DE1000013B

DE1000013B - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Konzentration von Loesungen durch Gefrieren eines Loesungsmittels und Trennung des fluessigen vom erstarrten Anteil

Info

Publication number: DE1000013B
Application number: DESCH18933A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Steinbacher; Carlos Schneider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-10-27
Filing date: 1955-10-27
Publication date: 1957-01-03
Also published as: GB815008A; CH347819A; FR1163912A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Konzentration 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.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei diesem bekannten Verfahren 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.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Lösung bzw. das Gemisch aus Lösung oder konzentrierter Lösung mit festen Lösungsteilen (Eis) in senkrecht zur Rührwerksachse angeordneten Ringzonen zusätzlich in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt wird. Durch das hierbei erzeugte Aneinanderstoflen der festen Teilchen wird erreicht, daß diese Teilchen an Stelle ihrer kristalleigenen Blättchenform die Form von Graupeln annehmen, die bei gleichem Volumen eine wesentlich kleinere Oberfläche aufweisen.
Ferner wurde zur Erreichung des angestrebten Zieles 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 geringe 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 obenerwähnten, optimalen Durchlässigkeit des Gefriergutes.
Das erzeugte Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen kann einem kontinuierlichen Absickerungsvorgang zum Zwecke der Erhöhung des festen Anteiles unterworfen werden.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, daß außer den das Anfrieren von Lösungsteilen an der Kühlfläche verhindernden, an sich bekannten Abstreiforganen des Rührers zusätzliche Gruppen von Leitorganen vorgesehen sind, deren eine dem Gefriergut eine schrau- benlinienförmige Bewegung aufzwingt, deren andere die erstarrten Lösungsteile erneut mit der Kühlfläche in Berührung bringt.
Die zusätzlichen Leitorgane können auch ortsfest angeordnet sein.
Das Kühlgefäß besteht aus zwei konzentrischen Mänteln, in deren Zwischenraum der Gefriervorgang stattfindet und deren innerer Mantel gekühlt ist. Es kann aber auch in an sich bekannter Weise die äußere Mantelfläche gekühlt sein. Auch können beide Mäntel gleichzeitig gekühlt sein.
Statt des Rührers kann das Kühlgefäß drehbar angeordnet sein. Der Vorrichtung kann eine Absickervorrichtung nachgeschaltet sein.
Die Figuren erläutern das erfindungsgemäße Verfahren und zeigen eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Es stellt dar Fig. I die Vorrichtung im Achsschnitt, Fig. 2 den Grundriß zu Fig. I, Fig. 3 die zusätzlichen Leitorgane zur Erzeugung der schraubenlinienförmigen Bewegung in Ringzonen bzw zur Rückführung der festen Bestandteile zur Kühlfläche, Fig. 4 die Vorrichtung und Anordnung dieser Leitorgane in schematischer Abwicklung, Fig. 5 eine Einzeldarstellung der Leitorgane zur Rückführung der festen Teilchen zur Kühlfläche im Schrägriß, Fig. 6 eine Ausführungsform der nachgeschalteten Absickervorrichtung.
Die Gefriervorrichtung I besteht aus einem zylin drischen Gefäß 2 mit kreisförmigem Querschnitt und lotrechter Achse. Das Gefäß hat einen äußeren Nu an tel 3 mit Boden 3, einen inneren Mantel 5 mit Boden 6 und einen ringförmigen Deckel 7, der aus zwei Teilen bestehen kann. Beide Zylindermäntel sind mit Kühlmänteln 8 ausgestattet, durch welche über Zuleitungen 9 und Ableitungen 10 das Kühlmittel zirkuliert, sei es Sole in serpentinförmigen Kanälen II oder ein Kühlmittel mit direkter Verdampfung in auf den Kühlmänteln aufgeschweißten Kanälen 12. In dem unteren Teil 13 ist ein Ablauf 14 zur Konzentratabnahme und zur Entleerung vorgesehen. Im Ringraum befindet sich ein zentral gelagerter, hier sechsarmiger Rührer, bestehend aus einer Traglionstrulition I6, die zwecks XTermindaerung des Gefäflinhaltes mit einem Verdrängungskörper I7 versehen sein kann, und vertikal dazu in gleichen Winkelablständen angeordneten Armen 19. Der Rührer ist mit bekannten WIantelwischern Ig versehen, welche derart höhenversetzt an den Armen 19 angebracht sind daß sie sich übergreifen. Zur Erzeugung der zusätzlichen schraubenlinienförmigen Bewegung des Kühlgutes in Ringzonen sind zwischen den Armen 19 verwunden Bleche 20 und zur RückfüPhrung der Festteile an die Rühlfläch,e schaufelartige Organe 2I vorgesehen (Fig. 3, 4 und 5). Die Fig. 5 zeigt schaubildlich ein Teilstück des Organs 2I, bestehend aus einem Blechstreifen ausgeschnittenen und schaufelartig nach beiden Seiten ausgebogenen Lappen. In Fig. 4 ist die Anordnung der Organe 20 und 2I auf einem Teil des abgewickelten Rührers zu sehen. Die Wirksamkeit dieser Organe 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 bewelche Propeller und verschiedenartig geformte richtungs ändernde Leitschaufeln und Stoß impulse erzeugende Prallbleche angebracht werden. Bei Gefriervorrichtungen mit innerer Kühlfläche sind an der inneren Seite des Rührers außer den an den Kühlflächen anliegenden Mantelwischern I8 zusätzliche Leitbleche 22 angebracht, welche, ohne die Mantelflächen zu berühren, von diesen einen möglichst geringen Abstand haben. Oberhalb der gekühlten Mantelflächen ist eine aus Fig. I ersichtliche Austragvorrichtung für die auszutragende Eiskornmasse angeordnet. bestehend aus einem am oberen Ende des Rührers befestigten Mantelring 23 mit zellenbildenden Stegen 24, deren Zwischenräume sich mit Eiskonunasse füllen. Von dem dadurch gebildeten, mit Eiskornmasse gefüllten Ring wird der übrige Teil der Eiskornmasse auf einen fest mit dem Deckel 7 verbundenen Schneckenteil 25 geschoben und aus dem Gefäß entfernt. Der Rührer wird mittels einer Hohlwelle 26 auf der vorzugsweise festen Gefäß achse 27 durch den Antrieb 28 bewegt. Die Zuleitung der Lösung erfolgt durch 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 nach oben ragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mit einer Gefriervorrichtung ausgeführt werden, welche nur mit einem Kühlmantel, vorzugsweise mit dem inneren ausgestattet ist. Bei einer weiteren Ausführungsform werden in einer Gefriervorrichtung mit äußerem und innerem Kühlmantel zwei gegenläufige Rührer, vorzugsweise unter gleichzeitiger Anordnung eines dazwischenliegendlen 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 Zylinderachse, wobei die Auftriebswirkung des Eises durch Leitschaufeln ersetzt wird.
Bei senkrechter Zylinderachse kann die Auftriebswirkung durch zusätzlich angeordnete Leitsch au fein in Form von ganzen oder geteilten Schneckengängen unterstützt werden, die bei Verarbeitung klarer, pulverfreier Lösungen mit konzentrisch angeordneten Schlitzen versehen sein können. Der erfindungsgemäß nachgeschaltete Absickerungsvorgang kann entweder in einer zusätzlichen Vorrichtung oder in der Gefriervorrichtung selbst stattfinden.
In Fig. 6 ist eine außerhalb der Gefriervorrichtung angeordnete Absickervorrichtung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Sie besteht aus einem zylindrischen, rohrförmigen Gefäß « einer Welle 32 mit Antrieb 33. Deckel 34 und Bodenteil 35. Das Gefäß ist mit einer an die Ausbringstelle der Kühlvorrichtung I angeschlossenen Zuleitung 36 für die Eis kornmasse versehen. In der Höhe der Einmündung dieser Zuleitung ist zur Unterstützung des natürlichen Eisauftriebs 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 31 Mischflügel 39 und 40 angebracht sind, welche zwecks Unterstützung der Aufwärtsbeförderung des Mischr gutes propellerartig gestaltet sein können. Die Zuleitung der Frischlösung erfolgt entweder über einen Stutzen 4I oder durch Bohrungen 42, welche am oberen Ende der Mischzone 38 in die von dieser Stelle ab als Hohlwelle 43 ausgebildeten Achse gebohrt sind, wobei die Frischlösung durch die Hohlwelle 43 zugeführt wird.
An die Frischzone schließt sich die Absickerungszone 44 an, in welcher die Hohlwelle 43 mit einer Förderschnecke 45 ausgestattet ist, die geringeren Durchmesser als das Gefäß 3I 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 I 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 in sich drehenden Eisbreimantel (ähnlich 23) angeordnet sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur kontinuierlichen Konzentration von Lösungen durch Gefrieren des Lösungsmittels und Trennung des flüssigen vom erstarrten Anteil in einem ein Rührwerk enthaltenden Kühlgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bzw. das Gemisch aus Lösung oder konzentrierter Lösung mit festen Lösungsteilen (Eis) in senkrecht zur Rührwerksachse angeordneten Ringzonen zusätzlich in eine schraubenlinienförmige Bewegung versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Ringzonen die von der Kühlfläche entfernten erstarrten Lösungsteile an die Kühlfläche zurückbewegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gebildetes, in an sich hekannter Weise aus der Mischung mit erstarrten Lösungsteilen durch dünnere Lösung verdrängtes Konzentrat während des Gefriervorganges kontinuierlich abgezogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Gemisch aus Lösung und festen Lösungsteilen einem kontinuierlichen Absickerungsvorgang zum Zweck der Erhöhung des festen Anteiles unterworfen wird.
5. Vorrichtwlg zur Durchführung des VerfahrenSs nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer den das Anfrieren von Lösungsteilen an der Kühlfläche verhindernden, an sich bekannten Ahstreiforganen des Rührers zusätzliche Gruppen von Leitorganen (20, 2I) vorgesehen sind, deren eine (20) dem Gefriergut eine schraubenlinienförmige Bewegung aufzwingt, deren andere (21) die erstarrten Lösungsteile erneut mit der Kühlfläche in Berührung bringt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die schraubenlinienförmige Bewegung erzeugenden Leitorgane aus schraubenlinienförmig verwundenen Blechen (20) bestehen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Zurückführung der erstarrten Teile an die Kühlfläche bewirkenden Leitorgane aus Schaufeln (2I) bestehen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Leitorgane (20, 2I) durch den Rührer (I6) getragen sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Leitorgane (20, 21) ortsfest angeordnet sind.
IO. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgefäß (I) aus zwei konzentrischen Mänteln (3, 5) besteht, in deren Zwischenraum der Gefriervorgang stattfindet, und deren innerer Mantel (5) gekühlt ist.
I I. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis IO, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise auch die äußere Mantelfläche (3) gekühlt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis lt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgefäß drehbar und der Rührer ortsfest ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5 bis I2, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine Absickervorrichtung nachgeschaltet ist.