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Verfahren zur Herstellung von Trockenmilch aus Milch Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Trockenmilch aus Milch.
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Es ist bereits ein Zerstäubungstrockner für Lebensmittel bekannt,
der aus konzentrischen Rohren besteht, denen die Trockenluft in tangentialer Richtung
mit verschiedenen Temperaturen zugeführt wird, so daß in den konzentrischen Rohren
in entgegengesetzter Richtung umlaufende Wirbelströmungen erzeugt werden, wobei
die innen liegende Wirbelströmungen erzeugt werden, wobei die innen liegende Wirbelströmung
heißer ist als die weiter außen liegende. Das zu trocknende Lebensmittel, z. B.
Milch, wird in der Mitte des inneren Rohres zugeführt und gelangt daher erst nach
Passieren der inneren Wirbelströmung in die in entgegengesetzter Richtung umlaufende
äußere Wirbelströmung. Damit die in der Milch enthaltenen festen Stoffe nicht durch
überhitzung verkohlt, versengt oder auf andere Weise beschädigt werden, werden keine
hohen Temperaturen verwendet. Die in die innere Wirbelströmung gesprühte Milch wird
daher nicht vollständig getrocknet und gelangt in noch teilweise feuchtem Zustand
in die äußere Wirbelströmung, so daß der größere Teil mit den Wänden der Trockenkammer
in Berührung kommt und an denselben anhaftet.
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Es wurde nun gefunden, daß die Verwendung hoher Temperaturen unter
bestimmten Bedingungen keine Beschädigung der in der Milch zu trocknenden festen
Stoffe mit sich bringt.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, bei dem zunächst
eine Konzentrierung der Milch vorgenommen, alsdann die konzentrierte Milch in einer
Trockenkammer als rotationssymmetrischer Sprühkegel der Einwirkung von erhitzter
Luft ausgesetzt und schließlich das getrocknete Pulver gesammelt und abgeführt wird.
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Das Kennzeichen dieses Verfahrens besteht darin, daß man zur Heranführung
der erhitzten Luft zur Milchzuführungsdüse konzentrische Ringdüsen benutzt, wobei
die Temperatur der durch die Ringdüsen zugeführten Trockenluft von der innersten
Düse zur äußersten Düse von etwa 220 auf 120° C sinkt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens wird die konzentrierte
Milch bei einer Temperatur von 54 bis 76° C in die Trockenkammer gesprüht.
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Die durch die Milchzuführungsdüse in die Trockenkammer gesprühte Milch
kommt daher mit der durch die innerste Ringdüse zugeführten heißesten Trockenluft
in Berührung, so daß der größte Teil der Flüssigkeit verdampft wird. Die durch die
mittlere und äußere Ringdüse zugeführte Trockenluft von niedrigerer Temperatur trifft
dann auf die in der teilweise verdampften Flüssigkeit enthaltenen festen Stoffe,
die somit beim Verlassen des Sprühkegels vollständig getrocknet sind und in der
Trockenkammer zu Boden fallen, ohne mit den Wänden derselben in Berührung zu kommen.
Im Bereich der Ringdüsen wird jede Wirbelbildung vermieden, so daß keine Ablagerung
von Trockenmilch auf der Düse erfolgen kann. Durch die verhältnismäßig rasche Trocknung
wird die Trockenmilch in Form eines groben Pulvers erhalten, das verbesserte Qualität
und andere wünschenswerte Eigenschaften aufweist, wie leichtere Löslichkeit, Benetzungsfähigkeit,
besseren Geschmack und Freiheit von Verfärbung.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Trockenvorrichtung
zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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F i g. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung, F
i g. 2 einen Schnitt durch eine Düse, F i g. 3 einen Schnitt durch die Düse nach
der Linie 3-3 der F i g. 2, F i g. 4 eine vergrößerte teilweise Schnittansicht eines
Teiles der Düse am Austrittsende derselben. Gemäß F i g. 1 besteht die Vorrichtung
aus einer Trockenkammer 10, die an einem Ende mehrere Düsen 12 aufweist. Jede Düse
ist mit einer konzentrischen Zuführungsleitung 14 versehen, die in eine Milchzuführungsdüse
16 mündet, welche innerhalb der Wand 18 der Kammer 10 angeordnet ist. Die Leitungen
14 sind mit einer Hochdruckpumpe 20 verbunden, um den Düsen 16 die Milch zuzuführen,
die unter einem Druck von etwa 280 kg/cm2 steht. Der hohe Zuführungsdruck erhöht
insbesondere im
Falle von Vollmilch die Viskosität. Die Viskosität
der durch die Leitungen 14 zugeführten Milch wird vorzugsweise durch vorherige Entziehung
von genügend Wasser erhöht, so daß der Gehalt an Trockensubstanz ungefähr 4011/o
beträgt. Die konzentrierte Milch wird bei einer Temperatur von 54 bis 76= C in die
Trockenkammer gesprüht, wobei die niedrigere Temperatur vorzuziehen ist. weil die
Teilchengröße durch die größere Oberflächenspannung und Viskosität der Flüssigkeit
erhöht wird. Zu diesem Zweck ist ein Wärmeaustauscher 22 vorgesehen. Die Düsen 16
erzeugen einen rotationssymmetrischen Sprühkegel 24.
