DE1908830B2 - Vorrichtung zum gefriertrocknen von getraenken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken wie Kaffee, Milch und Orangensaft.

Flüssige Nahrungsmittel wie Kaffee- Milch und Orangensaft werden zum Zwecke der Lagerung und Konservierung gefriergetrocknet. Da bei der Gefriertrocknung große Mengen an Flüssigkeit verarbeitet werden müssen, das Endprodukt aber nicht zu teuer sein darf, besteht ein Bedarf nach leistungsfähigen Vorrichtungen. Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Gefriertrocknung bekannt, die jedoch alle nicht zufriedenstellend arbeiten.

In der US-PS 30 24 117 wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung von flüssigen Nahrungsmitteln, insbesondere ein Verfahren zum Gefrieren von Citrusobstsäften beschrieben. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß der Fruchtsaft nach dem Abtauen wieder in seinen ursprünglichen Zustand überführt wird, d. h. der Wassergehalt wird aus den gesammelten, gefrörenen Teilchen nicht absublimiert, was nachteilig ist, da dadurch keine weitere Konzentrierung erreicht wird.

In der US-PS 32 69 025 wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung beschrieben, bei dem das zu trocknende Material, wie z. B. Frucht- und Gemüsesäfte, Suppen und Bouillon, Kaffee-Extrakt, Tee und Milch, gefroren und das gefrorene Material in einer Wirbelschichtkammer getrocknet wird. Dieses bekannte Verfahren umfaßt mehrere Verfahrensstufen, und seine Wirtschaftlichkeit ist ungenügend.

In der Literaturstelle Food Technology 1968, Band 22, S. 952, wird ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Nahrungsmitteln beschrieben, bei dem Gas durch eine Schicht geleitet wird, die sowohl das Nahrungsmittel das gefriergetrocknet werden soll, als auch ein festes Entwässerungsmittel, das die Feuchtigkeit aufnimmt, enthält. Die Verwendung eines solchen Entwässerungsmittels ist nachteilig, da das Nahrungsmittel mit dem Entwässerungsmittel vermischt sein kann und das Entwässerungsmittel entweder verworfen werden muß oder zu seiner Wiederverwendung regeneriert werden muß.

In der US-PS 24 71035 wird ein Verfahren zum Gefriertrocknen beschrieben, bei dem ein unter Hochdruck stehender Saft in einer Vakuumkammer eingesprüht wird. Durch die Wasserverdunstung gefrieren die Tröpfchen und werden beim Durchfallen durch den Vakuum gleichzeitig getrocknet. Das Arbeiten unter hohem Druck erfordert komplizierte Vorrichtungen und ist zum Gefriertrocknen größerer Mengen ungeeignet.

In der US-PS 33 13 032 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Getränke wie Orangensaft in einen Gefrierturm eingesprüht und dort im Gegenstrom zu einem Inertgas, wie z. B. Stickstoff, bei tiefen Temperaturen zum Gefrieren gebracht werden. Dieses bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß die Tröpfchen zerfallen» und es oft nicht möglicht ist, die einmal gebildete Tropfenform aufrechtzuerhalten und ein Granulat zu erzeugen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung zum Gefriertrocknen großer Mengen von Getränken zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht besitzen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken wie Kaffee, Milch und Orangensaft, umfassend einen evakuierbaren Gefrierturm mit Einspritzdüsen, Mittel zum Erzeugen eines gekühlten Inertgasstroms zum Gefrieren darin sowie Mittel zum Abführen der getrockneten Partikel, die gekennzeichnet ist durch ein in der Einspritzdüse angeordnetes Drehventil für die Erzeugung periodischer Druckpulsationen für den Inertgasstrom und eine an den Gefrierturm, über einen Meßabschnitt angeschlossene Sublimationskammer, welche Tröge enthält, die an drehbaren Trogträgerscheiben über Wellen drehbar aufgehängt sind.

Durch das in der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltene Drehventil gelingt es, im Gefrierturm große Tröpfchen zu erzeugen. Damit diese nicht wieder zerfallen, wird anstelle eines Fließbettes im Gefrierturm eine Sublimierkammer eingesetzt, in der die Tröpfchen über eine Meßvorrichtung auf kleine, drehbare Tröge verteilt werden. Dieses Riesenradprinzip in einer Gefrierkammer ist neu und hat auch nicht nahegelegen. Es gelingt dadurch, die einmal gebildeten Tröpfchen aufrechtzuerhalten, so daß ein fertiges Granulat erhalten werden kann.

