DE19607792A1 - Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltige Lebensmittelzubereitungen - Google Patents
Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltige LebensmittelzubereitungenInfo
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Description
Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen durch
Sterilisation in einem Behälter und anschließender Kühlung, unterstützt durch Vakuumkühlung.
Dabei werden die Lebensmittel direkt oder indirekt erhitzt und danach, durch Absenken des
Druckes mittels Vakuumpumpen und Verdampfung von Wasser direkt und indirekt durch
Mantelkühlung des Behälters gekühlt. Technisch aufwendig ist die Ausführung von Behältern,
die sowohl im Mantel beheiz- und kühlbar sind. Deshalb werden die Produktionsanlagen meist
in einer Heiz- und einer Kühlstufe, also mehrstufig ausgeführt. Bei der Vakuumkühlung wird der
entstehende Wasserdampf durch einen Kondensator gefördert und soll dort vollständig
niedergeschlagen werden. Der Kühleffekt der Vakuumkühlung ist neben den prokuktspezifischen
physikalischen und chemischen Parametern des zu kühlenden Stoffsystems limitiert durch die
Wirksamkeit des Kondensators und die Förderleistung der Vakuumpumpe. Zum Erreichen
niedriger Temperaturen müssen korrespondierend niedrige Drücke erreicht werden. Für die
Kühlung einer wasserhaltigen Lebensmittelzubereitung durch Vakuumkühlung auf 10°C muß
beispielsweise bis zum Erreichen eines Druckes von ca. 12 hPa evakuiert werden. Bei diesem
Druck entstehen aus einem Kilogramm Wasser ca. 106 m³ Wasserdampf, welcher abgepumpt
werden müßte. Bei einer Kühlzeit von 10 min entspricht dies für den stationären Fall
überschlägig einer Förderleistung von 3200 m³/h, bezogen auf eine Ansatzgröße von 50 kg
Lebensmittelzubereitung mit 10% Verdampfungsanteil. Diese Förderleistung ist mit den
herkömmlichen Anlagen zur Vakuumerzeugung nicht zu erreichen. Aus diesem Grund wird der
Wasserdampfstrom durch einen Kondensator geleitet und niedergeschlagen. Die industriell
eingesetzten Röhrenkondensatoren werden beispielsweise mit Kühlsole gekühlt, welche die
Kondensationsenergie des Wasserdampfes aufnimmt und abführt. In der DE-OS 43 13 618 A1 ist
eine Anlage beschrieben, die ohne Röhrenkondensatoren arbeitet, aber keine vollständige
Kondensation des Wasserdampfes gewährleisten kann. Nicht kondensierter Dampf gelangt in das
Vakuumpumpensystem und verringert dessen Leistung. Neben dem Nachteil der ungenügenden
Kondensation des Dampfes wird außerdem noch Energie zur Kühlung der Kühlsole
aufgewendet, um den Dampf teilweise zu kondensieren. Diese Energie geht dem technischen
System als Bilanzraum vollständig verloren und kann nicht technisch genutzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Produktionsverfahren zu entwickeln, mit welchem niedrige
Temperaturen und Drücke mit der Vakuumkühlung erreicht werden. Dazu soll der Wasserdampf
fast vollständig kondensiert bzw. adsorbiert werden. Weiterhin soll die Kondensationsenergie
des Wasserdampfes und die Adsoqtionsenergie technisch genutzt werden. Bin solches Verfahren
soll in einer Produktionsanlage zur Herstellung von wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen
angewendet werden, die apparativ nur aus einem Behälter mit Produktkontakt besteht, welcher
gleichzeitig Koch- und Kühlbehälter ist. Das Kühlverfahren soll ohne eine herkömmliche
Kälteanlage funktionieren. Dadurch und durch die Reduzierung des Verfahrens auf einen
Produktbehälter, sollen die Anlagenkosten für eine Produktionsanlage reduziert werden. Der
Einsatz einer solchen Anlage soll auch die dezentrale Produktionsweise für
Lebensmittelzubereitungen für kleinere Mengen ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgaben auf folgende Weise:
Der Kochbehälter ist über eine Rohrleitung mit einem Adsoiptionsbehälter verbünden. Das Adsorptionsmittel befindet sich in dem Adsorptionsbehälter und kann ein Zeolith sein. Zeolithe sind kristalline Alumosilikate mit vom Zeolithtyp abhängigen, definierten Hohlräumen und sehr großen inneren Oberflächen mit bis zu 1000 m2/g. Dies ermöglicht die Adsorption von Wasserdampf und anderen Stoffen. Zur Adsorption von Wasserdampf geeignete Zeolithe können ca. 15-20% ihrer eigenen Masse an Wasser aufnehmen. Für den Einsatz im beschriebenen Adsorptionsbehälter wird ein hydrophiler Zeolith, beispielsweise vom Na-4-A-Typ gewählt. Der Adsorptionsbehälter erfüllt die Aufgabe eines Kondensators mit dem Vorteil, daß der Wasserdampf aufgrund der großen Reaktivität des Adsorptionsmittels vollständig adsorbiert wird und die Kondensations- und Adsorptionsenergie teilweise technisch genutzt werden kann.
