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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung von Flüssigkeiten, insbesondere Fruchtsäften o. dgl. Nahrungsmitteln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 12.
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Für die Entgasung von Flüssigkeiten, insbesondere viskosen Nahrungsmitteln in Form von Fruchtsäften o. dgl., wird zur Produkt schonenden Abfüllung die Flüssigkeit über einen einen Unterdruck aufweisenden Entgasungsreaktor geleitet und an deren Auslass entnommen. Derartige zur Entgasung vorgesehene Einrichtungen sind seit langem bekannt, wobei eine aus
DE 19 88 628 bekannte Vorrichtung im Bereich des Entgasungsreaktors eine sich in dessen Innenraum erstreckende Schleudereinrichtung aufweist. Damit soll die Flüssigkeit zu einer möglichst dünnen Schicht ausgebreitet werden, um so die Flüssigkeitsoberfläche zur Entgasung zu vergrößern. Bei einer Konstruktion gemäß
DE 44 10 830 A1 ist eine für die Herstellung von fruchtsafthaltigen Getränken vorgesehene Mischvorrichtung vorgesehen, bei der das Gemisch im Bereich eines Reaktors über ein Ablaufblech geführt wird. Gemäß
DE 297 22 673 U1 ist eine Vorrichtung zum schonenden Entgasen von empfindlichen Lebensmitteln vorgeschlagen, wobei in einem Behälter ein das jeweilige Lebensmittel verteilender rotierender Teller vorgesehen ist. Bei weiteren Systemen zur Entgasung von Flüssigkeiten gemäß
EP 1 443 026 B1 und
EP 2 123 339 B1 wird ein System mit Zentrifugalentlüftung genutzt bzw. die Flüssigkeit über ein spezielles Einlaufventil in den Entgasungsreaktor so eingebracht, dass eine möglichst dünne Verteilung der Flüssigkeitsstruktur erreicht wird.
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Ein ähnliches System ist in
EP 2 140 920 B1 vorgeschlagen, wobei ein Einlaufventil am Einlassbereich des Entgasungsreaktors mit einem Drallelement zusammenwirkt, so dass der eingebrachten Flüssigkeit ein Drehimpuls aufgeprägt werden kann. Die vorteilhaften Wirkungen dieses Dralleinlaufs – in Vergleich mit bekannten Ringspaltdüsen – werden auch in einem Fachartikel (
Zeitschrift: Getränkeindustrie 10/2012, Seite 44 bis Seite 50) bekannt gemacht. Dabei wird auf den besonderen Einlaufeffekt hingewiesen, der im Ergebnis einer gesteuerten Zuführung mit einem dünnen turbulenten Rieselfilm dazu führt, dass das Herauslösen von Gasbläschen aus der Flüssigkeit besonders effektiv möglich ist.
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Die Erfindung befasst sich mit dem Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen von Flüssigkeiten, insbesondere viskosen Fruchtsäften, so zu gestalten, dass eine Produkt schonende Gasextraktion mit geringem technischem Aufwand erreicht wird, ein vergleichsweise geringer Energieeintrag zu einer verminderten Schaumbildung führt und bei verbessert steuerbarem Stoffaustausch zwischen Gasen und Flüssigkeit ein hoher Produktdurchsatz möglich ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 11 bzw. 13 bis 27.
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Bei einem Verfahren zur Entgasung von Flüssigkeiten, insbesondere bei einer Produkt schonenden Verarbeitung von viskosen Nahrungsmitteln, werden diese als ein Förderstrom einem Entgasungsreaktor zugeführt, aus diesem zugeführten Förderstrom mittels Unterdruck jeweilige Gase herausgelöst und danach die Flüssigkeit abgeleitet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass bei diesem jeweilige als ein weitgehend kontinuierlicher Förderstrom zugeführte Flüssigkeiten in zumindest zwei Teilströme geteilt werden.
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Diese Teilung des Förderstromes wird dabei so gesteuert, dass bei dieser ”geteilten” Weiterleitung jeweilige an den Teilströmen gebildete Phasengrenzflächen optimal erzeugt werden und damit an diesen gezielt ”vereinzelten” Flüssigkeitsstrukturen eine wesentlich verbesserte Entgasung durchführbar ist. Die beiden Teilströme werden als jeweilige zumindest phasenweise eine Fließschicht definierende Dünnschicht-Rieselfilme weitergeleitet, so dass in vergleichsweise kurzer Zeit eine optimale Entgasung mit minimalem Energieeintrag erfolgt. Nach einer dabei zu durchlaufenden Entgasungszeit bzw. nach einer Weiterleitung auf einer Entgasungsstrecke bzw. einem Entgasungsweg können die zumindest zwei Fließschichten zu einem dann optimal entgasten Endprodukt zusammengeführt werden.
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Die Verfahrensführung ist dabei darauf abgestellt, dass die bei der erfindungsgemäßen Teilung des Förderstromes erzeugten Teilströme so bereitgestellt werden, dass eine Weiterleitung als einen Fließabstand aufweisende Fließschichten erreicht wird. Dabei kann diese als erster Entgasungsschritt wirkende Trennphase variabel gesteuert werden, mit dem Ziel, dass die jeweilige spezifische Phasengrenzfläche maximiert wird, eine minimale Filmdicke realisiert ist und an dieser die Entgasung in optimaler Kontaktzeit erfolgen kann.
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Eine erste Variante sieht vor, dass zumindest einer der Teilströme unmittelbar nach Art eines Flüssigkeits-Hohlkörpers – z. B. keglig oder zylindrisch – aufgebaut wird und diese Struktur damit eine innere und eine äußere Phasengrenzfläche definieren kann. Eine zweite Variante der Verfahrensführung sieht vor, dass die unmittelbar beim Eintritt in einen Entgasungsreaktor erzeugten Teilströme auf jeweils eine Verteilfläche aufgebracht werden. Damit sind dann zwei ”äußere” Phasengrenzflächen gebildet, und auf diesen Teilflächen – unter permanenter Wirkung des variabel einstellbaren Unterdruckes – erfolgt die Weiterleitung der jeweiligen Fließschicht.
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Die beiden optimal entgasenden Teilströme werden – nach einer von den Strömungsbedingungen abhängigen ”Verweilzeit” – zu einem sekundären Volumenstrom in einem Entgasungssumpf zusammengeführt. Dabei wird eine Schaumbildung durch vergleichsweise geringen Energieeintrag vermieden, und nach dieser Produkt schonenden Gasextraktion kann der im Reaktor befindliche Produktflüssigkeitsvorrat optimal abgeleitet bzw. abgefüllt werden.
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Das auf den zumindest zwei Teilströmen basierende Entgasungsverfahren wird dadurch optimiert, dass zumindest im Bereich der erzeugten Fließschichten die jeweiligen Fließparameter produktspezifisch vorgegeben werden. Dabei wird erreicht, dass nach konstanten oder variierbaren Reaktionszeiten jeweils maximal entgaste Fließschichten insbesondere von den Verteilflächen abgeleitet und danach die beiden Teilströme wieder zusammengeführt werden. Danach wird das ausleitfähige Endprodukt im Flüssigkeitssumpf des Entgasungsreaktors bereitgestellt.
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Eine optimale Umsetzung dieses Konzeptes wird dadurch erreicht, dass die aus den Teilströmen gebildeten Fließschichten bereits durch jeweilige Einführbedingungen im Bereich des Behältereinlaufs so gesteuert werden, dass nachfolgend dieser Teilungsphase eine das Produkt bzw. die Flüssigkeit schonende Gasextraktion erreicht wird. Insbesondere ist vorgesehen, dass im Bereich des Behältereinlaufs ein unmittelbarer Auftrag der Flüssigkeit auf die Verteilflächen erfolgt und damit die zumindest zwei Fließschichten mit einer steuerbaren Fließgeschwindigkeit bereitgestellt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die aus den Teilströmen gebildeten und entlang der Verteilflächen verlagerbaren Fließschichten auf die für den Stoffaustausch im Bereich des Flüssigkeits-Gas-Übergangs optimierbaren Phasengrenzflächen eingestellt werden.
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Die vorbeschriebene Verfahrensführung mit den zumindest zwei Teilströmen kann auch dadurch erweitert werden, dass die als Förder- bzw. Volumenstrom in das System eingeleitete Flüssigkeit in einer Einführphase im Bereich des Behältereinlaufs in drei eine jeweilige Fließschicht bildende Teilströme geteilt wird. Damit wird die Effektivität des erfindungsgemäßen Entgasungsverfahrens weiter gesteigert, da durch eine vergrößerte Reaktionsfläche die Durchsatzleistung des – in seinem Aufnahmevolumen unveränderten – Entgasungsreaktors weiter verbessert werden kann.
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Die zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Vorrichtung verwendet einen in seiner Grundstruktur an sich bekannten und mit Unterdruck betreibbaren Entgasungsreaktor. Dieser Reaktor ist erfindungsgemäß im Bereich seines zumindest einen Behältereinlaufs mit einem zumindest die zwei Teilströme bildenden Einspeisekopf versehen. Ausgehend von dieser Basisbaugruppe ist vorgesehen, dass die beiden Teilströme so gesteuert werden, dass ein Teilstrom unmittelbar nach Art eines ”Flüssigkeitskegels” in Richtung des Behälterinnenraums eingeleitet wird und der zweite der Teilströme entlang der als Leitkontur wirkenden Behälterwandung innenseitig abfließt.
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Eine vorteilhafte Konstruktion sieht vor, dass im Innenraum des Entgasungsreaktors zumindest zwei die beiden im Bereich des Behältereinlaufs erzeugten Teilströme einzeln aufnehmende und diese als jeweilige dünne Fließschicht flächig verteilende Leitkonturen angeordnet sind.
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In vergleichsweise einfacher technischer Umsetzung dieses überraschend effektiven Konzeptes ist vorgesehen, dass als die Leitkonturen jeweilige die Fließschicht als Rieselfilm aufnehmende und diesen im Wesentlichen unter Schwerkraftwirkung zu einem Flüssigkeitssumpf hin ableitende Wandflächen genutzt werden. Dabei sind die im Bereich der Wandfläche vorgesehenen Leitkonturen mit jeweils im Wesentlichen gleichen Abmessungen ausgeführt, so dass für die zumindest zwei Fließschichten jeweils weitgehend gleiche Fließbedingungen mit geringem Energieeintrag vorgebbar sind.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Behältereinlauf ausgehend von einem die Flüssigkeit aufnehmenden Sammelraum mit einer den Einspeisekopf bildenden Verteileinheit versehen wird. Diese insbesondere von oben mit dem Volumenstrom beaufschlagbare Verteileinheit weist ausgangsseitig zumindest zwei zu der jeweiligen Leitkontur gerichtete Ausleitöffnungen auf.
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Ausgehend von einem im Wesentlichen zylindrischen Gesamtkonzept der Vorrichtung bzw. der Reaktorkonstruktion ist vorgesehen, dass die im Bereich des Einspeisekopfes vorgesehenen Ausleitöffnungen als jeweilige im Wesentlichen konzentrisch zu einem den Behältereinlauf durchgreifenden Entgasungsrohr verlaufende Ringspalte ausgebildet werden. In vorteilhafter Ausführung ist dabei ein erster der Ringspalte zur Innenseite der Reaktorwand gerichtet. Eine optimale Konstruktion wird hier dadurch erreicht, dass der zweite der Ringspalte im oberen Bereich einer Kegelhülle ausmündet. Diese Kegelhülle ist so geformt, dass damit eine sich im Innenraum des Entgasungsreaktors radial erstreckende und an zumindest einer Seite die Fließschicht ableitende Wandfläche gebildet wird. Es versteht sich, dass diese Kegelhülle durch eine konstruktive Anpassung des Behältereinlaufs auch doppelwandig nutzbar ist.