Eine konzentrierte Lösung des Materials, das gefriergetrocknet werden soll, wird im Oberteil eines Behälters oder einer Kolonne in die Form relativ gleichförmiger Tröpfchen oder kleiner Teilchen überführt. Ein zirkulierender Strom eines gekühlten Gases wird durch die Kolonne geleitet, um die fallenden, flüssigen Teichen unter Bildung von Klümpchen (»Prills«) zu gefrieren. Diese Klümpchen werden gesammelt und durch Sublimation ihres gefrorenen Flüssigkeitsgehaltes gefriergetrocknet

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Zeichnung erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung, die die Teile der erfindungsgemäßen Gefriertrocknungsvorrichtung im Vertikalschnitt zeigt;

F i g. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Klümpchen-Gefriertrocknungstrog, der aufgehängt zwischen Fragmenten von drehbar befestigten Trogträgerscheiben gezeigt ist, wobei bei dem Trog ein Mittelstück herausgeschnitten ist;

Fig.3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig.2; und

Fig.4 einen Vertikallängsschnitt entlang der Linie 4-4 von F i g. 1 durch das erfindungsgemäße Klümpchen-Gefriertrocknungsgehäuse.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Gemäß F i g. 1 wird eine Lösung, die gefriergetrock-

net werden soll, ζ. B. Kaffee, durch die Beschickungslei- füllen Klümpchen 37 in der beschriebenen Weise den tung 10 in einen herkömmlichen Kristallisator 11 MeDabschnitt 49. Das Ventil 50 kann dann geschlossen eingeführt, der eine Kristallisationskammer 12 aufweist, und das Ventil 53 in die Leitung 54 geöffnet werden, um die von einem Kühlmittel 13 in einem Mantel 14 den Trögen 55 Klümpchen zuzuführen.
umgeben ist. Das Kühlmittel 13 tritt in der« Mantel 14 s Die Sublimationskammer 41 weist, wie zusätzlich aus durch die Leitung 15 ein und wird durch die Leitung 16 F i g. 2 bis 4 ersichtlich ist, zwei Wellen 56 und 57 auf, die abgezogen. Das Kühlmittel 13 kühlt die Kaffeelösung Endwände 58 und 59 durch elektrisch isolierte Buchsen ab, wobei darin Kristallwachstum bewirkt wird. Die so 60 und 61 durchdringen. Die Welle 56 wird mittels eines gebildete Kaffeelösung und Kristallaufschlämmung geeigneten Motors 62 zur langsamen Rotation angetriegelangt durch die Leitung 17 in die Zentrifuge 18, worin io ben. Trogträgerscheiben 63 und 64 sind an den inneren Eiskristalle durch die Leitung 19 entfernt werden. Enden der Wellen 57 und 56 befestigt Paare von Konzentrierte und abgekühlte Kaffeelösung tritt durch Trogträgerwellen 65 und 66 erstrecken sich von im die Leitung 21 in den Flüssigkeitslagertank 20 ein. Abstand angeordneten Stellen um die Peripherie der Gewünschtenfalls kann bis zu diesem Punkt jedes Trogträgerscheiben 63 und 64 nach innen. Tröge 55 aus vielstufige Gefrierkonzentrierungssystem verwendet 15 Kunststoff od. dgL sind an jedem Paar von Wellen 65 werden. und 66 mittels ihrer Endwände 67 und 68 drehbar

Aus dem Behälter 20 wird die Kaffeelösung durch die aufgehängt

Leitung 23 in die Einspritzdüse (»Prilling-Kopf«) 22 Das Ventil 53 in der Leitung 54 wird, wie aus F i g. 1

eingespeist. Ein durch den Motor 25 angetriebenes ersichtlich ist, geöffnet um jeden Trog 55 mit

Drehventil 24 unterbricht periodisch den Flüssigkeit- 20 Klümpchen zu füllen, wenn dieser unter ein sich seitlich

strom durch die Leitung 23, um in der Einspritzdüse 22 öffnendes Ende der Leitung 54 gelangt Da jeder Trog

periodische Druckpulsationen zu bewirken. Die Druck- 55 mit Klümpchen sich dreht, verstreicht eine geeignete

pulsationen können von 2 bis 30/sec variieren. Zeitspanne, die Vakuumtrocknung oder sonstige Subli-

öffnungen 26 im Boden der Einspritzdüse 22 erlauben mation der Klümpchen erlaubt Ein Federarm 70 erfaßt

die Bildung von gleichmäßigen und ziemlich großen 15 die sich vorbeibewegenden Tröge 55 und entleert die

Tröpfchen 27 aus Kaffeelösung, die in dem Gefrierturm getrockneten Klümpchen in einen Produkttrichter 71,

28 nach unten fallen. der im Boden der Sublimationskammer 41 gebildet ist.

