Verfahren zur Trennung von Eis und Konzentrat durch Pressen, insbesondere bei der Einengung von Lösungen durch Ausfrieren von Wasser.
Es ist bekannt, L¯sungen, Emulsionen usw. durch Ausfrieren des Wassers und. anschliessende Trennung von Eis und Konzentrat einzuengen. Die Hauptschwierigkeit bereitet bei dieser Arbeibsweise die vollständige Trennung von Eis'und Konzentrat. Hierfür ist in erster Linie Zentrifugieren oder ein Abtropfenlassen des Konzentrates aus dem Eis mit nachträglicher Waschung und schliesslich auch ein Auspressen der Mischung von Eis und Konzentrat vorgesehlagen wor- den. Praktische Anwendung hat mit Rücksicht auf die hierbei erzielbare Reinheit des Eises von allen diesen Vorschlägen lediglich das Zentrifugieren gefunden.
Diese Arbeitsweise besitzt jedoch den Nachteil, da¯ einer seits Zentrifugen relativ kostspielig sind, an derseits'ihre Leistung-wenn eine praktisch vollständige Abacheidung des Konzentrates vom Eis stattfinden soll-verhältnis- mäBig gering ist. Die Trennung von Eis und Konzentrat mittels Pressen ist. ebenfalls bekannt, sie hat jedoch in die Praxis bisher nur in AusnahmefÏllen Eingang gefunden, weil der den Pressrückstand bildende feste Eisnlock zu viel Konzentrat enthält. Die in d, em Eis eingeschtlossenen : onzentratanteile lassen sich nÏmlich nach dem Pressvorgang nicht mehr wiedergewinnen.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung von Eis und Konzentrat durch Presse, welches es ermöglicht, die e bisherigen MÏngel zu überwin- den, und es ermöglicht, mit einfachen Hilfs- mitteln und in kontinuierlichem Betrieb ein praktisch r ckstandfreies Eis und ein hoch prozentigest Sonzentrat zu erzeugen.
Das erfindumgsgemässe Verfahren besteht darin, dass während des Pressvorganges ein n Teil des Eises geschmolzen wird. Die hierfür erforderliche Wärmemenge kann. entweder von aussen durch Warmeiibertragung zugeführt oder durch Reibung innerhalb des Pre¯gutes erzeugt werden. Beim Pressen von Eis-Ronzentrat-Gemislehen w erden die Eiskristalle unter der Einwirkung des Druckes zunächst plastisch, wobei sie-vorzugsweise ankristallographischgleichartigen Flachen-miteinander verwachsen wollen.
Die Schmelzung des Eises setzt in erster Linie an den Oberflächen der einzelnen Kristalle ein und hat so ein Herauspressen des zwischen den Kristallen befindlichen Kon zentrates in ausserordentlich günstiger Weise zur Folge. Erst anschliessend wachsen die Eiskristalle unter gleiehzeitiger Verkleine- rung ihrer gesamten BenetzungsoberflÏche zusammen. Falls Wärme zugeführt wird, sei es durch WÏrme bertragung von au¯en, sei es durch innere. Reibung, so erfolgt die Wärmezufuhr vorzugsweise im Gebiet des höchsten Pressdruekes derart, dass auch die Aufsphmelzung des Eises zum grösseren Teil im Gebiet des h¯chsten Pre¯druckes erfolgt.
Eine einfache und zweckmässige Arbeits- weise besteht z. B. in der Umsetzung von mechanischer Arbeit in WÏrme beim Pressen, wodurch die Schmelzleistung unmittel- bar mit der Pre¯leistung gekuppelt wird.
Hierzu ist es meist notwendig, die Pressarbeit durch zusätzliche Mittel zu erhöhen, um die e gewünschte Aufschmelzung eines Teils des Eilses zu erreichen. Sollte in bestimmten Fällen die Pressarbeit diesen Wert übersteigen, so kann sie zum Teil durch Kithl, ung der Presse kompensiert werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens ergibt sieh aus folgendem Beispiel :
Wenn man z. B. einen Apfelsaft von 10 Gewichtsprozent Trockensubstanzgehalt durch Ausfrieren von 60% Wasser auf 25% Trockensubstanzgehalt konzentrieren will, so würde, beim Pressen des Eises ohne teilweise Aufschmelzung ein Gehalt, an Trocken- substanz im Eis von et. 1, 5% zurück- bleiben. Dies. bedeutet einen Gesamtverlust von 9%.
Dieser Verlust kann vermieden werden, wenn ma. n erfindungsgemäss einen Teil des Eises s wÏhrend des Pressvorganges aufschmilzt. Aus der Ausgangslosung werden beim Gefrieren nicht nur die auszuseheidenden 60%, sondern insgesamt z. B. 63-65% Eis ausgefroren. WÏhrend des Pressvorganges wird diese zusätzliche Eismenge wieder auf- geschmolzen und auf diese Weise ein Konzentrat von den gewünschten 25% erhalten.
Daneben kann aber praktisch rückstandfreieg Eis gewonnen werden.
Der Prozentsatz der Eismenge, welche während des Pre¯vorganges aufgeschmolzen werden muss, hängt in erster Linie von der Kerngrösse des Eises ab. Der aufgesehmolzene Anteilt des'Eises'wäscht das an der Ober fläche der Eiskristalle noch haftende Konzentrat ab. Die erforderliehe Menge von Wasoliflüssigkeit wird also von der Grosse der GesamtoberflÏche des Eises abhängen.
Da die gesamte Oberfläche des Eisea, z. B. bei kugelf¯rmigen Eisbrocken, mit sinkendem Teilchendurchmesser wÏchst, ist es verstÏndlich, da¯ die beim Pressvorgang auf zuschmelzende Eismenge mit sinkender Teil- chengrosse verhältnismässig stark ansteigen mu¯, wenn der zu erzielende Effekt ein guter sein soll. Es kann daher beim Pressen von sehr fein zerteiltem Eis notwendig werden. einen relativ hohen Bruchteil des Eises (bis etwa 10 % und mehr) aufzuschmelzen, um ruckstandsfreies Eis zu erhalten.
Beim Pressen von grösseren Eisstücken, welche man beim langsamen Gefrieren verdünnter Losun- gen-, gegebenenfalls durch RekristallisationsvorgÏnge - gewinnt, wird die zu schmelzende Eismenge geringer sein.
Aus den angegebenen Gründen wird also der Gefriervorgang vor der Pressung zweckmϯig so gef hrt, da¯ das Eis in möglichst @ Kristallen anfällt.
Zweckmässig wird der Pressdruck ber den Wert hinaus, bei dem die plastische Verformung des Eises unter den vorliegenden Bedingungen (z. B. Temperatur) beginnt, erstdanngesteigert, wenn die Hauptmenge des Konzentrates abgelaufen ist bezw. wenn im Eis der GehaLt an Konzentrat nur noch gering ist, z. B. unter 10 Gewichtsprozent gesunken ist. Auch diese Ma¯nahme hilft verhindern, da¯ das Konzentrat durch den Pressvorgang allseitig vom Eis umschlossen wird, anstatt abgepresst zu werden.
Wenn man also ein Eis-Konzentrat G'emisch auspressen will, von dem man beispielsweise durch Versuche festgestellt hat, dass bei den vorliegenden Temperaturen die Kristalle bei einem Druck von etwa 10kg/cm2 anfangen zusammenzuwachsen, danu wird der Pre¯druck ber den Wert von 10 kg|om2 erst gesteigert., wenn der Gehalt an Konzen- trat im Eis 20%, vorzugsweise sogar 10% unterschritten hat Die bis zur Gewinnung r ckstandsfreien Eises erforderliche weitere Drucksteigerung beträgt in den meisten Fällen ein Vielfaches der ersten Druckstufe.
So z. B. ist es häufig notwendig, den Druek bis zu mehreren 100 kg/cm2 zu steigern, um r ckstandsfreies Eis durch den kombinierten PreB-und Waschvorgang zu gewinnen, während die Hauptmenge des Konzentrates schon bei wesentlich geringeren Drücken ab- gefangen werden kann. Hierdurch gewinnt man den Vorteil, da¯ die Hauptmenge des Konzentrates in unverd ! iinnter Form anfällt, was bei der Erzielung von. H¯chstkonzentraten besonders bedeutungsvoll ist. Lediglich ein Rest des Konzentrates wird dann durch das beim Aufschmelzen eines Teils des Eises im letzten Teil des Fressvorganges entstehende Wasser verd nnt Dieser Teil wird zweckmϯig gesondert aufgefangen und z.
B. dem Einengungsverfahren wieder zugeführt.
Wenn besondere Abflussöffnungen für das Konzentrat vorgesehen sind, sollen diese derartige Abmessungen haben, daB das Eis bei dem Druck, unter dem es an diesen Stellen steht, nicht infolge seiner Plastizität durch diese Öffnungen austreten kann. Um ho, Drücke anwenden zu können, ohne die Abfil, uBöffnungen zu eng wählen zu müssen, wird dabei die Stelle höchsten Druckes von den Stellen, an denen das Konzentrat ab. fliesst, entfernt gehalten. Hierdurch kann man den Vorteil erzielen, da¯ das im Gebiet höchsten Druckes ausgepresste Konzentrat durch Gebiete niederen. Druckes abflieBt und dort als Waschflü'ss'igkeit wirkt.
Zweck. mϯig wird in bestimmten FÏllen das von der Hauptmjenge des Konzentrates befreite Eis von der Erreichung des Eochstdruckes bis nahe an den Schmelzpunkt angewÏrmt.
Ferner wird zweckmässig in bestimmten FÏllen bei der Gewinnung von Hochkonzentraten der unter kleinem Druck stehende Teil des PreBgubes gekühlt und der unter grösserem. Druck stehende Teil des Pr, eBgutes beheizt.
Zweckmässig geht, um mit Sicherheit zu verhindern, daB Konzenbrat von zusammen wachsenden Eis'teilohen eingesohlossen wird, die Druckstsigenmg nicht schneller vor sich als der Ablauf des Konzentrates Man wird also bei dünnen Schichten, in denen das Konzentrat kurze Ablaufwege hat, den Pressdruck verhÏltnismϯig schnell steigern k¯n nen, wÏhrend bei der Pressung dickerer Schichten, die Drucksteigerung zweckmässig g wesentlich langsamer erfolgen soll.
Das Eis'wird, insbesondere wenn nur r noch geringe Mengen an Konzentrat vor- handen sind und das Zusammenwachsen der plastisch gewordenen ! Kristalle stattfinden soll, zweckmässig möglichst bis in die Nähe des Schmelzpunktes unter dem jeweiligen Druck aufgewÏrmt Da der Druck, bei dem das Eis plastisch wird, mit sinkender Temperatur stark steigt, kann man so mit geringeren Pre¯dr cken auskommen.
Falls das zu pressende Eis zusÏtzlich gek hlt werden soll, so soll. niemals den Stellen des Konzentrataustrittes aus dem Pressgut, sondern stets nur den Stellen relativ h¯heren Druckes KÏlte zugef hrt werden. Andernfalls würde das von den SteiHen hoheren Druckes zu den Stellen mittleren Druckes abfliessemde Konzentrat dort wieder anfrie- ren. Die Nichtbeachtung dieser Vorschrift d rfte die bisherigen Mi¯erfolge bei der Durchführung von Pressverfahren bedingt haben, da man, um Schmelzverliwste zu ver meidien, im allgemeinen die Pre¯k¯rbe von au¯en her,
also an den Stellen des Konzen tratablaufes gekühlt und so dem Abfluss des Konzentra. tesl Schwierigkeiten bereitet hat.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise mit einer Schneckenpresse ausgeübt werden, welche sich besonders für einen kontinuierlichen Betrieb eignet. Es ist jedoch selbstverständlichmöglich,Pressen anderer Ausführung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens zu verwenden.
Die Erfindung betrifft im weiteren eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentansprueh I. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemÏ? so eingerichtet, da? dem Eis Wärme oder KÏlte zugef hrt werden kann. Es können Heiz-oder Kühleinriehtun- gen vorgesehen sein, die mit fl ssigen oder gasförmigen Medien betrieben werden, es können auch elektrische Heizvorrichtungen Anwendung finden. Sehliesslieh kann eine WärmeeinwirkungaufdasPressgutdurch Widerstände, die den Weg des Pressgutes h, emmen, oder durch Rührwerke, deren Reibung Wärme erzeugt, erfolgen.
Auch durch willk rliche Erh¯hung des Pre?druckes durch Drosselung einer Ausfluss Öffnung für das Eis und die dadurch bewirkte Erhöhung der Wal, karbeit kann eine Wärmezufuhr erzielt werden.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausf hrungsform der ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung, die zur Ausübung des Verfahrens dient, dargestellt.
Vier Säulen 1 sind durch drei Platten 2, 3 und 4 miteinander verbunden. An der Platte 2 ist ein Motor 5 mit dem Getriebekasten 6 befestigt. Aus dem Getriebekasten 6 ragt ein Regel, rad 7, das mit dem zugeh¯rigen Kegelrad 8 kämmt. Das Kegelrad 8 sitzt fest. auf der vertikalen Achse 9. Auf dieser sitzt ferner das Stirnrad 10, das über die RÏder 11 und 12 den Förderkonus 13 antreibt, der auf der Welle 14 sitzt. Dureh das F¯rderband 15, das ber die Walze 16 lÏuft, gelangt das Pre?gut 17 (Konzentrat und Eis) in den Trog 18.
Die auf dem Förder- konus 13 befestigten Schaufeln 19 rühren das Pressgut und bringen dasselbe in den Ein- gang'1 des konischen Trichters 20. In diesem Trichter wird durch eine Förder- schnecke21,welche auf der Welle 9 fest- sitzt, das Pre?gut nach unten geschraubt.
Der Trichter 20 ist auf der Platte 3 be festigt. Die NVelle 9 ist in den Platten 3 und 3' gelagert. Die Welle 9 weist eine Bohrung 9'auf, in welchedie Zu-bezw. Abflussleitungen 22 und 23 einer Heiz-bezw. Kühl einrichtungeinmunden.DieLeitungenwer- den durch eine Stopfbüchse 24 mit der Welle 9 dicht verbunden.
Die Welle 9 endigt unten im LagerderPlatte3.ÜberdssrPlatte 3 ist somit nur die Zuführungaeinrichtung für das Pressgut angeordnet,welchedurch den Motor 5 selbständigundunabhängigangetrieben wird. Zwisehen den Platten 3 und 4 vollzieht eich der Press-und Trennvorgang von Eis und Konzentrat. Durch den Motos 26 wird ber da;?Getriebe27dieWelle 28 angetrie- ben. Dieselbe iet in den Platten 4 und 3 gelagert.
Die Welle 28 ist die eigentliche Press- w-e11. Diese ist a. uf ihrer obern Partie a mit einem eingängigen Schneckengang 29 von trapezförmigem Quersehnitt versehen. Die untere Partie b weist als Beispiel f r eine m¯gliche ErhöhungderReibungsarbeit eine mehrgängigeSchnecke29'vondemselben Querschnitt auf. Diese Sehneeke der Schnek- kenpresse hat jedoeh h geringere Steigung als die obere Schnecke.
Die Grundlinie des Trapezes des trapezförmigenQuerschnittesliegt an der Schneekenwelle. Um die Welle 28 herum ist der Presskorb angeordnet, derselbe bestehtausScheiben 30, die im obern Teil des Pre?korbes mit einem maximalen Abstand von 0, 5 mm und in der Zone des höchsten Druckes mit maximal 0, 2 mm Abstand aufeinandergeschichtet sind. Die Bohrung dieses durch die Scheiben 30 gebildeten Zylinders ist nicht zylindrisch. Sie ist in d)erZonedesVordruckes a weiter als in der Zone des Mitteldruckes b und verengt sich in der Zone c des Hochdruckes derart, dass Drücke bis zu 300 kg/cm2 und mehr entstehen können.
Das Volumen des Pressraumes wird dabei gegen Ende der Schnecke unter Berücksichtigung der Volumenabnahme des PreBgutes stÏrker vermindert als im ersten Teil der Schnecke.DerForm der Bohrung istauchdieäussereForm'derSchnecken- gänge der Welle 28 angepaBt.
Einige der Seheiben 30 haben Nasen 30', welche zwischen Unterbrüche der Schneckengänge grei- fen und als Abstreifer dienen, um zu verhin- dern, da? der Brei von Eis und Konzentrat von der Welle mitgenommen wird und ein fachmitdieserumläuft. Diese mechanische Widerstände bildenden Abstreifer, die im Weg des Pressgutes vorgesehen sind, üben eine walkende Wirkung auf das Pressgut aus underzeugenWärme. Die PartiecdesPress- korbes is nur bis ungefähr auf halbe Hohe mit DurchlÏssen zwischendenScheiben30 versehen. Der untere TeiL ist dicht.
Um die Scheiben 30 herum ist ein Ab spritzbleeh 31angeordnet, an dem stufenweise Sammelbleche 32 mit Ablaufrohren 33 angebrachtsind.DerringförmigeZwisehen- raum zwischen der Welle 28 und dem Press- korb ist t nach unten durch einen verschiebbaren Konus 34, der durch den Hebel 35 be wegt werden kann, derart verschliessbar, dass der Aus'gangsquerschnittfürdas Eis ver grössert oder verkleinert werden, kann.
Das ausgepresste Eis gleitet auf der Rutschbahn 36 ab.IndieobeninderPlatte 3 endigende W ell'e 28, welche wie die Welle 9 hohl ist, führen Kühl-bezw.Heizrohre 36'und 37, die durch die Stopfbüchsen 38 mit der Weld, e 28 verbunden sind. Die Welle 28 weist zwei bis dicht unter die Platte 3 führende konzen trische Ringräume auf. Durch den innern RingraumströmtdasHeiz-bezw.Kühl- medium nach oben und durch den Ïu?ern Ringraum nach unten. Die Daufbahn des Mediums ist oben durch Pfeile 40 angedeutet.
WÏhrend des Durchflie?ens der Welle 28 gibt das durch 36'strömendeMediumWärme bezw. KÏlte an das Eis während des Pieds- vorganges ab.
Der Vorgang beim Betrieb der beschrie- benen, eine Schneckenpresseaufweisenden Vorrichtung ist folgender :
Das Pre?gut 17, ein Gemisch von Konzentrat und Eis gelangt durch das Forder- band 15 in den Trog 18. Die R hrschaufeln 19 sorgen für eine gleichmässige Beschickung der Pressvorrichtung mit dem Gemisch von Eis und Konzentrat, das bei A in den koni schen Trichter 22 gelant. Die Förder- schnecke 21 schraubt sich'das Pressgut nach unten.
Durch Kühlen, oder Erwärmen der telle 9 und'derandiesersitzendenSchnecke vermittelst des durch die Leitungen 22 und 23 zuzuführenden bezw. abzuführenden Kühl-bezw.Heizmediumskanndie Tempe raturdesEise'sauf die zur Trennung von Konzentrat und Eis günstigste Temperatur gebrachtwerden,dieinderNähedesjewei- ligen Schmelzpunktes des Eises liegt, welcher dergewünschtenKonzentrationentspricht.
Das Pressgut gelangt nun in den Presszylin- der. Im Raumo)erfolgtdurch'dieeingängige Schnecke die Vorpressung'des Pressgutes, die Hauptmenge des Konzentrates entweicht zwischen den Scheiben 30, die hier einen Abstand bis zu höchstens 0, 5mmhaben und sammelt sich im obersten Sammelblech 32.
Die Zwischenräumezwischen!denScheiben bilden die Abflussoffnungen für das Konzen trat,wobeidieDimensionendieserÖffnun- gen wenigstens in einer Richtun (vertikal) 0, 5 mm nicht übersteigen. Da sieh der Quer- schnitt des Raumes zwischen Presskorb und der Welle 28 nach unten verengt und der Ausgang des Eis, durch den Konus 35 noch verkleinert werden kann, erhöht sich der Druck auf dasPressgut in den untern Partien 'desPresskorbes,wodurchdas.Konzentrat bis auf einen kleinen Rest in dias zweite Sammelblech 32 fliesst. Das bei verschiedenen Druck- stufen. anfallende Konzentrat wird also ber die Sammelbleche 32 gesondert aufgefangen.
Zweckmässig erfolgt nach Ablauf von mindestens, 70 Gewichtsprozent des Konzentrates die Drucksteigerung von 3/4 des Enddruckes auf den Enddruck und eine weitere Aufschmelzung von Eis durch zusÏtzliche Er wärmung.
In dem Raum b, in dem die erhöhte Fressung stattfindet, findet eine Schnecke mitgeringerer Steigung Anwendung, die bei erh¯htem WÏrmebedarf mehrgÏngig aus oeführt werden kann. Der Abstand der Scheiben 30 verringert sich in dieser Zone.
Die Schneckengängesindunterbrochen, so da? die Nasen 30' der Scheiben 30 bis auf den Sehaft der Welle 28 vorgreifen k¯nnen und das Pressgut hindern, sieh mit der Welle 28 zu drehen. Durch diese in den Weg des Pressgutes eingeschalteten Nasen sind Wider stände gebildet, die eine Walkwirkung er zeugen, die an den Ber hrungsflÏchen von Maschinenteilenund'demEisWärme erzeugt, so dass ? das Eis an diesen Stellen teilweise schmilzt und also'währenddesPress- vorganges ein Teil de.-Eises geschmolzen wird.
Genügt diese Reibung nicht, um die gewünschteAbsehmelzungvon Eis zu erzielen, so kann durch Drosseln des Eisausganges : der Druck und damit die Menge der erzeugtenReibungswärmeerhöhtwerden.
Es kann aber auch durch die Leitung 36'der WelLe 28 direkt WÏrme zugeführt werden.
Wird a.berdurchdenDruck und die Reibung schon zu viel Wärmeerzeugt,sodass mehr Schmelzwasserentsteht,alsgewünschtwird, dann kann das Pre?gut durch K hlung der Welle enbspreehend gekühltwerden, indem der Welle 28 durch die Leitung36'Kühl- flüssigkeit zugeführt wird. Aus diesem Grunde erfolgt die WärmebeeinfLussung zweckmässiger von der Welle aus, da eine K hlung vom Presskorb aus ein Zufrieren der Konzentratabläufe zur Folge hätte.
Da der unterste Teil. des. Presskorbes ohne Ausflussöffnungen für das Konzentrat ist, steigt das Schmelzwasser im Gegenst. rom zum Eis in diesen Teil des Presskorbes'hoch, wobei das Schmelzwasser den Rest Konzentrat, der dem Eis noch anhaftet, abwäseht, so da? ein Gemisch von Schmelzwasser und Konzentrat durch die untersten Schlitze des Press- korbes, die nur nach bis zu 0, 2 mm breit sind, entweicht. Im Gebiet hohen Druckes über- steigenalsodie Dimensionen der AulsfluB- Öffnungen für das Konzentrat wenigstens in einer Richtung den Wert von 0, 2 mm nicht.
Die AufsehmelzungdesEises zum Zwecke der Waschungdesselbenerfolgt,daher in der r Zone des gr¯?ten Druckes, und das durch die Waschung verwÏsserte Konzentrat kann im unt-ersten Abflussrohr 35 gesondert aufgefan- gen werden.
Process for separating ice and concentrate by pressing, particularly when concentrating solutions by freezing out water.
It is known that solutions, emulsions etc. by freezing out the water and. subsequent separation of ice and concentrate. The main difficulty in this mode of operation is the complete separation of ice and concentrate. For this purpose, centrifugation or allowing the concentrate to drip off from the ice with subsequent washing and finally also to squeeze out the mixture of ice and concentrate have been suggested. With regard to the purity of the ice that can be achieved here, only centrifugation has found practical application of all these proposals.
However, this mode of operation has the disadvantage that, on the one hand, centrifuges are relatively expensive and, on the other hand, their performance - if a practically complete separation of the concentrate from the ice is to take place - is relatively low. The separation of ice and concentrate by means of pressing is. also known, but it has only found its way into practice in exceptional cases so far, because the solid ice block forming the residue from the press contains too much concentrate. The concentrate parts trapped in the ice cannot be recovered after the pressing process.
The present invention relates to a process for separating ice and concentrate by means of a press, which makes it possible to overcome the previous deficiencies and, with simple aids and in continuous operation, practically residue-free ice and a high percentage Generate Sonzentrat.
The method according to the invention consists in that a part of the ice is melted during the pressing process. The amount of heat required for this can. either supplied from the outside by heat transfer or generated by friction within the sample. When pressing ice-Ronzentrat-Gemislehen, the ice crystals first become plastic under the effect of pressure, whereby they want to grow together - preferably surfaces of the same type as crystallographically.
The melting of the ice begins primarily on the surfaces of the individual crystals and thus results in the concentration between the crystals being pressed out in an extremely favorable manner. Only then do the ice crystals grow together while at the same time reducing their entire wetting surface. If heat is supplied, be it through heat transfer from outside, be it through internal. Friction, the heat is preferably supplied in the area of the highest pressing pressure in such a way that the ice is also mostly scooped up in the area of the highest pre-pressure.
A simple and practical way of working is, for example, B. in the conversion of mechanical work into heat during pressing, whereby the melting performance is directly coupled with the pre-performance.
For this it is usually necessary to increase the pressing work by additional means in order to achieve the desired melting of a part of the express. If, in certain cases, the pressing work exceeds this value, it can be partially compensated for by using the press.
The advantage of this procedure is shown in the following example:
If you z. If, for example, an apple juice of 10% by weight dry matter content is to be concentrated by freezing out 60% water to 25% dry matter content, then, when the ice is pressed without partial melting, a content of dry matter in the ice of et. 1.5% stay behind. This. means a total loss of 9%.
This loss can be avoided if, according to the invention, part of the ice s melts during the pressing process. When freezing, not only the 60% to be separated out, but also a total of z. B. 63-65% ice frozen out. During the pressing process, this additional amount of ice is melted again and a concentrate of the desired 25% is obtained in this way.
In addition, however, practically residue-free ice can be obtained.
The percentage of the amount of ice that has to be melted during the pre-process depends primarily on the core size of the ice. The melted portion of the 'ice' washes off the concentrate still adhering to the surface of the ice crystals. The amount of wasoli liquid required will therefore depend on the size of the total surface area of the ice.
Since the entire surface of the Eisea, e.g. B. with spherical chunks of ice that grows with decreasing particle diameter, it is understandable that the amount of ice that melts during the pressing process must increase relatively sharply with decreasing particle size, if the effect to be achieved is to be a good one. It can therefore be necessary when pressing very finely divided ice. to melt a relatively high fraction of the ice (up to about 10% and more) in order to obtain residue-free ice.
When pressing larger pieces of ice, which are obtained by slowly freezing dilute solutions, possibly by recrystallization processes, the amount of ice to be melted will be less.
For the reasons given, the freezing process before pressing is carried out in such a way that the ice is obtained in as many crystals as possible.
The pressure is expediently increased beyond the value at which the plastic deformation of the ice begins under the prevailing conditions (e.g. temperature) when the main amount of the concentrate has expired or. if the concentrate content in the ice is only low, e.g. B. has dropped below 10 percent by weight. This measure also helps to prevent the concentrate from being enclosed on all sides by the ice during the pressing process instead of being pressed out.
So if you want to squeeze out an ice concentrate mixture of which, for example, experiments have shown that at the present temperatures the crystals start to grow together at a pressure of about 10 kg / cm2, then the pre-pressure is above the value of 10 kg | om2 only increased when the concentration in the ice has fallen below 20%, preferably even 10%. The further pressure increase required to obtain residue-free ice is in most cases a multiple of the first pressure stage.
So z. For example, it is often necessary to increase the pressure up to several 100 kg / cm2 in order to obtain residue-free ice through the combined pressing and washing process, while the majority of the concentrate can be captured at much lower pressures. This has the advantage that most of the concentrate is undamaged! is obtained in the internal form, which is the result of the achievement of. High concentrate is particularly meaningful. Only a remainder of the concentrate is then diluted by the water that occurs when part of the ice melts in the last part of the eating process. This part is expediently collected separately and z.
