CH347819A - Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen Konzentrieren von Lösungen durch Gefrieren eines Lösungsmittels und Trennung des flüssigen vom erstarrten Anteil - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Einrichtung zum kontinuierlichen Konzentrieren von Lösungen durch Gefrieren eines Lösungsmittels und Trennung des flüssigen vom erstarrten Anteil
Es ist bekannt, Lösungen durch Gefrieren des Lösungsmittels und Trennen des flüssigen vom erstarrten Anteil in einem ein Rührwerk enthaltenden Kühlgefäss kontinuierlich zu konzentrieren.



   Dem Verfahren nach der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dafür zu sorgen, dass der erstarrte Anteil in möglichst grobkörniger Form bei optimalem Verhältnis der Oberfläche zum Volumen gewonnen wird, um die den Ausfrierverfahren eigenen Verluste an Substanz auf ein Mindestmass zu verringern; denn je grösser die Körner und je günstiger das erwähnte Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen, desto leichter und verlustärmer ist die dem Gefriervorgang sich anschliessende Trennung der festen von den flüssigen Anteilen.



   Nach dem erfindungsgemässen Verfahren wird dies dadurch erreicht, dass das Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen (Eis) in senkrecht zur Rührwerkachse angeordneten Ringzonen zusätzlich in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt wird.



  Durch das hierbei erzeugte Aneinanderstossen der festen Teilchen wird erreicht, dass diese Teilchen anstelle ihrer kristalleigenen Blättchenform die Form von Graupeln annehmen, die bei gleichem Volumen eine wesentlich kleinere Oberfläche aufweisen,
Vorzugsweise werden ferner zur Erreichung des angestrebten Ziels innerhalb der erwähnten Ringzonen die von der Kühlfläche entfernten erstarrten Lösungsteile an die Kühlfläche zurückbewegt mit der Folge, dass die gebildeten festen Teile zunehmend weiter vergrössert werden und keine oder eine geringere Neubildung an festen Teilen stattfindet.



   Die Unterteilung in Ringzonen bezweckt, das Vermischen von gebildeten festen Teilchen unterschiedlicher Grösse zu verhindern; das Vermischen von kleineren und grösseren festen Teilen würde die Durchlässigkeit des Gefriergutes nachteilig beeinträchtigen.



   Gebildetes, in an sich bekannter Weise aus der Mischung mit erstarrten Lösungsteilen durch dünnere Lösung verdrängtes Konzentrat kann während des Gefriervorganges besonders wirksam kontinuierlich abgezogen werden, infolge der oben erwähnten, optimalen Durchlässigkeit des Gefriergutes.



   Das erzeugte Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen kann einem kontinuierlichen Absickerungsvorgang zum Zwecke der Erhöhung des festen Anteils unterworfen werden.



   Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass ausser von das Anfrieren von Lösungsteilen an der Kühlfläche verhindernden Abstreiforganen des Rührwerkes zusätzliche Gruppen von Leitorganen vorgesehen sind, deren eine dem Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen eine schraubenlinienförmige Bewegung aufzwingt, deren andere die erstarrten Lösungsteile erneut mit der Kühlfläche in Berührung bringt.



   Anhand der Zeichnung wird anschliessend das erfindungsgemässe Verfahren sowie die ebenfalls erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens beispielsweise erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 eine Gefriereinrichtung nach der Erfindung im Achsschnitt,
Fig. 2 den Grundriss zu Fig. 1,
Fig. 3 die zusätzlichen Leitorgane zur Erzeugung der schraubenlinienförmigen Bewegung in Ringzonen bzw. zur Rückführung der festen Bestandteile zur Kühlfläche,
Fig. 4 die Anordnung dieser Leitorgane in schematischer Abwicklung,  
Fig. 5 eine Einzeldarstellung der Leitorgane zur Rückführung der festen Teilchen zur Kühlfläche perspektivisch,
Fig. 6 eine Ausführungsform der der Gefriereinrichtung nach Fig. 1 nachgeschalteten Absickerungsvorrichtung.



