Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auflösen von kleinen oder pulverisierten, löslichen Feststoffen und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Lösliche Feststoffe sind üblicherweise in kristalliner Form oder als Pulver verfügbar, obgleich es zahlreiche Vorteile durch die Bereitstellung flüssiger Lösungen von Feststoffen, z. B. von flüssigem Zucker bei der Herstellung und Behandlung von Nahrungsmitteln, gäbe. Trotz dieser allgemeinen bekannten Vorteile verhindern die erhöhten Transport- und Lagerungskosten, nämlich für den Feststoff und für das Lösungsmittel, dass man die flüssige Lösung auf wenigstens annäherend konkurrenzfähiger Basis zum trockenen Feststoff fertig erhält.
Bei der Produktion von Zuckerlösungen in grossem Umfang für eine kommerzielle Verwendung wie in Bäckereien, Konditoreien und anderen Nabrungsmittelindustrien, wird der feste Zucker üblicherweise durch Einbringen in heisses, bewegtes Wasser gelöst. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der Zucker dazu neigt, bei der Einbringung Knollen und Klumpen von zusammengeballten Teilchen zu bilden, die an ihrer Oberfläche glasiert werden, woraus eine Verzögerung und Behinderung der Auflösung der Kristalle resultiert. Dieses Phänomen ist noch nicht in allen Einzelheiten geklärt, doch wird angenommen, dass das Wasser, welches vor allem deshalb heiss ist, um die Auflösung des Zuckers zu beschleunigen, eine konzentrierte Lösung bildet, sobald es die äusseren Kristalle der Klumpen berührt.
Diese konzentrierte Lösung dringt nach innen, kommt in Kontakt mit noch mehr festem Zucker und wird dadurch innerhalb des Klumpens gekühlt und auch noch weiter gesättigt. So wird ein Punkt erreicht, an welchem eine total gesättigte Lösung noch mehr gekühlt wird, was zu einer Rekristallisation führt, bei der Kristalle in den Hohlräumen zwischen den Zuckerteilchen entstehen, die eine Art Kitt und damit eine schwer durchdringbare Materialmasse bilden. Diese ist schwer löslich, wenn man ihre begrenzte Oberfläche mit jene der ursprünglichen Zuckerteilchen vergleicht. Dementsprechend ist der Auflösungsgrad einer solchen Masse gekitteter Teilchen ziemlich niedrig, wodurch grosse Behälter mit Rührwerken nötig sind. Ähnliche Phänomene treten auf, wenn andere kristalline Feststoffe in Wasser oder anderen Lösungsmitteln gelöst werden, wodurch der Vorgang entsprechend kostspielig wird.
Es sind verschiedene Vorschläge bekannt, um die aufgezeigten Nachteile der konventionellen Anlagen zum Auflösen von Zucker und anderen löslichen Feststoffen zu eliminieren.
Während diese Vorschläge bis zu einem gewissen Grade zur Beseitigung der Zusammenballung des festen Materials führen, sind sie vom Standpunkt der Verfügbarkeit eines wirtschaftlichen, zweckentsprechenden Verfahrens unbefriedigend, da jeder dieser Vorschläge auf der Annahme basiert, das Auflösen der Feststoffe müsse im Schichtbetrieb ausgeführt werden.
Bisher ist noch kein brauchbarer kontinuierlicher Prozess für den angegebenen Zweck entwickelt worden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für das kontinuierliche Auflösen von kleinen oder pulverisierten, löslichen Feststoffen zu schaffen, bei welchem die obenstehenden Nachteile nicht mehr auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens ein Feststoff und mindestens ein Lösungsmittel in einen ersten Kessel eingebracht werden, dessen in dauernder Bewegung gehaltener Inhalt kontinuierlich abgezogen und in einen zweiten Kessel eingeführt wird, dessen Inhalt gleichfalls in dauernder Bewegung gehalten und kontinuierlich abgezogen wird, wovon ein Teil in den ersten Kessel rückgeführt und der andere Teil als Endprodukt abgeführt wird.
Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet durch Mittel zur Einbringung des Feststoffes und des Lösungsmittels in den ersten Kessel, ferner durch eine Verbindungsleitung vom ersten Kessel zu einer Pumpe, von der ein Einspeiserohr in den zweiten Kessel führt, von dem eine Rückführleitung zum ersten Kessel und eine Abführleitung für das Endprodukt, der eine Klärvorrichtung vorgeschaltet ist, abgehen, und durch Mittel zur Bewegung des Inhalts beider Kessel.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anschliessend näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Schema einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen wesentlichen Bauteil,
Fig. 3 ein Teilstück des Schnittes durch den Bauteil der Fig. 2 nach der Linie III-III.