Der Kochbehälter ist über eine Rohrleitung mit einem Adsoiptionsbehälter verbünden. Das Adsorptionsmittel befindet sich in dem Adsorptionsbehälter und kann ein Zeolith sein. Zeolithe sind kristalline Alumosilikate mit vom Zeolithtyp abhängigen, definierten Hohlräumen und sehr großen inneren Oberflächen mit bis zu 1000 m2/g. Dies ermöglicht die Adsorption von Wasserdampf und anderen Stoffen. Zur Adsorption von Wasserdampf geeignete Zeolithe können ca. 15-20% ihrer eigenen Masse an Wasser aufnehmen. Für den Einsatz im beschriebenen Adsorptionsbehälter wird ein hydrophiler Zeolith, beispielsweise vom Na-4-A-Typ gewählt. Der Adsorptionsbehälter erfüllt die Aufgabe eines Kondensators mit dem Vorteil, daß der Wasserdampf aufgrund der großen Reaktivität des Adsorptionsmittels vollständig adsorbiert wird und die Kondensations- und Adsorptionsenergie teilweise technisch genutzt werden kann.
Beschrieben wird ein Arbeitszyklus des Verfahrens.
Die Komponenten der Anlage sind in Fig. 1 dargestellt. Zur schlüssigen Erklärung wird die
Zyklusbeschreibung an folgender Stelle begonnen. Die Lebensmittelzubereitung liegt fertig, in
dem nach dem Stand der Technik ausgeführten doppelwandigen und vakuumdichten
Kochbehälter 1 nach der Sterilisation mit ca. 95°C vor und ist zur Kühlung bereit. Das
Adsorptionsmittel im Adsorptionsbehälter 2 ist desorbiert und zur Adsorption von Wasserdampf
bereit. Über die Vakuumpumpe 3 wird mit Verbindung 4 der Adsorptionsbehälter evakuiert und
zur Verbesserung des erreichbaren Vakuums wird das System durch einen Vakuumdampfstrahler
5 unterstützt. Mit Öffnen des Ventils 6 wird der Kochbehälter evakuiert und die
Lebensmittelzubereitung beginnt nach Erreichen des mit der Temperatur korrespondierenden
Siededampfdruckes des Behälterinhaltes zu sieden. Der entstehende Wasserdampf gelangt in den
Adsorptionsbehälter und,wird dort beispielsweise an einen Zeolithen adsorbiert. Dieser heizt sich
hierdurch auf, während sich die Lebensmittelzubereitung durch die Verdampfung des Wassers
abkühlt. Die entstehende Kondensationswärme des Wasserdampfes und die Adsorptionswärme
wird von geeigneten Wärmeübertragungseinbauten im Adsorptionsbehälter, zum Beispiel an
einen Wasserstrom zur Heißwasserbereitung abgeführt. Dargestellt mit Wassereingang 7 und
Wasserausgang 8. Es werden Temperaturen im Zeolithbett von bis zu 130°C erreicht. Nach
Erreichen der gewünschten Abfülltemperatur der Lebensmittelzubereitung wird der Kühlprozeß
durch Schließen von Ventil 6 abgebrochen. Der Beladungszustand des Adsorptionsmittels kann
durch das Gewicht des Zeolithbehälters zum Beispiel über eine Kraftmeßdose 9 abgegriffen
werden. Der Kochbehälter wird über das Ventil 10 mit Sterilluft belüftet und das fertige Produkt
kann den Kochbehälter über das Ventil 11 verlassen. Jetzt ist der Zeolith im Adsorptionsbehälter
mit Wasser beladen und im Kochbehälter werden die Ausgangsstoffe für die folgende
Lebensmittelzubereitung durch die Arbeitsöffnung 12 eingebracht. Es schließt sich die
Desorption des Zeolithen durch Aufheizen, beispielsweise mit Dampf über die Dampfanschlüsse
13 und 14 an. Eine Alternative bietet die Ausführung der Desorption durch eine
Mikrowellenerhitzung der Zeolithschüttung. Das Wasser wird dabei aus dem Zeolithen als
Wasserdampf ausgetrieben und von einem saugseitig angeschlossenen Brüdenverdichter 15 über
die Verbindung 16 komprimiert und dem Prozeß zum Aufheizen der
Lebensmittelzubereitungsausgangstoffe direkt über die Verbindung 17 oder indirekt über die
Verbindung 18 zugeführt. Zusätzlich wird über die Verbindung 19 und 20 dem Heizmantel des
Kochbehälters Dampf zur Sterilisation zugeführt. Nachdem die Sterilisationszeit abgeschlossen
ist steht die Kochung zur Kühlung bereit und der Zyklus ist geschlossen und kann von vorn
beginnen. Der ganze Prozeß der Wärme- und Stoffübertragung wird durch homogene
Durchmischung mit Rührorganen 21 unterstützt.