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Dabei ist vorgesehen, dass die die Leitkontur bildende Kegelhülle im Wesentlichen konform mit der Reaktorwand ausgebildet ist. Dabei wird ein radialer Abstand so vorgegeben, dass dessen optimierbares Maß eine effektive Weiterleitung der Fließschichten ermöglicht.
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In vorteilhafter Ausführung ist dabei vorgesehen, dass im Bereich der Kegelhülle zusätzlich zu dem zweiten Ringspalt ein dritter Ringspalt ausmündet. Damit wird erreicht, dass die im Wesentlichen keglige Hülle an ihrer inneren und äußeren Seite der Wandfläche eine jeweilige Fließschicht aufnehmen kann. Damit wird die Größe der wirksamen Reaktionsfläche innerhalb des Entgasungssystems mit geringem Aufwand weiter vergrößert.
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Die weitere konstruktive Umsetzung dieses Systems mit der Kegelhülle sieht vor, dass diese auch von einem in den Innenraum des Entgasungsreaktors integrierten Hohlkörper gebildet sein kann.
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Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verteil-Konzeptes wird dadurch erreicht, dass im Bereich des mit dem Einspeisekopf versehenen Behältereinlaufs eine Variation der Parameter der Teilströme möglich ist. Dabei ist vorgesehen, dass die mit den Teilströmen erzeugten Fließschichten durch jeweilige geometrische Veränderungen der Ringspalte auf variierende Fließbedingungen eingestellt werden können.
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Denkbar ist dabei auch, dass im Bereich der Ringspalte eine Drallbildung auf die Teilströme aufgeprägt wird und damit die für die Entgasung wesentlichen Fließbedingungen optimiert werden. Die Ausbildung der Ringspalte kann so konzipiert sein, dass diese in radialer Längsrichtung variabel einstellbar sind. Mittels eines beweglichen Verschlussteils kann dabei die wirksame Länge des für den Durchtritt des jeweiligen Teilstromes vorgesehenen Spaltes begrenzt bzw. erweitert werden. Ebenso sind einstellbare Konstruktionen im Bereich des Einspeisekopfes denkbar, bei denen mittels jeweiliger gesteuerter Schiebeelemente die Ringspalte in ihrem Durchmesser und/oder ihren Durchlassquerschnitten veränderbar sind. Diese Veränderung der Durchlassquerschnitte kann auch in Umfangsrichtung der Ringspalte ausführbar sein.
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Die Vorrichtung sieht im Bereich der Ringspalte auch jeweilige radiale Stege vor, mit denen die die Ringspalte bildenden Rohrabschnitte aneinander abgestützt sind. Ebenso ist denkbar, dass die an die Ringspalte anschließende Kegelhülle mit einer Wellen- und/oder Nutprofilierung versehen wird, so dass eine weitere Flächenvergrößerung für die abfließende Fließschicht erreicht und der Entgasungsvorgang verbessert wird.
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Ein effektiver Einsatz des erfindungsgemäßen Systems ist darauf gerichtet, dass der aus Fruchtsäften o. dgl. bestehende Förderstrom bei Temperaturen von vorzugsweise weniger als 30°C der Entgasungsphase zuführbar ist. Bei diesen auch bis auf Raumtemperatur von ca. 20°C absenkbaren Förderbedingungen steigt zwar die Viskosität der Flüssigkeit, aber mit den erfindungsgemäßen Teilströmen werden die Phasengrenzflächen so vergrößert, dass bei dieser ”Kaltentgasung” ein überraschend effektiver Stoffaustausch nutzbar ist.
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Für die Anwendung des Systems ist prinzipiell auch denkbar, die Entgasung bei höheren Temperaturen durchzuführen und dabei Flüssigkeiten bei Temperaturen oberhalb von 30°C zu verarbeiten.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, die drei Ausführungsbeispiele der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Vorrichtung veranschaulichen. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines Entgasungsreaktors mit einem zwei Teilströme bildenden Einspeisekopf,
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2 eine geteilte Schnittdarstellung ähnlich 1 mit zwei die jeweiligen Teilströme aufnehmenden Wandungsteilen in variierter Einbaulage am Einspeisekopf, und
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3 eine Ausführung ähnlich 2 mit einem drei Teilströme erzeugenden Einspeisekopf im Bereich des Entgasungsreaktors.