Fig. 1 zeigt eine Einrichtung zum Auflösen von Zucker, der zuerst im Behälter 10 gelagert ist. Zur Messung und Kontrolle der Höhe des Zuckers im Behälter ist derselbe mit der passenden Vorrichtung 16 konventioneller Art ausgerüstet. Der Behälter 10 ist über einem laufenden endlosen Förderband oder über der vibrierenden Rinne 12 angeordnet, welche den Zucker in die erste Auflöseeinheit 14 fördert, die beispielsweise eine Mischkammer oder sonst ein Behälter sein kann, nachstehend kurz Kessel genannt. Dieser ist mit der Zuflussleitung 18 für das Lösungsmittel, im vorliegenden Falle Wasser, ausgestattet, die an beliebiger Stelle in den Kessel 14 einmündet und das Regelventil 64 aufweist.
Zucker kann in Wasser von Raumtemperatur bis zu einer Konzentration von ungefähr 60 brix wirksam sufgelöst werden.
Dabei ist brix ein Mass für die Konzentration oder den Anreiche- rungsgrad, wie es in der Nahrungsmittelindustrie in Verbindung mit flüssigem Zucker allgemein verwendet wird, wobei eine Konzentration von 60 brix gleich ist 60 Gew. %.
Wenn eine konzentriertere Zuckerlösung gewünscht wird oder schwerer lösliche Stoffe aufzulösen sind, kann es vorteilhaft sein, dem Kessel 14 Wärme zuzuführen. Zu diesem Zwecke ist der Kessel 14 zum Teil mit dem Mantel 26 umgeben. In den Zwischenraum zwischen Kesselwand und Mantel wird durch die Leitung 22 Dampf eingeführt; das Kondensat fliesst über den Kondenstopf 29 durch die Leitung 28 ab.
Zur Regelung der Dampfzufuhr dient die Temperaturmess vorrichtung 20, die im Kessel 14 angeordnet ist. Von ihr führt die Messleitung 21 zum Steuergerät 23, das beispielsweise eine Messbrücke mit einem Regler sein kann, welcher über die Steuerleitung 25 das Regelventil 24 in der Dampfleitung 22 derart steuert, dass im Kessel 14 eine vorbestimmte, konstante Temperatur eingehalten wird. Bei Zucker ist sie im allgemeinen auf höchstens 95 C zu begrenzen.
Der Inhalt des ersten Kessels 14 wird von der Pumpe 32 durch die Verbindungsleitung 30 angesaugt und über das Einspeiserohr 36 in die zweite Auflöseeinheit 34 gefördert, die wieder ein Behälter beliebiger Art sein kann und nachstehend gleichfalls Kessel genannt wird. Die Pumpe ist von konventioneller Art, doch muss sie fähig sein, die Zuckerlösung mit noch beigemischten ungelösten Zuckerkristallen zu fördern. Vorzugsweise eignet sich dafür eine Zentrifugalpumpe, wie sie in der Nahrungsmittelindustrie gebräuchlich ist.
Das Einspeiserohr 36 endet zentral innerhalb des zweiten Kessels 34 und kann in üblicher Weise gerade abgeschnitten sein. Der unter Druck austretende Massenstrom setzt den Kesselinhalt in Bewegung, was für manche Anwendungsfälle genügen mag, doch ist dies eine ungeordnete, chaotische Verwirbelung. Zur besseren und wirksameren Durchmischung des Kesselinhalts ist es vorteilhaft, wenn die Ausmündung des Einspeiserohrs 36 düsenartig ausgebildet ist, um eine Beschleunigung des austretenden Massenstromes zu erzielen.
Der aus dem Einspeiserohr 36 austretende Strahl kann gegen eine Wand oder gegen den Boden des Kessels 34 gerich tet sein, doch ist es zweckmässiger, ihn gegen die Prallplatte 40 zu richten, deren Wirkungsweise anhand der Fig. 2 nachstehend beschrieben wird.
Die Fig. 2 zeigt den zweiten Kessel 34, der von zylindrischer Gestalt ist. Er könnte natürlich auch erwärmt werden, doch ist dies wegen seiner kleinen Abmessungen meistens nichterforderlich. Die Zuckerlösung fliesst durch das Einspeiserohr 36 zentral zu, dessen Ende die Düse 38 aufweist. In kurzer Entfernung von der Düse 38 ist die Prallplatte 40 angeordnet. Sie ist am Stab 44 befestigt, der in der Bohrung 46 des Einspeiserohrs 36 verschiebbar und durch die Einstellschraube 48 fixierbar ist, um die Entfernung der Prallplatte von der Ausmündung des Einspeiserohrs verändern zu können. Es hat sich gezeigt, dass die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn der Abstand der Prallplatte 40 das 0,5- bis 3fache des Durchmessers der Ausmündung des Einspeiserohrs 36, in diesem Falle der Ausmündung der Düse 38 beträgt.