   Die Gefriervorrichtung 1 besteht aus einem zylindrischen Gefäss 2 mit kreisförmigem Querschnitt und lotrechter Achse. Das Gefäss hat einen äusseren Mantel 3 mit Boden 4, einen inneren Mantel 5 mit Boden 6 und einen ringförmigen Deckel 7, der aus zwei Teilen bestehen kann. Beide Zylindermäntel 3 und 5 sind mit   Kühlmänteln    8 ausgestattet, durch welche über Zuleitungen 9 und Ableitungen 10 ein Kühlmittel zirkuliert, sei es Sole in serpentinförmigen Kanälen 11 (vgl. linken Teil der Fig. 1) oder ein Kühlmittel mit direkter Verdampfung in auf den   Kühlmänteln    8 aufgeschweissten Kanälen 12 (vgl. rechten Teil der Fig. 1). In dem untern Teil 13 ist ein Ablauf 14 zur Konzentratabnahme und zur Entleerung vorgesehen.

   Im vom Mantel 3 und Boden 4 einerseits und Mantel 5 und Boden 6 anderseits gebildeten Ringraum befindet sich ein zentral gelagerter, hier sechsarmiger Rührer, bestehend aus einer Tragkonstruktion 16, die zwecks Verminderung des Gefässinhaltes mit einem Verdrängungskörper 17 versehen ist, und vertikal dazu in gleichen Winkelabständen angeordneten Armen 19. Der Rührer ist mit bekannten   Mantetwischern    18 versehen, welche derart höhenversetzt an den Armen 19 angebracht sind, dass sie sich übergreifen. Zur Erzeugung der zusätzlichen schraubenlinienförmigen Bewegung des   Kühigutes    in Ringzonen sind zwischen den Armen 19 verwundene Bleche 20 und zur   Rückführung    der Festteile an die Kühlfläche schaufelförmige Organe 21 vorgesehen (Fig. 3, 4 und 5).

   Unter Ringzonen ist zu verstehen, dass ein Ringraum von gegebener Höhe zwischen dem äusseren Mantel 3 und dem inneren Mantel 5 in eine Vielzahl von senkrecht übereinanderliegenden Ringen von entsprechend geringerer Höhe unterteilt zu denken ist. In jedem dieser Ringe geringerer Höhe wird das Gemisch in eine auf diesen Ring beschränkte schraubenlinienförmige Bewegung versetzt. Dabei ist jedoch zu beachten, dass diese Ringe nicht durch Trennwände gegeneinander abgegrenzt, sondern lediglich nach aussen und innen durch den äusseren Mantel 3 und den inneren Mantel 5 begrenzt sind. Entscheidend ist, wie vorher angedeutet, dass innerhalb jedes dieser Teilringe, die als Ringzonen bezeichnet sind, schraubenlinienförmige Bewegungen des Gemisches erzeugt werden.

   Die Fig. 5 zeigt schaubildlich ein Teilstück eines Organs 21, bestehend aus einem Blechstreifen ausgeschnittenen und schaufelartig nach beiden Seiten ausgebogenen Lappen. In Fig. 4 ist die Anordnung der Organe 20 und 21 auf einen Teil des abgewickelten Rührers zu sehen. Die Wirksamkeit dieser Organe 20, 21 beruht auf der durch die Trägheit der bewegten Masse hervorgerufenen Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit des Rührers und jener der bewegten Masse. An Stelle der Organe 20 und 21 können an den Armen 19 auch kleine feste oder bewegliche Propeller und verschiedenartig ge  formte    richtungsändernde Leitschaufeln und Stossimpulse erzeugende Prallbleche angebracht werden.



  Bei Gefriervorrichtungen mit innerer Kühlfläche sind an der inneren Seite des Rührers ausser den an den Kühlflächen anliegenden Mantelwischern 18 zusätzliche Leitbleche 22 angebracht (Fig. 2), welche, ohne die Mantelflächen zu berühren, von diesen einen möglichst geringen Abstand haben. Oberhalb der gekühlten Mantelflächen ist eine aus Fig. 1 ersichtliche Austragvorrichtung für die auszutragende Eiskornmasse angeordnet, bestehend aus einem am obern Ende des Rührers befestigten Mantelring 23 mit zellenbildenden Stegen 24, deren Zwischenräume sich mit Eiskornmasse füllen. Von dem dadurch gebildeten, mit Eiskornmasse gefüllten Ring wird der übrige Teil der   Eiskorurnasse    auf einen fest mit dem Deckel 7 verbundenen Schneckenteil 25 geschoben und aus dem Gefäss 2 entfernt.