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In 1 ist ein insgesamt mit 1 bezeichneter Entgasungsreaktor in einer dessen Aufbau im Innenraum verdeutlichenden Schnittdarstellung gezeigt. Dabei ist vorgesehen, dass eine zur Entgasung vorgesehene Flüssigkeit F – insbesondere in Form von viskosen Fruchtsäften o. dgl. Nahrungsmitteln – als ein Förderstrom FS durch einen insgesamt mit 2 bezeichneten Behältereinlauf in den Entgasungsreaktor 1 eingefördert wird. Im Bereich des Behältereinlaufs 2 ist auch eine hier zentral angeordnete Saugleitung 3 vorgesehen, mittels der eine einen Unterdruck erzeugende Vakuumpumpe 4 mit dem Innenraum 5 des Entgasungsreaktors 1 verbunden wird. Im unteren Bereich des Innenraums 5 ist an den Entgasungsreaktor 1 eine das Endprodukt FE ausleitende Förderleitung 6 angeschlossen.
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Beim Einsatz derartiger Entgasungsreaktoren 1 ist bereits eine Verfahrensführung zur Entgasung der Flüssigkeit F bekannt, wobei nach der Einleitung der Flüssigkeit F im Entgasungsreaktor 1 der Unterdruck wirksam wird, dabei aus der Flüssigkeit F die darin gelösten Gase, insbesondere Sauerstoff und/oder Stickstoff, freigegeben und danach die entgaste Flüssigkeit FE getrennt von den – bei 3 abgeführten – Gasen G abgeleitet wird.
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Das erfindungsgemäße Konzept sieht eine neuartige Verfahrensführung vor, derart, dass die als Förderstrom FS zugeführten Flüssigkeiten in zumindest zwei Teilströme T und T' geteilt werden. Diese Teilströme T und T werden zumindest phasenweise jeweils als eine Fließschicht definierende Dünnschicht-Filme 7, 8 weitergeleitet, so dass im Bereich jeweiliger Phasengrenzflächen P, P' eine optimale Entgasung erfolgen kann. Nach einer vorbestimmbaren Fließzeit bzw. einem entsprechenden Fließweg (Höhenunterschied gemäß Abstand W, 1) können die beiden Fließschichten 7, 8 zu einem entgasten Endprodukt FE zusammengeführt und nach Entnahme im Bereich der Förderleitung 6 weiterbearbeitet werden. Zur Durchführung dieser erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ist ein entsprechendes Vorrichtungs-Konzept gezeigt, derart, dass der Entgasungsreaktor 1 im Bereich seines zumindest einen Behältereinlaufs 2 einen zumindest die zwei Teilströme T, T' bildenden Einspeisekopf 9 aufweist.
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Die Verfahrensführung im Bereich dieser beiden Teilströme T, T' ist dabei darauf abgestellt, dass eine möglichst große Anzahl von die Entgasung bewirkenden Phasengrenzflächen P, P' zur Beeinflussung der Flüssigkeit F nutzbar zu machen ist. In der gemäß 1 ersichtlichen Ausführung ist dabei vorgesehen, dass der Dünnschicht-Rieselfilm 8 ausgehend vom Auslassbereich 10 des Einspeisekopfes 9 weitgehend frei in den Innenraum 5 so eingeleitet oder eingespritzt wird, dass unmittelbar die zwei Phasengrenzflächen P und P' erzeugt und zur Entgasung wirksam werden. Im Unterschied dazu weist der Dünnschicht-Rieselfilm 7 nur die eine Phasengrenzfläche P auf, da dieser Teilstrom 7 andererseits an der Wandung 11 des Entgasungsreaktors 1 innenseitig anliegt. Entsprechend der rotationssymmetrischen Ausführung des Entgasungsreaktors 1 (hier: vertikale Hochachse M) ergibt sich, dass die geschnitten dargestellten Flächen als entsprechende ”Rotationskörper” zu interpretieren sind.