Die Prallplatte 40 ist von scheibenförmiger Gestalt, weist einen dem Einspeiserohr zugekehrten zentralen Staupunkt und daran anschliessend eine rotationssymmetrische Hohlwölbung auf. Sie hat die Aufgabe, den aus der Düse 38 austretenden, mit grosser Geschwindigkeit auftreffenden Massenstrom nach allen Seiten zu zerteilen. Es entsteht dadurch, wenigstens anfänglich, eine sich netzartig ausbreitende Strömung mit axialsymmetrischen Radialstrahlen, welche den Kesselinhalt in eine willkürliche, aber hauptsächlich spiralige Bewegung versetzen. Es wird dadurch eine starke Turbulenz und eine hohe Mischwirkung erreicht.
Oberhalb der Prallplatte 40, zwischen der Zu- und Abströmseite des Kessels 34 sind die perforierten Platten 42 angeordnet, um im oberen Teil des Kessels die Turbulenz herabzusetzen und bis zu einer minimalen Strömung in diesem Teil des Kessels zu beruhigen.
Für den Fall, dass noch ungelöste Kristalle in der Lösung vorhanden sind und diese daher noch nicht als Endprodukt abgezogen werden kann, ist eine Klärvorrichtung nötig. Sie besteht aus der perforierten trichterförmigen Platte 60 und dem an ihrer Zuströmseite angeordneten Sieb 62, das sie völlig abdeckt. Ein Ausschnitt daraus ist in Fig. 3 dargestellt. Die Platte 60 ist oberhalb der Platten 42 vorgesehen, reicht über den gesamten Kesselquerschnitt und schliesst mit ihrem engsten Teil an die Rückführleitung 50 an.
Jener Teil des Kesselinhalts, welcher durch das Sieb 62 und die Löcher der perforierten Platte 60 hindurchtritt, strömt kontinuierlich als Endprodukt durch die Abführleitung 59 ab.
Die Maschenweite des Siebes 62 ist derart gewählt, dass die Möglichkeit des Abströmens einer namhaften Menge ungelöster Kristalle durch die Leitung 59 ausgeschaltet ist. Während es natürlich naheliegend ist, die Maschenweite kleiner als die Kristalle zu machen, hat sich gezeigt, dass selbst dann, wenn sie etwas grösser ist, nahezu keine Kristalle durch das Sieb 62 und die Platte 60 hindurchtreten. Der Grund für dieses Phänomen ist noch nicht ganz geklärt, doch scheint es, dass im Sieb selbst noch ein gewisses Auflösen der Kristalle erfolgt, die am Durchtritt gehindert werden, während die konzentrierte Lösung hindurchfliessen kann.
Für Zucker beträgt die Maschenweite des Siebes 62 vorzugsweise 0,25 mm, die Grösse der Zuckerkristalle hingegen liegt zwischen 0,1 und 1,5 mm.
Wie gesagt, gehen praktisch keine ungelösten Kristalle mit dem Endprodukt ab. Sind aber in der Lösung tatsächlich noch ungelöste Teilchen vorhanden, so gehen sie mit dem anderen Teil des Inhalts des zweiten Kessels 34, der durch die Rückführleitung 50 kontinuierlich abgezogen wird, wieder in den ersten Kessel 14 zurück.
Die weiteren Vorgänge werden wieder anhand der Fig. 1 beschrieben. Die Rückführleitung 50 reicht bis in den ersten
Kessel 14 hinein, ihr Endteil 54 ist zentral angeordnet und kann in üblicher Weise gerade abgeschnitten oder mit Vorteil düsenartig ausgebildet sein, um dem austretenden Massenstrom eine höhere Geschwindigkeit zu verleihen. Die Strömungsvorgänge im ersten Kessel 14 sind ähnlich jenen im zweiten Kessel 34. Auch hier kann der austretende Massenstrom gegen den Boden gerichtet sein oder zweckmässigerweise auf die Prallplatte 58 auftreffen, die gleich der Prallplatte 40 gestaltet und verstellbar ist.
Sie zerteilt den auftreffenden Strahl nach allen Seiten, wodurch sich eine netzartig ausbreitende Strömung mit axialsymmetrischen Radialstrahlen bildet, welche den gesamten Inhalt des ersten Kessels 14 in eine willkürliche, aber hauptsächlich spiralige Bewegung versetzen, wie es durch die eingezeichneten Strömungslinien angedeutet ist. Neben der erwünschten Turbulenz wird eine wirksamere und zweckmässigere Mischung des Zuckers und des Wassers erreicht, als es mit den konventionellen mechanischen oder rotierenden Mischern bisher möglich war, was gerade im ersten Kessel 14 sehr wichtig ist.
Durch das Regelventil 52 in der Rückführleitung 50 und das Regelventil 76 in der Abführleitung 59 hat man es in der Hand, das Verhältnis des rückgeführten Teils des Inhalts des zweiten Kessels 34 zu dem als Endprodukt abgeführten Teil nach Wunsch zu bemessen. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsbedingungen und Erfordernisse sowie der gewünschten Konzentration des Endproduktes werden ca. 50 bis 99% der dem zweiten Kessel 34 zugeführten Menge wieder in den ersten Kessel 14 rückgeführt. Auf diese Weise wird ein Grossteil der gesamten Füllung der Einrichtung nicht nur einmal, sondern mehrmals im Kreise durch die Anlage geführt, wodurch die Verweilzeit verlängert und die Konzentration der Lösung gesteigert wird.
