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Vorrichtung zum Konzentrieren von wäßrigen Lösungen durch Ausfrieren
des Wassers Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konzentrieren von wäßrigen
Lösungen durch Ausfrieren des Wassers.
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Bei den bisher zur Ausführung eines »Stufenausfrierverfahrens« benutzten
Vorrichtungen erfordert der Fluß der Eiskristalle enthaltenden Flüssigkeit von einem
der Gefrierbehälter durch einen Sammler einen Einführungstrichter und die übliche
Zentrifuge zu dem folgenden Gefrierbehälter sowie der Fluß von dem letzten Gefrierbehälter
zu der Zentrifuge und von da zu der Stelle endgültiger Verpackung eine periodische
Entfernung der in dem Gefrierbehälter und/oder in der üblichen Zentrifuge angesammelten
Eiskristalle.
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Die Erfindung bezweckt, die Kontinuität des Arbeitsvorganges und
damit die allgemeine Arbeitsweise und die Leistung zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird dieser Zweck dadurch erreicht, daß die Vorrichtung
mit einem zur Aufnahme der zu behandelnden Flüssigkeit dienenden Behälter und einem
darin angeordneten, zur Aufnahme des Kühlmittels dienenden Zylinder ausgebildet
ist, wobei sich der Zylinder aus einem ortsfesten inneren Zylinder und einem äußeren,
drehbaren, mit einem Drehantrieb versehenen Zylinder zusammensetzt. Diese Zylinder
bilden einen Hohlraum, in welchen das Kühlmittel eingeleitet wird.
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Die Konzentration der wäßrigen Lösungen wird dann stufenweise in
der Weise durchgeführt, daß die Temperaturen für jede folgende Behandlung der Flüssigkeit
gegenüber der während der vorhergehenden Behandlung anzuwendenden Temperatur um
einen geringen Grad verringert werden. Damit wird bezweckt in jeder Behandlungsstufe
einen Teil des Wassergehalts in leicht entfernbare Eiskristalle umzuwandeln.
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Um diese Behandlungsweise in der Praxis durchzuführen, ordnet man
eine Reihe von Behältern zur Aufnahme der zu behandelnden Flüssigkeit sowie in jedem
Behälter eine Anzahl von Gefrierzylindern an, welche das Kühlmittel aufnehmen und
miteinander verbunden sind. Ferner wird in den Behältern zweckmäßig eine Rührvorrichtung
für die Flüssigkeit vorgesehen; weiterhin weist jeder Behälter eine Bodenauslaßöffnung
und eine mit dem erwähnten Rührwerk verbundene drehbare Verteilerscheibe als Ventil
für die Bodenauslaßöffnung auf.
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Erfindungsgemäß kann außerdem ein ortsfest angeordneter, gebogener
Schaber vorgesehen sein, welcher der Oberfläche des erwähnten drehbaren Zylinders
angepaßt ist. Dieser Schaber hat die Aufgabe, die Ablagerung der Eiskristalle auf
der Oberfläche des drehbaren Zylinders zu verhindern.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann zur schnellen und
wirtschaftlichen Durchführung der Konzentrierung wäßriger Flüssigkeiten vieler Art
dienen, z. B. von Fruchsäften, Bier, Weinen, pharmazeutischen Flüssigkeiten, Antibiotica,
Harzen, Kaffee, Milch, pflanzlichen Säften usw. Insbesondere lassen sich mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft wärmeempfindliche wasserhaltige Flüssigkeiten
behandeln. So eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in hervorragendem Maße
zum Konzentrieren von Zitrussäften durch Aus frieren des Wassers in Form von Eiskristallen.
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In praktischer Ausführung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung z.
B. fünf Ausfrierbehälter umfassen, von denen jeder mit Einlaß und Auslaß sowie mit
einer Anzahl von dem Kühlmittel durchflossener, zylindrisch gestalteter Gefrierkörper
versehen ist.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise und schematisch veranschaulicht.
