DE2045164A1

DE2045164A1 - Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit aus einem hitzeempfindlichen flussigen Stoff

Info

Publication number: DE2045164A1
Application number: DE19702045164
Authority: DE
Inventors: Ashford Kent Seager Roy Herbert Ditton Maidstone Antonelh Peter, (Großbritannien)
Original assignee: Tullamore S A , Genf (Schweiz)
Priority date: 1969-09-17
Filing date: 1970-09-12
Publication date: 1971-07-01
Also published as: CH518726A; ZA705783B; NL7013124A; FR2061443A5; IT972023B; JPS4826228B1; SE369368B; IE34531L; GB1280892A; BE756286A; IE34531B1

Description

Patentanwalt DIPL-INQ. BERTHOLD SCHMID STUTTQART S · FALBE N H EN N E NSTRAS S E 17 ♦ TELEFON (0711} 708893

Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit aus einem hitzeempfindlichen flüssigen Stoff

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Verdampfen von Flüssigkeiten aus hitzeempfindlichen Stoffen₉ d.h. Stoffen, die sich verschlechtern! wenn sie übermäßigem Beheizen ausgesetzt werden,und insbesondere aber nicht ausschließlich ^ auf den Zweck, Feuchtigkeit aus einer flüssigen Mischung von Bestandteilen während der Herstellung von eingekochtem Zuckerkonfekt zu verdampfenj insbesondere von Toffee, von Karamel, von harteingekochten ZuckersUßigkeiten und von Marmeladen·

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Nach einem sehr bekannten Verfahren wird Toffee aus Zucker, Glucose, Milch, Fett, Salz und Qewürz hergestellt und diese Bestandteile werden gemischt, um einen Sirup zu bilden. Der Sirup wird dann unter Umrühren auf etwa 95 C (200 F) aufgeheizt, wobei sich der Zucker in der Feuchtigkeit der Milch
»und der Glucose auflöst. Der nächste Schritt besteht darin, die so erhaltene Mischung in einen Verdampfer einzubringen, der ein offenes von einem Wasserdampfmantel umgebenes Gefäß enthält, um einen gewünschten Betrag des Feuchtigkeitsgehaltes zu entfernen.

Das beschriebene Verfahren erlaubt, einen Schub Toffee herzustellen. Es sollte beachtet werden, daß die betreffende Mischung in der Weise hitzeempfindlich ist, daß sie sich verschlechtert, wenn sie für eine längere Zeit auf erhöhten Temperaturen gehalten wird.

Es sind Vorschläge für die kontinuierliche Verdampfung von
Feuchtigkeit gemacht worden und bei einer Bauart eines kontinuiaiichen Verdampfers_t der als steigender oder fallender

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Film-Verdampfer bekannt -ist, wird der Stoff durch das Rohr eines Wärmetauschers geführt. Es ist jedoch herausgefunden worden, daß der Toffee-Sirup aufgrund der Tatsache an den Wänden des Rohrs anklebt, daß der als Ergebnis der Berührung des Stoffes mit den Rohrwandungen erzeugte Wasserdampf radial nach innen durch den Stoff fließt und sich verbindet, um eine j

Wasserdampfsäule zu bilden, die den Stoff als Film gegen die Wände hält. Als ein Ergebnis daraus verschlechtert sich der Stoff und verbrannte Teile treten in die Stoffmasse ein. Diese Rohre besaßen Durchmesser von etwa 1 cm oder mehr (3/8 inch oder mehr). Es wurde deshalb vorgeschlagen, mechanische Kratzer für die Wände des Behälters vorzusehen, aber dies hat den Nachteil, daß es notwendig ist, den Fett- und Milchgehalt gering zu halten, um das Verbrennen zu vermindern, so daß minderwertiger Toffee hergestellt wurde· Es war außerdem unbefriedigend, da die Kratzerschneiden selbst mit angebranntem ™ Stoff überzogen wurden, welcher die Stoffmasse verschlechterte.

Gemäß der Erfindung wird nunmehr vorgeschlagen, ein Verfahren zum kontinuierlichen Verdampfen einer Flüssigkeit aus einem hitzeempfindlichen flüssigen Stoff vorzusehen, in welchem

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der Stoff durch wenigstens einen beheizte Wandungen aufweisenden Durchlaß geführt wird, wobei der Abstand zwischen den Wänden so klein gehalten wird, daß die sich in dem Stoff bildenden Dampfblasen der Flüssigkeit dazu dienen, einen Schaum aus Dampf und Stoff über den Querschnitt jedes Durchlasses zu erhalten.