Bezugszeichenliste
1 Kochbehälter
2 Adsorptionsbehälter
3 Vakuumpumpe
4 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
5 Vakuumdampfstrahler
6 Ventil
7 Wassereingang
8 Wasserausgang
9 Kraftmeßdose
10 Ventil
11 Ventil
12 Arbeitsöffnung
13 Dampfanschluß
14 Dampfanschluß
15 Brüdenverdichter
16 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
17 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
18 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
19 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
20 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
21 Rührorgane
2 Adsorptionsbehälter
3 Vakuumpumpe
4 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
5 Vakuumdampfstrahler
6 Ventil
7 Wassereingang
8 Wasserausgang
9 Kraftmeßdose
10 Ventil
11 Ventil
12 Arbeitsöffnung
13 Dampfanschluß
14 Dampfanschluß
15 Brüdenverdichter
16 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
17 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
18 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
19 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
20 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung
21 Rührorgane
Claims (21)
1. Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen
dadurch gekennzeichnet, daß Vakuumkühlung mit Adsorption des Wasserdampfes
an ein geeignetes Adsorptionsmittel, sowie der Energierückgewinnung durch
teilweise Nutzung der Kondensations- und Adsorptionswärme des Wasserdampfes
in einem geeigneten Sorptionsbehälter eingesetzt wird, die Anlage im wesentlichen
nur aus einem Behälter, der Produktkontakt hat und einem weiteren
Sorptionsbehälter nach Fig. 1 besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlung des Produktes ausschließlich durch Vakuumkühlung erreicht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der entstehende Wasserdampf an ein Adsorptionsmittel möglichst vollständig
adsorbiert wird.
4. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß das Adsorptionsmittel ein Zeolith ist.
daß das Adsorptionsmittel ein Zeolith ist.
5. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Zeolith vom Typ Na-4-A ist.
6. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß das Adsorptionsmittel nach der Beladung durch Adsorption desorbiert wird.
7. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß das Adsorptionsmittel nach der Desorption dem nächsten Adsorptions-
Desorptions-Zyklus unterworfen werden kann.
8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Desorption durch Vakuum unterstützt wird.
9. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß das Vakuum durch die Saugseite eines Brüdenverdichters bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Desorption durch Zufuhr von Wärmeenergie durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß eine Desorptionstemperatur zwischen 70°C und 400°C angewendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß eine Desorptionstemperatur von 160°C bis 200°C angewendet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Desorption durch Mikrowellenerhitzung durchgeführt wird.
14. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserdampf der Desorption zur Erhitzung der Lebensmittelzubereitung
durch Direktdampfinjektion genutzt wird.
15. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Wasserdampf der Desorption zur indirekten Erwärmung der
Lebensmittelzubereitung im Doppelmantel genutzt wird.
16. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die frei werdende Kondensations- und Adsorptionsenergie in Form von Wärme
technisch genutzt wird.
17. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensations- und Adsorptionsenergie zur Brauchwassererwärmung
genutzt wird.
18. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Kochbehälter mit Sterilluft zum Vakuumabbau beaufschlagbar ist.
19. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Kochbehälter mit einem Heizmantel versehen ist.
20. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Kochbehälter mit Direktdampfinjektionsdüsen versehen ist.
21. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß der Adsorptionsapparat geeignete Wärmeübertragungseinbauten besitzt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19607792A DE19607792A1 (de) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltige Lebensmittelzubereitungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19607792A DE19607792A1 (de) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltige Lebensmittelzubereitungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19607792A1 true DE19607792A1 (de) | 1997-09-04 |
Family
ID=7786857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19607792A Withdrawn DE19607792A1 (de) | 1996-03-01 | 1996-03-01 | Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltige Lebensmittelzubereitungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19607792A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013220260A1 (de) * | 2013-10-08 | 2015-04-09 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Kühlvorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Mediums |
-
1996
- 1996-03-01 DE DE19607792A patent/DE19607792A1/de not_active Withdrawn
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DE102013220260A1 (de) * | 2013-10-08 | 2015-04-09 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Kühlvorrichtung und Verfahren zum Kühlen eines Mediums |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: FRANZ ZENTIS GMBH & CO, 52070 AACHEN, DE KEIM, WIL |
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8181 | Inventor (new situation) |
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|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HÖLDERICH, WOLFGANG F., PROF. DR., 67227 FRANKENTH Owner name: FRANZ ZENTIS GMBH & CO., 52070 AACHEN, DE Owner name: KEIM, WILHELM, PROF. DR., 52074 AACHEN, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |