DE1154399B

DE1154399B - Process for the spray drying of liquids

Info

Publication number: DE1154399B
Application number: DEF26624A
Authority: DE
Inventors: Louis J Nava; John Bickford Shields; John P Terrett
Original assignee: Dairy Foods Inc
Current assignee: Dairy Foods Inc
Priority date: 1956-07-06
Filing date: 1958-09-18
Publication date: 1963-09-12

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerstäubungstrocknen flüssiger Stoffe, die wenigstens eine kristallisierbare, während der Trocknung durch Zusatz von Kristallkeimen kristallin zu machende Substanz enthalten.The invention relates to a method for spray drying liquid substances, the at least one crystallizable substance to be made crystalline during drying by adding crystal nuclei contain.

Es sind Verfahren zum Zerstäubungstrocknen flüssiger Stoffe bekannt, bei denen mit übersaturierten Stoffen und mit einer Menge an Kristallkeimen gearbeitet wird, die mindestens der Zahl der Zerstäubungströpfchen entspricht. Bei dieser vorbekannten Arbeitsweise wird einem an kristallisierbaren Substanzen übersaturierten vorkonzentrierten Stoff Keimmaterial in gesteuerter Menge zugesetzt und in einer Trocknungsatmosphäre zerstäubt.There are known methods for spray drying of liquid substances in which with over-saturated Substances and a quantity of crystal nuclei that is at least equal to the number of atomization droplets is used is equivalent to. In this previously known procedure, one of crystallizable substances oversaturated pre-concentrated substance seed material added in a controlled amount and in a Atomized drying atmosphere.

Demgegenüber kennzeichnet sich das neuartige Verfahren zum Zerstäubungstrocknen flüssiger Stoffe dadurch, daß die Stoffe in unsaturiertem bis übersaturiertem Zustand hinsichtlich der kristallisierbaren Substanz zerstäubt und die Kristallkeime gleichzeitig mit dem Zerstäuben in einer Menge zugesetzt werden, die wesentlich kleiner als die Tropfenzahl der zerstäubten Stoffe ist.In contrast, the novel process for spray drying of liquid substances is characterized in that the substances are in an unsaturated to oversaturated state with regard to the crystallizable Substance is atomized and the seed crystals are added simultaneously with the atomization in an amount which is much smaller than the number of drops of the atomized substances.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens werden die Kristallkeime in steuerbarer Menge und weiterhin fein verteilt trocken oder in Breiform zugesetzt.According to an advantageous embodiment of this method, the crystal seeds are controllable Amount and further finely divided dry or added in porridge form.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß das Beimpfen mit Kristallkeimen erst beim Zerstäuben der Stoffe durchgeführt wird. Der hierdurch erzielbare Vorteil ergibt sich dadurch, daß bei den herkömmlichen Arbeitsweisen zum Kristallisieren der in einem entwässerten Stoff vorliegenden kristallisierbaren Substanzen ein Einengen des flüssigen Stoffes vor dem Trocknen so weit bedingt wird, daß die kristallisierbare Substanz in einer übersättigten Lösung vorliegt, bevor die eingeengte Flüssigkeit mit Kristallen der auszukristallisierenden Substanz beimpft wird, und sodann das Konzentrat gerührt und unter derartigen Temperaturbedingungen ausreichend lange gehalten wird, daß die gewünschte Anzahl Kristallkeime vor dem Sprühtrocknen entwickelt worden ist. Diese Arbeitsweise ist unvorteilhaft wegen des für die gewünschte Kristallentwicklung notwendigen Zeitaufwandes, und mit zusätzlichen Nachteilen dahingehend verbunden, daß viele kristallisierbare Substanzen enthaltende Stoffe stark viskos werden und sich damit schwierig handhaben lassen, wenn dies unter Konzentrations- und Temperaturbedingungen, die eine gesättigte oder übersättigte Lösung bezüglich der auszukristallisierenden Substanz erfordert, gehalten werden. Diese letztere Schwierigkeit ist besonders bei Stoffen, die erhebliche Verfahren zum Zerstäubungstrocknen
flüssiger StoffeIt is essential for the process according to the invention that the inoculation with crystal nuclei is only carried out when the substances are atomized. The advantage that can be achieved in this way results from the fact that in the conventional procedures for crystallizing the crystallizable substances present in a dehydrated substance, the liquid substance is concentrated before drying to such an extent that the crystallizable substance is present in a supersaturated solution before the concentrated liquid is inoculated with crystals of the substance to be crystallized, and then the concentrate is stirred and kept under such temperature conditions for a sufficient time that the desired number of crystal nuclei has been developed before spray-drying. This procedure is disadvantageous because of the time required for the desired crystal development, and associated with additional disadvantages in that many substances containing crystallizable substances become highly viscous and thus difficult to handle if this is done under concentration and temperature conditions that result in a saturated or supersaturated solution required with respect to the substance to be crystallized. This latter difficulty is particularly common with fabrics that require significant spray drying techniques
liquid substances