Eine Leitung oder ein Rohr 30 führt vom Oberteil des Zur Unterstützung der Sublimation der Klümpchen in

Gefrierturms 28 zum Gebläse 29, das ein Gas durch die den Trögen kann ein Heizelement 75 mit niedriger

Leitungen 31 und 32 und durch die Wicklung 33 treibt 30 Kapazität in Form von Wicklungen 76 in den Unterteil

Die Wicklung bzw. Schlange 33 ist in einem Mantel 34 bzw. auf den Boden jedes Trogs 55 gelegt werden, wie in

angeordnet, in den durch die Leitung 35 Kühlmittel Fig.2 und 3 gezeigt ist Die Enden 77 und 78 jedes

eingeführt wird, das durch die Leitung 36 daraus Elements 75 enden in elektrischen Kontakten 79 und 80

abgehoben wird. Somit fließt in dem Gefrierturm 28 ein aus Federmaterial, die eine elektrische Verbindung mit

Gas aufwärts und wird abgezogen, gekühlt und 35 den Wellen 65 bzw. 66 herstellea Strom wird so jedem

zurückgeleitet. Dieses Gas, vorzugsweise Stickstoff, der Element 75 durch die Leitungen 81 und 82 und durch die

inert ist, gefriert die fallenden Tröpfchen 27 unter Kontakte 83 und 84 zugeführt, die den Strom zu den

Bildung von kleinen, kugelförmigen Perlen oder Wellen 57 bzw. 56 und den Scheiben 63 und 64 leiten.

Klümpchen 37 aus Kaffeelösung, die sich am Boden des Zur Entfernung des Produktes, sublimierten oder

Gefrierturms 28 ansammeln. Das zum Gefrieren der 40 gefriergetrockneten Kaffeeklümpchen, werden die

Klümpchen 37 verwendete Gas liegt vorzugsweise bei Ventile 90 und 91 in den Leitungen 92 und 93

Atmosphärendruck vor, wenngleich der Druck dieses nacheinander geöffnet und geschlossen, um ein Vakuum

Kühlmittelgases variiert werden kann. in dem Vakuumreservoir 94 und in dem Produktliefe-

Die Leitung 40 führt aus der Sublimationskammer 41 rungsabschnitt 97 zu erzeugen. Das Ventil % wird zu einer geeigneten Vakuumquelle. Die Leitang 42 45 geöffnet um das Produkt in den Produktabschnitt 97 erstreckt sich vom Boden des Gefrierturms 28 zu einem fallen zu lassen, und wird dann geschlossen. Das Ventil kalten, isolierten Trichter 43 für die gefrorenen 95 kann dann geöffnet werden, um das Produkt aus der Klümpchen 37. Wenn die Ventile 45 und 44 in den Leitung 98 herausfallen zu lassen.
Vakuumleitungen 47 und 46 nacheinander geöffnet und Gemäß der in F i g. 4 veranschaulichten Ausführungsgeschlossen werden, wird in dem Vaikuumreservoir 48 50 form sind FeuchtigkeitskondensierungsplaUen 100 und ein Vakuum erzeugt, das seinerseits ein Vakuum in dem 101 gekühlt um Feuchtigkeit zu kondensieren, die aus Meßabschnitt 49 für die Klümpchenbeschickung er- den Klümpchen sublimiert Kühlmittel tritt in die Platten zeugt Wenn das Ventil 50 geöffnet ist wird in dem 100 und 101 durch die Leitungen 102 und 103 ein und Trichter 43 zumindest ein partielles Vakuum erzeugt verläßt sie durch die Leitungen 104 und 105. Wenn eine und gefrorene Klümpchen gleiten abwärts und füllen 55 Menge Feuchtigkeit auf diesen Platten 100 und 101 den Meßabschnitt 49. Dann wird das Ventil 50 kondensiert und gefroren ist kann in die Platten für eine geschlossen. Das partielle Vakuum in dem Trichter 43 kurze Zeitspanne ein warmes, fließfähiges Medium kann dazu verwendet werden, um Klümpchen aus dem eingeführt werden, um sie von den darauf gebildeten unteren Teil des Gefrierturms 28 in den Trichter 43 zu Eiskristallen freizuschmelzen, wobei diese in die ziehen, wie es in herkömmlichen Luftventil-Zuführungs- 60 Eistricliter 109 und 110 fallen gelassen werden. Dieses anlagen der Fall ist. Es können auch andere Vorrichtun- Eis wird durch aufeinanderfolgendes öffnen und gen, z.B. mechanische Fördergeräte, verwendet wer- Schließen der Ventile 111 und 112 bzw. 113 und 114 den, um Klümpchen aus dem Gefrierturm 28 zum entfernt die auf jeder Seite der Eisentfernungsabschnit-Trichter 43 zu führen. Wenn das Ventil 50 geöffnet ist te 115 und 116 angeordnet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken wie Kaffee, Milch und Orangensaft, umfassend einen evakuierbaren Gefrierturm mit Einspritzdüsen, Mittel zum Erzeugen eines gekühlten Inertgasstromes zum Gefrieren sowie Mittel zum Abführen der getrockneten Partikel, gekennzeichnet durch ein in der Einspritzdüse (22) angeordnetes Drehventil (24) für die Erzeugung periodischer Druckpulsationen für den Inertgasstrom und eine an den Gefrierturm (28), über einen Meßabschnitt (49) angeschlossene Sublimationskammer (41), welche Tröge (55) enthält, die an drehbaren Trogträgerscheiben (63, 64) über Wellen (65, 66) drehbar aufgehängt sind.