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform, welche
den fortschreitenden Dehydratationsvorgang und die betreffende Vorrichtung veranschaulicht,
wobei gewisse Teile zwecks klarer Darstellung im Schnitt gezeigt sind; Fig. 2 zeigt
im vergrößerten Maßstab eine EinzeI-ansicht, teilweise im Schnitt, und veranschaulicht
besonders die innere Anordnung und Ausbildung einer Gefriereinheit oder eines Behälters
der in Fig. 1 dargestellten Anordnung; Fig. 3 ist eine teilweise senkrechte Einzel
ansicht, welche den Kraftantrieb sowie den mit ihm verbundenen Kolben nebst Zylinder
veranschaulicht und
zur Betätigung der Rührvorrichtung und des mit
ihm verbundenen Tellerventils für die Gefrierbehälter dient; Fig. 4 ist eine Draufsicht
auf den Ketten- und Kettenradtrieb, der als Drehantrieb für die Zylinder in jedem
der Gefrierbehälter dient, sowie eine Draufsicht auf den hiermit verbundenen Mechanismus
zur Betätigung des Rührers. Die Draufsicht entspricht Linien 6-6 in Fig. 3.
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In den Zeichnungen, insbesondere in Fig. 1, bezeichnet das Bezugszeichen
10 einen Speisebehälter für Rohsaft, z. B. Orangensaft. Der Rohsaft im Behälter
10 wird bei einer Temperatur von etwa 50 C gehalten vermöge des Umlaufs von Eiswasser
oder Sole, die durch das Eis, welches durch den äußeren Mantelraum des Behälters
10 fließt und zur Leitung 11 gelangt und von dort durch die Leitung 12 entleert
wird, vorgekühlt wird. Das Kühlmittel zirkuliert vermittels der Pumpe 14 um den
Behälter 10, wobei das Kühlmittel durch die Rohrschlange 17 geht, die im Behälter
18 angeordnet ist. Das Ventil 20 ist in der Leitung 11 angeordnet, die geschlossen
ist, wenn das System durch das Ventil 21 abgezogen werden soll. Das zur Kühlung
des Gefriermittels dienende Eiswasser wird von dem schmelzenden Eis 23 im Behälter
18 bezogen. Der Behälter 10 ist durch einen Deckel oder Kopfteil 24 geschlossen,
wobei gegebenenfalls Luft aus dem Behälter 10 beseitigt wird und andere geeignete
Schritte getroffen werden können, um eine Verunreinigung des Saftes zu hindern und
bakteriologische und enzymatische Einflüsse zu unterbinden. Der Behälter 10 ist
mit der Einlaß seite der Pumpe 25 durch die Leitung 26 verbunden. Der Durchgang
des Saftes durch denselben wird durch ein elektrisch betätigtes Ventil 27 geregelt.
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Die Pumpe 25 liefert bei Betätigung des Ventils 27 Rohsaft nach dem
ersten Ausfrierbehälter 30 durch die Leitung 31. Weitere Behälter von fortschreitend
geringer Kapazität werden für jede der folgenden Gefrierstufen verwendet. Gemäß
der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind fünf solcher Gefrierbehälter vorgesehen,
nämlich 30, 32, 33, 34 und 35.
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Das Ventil 27 wird vorzugsweise so angeordnet, daß es offen ist, wenn
die Temperatur des Saftes sich etwa auf -50 C befindet. Der Saft wird dann in einen
Behälter 30 gepumpt, der eine Anzahl Kühlmittel führende Gefriereinheiten bzw. Zylinder
enthält, die vermittels eines hindurchzirkulierenden Kühlmittels bei konstanter
Gefriertemperatur gehalten werden.
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Die Gefrierbehälter 30, 32, 33, 34 und 35 besitzen gleiche Ausbildung
und Wirkungsweise. Das Gefriersystem für die Behälter ist in üblicher Weise ausgebildet
und umfaßt eine Solequelle oder dergleichen Kühlmittel, die nach dem Behälter 40
gespeist wird.
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Dieser Behälter wird durch ein Kühlmittel gekühlt, das der im Behälter
angeordneten Spule zugeführt wird, und wird mit derselben durch Leitungen 42 und
43 verbunden.