Anmelder:Applicant:

Dairy Foods, Incorporated,
Oakland, Calif. (V. St. A.)Dairy Foods, Incorporated,
Oakland, Calif. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Meissner,Representative: Dipl.-Ing. W. Meissner,

Berlin 33, Herbertstr. 22,Berlin 33, Herbertstr. 22

Dipl.-Ing. H. Tischer, München 2,Dipl.-Ing. H. Tischer, Munich 2,

und Dr. E. Wiegand, München 15, Patentanwälteand Dr. E. Wiegand, Munich 15, patent attorneys

John P. Terrett, Riverview, Mich.,John P. Terrett, Riverview, Mich.,

John Bickford Shields, Sunnyvale, Calif.,John Bickford Shields, Sunnyvale, Calif.,

und Louis J. Nava, Redwood City, Calif. (V. St. Α.),and Louis J. Nava, Redwood City, Calif. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

as Mengen an hydrophilen Substanzen, wie Milchprotein u. dgl., enthalten, gegeben.as amounts of hydrophilic substances such as milk protein and the like., included, given.

Diese hier aufgezeigten Nachteile werden durch das neuartige Verfahren, das kontinuierlich durchgeführt wird, überwunden. Die Stoffe können unsaturiert als Ausgangsmaterial für die Behandlung verwendet werden, und eine geringere Keimzahl als bisher ist erforderlich. Ein spezielles Anwendungsgebiet ist die gesteuerte Kristallisation von Milchzucker in sprühgetrockneter Milch und Milchprodukten. Trockenmilchprodukte mit erheblichem Lactosegehalt in Form von a-Lactosehydratkristallen sind qualitativ besonders vorteilhaft.These disadvantages shown here are made possible by the novel process, which is carried out continuously is overcome. The substances can be unsaturated as starting material for the treatment can be used, and a lower number of germs than before is required. A special area of application is the controlled crystallization of milk sugar in spray-dried milk and milk products. Dried milk products with significant lactose content in the form of α-lactose hydrate crystals particularly advantageous in terms of quality.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert:
Fig. 1 zeigt schematisch eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angewandte Sprühtrocknungsanlage mit Druck - Sprühdüsen gemäß Fig. 3,The invention is explained below with reference to the drawing, for example:
1 shows schematically a spray-drying system with pressure spray nozzles according to FIG. 3, used to carry out the method according to the invention,

Fig. 2 eine solche mit Drehzerstäuber;
Fig. 3 zeigt Druck-Sprühdüsen;2 shows one with a rotary atomizer;
Fig. 3 shows pressure spray nozzles;

Fig. 4 zeigt vergrößert die Vorrichtung für die direkte Einführung der Kristallkeime in den Drehzerstäuber nach Fig. 2,4 shows, enlarged, the device for the direct introduction of the crystal seeds into the rotary atomizer according to Fig. 2,

Fig. 5 Teile der Vorrichtung nach Fig. 4 in Blickrichtung von rechts.FIG. 5 parts of the device according to FIG. 4 in the viewing direction from the right.

Bei einer Anlage nach Fig. 1 wird ein eingeengter Stoff, z. B. ein Milchkonzentrat, durch die Leitung 4In a system according to FIG. 1, a constricted substance, for. B. a milk concentrate, through line 4