Der genaue Abstand der Wände wird abhängig von.miteinander zusammenhängenden Merkmalen ausgewählt, die die Viskosität, die Oberflächenspannung, die Klebefähigkeit, die Verweilzeit des Stoffes, die Temperatur, bei welcher sich der Stoff verschlechtert, und den Druckabfall entlang des Durchlasses enthalten·

Es ist überraschend herausgefunden worden, daß bei Verwendung von Durchlässen mit genügend kleinem Raum abhängig von dem miteinander zusammenhängenden Merkmal der erzeugte Dampf nicht durch den Stoff hindurchtritt, um eine mittlere Säule zu bilden, sondern daß die in dem Stoff gebildeten Dampfblasen der Flüssigkeit einen Schaum aus Dampf und Stoff über den Querschnitt des Durchlasses bilden· Dies hat die Wirkung, eine

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beträchtliche Turbulenz in dem Durchlaß zu verursachen, so daß der Stoff sich nur während einer nicht ausreichenden Zeit an einem bestimmten Teil der beheizten Wand befindet, um dadurch verschlechtert zu werden. Darüberhinaus, da die Blasen alle oder zum großen Teil ganz bleiben, haben sie die Tendenz, an der Wand des Rohres entlangzustreifen, wodurch sie den Stoff wieder daran hindern, für eine ausreichende Zeitspanne zu verweilen, um verschlechtert zu werden.

Bei einer bevorzugten Anordnung wird der Stoff dur^ch einen Wärmetauscher hindurchgeführt, der eine Vielzahl von Rohren aufweist, deren |«erer Durchmesser so klein ist, daß die in dem Stoff gebildeten Dampfblasen der Flüssigkeit ganz bleiben und einen Schaum aus Dampf und Material über den Querschnitt jedes Rohres aufrecht erhalten. Auf diese Weise ist keine mittlere Säule oder Kern aus Dampf vorhanden. Wenn das Material, das behandelt wird, das ist, was bei der Produktion von eingekochtem Zuckerkonfekt benutzt wird, wie Toffee, so wird die Flüssigkeit Wasser und der Dampf Wasserdampf sein. In der Praxis kann der Durchmesser der Rohre so ausgewählt werden, daß er so klein gemacht wird, daß die Verschlechterung nicht in einem unannehmbaren Maße auftritt.

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Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird als Beispiel in dem Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher:

Fig.l eine Ansicht des Wärmetauschers,

Fig.2 einen Teilschnitt entlang der Längsachse eines Endes des Wärmetauschers in größerem Maßstab und

Fig.3 eine Endansicht mit entfernter Einlaßdüse zeigt.

Wie in der Zeichnung gezeigt ist, besitzt der Wärmetauscher einen zylindrischen Mantel 10, der Wasserdarapfeinlaß- und -auslaßteile 11 und 12 besitzt. Der Mantel enthält eine Vielzahl von Rohren I3 (insgesamt 55)» die von Endplatten 14 und getragen werden, an welchen sie angeschweißt sind* Der Mantel ist mit den Platten 14 und I5 verschweißt. Ringförmige Platten 16 und 17 dienen dazu, konische Einlaß- und Auslaßdüsen 18 und 19 an den Enden des Mantels mit Flanschen zu befestigen, die an den Düsen gebildet werden. Die Platten 16 und I7 sind an den Platten 14 und I5 angeschraubt. Bei diesem Beispiel

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haben die Rohre einen Innendurchmesser von etwa 0,5 cm (3/I6 inch) und eine Länge von etwa 91j5 cm (3 feet)_o Der Außendurchmesser des Mantels beträgt etwa 10 cm (4,5 inches). Diese Abmessungen sind für einen Stoff geeignet, der aus den folgenden Bestandteilen hergestellt ist.

