Verfahren zur Erhöhung des Wärmeüberganges bei der Ausscheidung von Eis aus Flüssigkeiten. Es ist bekannt, Salzlösungen oder andere Flüssigkeiten, wie Milch, Fruchtsäfte usw. durch Ausfrieren des Wassers einzuengen. Der technischen Durchführung dieses Ver fahrens standen jedoch beträchtliche Schwie rigkeiten im Wege.
Um nämlich einen Wärmedurchgang zu erzielen, der es ge stattet, grössere Mengen der Flüssigkeiten in Apparaturen von erträglichem Ausmass ein zuengen, ist es notwendig, die Flüssigkeit insbesondere in der Nähe der Kühlflächen intensiv zu bewegen; hierbei wird jedoch besonders beim Einengen schon angereicher ter Lösungen - das Eis in derartig feiner Form abgeschieden, dass seine Trennung von dem Konzentrat kaum durchführbar ist und die Verluste an Trockensubstanz bei der Aus scheidung des Eises die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellen.
Darüber hinaus lassen sich trotz intensiver Bewegung der Flüssigkeit lediglich Wärmeübergangs- zahlen an den Kühlflächen erreichen, die nur einen Bruchteil derjenigen beim Wärmeüber gang zu reinem Wasser betragen, während in folge der Abgabe von latenter Wärme bei der Ausscheidung des Eises sogar höhere Wärmeübergangszahlen zu erwarten wären.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass die geschilderten Schwierigkeiten ver schwinden, wenn die Lösungen bei der Ein engung frei von jeder Art von Gasen sind und die Aufnahme von Luft oder andern Gasen während der Einengung verhindert wird. Die Gründe für dieses unerwartete Ergebnis dürften darin liegen, dass bei der Einengung gashaltiger Lösungen, der in der Lösung vorhandene Gasgehalt infolge der Einengung die Löslichkeitsgrenze übersteigt, bezw. schon bei langsamer Bewegung der Flüssigkeit Gasteilchen, insbesondere zwi schen Wand und Rührer, von ihr aufgenom men werden.
Diese kleinen in der Flüssig- keit befindlichen, bezw. von ihr aufgenom menen Gasblasen, die sich im allgemeinen der Beobachtung entziehen, setzen nun einerseits den Wärmeübergang zu der Lösung ausser ordentlich stark herab, anderseits verhindern sie, dass das sich ausscheidende Eis zu grö sseren Kristallen anwächst.
Die Erfindung betrifft. nun ein Verfahren zur Erhöhung des Wärmeüberganges bei der Ausscheidung von Eis aus Flüssigkeiten in mit Rührern versehenen Ausfriergefässen. Dieses Verfahren besteht gemäss der Erfin dung darin, dass die Flüssigkeit mittels Rüh- rern derart bewegt wird, dass sie turbulent an der Kühlfläche entlangströmt und die Grenz- fläche zwischen Flüssigkeit und Atmosphäre so weit von den turbulent bewegten Teilen der Flüssigkeit entfernt gehalten wird,
dass sie von der Drehbewegung der Rührer nicht mehr nennenswert beeinflusst wird und keine Gasaufnahme bewirken kann, wobei Flüssig keiten verarbeitet werden, deren Gasinhalt sich innerhalb solcher Grenzen bewegt, dass durch die Einengung Gase nicht frei werden.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens in sche matischer Ausführung beispielsweise darge stellt, und es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht derselben mit Schnitt durch den Kühlmantel nach der Linie B-B der Fig. 2, und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1.
Bei der dargestellten Ausführung ist mit. G ein Ausfriergefäss bezeichnet, welches einen Kühlmantel besitzt. Dieser wird durch die Wände 1 und 4 begrenzt, zwischen denen ein Metallstreifen 9 schraubenflächen- förmig von oben nach unten verläuft, so dass ein von einer Schraubenfläche begrenzter, um das Kühlgefäss umlaufender Kanal erzeugt wird. Durch diesen Kanal wird Kühlsole mit einer derartigen Geschwindigkeit ge schickt, dass die Bewegung der Sole innerhalb des Kühlmantels turbulent ist, was durch die Verwendung eines geei--neten Druckgefälles beim Strömen der Sole durch den Kühlmantel leicht erreicht werden kann.
In dem Aus- Triergefäss wird ein drehbarer Verdrängungs körper 2 mit den Rührern 3 von einer Seil scheibe 10 aus in Umdrehung versetzt, die mit dem Verdrängungskörper auf gleicher Welle 11 sitzt. Letztere ist in dem Gestell 12 gelagert. Die Rohrleitung 13 dient der Zuleitung der zu behandelnden Flüssigkeit und mündet von unten her in das Ausfrier- gefäss G und ist an ihrem untern Ende mit einem Hahn 5 versehen.
In das zwischen dem Hahn 5 und dem Ausfriergefäss G befind liche Teilstück der Leitung 13 mündet eine Rohrleitung 14, durch welche bereits gewon nenes Konzentrat dem Ausfriergefäss wieder zugeführt werden kann. Die Leitung 14 ist bei ihrer Einmündung in die Leitung 13 mit einem Ventil ss versehen.
Das Verfahren wird zweckmässig so durchgeführt, dass durch den Hahn 5 kon tinuierlich zu behandelnde Flüssigkeit. z. B. Milch, in das Ausfriergefäss eingeführt und der sich hier bildende Eisbrei bezw. das Kong lomerat von Eiskristallen mit konzentrierter Lösung durch den Aufsatz 7 und das Über laufrohr 6 stetig abgeleitet wird. Dabei soll die Zufuhr von Milch und die Bewegung der Rührer, welche die Flüssigkeit wenigstens im Ausfriergefäss in turbulente Bewegung versetzen, jedoch so geregelt sein, dass die z.
B. etwa an dem offenen nach aussen füh renden Ende des Rohres 6 liegende Grenze zwischen Luft und Flüssigkeit bezw. Eisbrei, selbst bei intensiver Bewegung der Rührer 3 von der Drehbewegung der Rührer nicht mehr nennenswert beeinflusst wird und dort. keine Vermischung der Flüssigkeit und der Luft erfolgt. Wenn der Eisbrei ziemlich zähe ist, oder die Rührer nur langsam bewegt werden, genügt unter Umständen eine Fül lung des Gefässes bis zum untern Rand des Aufsatzes 7.
Wird die Flüssigkeit bei ge ringem Eisgehalt, also geringer Zähigkeit oder schneller Bewegung der Rührer stärker durch die Rührbewegung beeinflusst. dann wird der aufsteigende Teil des anschliessen den Überlaufrohres 6 mit Eisbrei gefüllt und der Eisbrei abgeleitet. Die Grenzfläche Lösung-Atmosphäre wird also so weit von den bewegten Teilen der Lösung entfernt ge halten, dass sie keine turbulente Bewegung ausführt und keine Gasaufnahme bewirken kann.
Die Bewegung der Rührer bewirkt also ein turbulentes Vorbeistreichen der ein zuengenden Flüssigkeit an den Kühlflächen, wobei man den Ausfrierprozess dadurch zu sätzlich beschleunigen kann, dass man den Verdrängungskörper ebenfalls als Kühlgefäss ausbildet, so dass dessen Aussenfläche als Kühlfläche wirkt.
Die Geschwindigkeit, mit der die Milch durch den Ringraum zwischen Verdrän gungskörper und Aussenwand hindurch strömt, und die Temperatur der Kühlwand werden so eingestellt, dass einerseits die Aus bildung fest an der Kühlwand anhaftender Eisschichten verhindert wird, anderseits der sich bildende Eisbrei am obern Ende des Gefässes gerade eine Konsistenz besitzt, die es gestattet, ihn ohne allzu grossen Arbeits aufwand durch das Rohr 6 hinauszudrücken. Durch die Anwendung des Verdrängungs körpers wird der schädliche Raum des Aus friergefässes vermindert und die Geschwin digkeit der Milch in vertikaler Richtung er höht.
Sollte bei zähen Lösungen die Aus tragung des Eisbreies Schwierigkeiten berei ten, dann kann entweder die einzuengende Flüssigkeit durch eine Pumpe unter Druck in das Ausfriergefäss gefördert werden, oder es kann oberhalb des Verdrängungskörpers ein Schrauben- oder Propellerrührer angeordnet bezw. der konische Aufsatz durch ein tan- gential an das Ausfriergefäss anschliessendes Rohr ersetzt werden, um auf diese Weise die Austragung des Eisbreies zu erleichtern.
Der bei dem Ausfrierprozess gewonnene Konzentrateisbrei wird beispielsweise in eine Zentrifuge gedrückt, in der Eis und Konzen trat voneinander getrennt werden. Das Kon zentrat wird gegebenenfalls erneut dem Ein engungsverfahren unterworfen, bis es die ge- g7ünschte Konzentration besitzt.
Die erste Stufe der Einengung wird man im allgemeinen in der beschriebenen Weise ohne Störung ausführen können, dann jedoch die erhaltene Mutterlauge vor der weiteren Einengung entgasen müssen, damit nicht die bei der Einengung frei werdenden Gase den Wärmeübergang und die Eisqualität ver schlechtern.
Diese Entgasung wird gegebenenfalls vor den weiteren sich anschliessenden Einengungs- stufen wiederholt.
Bei besonders hohem Gasgehalt der Aus gangslösung können unter Umständen die gelösten Gase schon in der ersten Einengungs- stufe Schwierigkeiten bereiten, so dass die Ausgangslösung schon von vornherein ent gast werden muss.
Wenn eine sehr starke Einengung der Lösung gewünscht ist, zu deren Erzielung das Verfahren unter Um ständen in einer grossen Anzahl hinterein ander geschalteter Stufen durchgeführt wer den muss, ist es zweckmässig, bei der Ein engung nicht von der Ausgangslösung aus zugehen, sondern durch Zugabe von Konzen trat zu der Ausgangslösung bei Beginn der Einengung eine solche Konzentration einzu stellen, dass die Endkonzentration unter Um ständen schon in einer Stufe erreicht wird. Zu diesem Zwecke wird z.
B. der Ausgangs lösung bei ihrer Einführung in das Gefrier- gefäss durch das Ventil 8 ein Teil des nach Abschleudern des Eises in einer Zentrifuge gewonnenen Konzentrates zugesetzt. Durch diese Arbeitsweise gewinnt man den Vorteil, auch hoch eingedickte Lösungen in einer Stufe erhalten zu können, wobei gleichzeitig das Temperaturgefälle am Kühlgefäss infolge des verminderten Konzentrationsgefälles der Flüssigkeit verringert wird.
Das neue Verfahren gestattet beispiels weise aus Milch mehr als % des Wassers in einer einzigen Stufe auszuscheiden und dabei Wärmedurchgangswerte von mehr als 5000 zu erreichen.