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Die Sole oder das für die Ausfrierbehälter bestimmte Kühlmittel wird
vom Behälter 40 durch die Pumpe 45 in die Leitung 46 und von da nach den aufeinanderfolgenden
Gefrierbehältern 30, 32, 33, 34 und 35 durch die Leitungen 48, 49, 50, 51 und 52
geführt, wobei das Kühlmittel durch die Abführleitungen 53, 54, 55 und 56 zurückkehrt
und durch die Leitung 58 zurück nach der Gefrierbehälterschlange im Gefrierbehälter
30 geführt wird.
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Der Fluß des Saftes nach den verschiedenen Gefrierbehältern wird
durch elektrisch betätigte Ventile 60, 61, 62, 63 und 64 geregelt, wobei die Ventile
mit
von Hand betätigten Ventilen, die durch Nebenschlüsse 65, 66, 67, 68 und 69 reguliert
werden, mit Nehenleitungen versehen sind.
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In den Gefrierspeiseleitungen 53, 54, 55 und 56 sind Thermostate
70, 71, 72, 73 und 74 angeordnet.
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Dieselben sind elektrisch derart geschaltet, daß die Betätigung der
Ventile 60, 61, 62, 63 und 64 respektive reguliert wird. Das Kühlmittel für den
Behälter 30 wird bei einer Temperatur von 8° C zugeführt, dasjenige für den Behälter
32 bei 110 C, für den Behälter 33 bei 130 C, für den Behälter 34 bei 160 C und für
den Behälter 35 bei -190 C.
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Nachdem aus dem Saft im Behälter 30 ein Teil des Wassers in Form
von Eiskristallen ausgefroren ist, wird die verbleibende Eis- und Lösungsmischung
aus dem Behälter durch eine Leitung 80 in einen Abführtrichter 82 geführt, der in
der Zentrifugenkammer 83 angeordnet ist. In ähnlicher Weise wird der Saft, wenn
er dem Ausfrierprozeß in den Behältern 32, 33, 34 und 35 unterzogen ist, durch Leitungen
85, 86, 87 und 88 wie in Fig. 1 dargestellt, abgezogen.
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Das in den Trichter 82 entleerte Material wird nach der Zentrifuge
90 geführt, die aus einer durchbrochenen Siebwandung 92 zur Zurückhaltung der Eiskristalle
besteht, während der konzentrierte Saft ausgeschleudert wird, der am Boden des Behälters
93 gesammelt wird, von wo er durch die Leitung 95 in den Sammelbehälter 97 geführt
wird. Der im Sammelbehälter 97 behandelte Saft wird von demselben durch eine Leitung
98 vermittels der Pumpe 99 abgezogen und durch die Rückkehrleitung 100 wieder in
die Anlage zu weiterer Gefrierbehandlung und Wasserentzug zuriickgeführt. Der Saftfluß
durch die Leitung 100 zu den Gefrierbehältern 32, 33, 34 und 35 wird durch elektrisch
betätigte Ventile 101, 102, 103 und 104 geregelt.
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Falls es zweckmäßig erscheint, den konzentrierten Saft aus der Leitung
100 abzuziehen, wird eine anschließende Entleerungsleitung 106 vorgesehen, die durch
das elektrische Abzugsventil 107 reguliert wird.
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Das in den Trichter 82 eingeführte Material wird aus demselben abgeführt
und vermittels des rotierenden scheibenförmigen Teiles 110 gleichmäßig in der Zentrifuge
90 verteilt. Die Verteilerscheibe 110 ist am unteren Ende der Welle 115 befestigt,
die sich nach unten durch den Trichter 82 erstreckt und in geeigneter Weise durch
den Motor 116 in Drehung versetzt wird, der oben auf der Kammer 83 angeordnet ist.
Die Verteilerscheibe 110 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, derart unterhalb der Entleerungsöffnung
118 angeordnet, daß ein ungestörter Fluß des teilgefrorenen Saft-Eis-Gemisches nach
unten durch den Trichter und auf die in Rotation befindliche Verteilungsplatte 110
stattfinden kann.
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Die Zentrifuge 90 ist mit einer Abführöffnung 120 versehen, die zentral
in dem Boden der schrägen Wandung 121 angeordnet ist. Die Öffnung 120 entspricht
einer Öffnung 122 im Boden 123 im Behälter 93. Unter einer Abführöffnung 122 ist
eine endlose Fördereinrichtung, z. B. ein Förderband 125, angeordnet, das so die
aus der Zentrifuge kommenden Eisteilchen 23 aufnimmt und das Eis nach dem Behälter
18 überführt. Um die Abführung der Eisteilchen aus der Zentrifuge zu unterstützen,
ist ein Mundstück 130 angeordnet, um Preßluft gegen die durchbrochene Seitenwandung
der Zentrifuge zu blasen. Ein von Hand betätigtes Ventil 131 ist für die Zuführung
der Luft oder eines ähnlichen unter Druck stehenden Gases nach dem Mundstück durch
die Leitung 132 vorgesehen, die ihrerseits zu einem Luftkompressor
oder
einer ähnlichen, Druckgas liefernden Vorrichtung führt.
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In Fig. 2 ist die Ausbildung und die Betätigung der Gefrierbehälter
veranschaulicht. Dieselben sind, wie in Fig. 2 dargestellt, gleichartig ausgebildet.
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Die Ausbildung und Betätigung des Gefrierbehälters 30 ist in der
Weise veranschaulicht, daß derselbe eine zylindrische Wandung 140 besitzt. Jeder
Gefrierbehälter besitzt eine 1-längekammer 142 geringeren Durchmessers mit kegelförmig
gestaltetem unterem Querschnitt 143, der mit einer Entleerungsöffnung 144 versehen
ist. Der Behälter ist mit einer inneren wärmeisolierenden Verkleidung 146 und mit
einem Deckel 148 versehen. Im Innern des Behälters sind von Kühlmittel durchflossene
Kühlzylinder 150 angeordnet, wobei drei Zylinder in dem dargestellten Behälter vorgesehen
sind, die in gleichem Abstand voneinander um die Mittellinien des Behälters herum
angeordnet sind. Die Kühlzylinder 150 bestehen aus drehbaren Hohlkörpern, die einen
verlängerten Halsteil 152 besitzen, der drehbar auf dem Lager 154 abgestützt ist,
das auf dem Deckel oder Oberteil 148 des Behälters angeordnet ist. Die Kühlzylinder
sind mit einem mittleren röhrenförmigen Schacht 155 ausgebildet, durch welchen das
Kühlmittel abwärts in den Zylinder, wie durch Pfeil angedeutet, geführt wird. Das
Kühlmittel wird auswärts und aufwärts entlang des Hohlraumes 156 geführt, der die
äußere Wandung des Zylinders ummantelt. Der aufwärts führende Kanal ist mit einer
Abführleitung 160 zur Zurückführung des Kühlmittels verbunden. Das Kühlmittel zirkuliert
also durch den Zylinder, wenn derselbe rotiert. Die Rotation des Zylinders wird
vermittels eines Kettenrades 162 bewirkt, das auf ein Halsstück 164 aufgeschraubt
ist. Das Kettenrad wird durch eine endlose Kette 165 angetrieben, die um das Kettenrad
jedes Kühlzylinders 162 läuft und über das Leerlaufrad 167 sowie über das Kettenrad
170 geführt wird, das auf der Antriebswelle 172 z. B. durch einen Keil befestigt
ist. Diese Antriebswelle wird von dem Motor 175 getrieben, der durch die Welle 176
mit dem Übersetzungsgetriebe 177 verbunden ist, das wiederum antriebsmäßig mit der
Welle 172 in Verbindung steht, wie in Fig. 3 und 4 veranschaulicht ist.
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Gemäß Fig. 2 ist der Kühlzylinder 150 mit einem Schaber 180 versehen,
der zweckmäßig entsprechend der äußeren Zylinderwandung und dem schräg abfallenden
Bodenteil des Kühlzylinders gestaltet ist, wie in Fig. 2 veranschaulicht.
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Um den zu gefrierenden Saft in ständiger Bewegung zu halten, wird
eine Rührvorrichtung in jedem Behälter vorgesehen. Diese Vorrichtung besteht aus
einer zentralen Welle 201, die sich abwärts durch die Decke des Behälters erstreckt
und in geeigneter Weise z. B. bei 202 in der Decke des Behälters gelagert ist.
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Am unteren Ende der Welle 201 sind Rührschaufeln 205 angeordnet,
die mit der Welle 201 durch einen Bund 206 verbunden sind. Die Schaufeln 205 erstrecken
sich nach auswärts und bestreichen im wesentlichen die Länge der abfallenden Wandung
207 des Behälters, so daß auf diese Weise verhindert wird, daß Eiskristalle am Boden
des Behälters haftenbleiben und denselben vollsetzen.
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Die Welle 201 ist ferner mit einer Verteilerscheibe 210 versehen,
die am unteren Ende der Welle201 in
gewisser Entfernung von dem Bund 206, der die
Rührschaufeln 205 trägt, angeordnet ist. Die Welle 201 der Rührvorrichtung ist so
angeordnet, daß sie sowohl in Drehbewegung sowie in vertikal hin- und hergehende
Bewegung, wie durch die Pfeile gemäß Fig. 2 angedeutet ist, versetzt werden kann.
Um die Welle 201 des Rührwerkes zu heben und zu senken, ist ein Kolben nebst Zylinder
212 vorgesehen, der durch Druckluft oder ein ähnliches Fluidum derart betätigt wird,
so daß die Rührwelle 201 durch Luftdruck angehoben oder gesenkt wird.
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Als Drehantrieb der Welle 201 ist eine Antriebsscheibe 214 vorgesehen,
die auf der Welle 201 bei 215 verkeilt ist. Die Scheibe 214 wird zweckmäßig vermittels
eines Keilriemens 216 von einer Antriebsscheibe 217 aus angetrieben, welch letztere
ihren Antrieb, wie in Fig. 3 dargestellt, von einem Motor 218 erhält.
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Die Verteilerscheibe 210 ist lose auf dem Ende der Rührwerkwelle
201 angeordnet, während die Rührschaufeln 205 zum Umrühren der Mischung mit der
Welle derart verkeilt sind, daß die Schaufeln die Mischung kontinuierlich rühren,
wenn die Rührwerkwelle 201 rotiert. Um die schlammige Masse schnell aus dem Behälter
entleeren zu können, wird die Welle 201 abwärts geschoben, so daß die Platte die
Entleerungsöffnung 230 freigibt. Zweckmäßig kann ein elektrischer Schalter vorgesehen
sein, vermittels dessen die Geschwindigkeit der rotierenden Welle 201 vor Einleitung
der Verschiebung verlangsamt wird.
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Vorzugsweise ist die Rührvorrichtung in ihrer Bewegungsrichtung umkehrbar
ausgebildet, z. B. unter Verwendung eines umkehrbaren Motors, so daß die schlammige
Masse schnell zum Absetzen gebracht und aus der Bodenöffnung des Behälters durch
die in Umdrehung befindlichen Flügel 205 zum Ausfluß gebracht wird, wobei die Eiskristalle
auf die in Drehung befindliche Scheibe 210 fallen und in gleichmäßigem Strom abwärts
fließen, so daß sie weiter durch die Leitung 144 zu dem Trichter 82 und von da zur
Zentrifuge geführt werden können.
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PATENTANSPRVCHE 1. Vorrichtung zum Konzentrieren von wäßrigen Lösungen
durch Ausfrieren des Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem
Behälter (30) und einem darin angeordneten Zylinder (150) besteht, wobei sich der
Zylinder (150) aus einem ortsfesten inneren Zylinder (155) und einem äußeren drehbaren,
mit einem Drehantrieb (162, 165, 167, 170, 172, 175) versehenen Zylinder zusammensetzt.