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Die Düsen 12 sind über eine Rohrleitung 26 von beträchtlichem Querschnitt
mit einem Lufterhitzer 28 und einem Zentrifugalgebläse 30 verbunden. Wie die F i
g. 2 und 3 zeigen, ist die Düse 12 mit konzentrischen Hülsen 32 und 34 versehen,
welche den Düsenkanal in drei konzentrische Ringdüsen 42, 44 und 46 unterteilen.
Die Hülsen sind in radialer Richtung zwischen der Hülse 36, durch welche die Zuführungsleitung
14 hindurchgeht, und der äußeren konischen Wand 38 der Düse gleichmäßig verteilt.
Die Hülsen 32, 34 und 36 werden von der Wand 38 mittels leichter Stege 40 getragen,
die einen stromlinienförmigen Umriß aufweisen, um der axialen Strömung durch die
Ringdüsen 42, 44 und 46 einen möglichst geringen Widerstand entgegenzusetzen.
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Um die Temperatur der durch die Ringdüse 46 hindurchgehenden Luft
zu erhöhen, ist die Hülse 34 hohl ausgebildet und mit einem elektrischen Heizwiderstand
48 versehen, welcher die inneren und äußeren Flächen 50 und 52 der Hülse erhitzt.
so daß die durch die Ringdüsen 46 und 44 hindurchgehende Luft auf eine Temperatur
erhitzt wird, welche wesentlich über jener der aus der Rohrleitung 26 in die Düse
eintretenden Luft liegt. Auch die Hülse 32 ist mit einem elektrischen Heizwiderstand
54 versehen, um die innere Fläche 56 der Hülse 32 zu erhitzen. Die äußere Fläche
58 wird gegen eine Erhitzung durch eine Wärmeisolierschicht 60, z. B. aus Asbest
od. dgl., geschützt, weil eine Erhöhung der Temperatur der Luft in der Ringdüse
42 aus Wirtschaftlichkeitsgründen nicht erwünscht ist.
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Auch die Hülse 34 kann mit einer Wärmeisolierschicht 62 versehen werden,
die zwischen dem Heizwiderstand und der Fläche 52 liegt, um die Heizwirkung der
Hülse 34 auf die innere Ringdüse 46 zu erhöhen, weil die durch diese Ringdüse hindurchgehende
Luft auf die maximale zu verwendende Grenztemperatur zu erhitzen ist. Der Querschnitt
der Ringdüse 46 ist wesentlich geringer als jener der Ringdüse 44, wenn die Hülsen
gleichen radialen Abstand aufweisen, so daß die zu erhitzende Luftmenge bedeutend
geringer ist, während die Größe der inneren und äußeren Heizflächen 50 und 52 der
Hülse 34 im wesentlichen gleich ist. In der Praxis kann es wünschenswert sein, den
Heizwiderstand 54 in der Hülse 32 und die Wärmeisolierschicht 62 in der Hülse 34
nicht anzuordnen, weil die sich ergebende Wirkung darin besteht, ungefähr die gleiche
Wärmemenge auf die kleinere Luftmenge zur Wirkung zu bringen, die durch die Ringdüse
46 hindurchgeht, wie auf die durch die Ringdüse 44 hindurchgehende größere Luftmenge,
so daß die Luft in der Ringdüse 46 ungefähr doppelt so hoch erhitzt wird wie die
Luft in der Ringdüse 44.
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Wenn angenommen wird, daß die Luft durch den Erhitzer 28 auf l50=
C erhitzt wird und in alle Ringdüsen mit dieser Temperatur eintritt, wird die aus
den Ringdüsen austretende Luft in radialer Richtung temperaturmäßig geschichtet,
wobei die aus der Ringdüse 46 austretende Luft die höchste Temperatur aufweist,
während die aus der mittleren Ringdüse 44 austretende Luft auf eine Temperatur erhitzt
wird, die zwischen jener der aus den Rin-düsen 46 und 42 austretenden Luft liegt.
In der Praxh wird die aus der Ringdüse 46 austretende Luft eine Temperatur von 220=
C oder mehr aufweisen und beim Austritt aus der Düse auf den Sprühkegei im Bereich
66 auftreffen in welchem der Nebel am dichtesten und der Feuchtigkeitsgehalt am
höchsten ist. Die die höchste Temperatur aufweisende Luft hat auf den Schleier insofern
eine maximale Wirkung, als in diesem Bereich besonders große Teilchen erzeugt werden.
Die Teilchen werden durch die große Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs im Bereich
66 fast augenblicklich teilweise getrocknet. Sie gelangen dann in den Bereich 68
und aus diesem in den äußeren Bereich 70, wo sie auf fortschreitend niedrigere Temperaturen
der Luft treffen. Da im Bereich 66 eine teilweise Trocknung erfolgt ist, wären die
in den Teilchen enthaltenen festen Stoffe beim Durchgang durch die Bereiche 68 und
70 einem Versengen oder einer Koagulation des Albumins ausgesetzt, wenn in diesen
Bereichen zusätzlich zu der üblichen Kühlwirkung der Verdampfung nicht die durch
die Ringdüsen 44 und 42 hindurchgehenden Luftströme rnit verringerter Temperatur
auf dieselben auftreffen würden. Beim Trocknen von Milch ist es erwiinscht, da ß
das Albumin während des Verfahrens unverändert bleibt und dieses Ergebnis wird durch
die niedrigere Temperatur der Milch vor dem Zerstäuben und durch die rasche Trocknung
in der Kammer gefördert.
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Der Luftstrom trägt die festen Stoffe in den mittleren Teil der Kammer,
wo die Geschwindigkeit des Luftstromes geringer ist. Dabei wird das Trocknen beendet
und die getrockneten Teilchen können auf die Förderschnecke 72 am Boden der Kammer
10 fallen, welche sie nach der Auslaßöffnung 74 fördert. Die leichteren Teilchen,
die nicht auf den Boden der Kammer fallen. weil sie vom Luftstrom mitgenommen werden,
gelangen über die Auslaßöffnung 76 der Kammer in den Zyklonabscheider 78, in welchem
die Luft durch ein Gebläse 80 abgesaugt wird. Die von der Luftströmung im Abscheider
78 getrennten Teilehen werden durch die Leitung 82 abgeführt.
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Obwohl die konzentrischen Ringdüsen so dargestellt sind, daß sie von
einer einzigen Druckquelle gespeist werden, kann den Ringdüsen auch Luft von verschiedenem
Druck zugeführt werden. Durch entsprechende Leitungen und Verwendung eines getrennten
Gebläses können beispielsweise alle Ringdüsen 46 einem höheren Druck unterworfen
werden, und der austretende Luftstrom weist daher eine höhere Geschwindigkeit auf.
Im Hinblick auf diese höhere Geschwindigkeit kann der Querschnitt der Ringdüse 46
verringert werden. Ebenso können alle Ringdüsen 42 mit einem höheren Druck gespeist
werden als die anderen Ringdüsen, und dementsprechend kann der Querschnitt verändert
werden. Solche Veränderungen können nützlich sein, um eine wünschenswerte Änderung
der Form des Sprühkegels und eine Verringerung der Wirbelbildung zu bewirken, so
daß die getrockneten Teilchen nicht unnütz länger als die für die Trocknung erforderliche
Zeit in der Kammer verbleiben.
Die Größe oder der Durchmesser der
Teilchen ist proportional zur Oberflächenspannung und verkehrt proportional zur
Gasdichte und zur Geschwindigkeit des Teilchens relativ zur Geschwindigkeit des
Gases. Die Oberflächenspannung von Milch nimmt bei niedrigerer Temperatur zu, während
die Gasdichte bei zunehmender Temperatur abnimmt. Wenn dies in Betracht gezogen
wird, ergibt sich, daß das Verfahren ermöglicht, die Faktoren auszunutzen, welche
der Erzeugung von Teilchen maximaler Größe förderlich sind, so daß ein hoher Prozentsatz
des oben erwähnten gewünschten, verhältnismäßig groben Pulvers erhalten wird. Im
Hinblick auf die höhere Temperatur und die geringere Dichte der Luft, welche in
die Mitte der zerstäubten Flüssigkeit gelenkt wird, kann die zugeführte Milch auf
einer niedrigeren Temperatur gehalten werden, wodurch sich eine Erhöhung der Oberflächenspannung
und der Viskosität ergibt. Beide durch die Temperatur beeinflußten Faktoren sind
für die Steigerung der Teilchengröße von besonderer Wichtigkeit. Wenn die Geschwindigkeit
der zerstäubten Flüssigkeit relativ zur Geschwindigkeit der durch die Ringdüsen
eintretenden Luft so eingestellt wird, daß sich eine minimale relative Geschwindigkeit
ergibt, welche mit einer für den Wärmeaustausch hinreichenden Berührung zwischen
der Luftströmung und der zerstäubten Flüssigkeit innerhalb einer Kammer von entsprechender
Größe vereinbar ist, wird ein Verfahren von optimaler Wirtschaftlichkeit zur Herstellung
vorwiegend groben Pulvers erhalten. Im Falle von Vollmilch unterstützt das grobe
Pulver die Verringerung des Sauerstoffgehalts, so daß ein stabileres Produkt erhalten
wird.