B. fed back to the narrowing process.
If special drainage openings are provided for the concentrate, these should have such dimensions that the ice cannot escape through these openings due to its plasticity at the pressure under which it is at these points. In order to be able to apply high pressures without having to choose the outlet openings too narrow, the point of highest pressure is removed from the points at which the concentrate is released. flows, held away. In this way one can achieve the advantage that the concentrate pressed out in the area of highest pressure is lowered through areas. Pressure dissipates and acts there as washing liquid.
Purpose. In certain cases, the ice, which has been freed from the bulk of the concentrate, is warmed up to almost the melting point when the maximum pressure is reached.
Furthermore, in certain cases when extracting high concentrates, it is advisable to cool the part of the PreBgubes under low pressure and the part under greater pressure. Part of the Pr, eB good under pressure is heated.
Appropriately, in order to prevent with certainty that the concentrate is enclosed by ice parts growing together, the pressure increase does not proceed faster than the drainage of the concentrate. Thus, with thin layers in which the concentrate has short drainage paths, the compression pressure is reduced can increase very quickly, while when pressing thicker layers, the increase in pressure should be much slower.
The ice becomes, especially when only small amounts of concentrate are left and the merging of those that have become plastic! Crystals should take place, expediently warmed up to the vicinity of the melting point under the respective pressure. Since the pressure at which the ice becomes plastic increases sharply with decreasing temperature, one can get by with lower pressure.
If the ice to be pressed should also be cooled, so should. should never be supplied to the points where the concentrate exits from the material to be pressed, but always only to the points of relatively higher pressure. Otherwise the concentrate flowing off from the stones of higher pressure to the points of medium pressure would freeze there again. Failure to comply with this rule may have caused the previous failure in the implementation of pressing processes, since in order to avoid melt losses in the generally the pranks from the outside,
thus cooled at the points of the concentrate drain and thus the drain of the concentrate. tesl has caused difficulties.
The method according to the invention can be carried out, for example, with a screw press, which is particularly suitable for continuous operation. However, it is of course possible to use presses of other designs for carrying out the method according to the invention.
The invention also relates to a device for performing the method according to patent claim I. This device is according to the invention? so set up there? heat or cold can be added to the ice. Heating or cooling devices that are operated with liquid or gaseous media can be provided, and electrical heating devices can also be used. Finally, the action of heat on the pressed material can take place through resistances, which emmen the path of the pressed material, or through agitators, the friction of which generates heat.
A supply of heat can also be achieved by arbitrarily increasing the pressure by throttling an outflow opening for the ice and thereby increasing the whale work.
The drawing shows an example of an embodiment of the device which is also the subject of the invention and which is used to carry out the method.
Four columns 1 are connected to one another by three plates 2, 3 and 4. A motor 5 with the gear box 6 is attached to the plate 2. A rule, wheel 7, which meshes with the corresponding bevel gear 8 protrudes from the gear box 6. The bevel gear 8 is tight. on the vertical axis 9. The spur gear 10, which drives the conveyor cone 13, which is seated on the shaft 14 via the wheels 11 and 12, is also seated on this. By means of the conveyor belt 15, which runs over the roller 16, the pre-oil 17 (concentrate and ice) reaches the trough 18.
The paddles 19 attached to the conveyor cone 13 stir the pressed material and bring it into the inlet 1 of the conical funnel 20. In this funnel, a conveyor screw 21, which is fixed on the shaft 9, pushes the pressed material. screwed down well.
The funnel 20 is fastened on the plate 3 be. The NVelle 9 is mounted in the plates 3 and 3 '. The shaft 9 has a bore 9 'in which the Zu-or. Drain lines 22 and 23 of a heating respectively. End the cooling device. The lines are tightly connected to the shaft 9 by a stuffing box 24.
The shaft 9 ends at the bottom in the bearing of the plate 3. Above the plate 3, only the feed device for the pressed material is arranged, which is driven by the motor 5 independently and independently. The pressing and separating process of ice and concentrate takes place between plates 3 and 4. The shaft 28 is driven by the motor 26 via the gear 27. The same is stored in plates 4 and 3.
The shaft 28 is the actual press w-e11. This is a. On its upper part a is provided with a single-flight worm thread 29 of trapezoidal cross-section. The lower part b has, as an example of a possible increase in the work of friction, a multi-start screw 29 'of the same cross-section. This tendon corner of the screw press, however, has a smaller pitch than the upper screw.
The base line of the trapezoid of the trapezoidal cross-section lies on the Schneekenwelle. The press basket is arranged around the shaft 28 and consists of disks 30 which are stacked on top of one another in the upper part of the pre-basket with a maximum spacing of 0.5 mm and in the zone of the highest pressure with a maximum spacing of 0.2 mm. The bore of this cylinder formed by the disks 30 is not cylindrical. It is wider in zone d of the pre-pressure a than in the zone of medium pressure b and narrows in zone c of high pressure in such a way that pressures of up to 300 kg / cm2 and more can arise.