Zucker-Glucose (1:1,2) 56,5 %

nicht fettes Milchpulver 7,0 ?ό

Fett 20,0 %

Salz 0,5 %

Feuchtigkeit 16,0 ?S

Die Mischung wird mit einer Zahnradpumpe in die Einlaßdüse in einer konstanten Menge und bei einer Temperatur von etwa 80 C (I80 F) zugeführt und verläßt die Auslaßdüse bei einer

,Temperatur von etwa 125 C ( 26Ο F). Der Wasserdampf wird dem Λ

Mantel bei etwa 7 at (100 psi) zugeführt und der Stoff wird mit 3,85 kg (8,5 lbs) pro Minute behandelt, wobei der Einlaßzuführdruck 0,3 at (4θ psi) beträgt und das Material an dem Auslaß auf Atmosphärendru de ist« Der Stoff fließt durch jedes Rohr in weniger als einer Sekunde,

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Das Endprodukt wird durch den bekannten "Bruchtest" (cracktest) untersucht und die Temperatur des Stoffes wird eingestellt, um die gewünschten Merkmale des Endproduktes zu erhalten. Die Temperatur wird durch Veränderung des Druckes der Wasserdampfzuführung durch ein (nicht gezeigtes) geeignetes Ventil eingestellt.

Der Rohrdurchmesser ist kritisch und ein besonderer oberer Grenzwert des Durchmessers kann für eine gegebene Gruppe von Bedingungen definiert werden, εα daß der in dem Rohr stattfindende Fluß eher ein Massenfluß von Dampf und flüssiger Mischung als ein teilweise oder vollständig getrennter Fluß aus Flüssigkeitsfilm an den Rohrwänden und einem Wasserdampffluß entlang der Mitte des Rohres ist, der aus der Verwendung einer größeren Bohrung resultieren würde. Mit anderen Worten, die Dampfblasen, in diesem Fall Wässerdampfblasen, bleiben geschlossen und trennen sich nicht von der Mischung. Durch das Geschlossenbleiben wird der Schaum aus Wasserdampf und aus dem verbleibenden Stoff über den Querschnitt jedes Rohres aufrecht erhalten. Auf diese Weise wird eine beträchtliche

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Turbulenz innerhalb jedes Rohres gebildet und die Wasserdampfblasen wirken als Kolben, die von dem Einlaß bis zu dem Auslaß das Rohr entlangstreifen, wobei sie die Rohrwände von dem verbleibenden Stoff reinigen, so daß keine.Neigung zum
Anbrennen besteht.

Um die kritische Natur des Rohrdurchmessers zu veranschaulichen, ergab bei einer Versuchsreihe ein Durchmesser mit
0,635 cm (1/4 inch) befriedigende Ergebnisse, während Rohre, die einen inneren Durchmesser von 0,794 (5/I6 inch) besaßen, dazu führten, daß sieh Dampfkanäle bildeten und die Mischung

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an den Rohrwänden ^brannte. Es wurde gefunden, daß Rohre mit einem Durchmesser von 0,95 cm und größer (über 3/8 inch) vollständig unbrauchbar waren· In Rohren (Glasrohren) mit einem Innendurchmesser von 0,635 cm (1/4 inch) konnte gesehen werden, daß die flüssige Mischung in der Form eines Schaumes
war, während bei Rohren mit größerem Durchmesser der Wasserdampf Kanäle durch die Mischung bildete und die flüssige Mischung im wesentlichen frei von Blasen ließ, so daß sich die Mischung für eine genügende Zeit an den Rohrwänden befand, um ein gewisses Maß von Anbrennen zu erlauben«

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Die Rohrlänge und der Durchmesser werden abhängig von den Merkmalen, wie der Viskosität des Stoffes, gewählt, um einen Massefluß, beispielsweise den kontinuierlichen Fluß der Masse des Stoffes und des Dampfes durch das Rohr, sicherzustellen. Irgendeine Zahl von Rohren kann in einem vollständigen Wärmetauscher vorhanden sein, um den erforderlichen Stoffdurchsatz vorzusehen. Die Rohre müssennicht gerade sein, sondern sie können auch gebogen, beispielsweise U-förmig, sein* Die Rohre müssen nicht rund sein, sondern sie können von beliebiger Konstruktion sein, welche Durchlässe von geringem Querschnitt vorsehen·

Die Vorteile sind, daß der vorstehend erwähnte Massenfluß sicherstellt, daß das Produkt nicht auf den Rohrwänden zur Ruhe kommenJcann. Irgendein derartiges sogar nur teilweises Stocken würde zu einer ungleichmäßigen Färbung führen und in extremen Fällen würde eine Verschlechterung daraus resultieren· Die Verweilzeit ist kurz und das Verfahren ist deshalb leicht steuerbar. Aus diesem Grund wird dejnalb eine Verschlechterung vermieden.