309 687/101309 687/101

3 43 4

(vermittels einer Hochdruckpumpe 3) in die Druck- mit einer lichten Maschenweite kleiner als 0,042 mm Sprühdüse 1 eingeführt. Gleichzeitig wird eine Auf- zu verwenden. Einen wesentlichen erfindungsschlämmung der Kristallkeime vermittels einer Hoch- gemäßen Vorteil stellt die Tatsache dar, daß das Bedruckpumpe 6 von dem Vorratstank 5 durch die Lei- impfen mit Kristallkeimen unabhängig davon austung 7 und Mischstück 8 (s. Fig. 3) in das Milchkon- 5 geführt werden kann, ob die zu kristallisierende Subzentrat eingepumpt, während dasselbe in die Sprüh- stanz untersaturiert, saturiert oder übersaturiert vordüse 1 eintritt. Das Trocknen wird vermittels trocke- liegt. Die Unabhängigkeit von dem Zustand der ner Luft erreicht, die in die Trocknungskammer 2 Saturierung oder Ubersaturierung bezüglich der zu durch den Erhitzer 9 und Rohrleitung 10 eingeführt kristallisierenden Substanz ist dadurch bedingt, daß wird. Vermittels das Gebläses 11 wird die Luft aus io die Verweilzeit der Kristallkeime in dem zu trockder Trocknungskammer wieder entfernt. Das pulver- nenden Stoff so kurz ist, daß die kristallisierenden förmige Produkt wird aus der Trocknungskammer 2 Eigenschaften der Kristallkeime bis zum Erreichen vermittels einer Fördervorrichtung 12 in den zweiten des Saturierungszustandes durch eine folgende Trock-Trockner und Kühler 13 weitergegeben. Anschließend nung erhalten bleiben. Diese Bedingung ist beim läuft es durch ein Sieb 14 in den Behälter 15. 15 Sprühtrocknen durch das außerordentlich schnelle Bei einer Anlage nach Fig. 2 wird der zu trock- Trocknen des zerstäubten Stoffes unmittelbar nach nende eingeengte Stoff in den Drehzerstäuber 17 Verlassen des Zerstäubers in hohem Maß erfüllt, durch die Leitung 18 vermittels der Pumpe 16 ge- Theoretisch ist es dann, wenn ein erhebliches pumpt. Die als Aufschlämmung oder pulverförmig Kristallisationsausmaß angestrebt wird, zweckmäßig, vorliegenden Kristallkeime werden von dem Vorrats- 20 wenigstens einen Kristallkeim jedem Tröpfchen zu behälter 19 durch die Beschickungsvorrichtung 20 in vermitteln, das während des Versprühens ausgebildet den Drehzerstäuber 17 eingeführt, so daß der sprüh- wird. Trotz dieser Tatsache ist bei dem erfindungszutrocknende Stoff gleichzeitig mit den Kristallkeimen gemäßen Verfahren immer wieder beobachtet worden Zerstäuber erreicht. In die kegelförmige Trock- den, daß ein wirksames Beimpfen erreicht werden nungskammer 21 wird Trocknungsluft durch die öff- 25 kann, wenn die Anzahl der dem Zerstäuber zunung22 über eine Leitung 23 und tangentiale Ein- geführten Kristallkeime wesentlich kleiner als die lasse 24 und 25 eingeführt, von dem getrockneten theoretische ist. Die Konzentration der Kristall-Produkt durch den Zyklon 27 abgetrennt und durch keime von nur einem Kristall für etwa jeweils zehn die Leitung 26 abgegeben. Das getrocknete Produkt oder mehr Sprühtröpfchen bewirkt z. B. eine prakfällt aus dem Zyklon 27 in die Transportschnecke 29 30 tisch vollständige Kristallisation des o-Lactosegehaltes und von hier aus in einen zweiten Trockner und von Milchpulver. Kristallkeime, wie z. B. Lactose, Kühler 30, bevor ein Absieben bei 31 und Verpacken haben eine größere Dichte als das zu beimpfende bei 32 erfolgt. Konzentrat. Unter der Einwirkung der beim Zer-Nach den Fig. 4 und 5 wird der Drehzerstäuber stäuben auftretenden Kräfte werden offenbar die 17 über die Welle 35 durch die Riemenscheibe 37 an- 35 Keimkristalle durch die gesamte Konzentratmasse getrieben. Das Gehäuse 39 umschließt ein Wasserver- dergestalt hindurchgeführt, daß mehrere Tröpfchen teilsystem, das zur Kühlung der Lager dient. Der berührt werden.(by means of a high pressure pump 3) in the pressure with a clear mesh size smaller than 0.042 mm Spray nozzle 1 introduced. At the same time, an on- to be used. An essential invention slurry the crystal nuclei by means of a high level of advantage is represented by the fact that the pressure pump 6 from the storage tank 5 by the lead seeding with crystal nuclei independently of it 7 and mixing piece 8 (see Fig. 3) can be fed into the milk 5, whether the concentrate to be crystallized pumped in, while the same pre-nozzle is undersaturated, saturated or oversaturated in the spray punch 1 entry. Drying is done by means of dry lying. Independence from the state of the ner air reached in the drying chamber 2 saturation or oversaturation with respect to the too through the heater 9 and pipeline 10 introduced crystallizing substance is due to the fact that will. By means of the fan 11, the air from io the residence time of the crystal nuclei in the to dry Drying chamber removed again. The powdering substance is so short that the crystallizing shaped product is obtained from the drying chamber 2 properties of the crystal nuclei by means of a conveying device 12 in the second of the saturation state through a subsequent dryer-dryer and cooler 13 passed. Subsequently retained. This condition is with it runs through a sieve 14 into the container 15. 15 spray drying by the extremely fast In a system according to FIG. 2, the too dry drying of the atomized substance is immediately after constricted substance in the rotary atomizer 17 leaving the atomizer is met to a high degree, through the line 18 by means of the pump 16 pumps. The desired degree of crystallization as a slurry or in powder form, expediently, Any seed crystals present will add at least one seed crystal to each droplet from the supply container 19 through the charging device 20 in convey, which is formed during the spraying the rotary atomizer 17 is introduced so that it is sprayed. Despite this fact, the invention is to be dried Substance has been observed over and over again at the same time as the method according to the crystal nuclei Reached atomizer. In the conical dryness that an effective inoculation can be achieved drying chamber 21 is drying air through the opening 25 when the number of the atomizer increases22 Via a line 23 and tangentially introduced crystal nuclei are much smaller than that let 24 and 25 introduced, of which dried is theoretical. The concentration of the crystal product separated by cyclone 27 and germinated by just one crystal for about ten at a time the line 26 released. The dried product or more spray droplets causes e.g. B. a prakfallen from the cyclone 27 into the screw conveyor 29 30 table complete crystallization of the o-lactose content and from here into a second dryer and from powdered milk. Crystal nuclei, such as B. lactose, Cooler 30 before sieving at 31 and packaging have a greater density than that to be inoculated at 32 takes place. Concentrate. Under the action of the Zer-After Figs. 4 and 5, the rotary atomizer will dust the forces that appear 17 via the shaft 35 through the pulley 37 to 35 seed crystals through the entire concentrate mass driven. The housing 39 encloses a water condenser in such a way that several droplets are passed through it subsystem that is used to cool the warehouse. To be touched.