   Der Rührer wird mittels einer Hohlwelle 26 auf der vorzugsweise festen Gefässachse 27 durch den Antrieb 28 bewegt. Die Zuleitung der Lösung erfolgt durch einen Anschluss 29 oder bei 30 aus einer nachgeschalteten   Durchsickervorrichtung.   



   Selbstverständlich kann der Antrieb des Rührers auch von oben her erfolgen. Die Rührarme 19 können paarweise vorgesehen sein, so dass sie U-förmige Bügel bilden. Die zusätzlichen Leitorgane brauchen nicht notwendig an dem Rührer selbst befestigt zu sein; sie können stationär, beispielsweise an dem Boden des Doppelzylinders befestigt sein und zwischen den Schenkeln der U-förmigen Rührarme 19 nach oben ragen.



   Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch mit einer Gefriervorrichtung ausgeführt werden, welche nur mit einem Kühlmantel, vorzugsweise mit dem gemäss Fig. 1 inneren Kühlmantel, ausgestattet ist.



  Bei einer weiteren Ausführungsform werden in einer Gefriervorrichtung mit äusserem und innerem Kühlmantel zwei gegenläufige Rührer, vorzugsweise unter gleichzeitiger Anordnung eines dazwischenliegenden unbeweglichen Trägers von Bewegungsorganen, angeordnet, in welchem Fall der Schneckenteil 25 statt am Deckel auch an diesem Träger befestigt sein kann.



  Weitere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens bestehen in der Anordnung drehbarer Kühlflächen und in horizontaler Anordnung der Achse des zylindrischen Gefässes, wobei die Auftriebswirkung des Eises durch Leitschaufeln ersetzt wird.



   Bei senkrechter Gefässachse kann die Auftriebswirkung durch zusätzlich angeordnete Leitschaufeln in Form von ganzen oder geteilten Schneckengängen unterstützt werden, die bei Verarbeitung klarer, pulpefreier Lösungen mit konzentrisch angeordneten Schlitzen versehen sein können. Der nachgeschaltete Absickerungsvorgang kann entweder in einer zusätzlichen Vorrichtung oder in der Gefriervorrichtung selbst stattfinden.



   In Fig. 6 ist eine ausserhalb der Gefriervorrichtung angeordnete Absickerungsvorrichtung schema  tisch im Längsschnitt dargestellt. Sie weist ein zylindrisches, rohrförmiges Gefäss 31, eine Welle 32 mit Antrieb 33, einen Deckel 34 und einen Bodenteil 35 auf. Das Gefäss 31 ist mit einer an die Ausbringstelle der Kühlvorrichtung 1 angeschlossenen Zuleitung 36 für die Eiskornmasse versehen. In der Höhe der Einmündung dieser Zuleitung 36 ist zur Unterstützung des natürlichen Eisauftriebes eine Förderschnecke 37 angeordnet. Im unmittelbar darüberliegenden Teil der Vorrichtung ist eine Mischzone 38 in der Weise angeordnet, dass an der Welle 32 und am Gefässmantel Mischflügel 39 und 40 angebracht sind, welche vorzugsweise zwecks Unterstützung der Aufwärtsbeförderung des Mischgutes propellerartig gestaltet sein können.

   Die Zuleitung der Frischlösung erfolgt entweder über einen Stutzen 41 oder durch Bohrungen 42, welche am obern Ende der Mischzone 38 in den als Hohlwelle ausgebildeten Teil 43 der Welle 32 gebohrt sind, wobei die Frischlösung durch die Hohlwelle 43 zugeführt wird. An die Mischzone schliesst sich die Absickerungszone 44 an, in welcher die Hohlwelle 43 mit einer Förderschnecke 45 ausgestattet ist, die geringeren Durchmesser als der Innendurchmesser des Gefässes 31 hat und einen Ringraum 46 freilässt, der mittels senkrechter Trennwände in Kanäle mit U-förmigem Querschnitt unterteilt und mit Eis gefüllt ist. Über der Absickerungszone 44 ist an der Hohlwelle 43 eine Ausräumvorrichtung 49 angeordnet, welche die Eiskornmasse durch das Auslaufrohr 50 austrägt. Der Bodenteil 35 ist mit dem Anschluss 30 für die Zuleitung der Lösung zu der Gefriervorrichtung 1 verbunden.