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Die Verfahrensführung sieht vor, dass die bei der Teilung des Volumenstromes FS erzeugten Teilströme T, T' jeweils als einen Fließabstand A (1) aufweisende Fließschichten 7, 8 weitergeleitet werden können, derart, dass auch zwei der ”unmittelbaren” Fließschichten 8 denkbar sind (nicht dargestellt).
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In einer zweiten Ausführung (2, 3) des Systems ist eine Verfahrensführung vorgesehen, bei der diese Teilströme T, T' auf jeweilige im Reaktionsraum 5 befindliche Verteilflächen (ähnlich der Wand 11, 1) aufgebracht werden. Diese als Leitkonturen 12, 13 (2) bzw. 14, 15 (3) vorgesehenen Verteilflächen können dabei mit einer oder mehreren der Teilströme T, T' beaufschlagt werden.
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Die nicht näher dargestellten Bauteile zur denkbaren Steuerung des als Prinzipdarstellungen veranschaulichten Systems sieht insbesondere im Bereich des Einspeisekopfes 9 vor, dass den Teilströmen T, T' jeweilige produktspezifische Fließparameter vorgegeben werden können. Vorgesehen ist, dass zumindest im Bereich der erzeugten Fließschichten jeweilige durch die Einströmgeschwindigkeit (Pfeil V, V') variierbare Reaktionszeiten bei der Entgasung wirksam werden. Dabei kann die Ableitung der Dünnschicht-Rieselfilme 7, 8 in einen Flüssigkeitssumpf 16 mit minimalem Energieeintrag von den jeweiligen Verteilflächen bzw. deren Leitkonturen 12, 13, 14, 15 erfolgt. Es versteht sich, dass die aus den Teilströmen T, T' gebildeten Fließschichten durch die jeweiligen Einführbedingungen – z. B. durch düsenförmige Einlasskonturen – im Einlaufbereich 2 des Reaktionsraumes 5 so gesteuert werden, dass eine das Produkt FE bzw. die Flüssigkeiten schonende Gasextraktion erreicht wird.
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Eine effiziente Umsetzung dieses Prinzips wird dadurch erreicht, dass als die Leitkonturen – für die schonende Gasextraktion – jeweilige die Fließschicht als den Rieselfilm 7, 8 aufnehmende und diese im Wesentlichen unter Schwerkraftwirkung zu dem Flüssigkeitssumpf 16 hin ableitende Wandflächen vorgesehen sind. Aus den Darstellungen gemäß 2 und 3 werden jeweilige unterschiedliche Konturen von Wandflächen deutlich, wobei die damit gebildeten Leitkonturen 12, 13, 14, 15 jeweilige im Wesentliche gleiche Abmessungen aufweisen, derart, dass mit der ”Kegelhöhe” gemäß Pfeil W (1) entsprechende Mantelflächen in Umfangsrichtung erreicht werden.
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Für die in 2 (linke Seite und rechte Seite; jeweils unterschiedliche Leitkonturen) dargestellten Fließschichten 8 werden jeweils weitgehend gleiche Fließbedingungen vorgegeben. Dabei sind unterschiedliche Leitkonturen 12 und 13 dadurch wirksam, dass deren jeweiliges Wandteil im Bereich des gemeinsamen Einlaufkopfes 9 mit unterschiedlichen Anbindungszonen – bei 17 und 18 – versehen ist. Bei der Ausführung der kegligen Wand mit der Leitkontur 12 wird der Teilstrom T aufliegend auf die Leitkontur aufgebracht, und bei der Leitkontur 13 erfolgt eine – ähnlich der Wirkung des Rieselfilms 7 im Bereich der Wandung 11 (1 bis 3) – Ableitung an der Unterseite bzw. Innenseite der kegligen Wandung.