The volume of the press chamber is reduced more strongly towards the end of the screw, taking into account the decrease in volume of the material to be pressed, than in the first part of the screw. The shape of the bore is also adapted to the outer shape of the screw threads of the shaft 28.
Some of the Seheiben 30 have lugs 30 ', which grip between interruptions in the screw flights and serve as scrapers to prevent that? the pulp of ice cream and concentrate is taken away from the wave and simply circulates with it. These scrapers, which form mechanical resistance and are provided in the path of the material to be pressed, exert a rolling effect on the material to be pressed and generate heat. The part of the press basket is only provided with openings between the panes 30 up to about half the height. The lower part is tight.
A spray tray 31 is arranged around the discs 30, to which collecting plates 32 with drainage pipes 33 are attached in stages. The annular gap between the shaft 28 and the press basket is t down through a displaceable cone 34 which is moved by the lever 35 can be closed in such a way that the exit cross-section for the ice can be enlarged or reduced.
The squeezed ice slides on the chute 36. The shafts 28 ending above in the plate 3, which, like the shaft 9, are hollow, guide cooling and heating pipes 36 'and 37, which are connected to the weld 28 by the stuffing boxes 38 are. The shaft 28 has two leading to just under the plate 3 concentric annular spaces. The heating or cooling medium flows upwards through the inner annulus and downwards through the outer annulus. The path of the medium is indicated by arrows 40 above.
As it flows through the shaft 28, the medium flowing through 36 ′ gives off heat or Chilled on the ice during the pied process.
The procedure for operating the described device, which has a screw press, is as follows:
The pressed material 17, a mixture of concentrate and ice, passes through the conveyor belt 15 into the trough 18. The stirring blades 19 ensure that the pressing device is evenly fed with the mixture of ice and concentrate, which is in the cones at A Hopper 22 landed. The conveyor screw 21 screws the pressed material downwards.
By cooling or heating the point 9 und'derandiesersitzendenSchnecke by means of the feed or through the lines 22 and 23. The cooling or heating medium to be discharged can be brought to the temperature of the ice that is most favorable for the separation of concentrate and ice and which is close to the respective melting point of the ice which corresponds to the desired concentration.
The material to be pressed now enters the press cylinder. In the space o) the pre-pressing of the pressed material takes place through the single screw, the main amount of the concentrate escapes between the disks 30, which are at a distance of up to at most 0.5 mm, and collects in the uppermost collecting plate 32.
The spaces between the panes form the drainage openings for the concentrate, whereby the dimensions of these openings do not exceed 0.5 mm in at least one direction (vertical). Since the cross-section of the space between the press basket and the shaft 28 narrows downwards and the exit of the egg can still be reduced by the cone 35, the pressure on the pressed material increases in the lower parts of the press basket, whereby the concentrate up to a small residue flows into the second collecting plate 32. That at different pressure levels. Any concentrate that arises is collected separately via the collecting plates 32.
After at least .70 percent by weight of the concentrate has expired, the pressure is expediently increased from 3/4 of the final pressure to the final pressure and the ice is further melted by additional heating.
In room b, in which the increased feeding takes place, a screw with a lower pitch is used, which can be turned off in several stages if there is increased heat demand. The distance between the disks 30 is reduced in this zone.
The snail threads are interrupted, so there? the lugs 30 'of the disks 30 can reach up to the shaft of the shaft 28 and prevent the material to be pressed from rotating with the shaft 28. These noses, which are inserted in the path of the pressed material, create resistances that generate a flexing effect that generates heat on the contact surfaces of machine parts and the ice, so that? the ice partially melts at these points and therefore part of the ice is melted during the pressing process.
If this friction is not sufficient to achieve the desired removal of ice, throttling the ice outlet can: increase the pressure and thus the amount of frictional heat generated.
However, heat can also be supplied directly to the shaft 28 through the line 36 ′.
If, for example, too much heat is generated by the pressure and the friction, so that more melt water is produced than is desired, then the press can be appropriately cooled by cooling the shaft by supplying coolant to the shaft 28 through the line 36 '. For this reason, the heat is more appropriately influenced from the shaft, since cooling from the press basket would result in the concentrate drains freezing over.
Because the lowest part. des. Press basket is without outflow openings for the concentrate, the melt water rises in the counter. rom to the ice in this part of the press basket, whereby the melt water washes off the rest of the concentrate that is still adhering to the ice, so there? a mixture of melt water and concentrate escapes through the lowest slots in the press basket, which are only 0.2 mm wide. In the area of high pressure, the dimensions of the outflow openings for the concentrate do not exceed the value of 0.2 mm, at least in one direction.
The ice is lifted up for the purpose of washing it, therefore in the r zone of the greatest pressure, and the concentrate diluted by the washing can be collected separately in the lower drain pipe 35.