuführen. Zur Durchführung der Trocknung wird ein Turm in der Höhe von 80 m und einem Durchmesser von 60 m benutzt. Als Verteilungsorgan für die Milch sind drei Düsen vorgesehen, die bei Austrittsgeschwindigkeiten von maximal 3 m/sec ohne Fraktionierung eine Tropfenbildung von 700 Durchmesser gewährleisten.
Für die Verdunstung und Verdampfung der rund 1000 kg Wasser wird bei einer vorgesehenen Trocknungstemperatur von 24 C und einer Sättigung der den Trockenturm verlassenden Luft mit etwa 90% relativer Feuchtigkeit eine Gesamtmenge von rund 100. 000 m3 Luft durch am Boden des Turmes angeordnete rotierende Rohre eingeführt. Die Fallgeschwindigkeit der Tropfen beträgt im Mittel 0, 45 m/sec. Es fallen 128 kg Trockenmilchpulver an, das einen vollständigen Instantcharakter aufweist. Die einzelnen Teilchen sind porös und haben einen Kleingranulatcharakter ; aufgelöst in der entsprechenden Menge Wasser resultiert eine Milch, die identisch ist mit der Ausgangsmilch.
3. Backhefe.
25001 Hefeaufschwemmung so, wie sie vom Hefeseparator in der Technik mit einem Gehalt von 22/23% Trockengehalt kommt, werden durch 6 Düsen, die als Verteilungsorgane dienen, und die in einer Höhe von 4 m unter der Decke eines Trockenturmes auf 71 m Höhe und 22, 5 m Durchmesser mit einer Ausströmgeschwindigkeit von nicht über 2 m/sec angeordnet sind, eingebracht. Als Verteilungsorgane dienen 6 Zweistoffdüsen bzw. 6 rotierende Rohrdüsen. Die Tropfengrösse beträgt 800 fil.
Zur Trocknung auf eine Restfeuchtigkeit von 3% sind bei einer Trocknungstemperatur von 22 C rund 200. 000 m3 entfeuchtete Luft notwendig. Es resultieren rund 560 kg trockenes Hefepulver in Kleingranulatform mit Instantlöslichkeit und unveränderter Triebkraft gegenüber der Ausgangshefe.
4. Instant-Kaffeepulver.
Es sind 1220 1 Kaffee-Extrakt mit 20% Trockensubstanz zu Trockenpulver mit 2-3% Restfeuchtigkeit zu überführen. Zur Durchführung der Trocknung wird ein Turm in der Höhe von 71 m und einem Durchmesser von 16 m als Vertenungsorgan für den Extrakt vorgesehen und eine zentral angeordnete rotierende Düse, die keine grösseren Austrittsgeschwindigkeiten als 3 m/sec erlaubt, die die möglichst homogene Verteilung der aus der Düse austretenden Tröpfchen gewährleistet. Um einen möglichst hohen Instanteffekt zu erzielen und um die bei dem hohen Aromacharakter des Kaffees die Gefahr von Aromaverlusten noch mehr einzuengen, werden verhältnismässig grosse Tropfen von 1200 il vorgesehen.
Getrocknet wird bei 24 C, die Sättigung der den Turm verlassenden Trockenluft beträgt etwa 95% relative Feuchtigkeit. Die Fallgeschwindigkeit der Tropfen beträgt im Mittel 0, 5 m/sec. Es fallen rund 210 kg InstantTrockenkaffeepulver an, welches einen vollständigen Instantcharakter aufweist, dessen Qualität von frisch aufgebrühtem Kaffee nicht zu unterscheiden ist.
5. Kartoffelpürree.
Es sind 1200 kg Kartoffelpürree mit 20% Milch zu Trockenpulver mit 2, 5-3% Restfeuchtigkeit zu trocknen. Das Kartoffelpürree wird genauso maschinell vorbereitet, wie die Hausfrau dieses herstellt, nämlich gekochte Kartoffeln werden puriert und 20% Milch zugegeben. Diese Masse wird mit Pumpen zu der Spitze des Turmes geführt, dort über drei rotierende Düsen in möglichst homogener Tropfenform über die gesamte Turmfläche zur Verteilung gebracht. Die Teilchengrösse der einzelnen Tropfen beträgt rund 1000 p. Die Turmhöhe beträgt 71 m, die Fallgeschwindigkeit 0, 05 mises, die den Turm verlassende Luft weist eine relative Luftfeuchtigkeit von 95% auf.
Es fallen rund 200 kg Trockenpürreepulver pro Stunde an, die einen solchen Instantcharakter haben, dass blitzartig, sobald heisses Wasser darauf gegossen wird, das tafelfertige Pürree vorliegt, d. h. in Zeiteinheit in 5 Sekunden liegt ein essfertiges Pürree vor, nur durch Einrühren der entsprechenden 4-5 fachen Menge heissen Wassers in das Trockenpulver.
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