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Der Entgasungsreaktor 1 weist für eine optimale Entgasung des Innenraums 5 die zentrale Saugleitung 3 auf. Diese Ausleitung der freigesetzten Gase G wird dadurch verbessert, dass zwischen die beiden Rieselfilme 7 und 8 (1, linke Seite) ein zusätzlicher Saugstutzen (ST) so eingreift, dass die in diesem Zwischenraum freigesetzten Gase G über eine Vakuumleitung 3' zur Pumpe 4 hin abgeleitet werden.
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Die konstruktive Gestaltung des Behältereinlaufs 2 gemäß 1 bis 3 sieht vor, dass in diesem Bereich – ausgehend von einem die Flüssigkeit F aufnehmenden Sammelraum 19 – eine den Einspeisekopf 9 unterteilende Verteileinheit 20 vorgesehen ist. Diese Verteileinheit 20 ist nach einem Rohr-in-Rohr-Prinzip so aufgebaut, dass ausgangsseitig zumindest die zwei zu der jeweiligen Wandung 11 des Behälters gerichtete und den unmittelbaren Flüssigkeitshohlkegel 8 bildende Ausleitöffnungen 21, 22 vorgesehen sind (1, 2). Ausgehend von der mit Bezug zur Hochachse H rotationssymmetrischen Konstruktion des Systems versteht es sich, dass diese Ausleitöffnungen 21, 22 als jeweilige im Wesentlichen konzentrisch zu einem den Behältereinlauf 9 durchgreifenden Entgasungsrohr 23 verlaufende Ringspalte ausgebildet sein können.
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Der jeweils erste Ringspalt 22 weist dabei eine zur Innenseite der Reaktorwand 11 gerichtete Ausleitung auf. Der zweite Ringspalt 21 mündet vorzugsweise im Bereich der als eine jeweilige Kegelhülle H (2, linke Seite) bzw. H' (2, rechte Seite) bezeichneten Leitkonturen 12, 13 aus. Damit wird die vorbeschriebene Ausbildung der jeweils zwei dargestellten Phasengrenzflächen P und P' effizient erreicht. Diese Kegelhüllen H, H' gemäß 2 bilden im Innenraum 5 des Entgasungsreaktors 1 jeweilige unterschiedlich radial ausformbare sowie die Fließschichten ableitenden Wandflächen in Form der Leitkonturen 12, 13. In 3 sind in ähnlicher Darstellung die jeweiligen Leitkonturen 14 und 15 dargestellt.
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Eine Erweiterung dieses jeweils zumindest zweilagigen Kegelhüllen-Prinzips zeigt 3. Dabei ist im Bereich der Kegelhüllen H'' und H''' eine Verfahrensführung mit einem zusätzlichen dritten Teilstrom T'' vorgesehen. Dabei wird deutlich, dass die beiden Hüllen H'' und H''' an ihrer inneren und äußeren Wandfläche – gemäß Leitkontur 14 und 15 – eine jeweilige Fließschicht aufnehmen und damit eine Ausbildung von jeweils drei Phasengrenzflächen P, P', P'' erreicht ist (3, jeweils linke Seite und rechte Seite bezüglich Mittelebene M).
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Die in den dargestellten Ausführungen gemäß 1 bis 3 nach unten offenen Kegelhüllen H, H', H'' und H''' können auch als geschlossener Hohlkörper ausgeführt sein, wobei lediglich das zentrale Entgasungsrohr 3 bis in den freien Innenraum 5 geführt ist (nicht dargestellt).