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Der -mechanische Aufbau ist einfach und es sind keine beweglichen Teile in den Rohren vorhanden, um eine Unzuverlässigkeit zu schaffen.

Obwohl die Rohre vorzugsweise alle in einer gemeinsamen Heiz-

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kammer angeordnet werden, ist es möglich, jedes Rohr getrennt ^

mit seiner eigenen Heizkammer zu umgeben. Für die meisten Zwecke, in welchen Feuchtigkeit aus eingekochtem Zuckerkonfelct verdampft wird, wird der Durchmesser der Rohre zwischen 0,38 und 1,02 cn (zwischen 0,11 bis 0,4 inches) liegen und die Länge von 61 bis 122 cm (2 bis 4 feet} betragen. Die Rohre können aus Glas, rostfreiem Stahl, Kupfer oder anderem Material hergestellt werden.

In der vorausgegangenen Beschreibung wurde auf die Verwendung M

eines rohrförmigen liarrnetauschers Bezug genommen. Andere Mittel zum Beheizen der Rohre, wie beispielsweise direkte elektrische Beheizung können vorgesehen werden.

Ein weiteres Beispiel für einen Stoff, der vorteilhaft mit der vorliegenden Erfindung behandelt werden kann, ist eine

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Mischung aus Zucker (Rohrzucker) und Glucose, beispielsweise eine 50/50 Mischung, mit genug Wasser, um den Zucker und die Glucose oder andere üblicherweise verwendete Verhältnisse zu lösen.

Die normale Behandlung ist, das Material bei maximal etwa I50 C (295 F) unter einem Vakuum von 38O mm Hg (I5 inches) zu kochen. Wenn der Stoff entsprechend der vorliegenden Erfindung behandelt wird, ist herausgefunden worden, daß ein knusprigeres, festes Produkt erhalten werden kann, offensichtlich aufgrund der höheren Temperaturen und der wesentlich geringeren Zeitspanne und des Fehlens von Vakuum.

Obwohl die Erfindung besonders in Bezug auf das Entfernen von Feuchtigkeit aus flüssigen Mischungen aus Bestandteilen während des Hersteilens von gekochtem Zuckerkonfekt beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diesen Vorwendungszweck beschränkt. Sie kann in irgendeinem Verfahren angewendet werden, in welchem es notwendig ist, eine Flüssigkeit aus einer Mischung zu ent-

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fernen» In welcher die anderen Bestandteile der Mischung sich \rerschlechtem ■ würden während der Heizung, die notvfendi-g ist, ura das Verdampfen zu bewirken, um die Flüssigkeit zu entfernen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Verdampfen einer Flüssigkeit aus einem hitzeempfindlichen flüssigen Stoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff durch wenigstens einen beheizte Wandungen aufweisenden Durchlaß geführt wird, wobei der Abstand zwischen den Wänden so klein gehalten wird, daß die sich in dem Stoff bildenden Dampfblasen der Flüssigkeit dazu dienen, einen Schaum aus Dampf und Stoff über den Querschnitt jedes Durchlasses zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff über ein Kopfstück in einem Satz von Rohren zu- und über ein Auslaßkopfstück abgeführt wird, wobei die Rohre die Durchlässe bilden und beheizt werden·

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit Wasserdampf in einem sie umgebenden Mantel beheizt werden, in welchen der Wasserdampf durch ein Einlaßsteuor*ventil hineingeführt wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3i dadurch gekennzeich net, daß der Stoff eine Toffee-Mischung aus Zucker, Glucose, Milch, Fett, Salz und Feuchtigkeit ist und daß das Beheizen zum Erzeugen von Toffee gewählt ist.

5. Verfahren nach Ansprtieh 1, 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff eine Mischung aus Zucker', Glucose und. Wasser ist und daß das Beheizen zum Herstellen eines knusprigen, festen Zuckerkonfekts gewählt wird,

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe Rohre sind, die einen inneren Durchmesser kleiner als 0,95 cm (3/8 inch) und eine Länge von über 61 cm (-2 feet) aufweisen.

7. Verfahren nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff in die Rohre mit Hilfe einer Pumpe unter Druck eingebracht wird und die Rohre mit atmosphärischem Druck verläßt.

8. Gegenstand aus Zuckerkonfekt, dadurch gekennzeichnet, daß er nach einem der vorhergehenden Verfahren hergestellt wird.

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