Dem ersten Kessel 14 werden nicht nur frische Feststoffe, sondern auch eine Lösung mit nur mehr wenig Feststoffteilchen zugeführt, so dass auch in den zweiten Kessel 34 eine hochwertige, schon stark konzentrierte Lösung eingeführt wird, was sich auch entsprechend auf das Endprodukt auswirkt. Es lässt sich sagen, dass im ersten Kessel 14 ein wesentlicher Teil der Feststoffe gelöst wird, im zweiten Kessel 34 aber nahezu alle vorher noch nicht gelösten Teilchen.
In der Abführleitung 59 ist, in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Regelventil 76 die Kontrollvorrichtung 70 zur Messung der Konzentration des Endproduktes angeordnet. Um die gewünschte Konzentration im Endprodukt aufrechtzuerhalten, wirkt der Messwert in bekannter Weise, z. B. über eine (nicht gezeichnete) Messbrücke, auf das Regelventil 64 in der Wasserzuflussleitung 18 ein, was durch die Steuerleitung 65 angedeutet ist. Dadurch wird die Wassermenge, welche dem ersten Kessel 14 zuströmt, automatisch vom Messwert der Kontrollvorrichtung 70 gesteuert. - Selbstverständlich kann die Vorrichtung 70 auch die Menge des einzubringenden Feststoffes oder auch beide Komponenten steuern.
Der vom Ventil 68 kontrollierte Bypass 66 um das Regelventil 64 erlaubt die Einführung von Wasser in den Kessel 14 ohne Rücksicht auf die Messung der Konzentration des Endproduktes. Ein solcher Bypass ist beispielsweise beim Anfahren der Einrichtung sehr vorteilhaft.
Zwischen der Kontrollvorrichtung 70 und dem Regelventil 76 zweigt von der Abführleitung 59 der Bypass 72 ab, der durch das Ventil 74 absperrbar ist und zwischen dem zweiten Kessel 34 und dem Regelventil 52 in die Rückführleitung 50 einmündet. Er wird beim Anfahren der Einrichtung verwendet, wobei das von der Vorrichtung 70 ebenfalls verstellbare Regelventil 76 geschlossen ist. Es wird Wasser in den ersten Kessel 14 gespeist, das anschliessend die Verbindungsleitung 30, die Pumpe 32, das Einspeiserohr 36 und den zweiten Kessel 34 durchströmt und durch die Rückführleitung 50 wieder zum ersten Kessel 14 gelangt. Während dieser Zeit wird laufend Zucker dem System zugeführt und dauernd in der Kontrollvorrichtung 70 die Konzentration des die Abführlei tung 59 durchströmenden Produktes gemessen, das durch den
Bypass 72 und die Rückführleitung 50 wieder dem ersten
Kessel 14 zuströmt.
Sobald die Lösung in der Abführleitung
59 die für das Endprodukt vorgeschriebene Konzentration erreicht hat - bei Zucker vorteilhafterweise einen Wert von mindestens 60 brix -, öffnet die Kontrollvorrichtung 70 auto matisch das Regelventil 76 und das Absperrventil 74 wird geschlossen, was von Hand aus oder ebenfalls durch die Vor richtung 70 erfolgen kann. Damit setzt der kontinuierliche
Produktionsprozess ein.
Es sei noch hervorgehoben, dass in der beschriebenen Ein richtung Zucker und Wasser nur beispielsweise genanntwurden.
Das Verfahren und die Einrichtung sind gleicherweise für andere lösliche Feststoffe, für Salze aller Art, z. B. für Alaun oder Ätznatron, sowie für andere Lösungsmittel anwendbar. Es können auch gleichzeitig oder nacheinander unterschiedliche
Feststoffe oder mehrere Lösungsmittel in den ersten Kessel eingebracht werden. Ferner sei erwähnt, dass die Einrichtung unter Beachtung des beschriebenen Verfahrens beliebig gestal tet und mit weiteren Ventilen, Pumpen und anderen Bauele menten versehen werden kann.
Durch das kontinuierliche Verfahren ist es möglich, gegen über vergleichbaren konventionellen Anlagen Einsparungen an Investitionen, Arbeitsaufwand und Betriebspersonal,
Lagerkapazität und Platzbedarf zu erzielen, ohne die Qualität des Endproduktes in irgendeiner Weise herabzusetzen. Es ist sogar möglich, konzentriertere Lösungen herzustellen und durch die automatische Regelung die gewünschte Konzentra tion im Endprodukt in Grenzen von +0,3 brix zu halten.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum Auflösen von kleinen oder pulverisierten, löslichen Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Feststoff und mindestens ein Lösungsmittel in einen ersten
Kessel (14) eingebracht werden, dessen in dauernder Bewe gung gehaltener Inhalt kontinuierlich abgezogen und in einen zweiten Kessel (34) eingeführt wird, dessen Inhalt gleichfalls in dauernder Bewegung gehalten und kontinuierlich abgezogen wird, wovon ein Teil in den ersten Kessel (14) rückgeführt und der andere Teil als Endprodukt abgeführt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass der Feststoff und/oder das Lösungsmittel in Abhän gigkeit von der kontrollierten Konzentration des Endproduk tes in den ersten Kessel (14) eingebracht wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass der Inhalt des ersten Kessels (14) unter Kontrolle seiner Temperatur erwärmt wird.