   Wenn der Absickerungsvorgang in der Gefriervorrichtung selbst stattfindet, so wird die Gefriervorrichtung in der Bewegungsrichtung des Eises verlängert, vorzugsweise unter allmählicher Verminderung des Durchmessers. Die Förderschnecke kann dabei entweder drehbar im feststehenden Eisbreimantel oder fest im sich drehenden Eisbreimantel (ähnlich 23) angeordnet sein.



   Die bei dem Gefrierverfahren erzielte rundliche Graupelform der festen Lösungsteile ist für jedes Trennverfahren optimal wegen der verschwindend geringen Stoffverluste, die beim Trennen der festen von den flüssigen Lösungsteilen entstehen. Wenn für den Trennvorgang eine Schneckenpresse verwendet wird, so kann unter Umständen die durch die kugelige Form der festen Lösungsteile bedingte Schlüpfrigkeit des Pressgutes das Funktionieren der Presse beeinträchtigen, das auf der zwischen Pressgut und Pressseiher vorhandenen Reibung beruht.

   Um diese Möglichkeit auszuschalten, kann dem   Gefrier- und    Absikkerungsvorgang ein durch oberflächliches Nachfrieren des erzeugten Gemisches aus Lösung und festen Lösungsteilen erfolgendes Härtungsverfahren nachgeschaltet werden, wodurch der Reibungskoeffizient des Pressgutes erhöht und ein sicheres Funktionieren der Presse gewährleistet wird. Das Härten des Pressgutes erfolgt ebenfalls kontinuierlich und kann beispielsweise auf einer in einer mit dem Gefriergut gefüllten Wanne sich drehenden gekühlten Trommel geschehen, von der es abgehoben und nach   Zerkleinerung    kontinuierlich der Presse zugeführt wird, oder in einem zylindrischen, mit einer Förderschnecke ausgestatteten Gefäss, dessen Mantel gekühlt wird. Das Gefäss kann auch ringförmigen Querschnitt haben, wobei der Innen- und der Aussenmantel gekühlt werden können.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum kontinuierlichen Konzentrieren von Lösungen durch Gefrieren des Lösungsmittels und Trennung des flüssigen vom erstarrten Anteil in einem ein Rührwerk enthaltenden Kühlgefäss, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen in senkrecht zur Rührwerkachse angeordneten Ringzonen zusätzlich in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ausser von das Anfrieren von Lösungsteilen an der Kühlfläche verhindernden Abstreiforganen des Rührwerkes zusätzliche Gruppen von Leitorganen (20, 21) vorgesehen sind, deren eine (20) dem Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen eine schraubenlinienförmige Bewegung aufzwingt, deren andere (21) die erstarrten Lösungsteile erneut mit der Kühlfläche in Berührung bringt.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Ringzonen die von der Kühlfläche entfernten erstarrten Lösungsteile an die Kühlfläche zurückbewegt werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gebildetes, aus der Mischung mit erstarrten Lösungsteilen durch dünnere Lösung verdrängtes Konzentrat während des Gefriervorganges kontinuierlich aus dem Kühlgefäss abgezogen wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen einem kontinuierlichen Absickerungsvorgang zum Zweck der Erhöhung des festen Anteils unterworfen wird.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erzeugte Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen durch Nachkühlen einem kontinuierlichen Härtungsvorgang unterworfen wird.

   5. Einnchtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die die schraubenlinienförmige Bewegung erzeugenden Leitorgane aus schraubenlinienförmig verwundenen Blechen (20) bestehen.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die Zurückführung der erstarrten Teile an die Kühlfläche bewirkenden Leitorgane aus Schaufeln (21) bestehen.

   7. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Leitorgane (20, 21) vom Rührwerk getragen sind.

   8. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Leitorgane (20, 21) ortsfest angeordnet sind.

   9. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgefäss (1) aus zwei koaxialen Mänteln (3, 5) besteht, in deren Zwischenraum der Gefriervorgang stattfindet, und dessen innerer Mantel (5) gekühlt ist.

   10. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auch die äussere Mantelfläche (3) gekühlt ist.

   11. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgefäss drehbar und der Rührer ortsfest ist.

   12. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ihr eine Absickerungsvorrichtung nachgeschaltet ist.