konzentrierte zu trocknende Stoff wird dem Zer- Die Kristallisation der auszukristallisierenden Sub-The concentrated substance to be dried is the The crystallization of the sub-

stäuber 17 durch die Leitungen 20 und die Kristalle stanz kann durch Fremd- oder Inertstoffe oder durchDusters 17 through the lines 20 and the crystals can punch through foreign or inert substances or through

diesem durch die Leitungen 18 zugeführt. Die in die 40 Kristalle der auszukristallisierenden Substanz indu-fed to this through lines 18. The induction in the 40 crystals of the substance to be crystallized

Trocknungskammer eingeführte Trocknungsluft kann ziert werden. Bei Nahrungsmitteln, wie Milch undDrying air introduced into the drying chamber can be decorated. For foods such as milk and

eine Temperatur von etwa 116 bis 177° C, die ab- Milchprodukten, wird gewöhnlich die letztgenanntea temperature of about 116 to 177 ° C, which ab- dairy products, usually becomes the latter

geführte Luft eine Temperatur von etwa 45 bis etwa Möglichkeit bevorzugt, um damit Fremdstoffe in denguided air is preferably at a temperature of about 45 to about possibility to allow foreign matter into the

71° C in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, be- Nahrungsmitteln zu vermeiden. Bei der Kristallisa-71 ° C depending on numerous factors, food to be avoided. At the crystallization

sonders von dem Ausmaß der Beimpfung und der ge- 45 tion der Lactose von Milch und Milchproduktenbut also on the extent of inoculation and the amount of lactose in milk and milk products

wünschten physikalischen Eigenschaften des End- während des Sprühtrocknens können als KristallkeimeDesired physical properties of the final during spray drying can be used as seed crystals

Produktes, aufweisen. Nach der Zerstäubungstrock- pulverisierte kristalline Lactose oder /f-Lactose,Product. After spraying dry powdered crystalline lactose or / f-lactose,

nung liegt ein pulverförmiges Produkt von etwa 8 bis pulverisiertes kristallines a-Lactosehydrat oder a-Lac-tion is a powdery product of about 8 to powdered crystalline a-lactose hydrate or a-lac-

20% Feuchtigkeit vor, das auf 2 bis 5% Feuchtig- tosehydrid, pulverisierte Milchprodukte, die kristal-20% moisture, which is reduced to 2 to 5% moisture tosehydrid, powdered milk products, which are crystal-

keit dann noch nachgetrocknet wird. 5° line Lactose enthalten, sowie Aufschlämmungen einercan then be post-dried. 5 ° line contain lactose, as well as a slurry

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik, dieser Substanzen oder Kombinationen derselben ver-Compared to the known state of the art, these substances or combinations of the same

bei dem das Beimpfen häufig kritisch und schwierig wendet werden.in which the inoculation are often turned critical and difficult.

zu steuern ist, hat sich das erfindungsgemäße Ein- Die Erfindung wird an folgenden Beispielen erführen der Kristallkeime in das Konzentrat praktisch läutert.is to be controlled, the inventive method has The invention is illustrated by the following examples practically purifies the crystal seeds in the concentrate.

gleichzeitig mit dem Versprühen des zu trocknenden 55 Flüssige Vollmilch wird so weit eingeengt, daß Stoffes als außerordentlich wirksam erwiesen. Die 2270 kg Konzentrat 46 °/o Feststoff enthalten. Dieser Impfstellen in dem Produkt werden dabei während Stoff wird in einem Sprühtrockner mit Drehzerstäuber des Sprühtrocknens erzielt. In den meisten Fällen getrocknet. Das Konzentrat wird beim Zuführen mit wurde beobachtet, daß, bezogen auf das Gewicht des einer Geschwindigkeit von 2270 kg/h zu dem ZerKonzentrates, weniger als 1 "Vo Kristallkeime die an- 60 stäuber auf eine Temperatur von 50° C vorerwärmt. gestrebte Kristallisation erreichen lassen. Die an- Gleichzeitig wird pulverisierte, kristalline α-Lactose gewandte Menge an Kristallkeimen ist erheblich von auf den Drehzerstäuber mit einer Geschwindigkeit der Größe der zugesetzten Kristalle abhängig. von 5,57 kg/h aufgegeben. Das erhaltene Gemisch Größere Impfkristalle erfordern größere Mengen, wird aus Konzentrat und Kristallkeimen sofort vom um das gleiche Ergebnis wie bei kleinen Kristall- 65 Rand des Drehzerstäubers 17 aus versprüht und auf keimen zu erzielen. einen Feuchtigkeitsgehalt von 12°/o getrocknet. Das Bei der Behandlung von Milch oder Milchproduk- pulverförmige Produkt wird entsprechend der Beten ist es günstig, etwa 0,1 bis 1^Ό/ο Lactosekristalle Schreibung zu Fig. 2 weiterbehandelt. Die Endfeuch-At the same time as the spraying of the liquid whole milk to be dried, it is concentrated to such an extent that the substance has proven to be extremely effective. The 2270 kg concentrate contain 46% solids. These inoculation points in the product are achieved while the substance is spray-dried in a spray dryer with a rotary atomizer. In most cases, dried. When the concentrate is fed, it has been observed that, based on the weight of the crystallization aimed at at a rate of 2270 kg / h to the cerium concentrate, less than 1 "Vo crystal nuclei, which have been preheated to a temperature of 50 ° C., achieve the desired crystallization The amount of crystal nuclei applied at the same time is pulverized, crystalline α-lactose is considerably dependent on the rotary atomizer at a rate of the size of the added crystals of 5.57 kg / h. The resulting mixture Larger seed crystals require larger amounts The concentrate and crystal nuclei are immediately sprayed from the rotary atomizer 17 to achieve the same result as with the small crystal edge and dried to germinate a moisture content of 12%. The product in the form of powdered milk or milk products ^If , according to the prayers, it is favorable to continue writing about 0.1 to 1 Ό / ο lactose crystals to Fig. 2 according to The final moisture

tigkeit beträgt
kristallin.activity is
crystalline.

2 %>. Die vorliegende Lactose ist2%>. The present is lactose

Claims

PATENT CLAIMS:

1. A method for atomization drying of liquid substances which contain at least one crystallizable substance to be made crystalline during the drying by adding crystal nuclei, characterized in that the substances are atomized in unsaturated to oversaturated state with regard to the crystallizable substance and the crystal nuclei simultaneously with the atomization in be added in an amount which is significantly smaller than the number of drops of the atomized substances.

2. The method according spoke 1, characterized in that the crystal seeds in controllable Amount to be added.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the crystal seeds are finely divided can be added dry or in porridge form.

ίο Publications considered:

German Patent Nos. 696 647, 938 307;
Swiss Patent No. 257 406;
U.S. Patent Nos. 2,728,678, 2911036.

1 sheet of drawings