3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass die Erwärmung mit Dampf durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass der Inhalt der beiden Kessel (14, 34) durch Strö mungsvorgänge in Bewegung gehalten wird.
5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem ersten Kessel (14) abgezogene Inhalt in den zweiten Kessel (34), und der aus dem zweiten Kessel (34) abgezogene und rückgeführte Teil des Inhalts in den ersten Kessel (14) unter Druck zentral eingeführt wird.
6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass der in mindestens einen der Kessel (14, 34) eintre tende Massenstrom darin derart umgelenkt wird, dass eine sich netzartig ausbreitende Strömung mit axialsymmetrischen
Radialstrahlen bildet, welche den Kesselinhalt in eine willkür liche, hauptsächlich spiralige Bewegung versetzt.
7. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Inhalts im zweiten Kessel (34) in dessen oberem Bereich beruhigt wird.
8. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass 50 bis 99% des Inhalts des zweiten Kessels (34) in den ersten Kessel (14) rückgeführt werden.
9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teil des Inhalts des zweiten Kessels (34) gegebenenfalls noch enthaltene ungelöste Feststoffteilchen aufgelöst werden, bevor dieser Teil als Endprodukt abgeführt wird.
10. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem zweiten Kessel (34) als Endprodukt abgeführte Teil des Inhalts eine Konzentration von mindestens 60 Gewichts-% aufweist.
11. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei ungenügender Konzentration das Endprodukt in den ersten Kessel (14) rückgeführt wird.
12. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg für das Endprodukt erst nach Erreichen der vorgesehenen Konzentration freigegeben wird.
13. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass Zucker als Feststoff und Wasser als Lösungsmittel verwendet wird.
PATENTANSPRUCH II
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch Mittel (10, 12, 18) zur Einbringung des Feststoffes und des Lösungsmittels in den ersten Kessel (14), ferner durch eine Verbindungsleitung (30) vom ersten Kessel (14) zu einer Pumpe (32), von der ein Einspeiserohr (36) in den zweiten Kessel (34) führt, von'dem eine Rückführleitung (50) zum ersten Kessel (14) und eine Abführleitung (59) für das Endprodukt, der eine Klärvorrichtung (60, 62) vorgeschaltet ist, abgehen, und durch Mittel (54, 58 bzw.
36, 40) zur Bewegung des Inhalts beider Kessel (14, 34).
UNTERANSPRÜCHE
14. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (70) in der Abführleitung (59) zur Kontrolle der Konzentration des Endproduktes, welche die Einbringung des Feststoffes und/oder des Lösungsmittels in den ersten Kessel (14) steuert.
15. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch einen dampfbeheizten Mantel (26), welcher den ersten Kessel (14) wenigstens teilweise umgibt.
16. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 15, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (20) zur Messung der Temperatur im ersten Kessel (14), deren Messwert über ein Steuergerät (23) auf ein Regelventil (24) in einer Dampfleitung (22) zum Mantel (26) einwirkt.
17. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Endteil (54) der Rückführleitung (50) und/ oder das Einspeiserohr (36) zentral in den Kessel (14 bzw. 34) einmünden.
18. Einrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmündung des Endteils (54) der Rückführleitung (50) und/oder des Einspeiserohrs (36) düsenartig ausgebildet ist.
19. Einrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmündung des Endteils (54) der Rückführleitung (50) und/oder des Einspeiserohrs (36) gegen den Boden des Kessels (14 bzw. 34) gerichtet ist.
20. Einrichtung nach Patentanspruch II oder Unteranspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmündung des End
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The invention relates to a method for dissolving small or pulverized, soluble solids and a device for carrying out the method.
Soluble solids are usually available in crystalline form or powder, although there are numerous advantages of providing liquid solutions of solids, e.g. B. of liquid sugar in the manufacture and treatment of food. Despite these generally known advantages, the increased transport and storage costs, namely for the solid and for the solvent, prevent the liquid solution from being obtained on an at least approximately competitive basis with the dry solid.
In the production of sugar solutions on a large scale for commercial use such as in bakeries, pastry shops and other food industries, the solid sugar is usually dissolved by placing it in hot, agitated water. This method has the disadvantage that the sugar tends to form lumps and lumps of agglomerated particles when it is introduced, which are glazed on their surface, with the result that the dissolution of the crystals is delayed and hindered. This phenomenon has not yet been clarified in detail, but it is believed that the water, which is hot mainly to accelerate the dissolution of the sugar, forms a concentrated solution as soon as it touches the outer crystals of the lumps.