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Ausgehend von den vorbeschriebenen Ausführungen mit den unterschiedliche Verteileinheiten 20, 20' aufweisenden Einlaufköpfen 9 ist vorgesehen, dass an diesen – nicht näher dargestellte – Veränderungen im Bereich der Ringspalte 21, 22, 23 so möglich sind, dass die Verfahrensführung weiter optimiert werden kann. Damit kann insbesondere erreicht werden, dass mit unterschiedlichen Fließbedingungen der jeweilige Flüssigkeits-Gas-Übergang an den optimierten Phasengrenzflächen P, P', P'' weiter verbessert wird. Dazu wird vor allem der Effekt einer ”Dünnschichttechnologie” im Bereich der eine geringe Dicke D (1) aufweisenden Flüssigkeitsfilme 7, 8 genutzt. Diese technologische Variante wird sowohl an dem unmittelbaren Flüssigkeitskegel (1) – der nach Art einer Hohlkegellamelle mittels eines düsenartig ausführbaren Ringspaltes 21 geformt wird – effektiv umgesetzt, als auch im Bereich der Leitkonturen 12, 13, 14, 15 realisiert.
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Dabei kann eine niedrige Rieselfilmgeschwindigkeit V, V' bzw. eine geringe Energiedichte realisiert werden. Die Konstruktion im Bereich der Leitkonturen ist dabei so ausgelegt, dass ausgehend vom Flüssigkeitsvolumen F die jeweilige spezifische Phasengrenzfläche P, P', P'' maximiert wird und an der jeweiligen Phasengrenze von Flüssigkeit zu Gas der Stoffaustausch optimal gewährleistet ist. Dieser optimale Entgasungs-Effekt kann durch eine entsprechende Steuerung der Laufzeit des Flüssigkeits-Films noch verstärkt werden.
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Vorteilhaft ist vorgesehen, dass bereits mit geometrischen Veränderungen im Bereich der Ringspalte 21, 22 und/oder 23 – beispielsweise durch einen Wechsel von austauschbar gestalteten Bauteile im Bereich des Einspeisekopfes 9 – die Verfahrensführung verändert ist und damit eine produktspezifische Anpassung des Systems erreicht wird. Ebenso ist es möglich, im Bereich zumindest eines der Ringspalte 21, 22, 23 eine Flüssigkeitsführung so zu steuern, dass im Bereich von insbesondere düsenförmig gesteuerten Austrittsöffnungen – bei 24, 25, 26; 2, 3 – eine Drallbildung erreicht wird und damit die Wirkung der daraus resultierenden Phasengrenzflächen P, P', P'' weiter verbessert ist.
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Das System kann im Bereich der Ringspalte 21, 22, 23 auch dadurch optimiert werden, dass diese in Richtung ihrer jeweiligen Durchmesser und/oder Durchlassquerschnitte veränderbar ausgeführt werden. Dargestellt sind beispielsweise radiale Stege 27 im Bereich der Ringspalte, wobei hier ebenfalls eine Beeinflussung des Förderstroms FS durch entsprechende Leitbleche o. dgl. denkbar ist (nicht dargestellt).
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In sämtlichen der dargestellten Ausführungen werden Konzepte deutlich, bei denen die die Leitkontur bildenden Kegelhüllen H, H', H'' und H''' im Wesentlichen konform mit der jeweiligen Wandung 11 des Entgasungsreaktors 1 ausgebildet sind. Damit wird erreicht, dass unter optimaler Raumausnutzung im Innenraum 5 des Entgasungsreaktors 1 die jeweiligen Leitkonturen 12, 13, 14, 15 mit optimalen radialen Abständen eingebaut werden können und damit die Ableitung der Fließschichten bis in den Nahbereich des Flüssigkeitssumpfes 16 mit optimal vergrößerten Flächenanteilen möglich wird. In 3 ist mit der Kegelhülle H''' eine Möglichkeit zur Flächenvergrößerung angedeutet, derart, dass dafür eine jeweilige Wellen- und/oder Nutprofilierungen N genutzt werden kann und damit die Dünnschicht-Rieselfilme 7, 8 besonders großflächig verteilt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1988628 [0002]
- DE 4410830 A1 [0002]
- DE 29722673 U1 [0002]
- EP 1443026 B1 [0002]
- EP 2123339 B1 [0002]
- EP 2140920 B1 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Zeitschrift: Getränkeindustrie 10/2012, Seite 44 bis Seite 50 [0003]