This concentrated solution penetrates inwards, comes into contact with even more solid sugar and is thereby cooled within the lump and also becomes even more saturated. A point is reached at which a totally saturated solution is cooled even more, which leads to recrystallization, in which crystals form in the cavities between the sugar particles, which form a kind of cement and thus a material mass that is difficult to penetrate. This is difficult to dissolve if one compares its limited surface with that of the original sugar particles. Accordingly, the degree of dissolution of such a mass of cemented particles is rather low, which means that large containers with stirrers are necessary. Similar phenomena occur when other crystalline solids are dissolved in water or other solvents, making the process correspondingly costly.
Various proposals are known for eliminating the disadvantages of conventional systems for dissolving sugar and other soluble solids.
While these proposals do to some extent eliminate the agglomeration of the solid material, they are unsatisfactory from the standpoint of the availability of an economical, convenient process, since each of these proposals is based on the assumption that the solids must be dissolved in shifts.
No useful continuous process has yet been developed for the stated purpose.
The invention is based on the object of creating a method for the continuous dissolution of small or pulverized, soluble solids in which the above disadvantages no longer occur.
This object is achieved according to the invention in that at least one solid and at least one solvent are introduced into a first vessel, the contents of which are kept in constant motion and are continuously withdrawn and introduced into a second vessel, the contents of which are also kept in constant motion and are continuously drawn off, part of which is returned to the first boiler and the other part is discharged as the end product.
A device for carrying out this method is characterized by means for introducing the solid matter and the solvent into the first boiler, furthermore by a connecting line from the first boiler to a pump, from which a feed pipe leads into the second boiler, from which a return line to the first boiler and a discharge line for the end product, upstream of which a clarifier is connected, and through means for moving the contents of both vessels.
An embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below. Show it:
1 shows the diagram of a device for carrying out the method according to the invention,
2 shows a longitudinal section through an essential component,
3 shows a portion of the section through the component of FIG. 2 along the line III-III.
1 shows a device for dissolving sugar which is first stored in the container 10. To measure and control the level of the sugar in the container, the same is equipped with the appropriate device 16 of a conventional type. The container 10 is arranged above a running endless conveyor belt or above the vibrating chute 12, which conveys the sugar into the first dissolving unit 14, which can be, for example, a mixing chamber or some other container, hereinafter referred to as a boiler. This is equipped with the inlet line 18 for the solvent, in the present case water, which opens into the boiler 14 at any point and has the control valve 64.
Sugar can be effectively dissolved in water from room temperature to a concentration of about 60 brix.
Here brix is a measure of the concentration or the degree of enrichment, as it is generally used in the food industry in connection with liquid sugar, a concentration of 60 brix being equal to 60% by weight.
If a more concentrated sugar solution is desired or less soluble substances are to be dissolved, it may be advantageous to add heat to the boiler 14. For this purpose, the boiler 14 is partially surrounded by the jacket 26. Steam is introduced through line 22 into the space between the boiler wall and jacket; the condensate flows off via the condensate trap 29 through the line 28.
The temperature measuring device 20, which is arranged in the boiler 14, is used to regulate the supply of steam. From there, the measuring line 21 leads to the control device 23, which can be, for example, a measuring bridge with a controller which controls the control valve 24 in the steam line 22 via the control line 25 such that a predetermined, constant temperature is maintained in the boiler 14. In the case of sugar, it should generally be limited to a maximum of 95 ° C.
The contents of the first vessel 14 are sucked in by the pump 32 through the connecting line 30 and conveyed via the feed pipe 36 into the second dissolving unit 34, which again can be any type of vessel and is also referred to below as a vessel. The pump is of the conventional type, but it must be able to convey the sugar solution with undissolved sugar crystals still mixed in. A centrifugal pump such as is customary in the food industry is preferably suitable for this.
The feed pipe 36 ends centrally within the second boiler 34 and can be cut straight in the usual way. The mass flow exiting under pressure sets the tank contents in motion, which may be sufficient for some applications, but this is a disordered, chaotic turbulence. For better and more effective mixing of the tank contents, it is advantageous if the opening of the feed pipe 36 is designed like a nozzle in order to achieve an acceleration of the exiting mass flow.
The exiting from the feed pipe 36 beam can be directed against a wall or against the bottom of the boiler 34, but it is more appropriate to direct it against the baffle plate 40, the operation of which will be described with reference to FIG. 2 below.
Fig. 2 shows the second vessel 34 which is cylindrical in shape. It could of course also be heated, but this is usually not necessary because of its small dimensions. The sugar solution flows in centrally through the feed pipe 36, the end of which has the nozzle 38. The baffle plate 40 is arranged at a short distance from the nozzle 38. It is fastened to the rod 44, which is displaceable in the bore 46 of the feed pipe 36 and can be fixed by the adjusting screw 48 in order to be able to change the distance of the baffle plate from the mouth of the feed pipe. It has been shown that the best results are achieved when the distance between the baffle plate 40 is 0.5 to 3 times the diameter of the opening of the feed pipe 36, in this case the opening of the nozzle 38.
The baffle plate 40 is disk-shaped, has a central stagnation point facing the feed pipe and adjoining it a rotationally symmetrical hollow arch. Its task is to divide the mass flow emerging from the nozzle 38 and impinging at high speed on all sides. This creates, at least initially, a network-like spreading flow with axially symmetrical radial jets, which set the tank contents in an arbitrary, but mainly spiral, movement. This creates a strong turbulence and a high mixing effect.
Above the baffle plate 40, between the inflow and outflow side of the boiler 34, the perforated plates 42 are arranged in order to reduce the turbulence in the upper part of the boiler and to calm it down to a minimal flow in this part of the boiler.
In the event that undissolved crystals are still present in the solution and this therefore cannot yet be withdrawn as the end product, a clarifying device is necessary. It consists of the perforated funnel-shaped plate 60 and the screen 62 arranged on its inflow side, which it completely covers. A section of this is shown in FIG. 3. The plate 60 is provided above the plates 42, extends over the entire cross section of the boiler and connects with its narrowest part to the return line 50.
That part of the boiler contents which passes through the sieve 62 and the holes in the perforated plate 60 flows off continuously as the end product through the discharge line 59.
The mesh size of the sieve 62 is selected in such a way that the possibility of a considerable amount of undissolved crystals flowing out through the line 59 is eliminated. While it is of course obvious to make the mesh size smaller than the crystals, it has been shown that even if it is somewhat larger, almost no crystals pass through the sieve 62 and the plate 60. The reason for this phenomenon is not yet fully understood, but it appears that in the sieve itself there is still some dissolution of the crystals, which are prevented from passing through, while the concentrated solution can flow through.
For sugar, the mesh size of the sieve 62 is preferably 0.25 mm, while the size of the sugar crystals is between 0.1 and 1.5 mm.
As I said, practically no undissolved crystals go off with the end product. If, however, undissolved particles are actually still present in the solution, they go back to the first tank 14 with the other part of the contents of the second tank 34, which is continuously withdrawn through the return line 50.
The further processes are described again with reference to FIG. The return line 50 extends into the first
Boiler 14 into, its end part 54 is arranged centrally and can be cut straight in the usual way or advantageously be designed like a nozzle in order to give the exiting mass flow a higher speed. The flow processes in the first tank 14 are similar to those in the second tank 34. Here, too, the exiting mass flow can be directed towards the floor or expediently impinge on the baffle plate 58, which is designed and adjustable like the baffle plate 40.
It divides the impinging jet on all sides, creating a network-like spreading flow with axially symmetrical radial jets, which set the entire contents of the first vessel 14 in an arbitrary, but mainly spiral movement, as indicated by the flow lines drawn. In addition to the desired turbulence, a more effective and more appropriate mixing of the sugar and the water is achieved than was previously possible with the conventional mechanical or rotating mixers, which is very important in the first boiler 14.
The control valve 52 in the return line 50 and the control valve 76 in the discharge line 59 make it possible to measure the ratio of the returned part of the contents of the second vessel 34 to the part discharged as the end product as desired. Taking into account the respective operating conditions and requirements as well as the desired concentration of the end product, approx. 50 to 99% of the amount fed to the second kettle 34 is returned to the first kettle 14. In this way, a large part of the entire filling of the device is passed through the system not just once, but several times in a circle, which extends the residence time and increases the concentration of the solution.
Not only fresh solids but also a solution with only a few solid particles are fed to the first tank 14, so that a high-quality, already highly concentrated solution is also introduced into the second tank 34, which also has a corresponding effect on the end product. It can be said that a substantial part of the solids is dissolved in the first tank 14, but in the second tank 34 almost all of the particles not yet dissolved.
In the discharge line 59, seen in the direction of flow, the control device 70 for measuring the concentration of the end product is arranged upstream of the control valve 76. In order to maintain the desired concentration in the end product, the measured value acts in a known manner, e.g. B. via a (not shown) measuring bridge on the control valve 64 in the water inflow line 18, which is indicated by the control line 65. As a result, the amount of water that flows into the first boiler 14 is automatically controlled by the measured value of the control device 70. - Of course, the device 70 can also control the amount of solids to be introduced or both components.
The bypass 66 around the control valve 64, controlled by the valve 68, allows water to be introduced into the boiler 14 regardless of the measurement of the concentration of the end product. Such a bypass is very advantageous, for example, when starting up the device.
Between the control device 70 and the control valve 76, the bypass 72 branches off from the discharge line 59, which can be shut off by the valve 74 and opens into the return line 50 between the second boiler 34 and the control valve 52. It is used when the device is started up, the regulating valve 76, which is also adjustable by the device 70, being closed. Water is fed into the first boiler 14, which then flows through the connecting line 30, the pump 32, the feed pipe 36 and the second boiler 34 and returns to the first boiler 14 through the return line 50. During this time, sugar is continuously fed to the system and continuously measured in the control device 70, the concentration of the Abführlei device 59 flowing through the product through the
Bypass 72 and the return line 50 again to the first
Boiler 14 flows in.
As soon as the solution is in the drainage line
59 has reached the prescribed concentration for the end product - with sugar advantageously a value of at least 60 brix - the control device 70 automatically opens the control valve 76 and the shut-off valve 74 is closed, which can be done by hand or by the device 70 . This continues the continuous
Production process.
It should also be emphasized that sugar and water were only mentioned as examples in the device described.
The method and equipment are equally applicable to other soluble solids, to salts of all kinds, e.g. B. for alum or caustic soda, as well as for other solvents. It can also be different at the same time or one after the other
Solids or multiple solvents are introduced into the first vessel. It should also be mentioned that the device can be designed in any way and with further valves, pumps and other compo elements, taking into account the method described.
Thanks to the continuous process, it is possible to make savings in investments, labor and operating personnel compared to comparable conventional systems.
To achieve storage capacity and space requirements without reducing the quality of the end product in any way. It is even possible to produce more concentrated solutions and to keep the desired concentration in the end product within +0.3 brix thanks to the automatic control.
PATENT CLAIM 1
Method for dissolving small or pulverized, soluble solids, characterized in that at least one solid and at least one solvent in a first
Kettle (14) are introduced, the contents of which are kept in constant motion are continuously withdrawn and introduced into a second kettle (34), the contents of which are also kept in constant motion and continuously withdrawn, part of which is returned to the first kettle (14) and the other part is discharged as the end product.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the solid and / or the solvent is introduced into the first vessel (14) as a function of the controlled concentration of the end product.
2. The method according to claim I, characterized in that the contents of the first vessel (14) is heated while controlling its temperature.
3. The method according to dependent claim 2, characterized in that the heating is carried out with steam.
4. The method according to claim I, characterized in that the contents of the two vessels (14, 34) is kept in motion by flow processes.
5. The method according to claim I and dependent claim 4, characterized in that the content withdrawn from the first tank (14) into the second tank (34), and the portion of the content withdrawn from the second tank (34) and returned to the first Kettle (14) is introduced centrally under pressure.
6. The method according to claim 5, characterized in that the in at least one of the boilers (14, 34) eintre tend mass flow is deflected therein such that a network-like spreading flow with axially symmetrical
Forms radial rays, which set the contents of the tank in an arbitrary, mainly spiral movement.
7. The method according to claim I and dependent claim 6, characterized in that the movement of the contents in the second vessel (34) is calmed in its upper area.
8. The method according to claim I, characterized in that 50 to 99% of the contents of the second boiler (34) are returned to the first boiler (14).
9. The method according to claim 1, characterized in that in part of the contents of the second vessel (34) any undissolved solid particles still contained are dissolved before this part is discharged as the end product.
10. The method according to claim I, characterized in that the part of the contents discharged from the second vessel (34) as the end product has a concentration of at least 60% by weight.
11. The method according to claim I or dependent claim 10, characterized in that if the concentration is insufficient, the end product is returned to the first boiler (14).
12. The method according to claim I or dependent claim 10, characterized in that the flow path for the end product is only released after the intended concentration has been reached.
13. The method according to claim I, characterized in that sugar is used as the solid and water as the solvent.
PATENT CLAIM II
Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by means (10, 12, 18) for introducing the solid matter and the solvent into the first tank (14), further by a connecting line (30) from the first tank (14) to a pump (32), from which a feed pipe (36) leads into the second boiler (34), from which a return line (50) to the first boiler (14) and a discharge line (59) for the end product, which has a clarifying device (60, 62) is connected upstream, and by means (54, 58 or
36, 40) for moving the contents of both kettles (14, 34).
SUBCLAIMS
14. Device according to claim II, characterized by a device (70) in the discharge line (59) for controlling the concentration of the end product, which controls the introduction of the solid and / or the solvent into the first vessel (14).
15. Device according to claim II, characterized by a steam-heated jacket (26) which at least partially surrounds the first boiler (14).
16. Device according to claim II and dependent claim 15, characterized by a device (20) for measuring the temperature in the first boiler (14), the measured value of which is transmitted via a control device (23) to a control valve (24) in a steam line (22) to the jacket (26) acts.
17. Device according to claim II, characterized in that the end part (54) of the return line (50) and / or the feed pipe (36) open centrally into the boiler (14 or 34).
18. Device according to claim II or dependent claim 17, characterized in that the opening of the end part (54) of the return line (50) and / or of the feed pipe (36) is designed like a nozzle.
19. Device according to claim II or dependent claim 17, characterized in that the opening of the end part (54) of the return line (50) and / or of the feed pipe (36) is directed towards the bottom of the boiler (14 or 34).
20. Device according to claim II or dependent claim 17, characterized in that the opening of the end
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