DE2122231B2 - Vorrichtung zum Konzentrieren einer Flüssigkeit - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konzentrieren einer Flüssigkeit durch Eindampfen in einem Ciehäuse. das teilweise mit tier zu konzentrierenden IKissigkeit gefüllt ist. die sich in einer muldenförmigen Verliefung des Bodens befindet, in die mehrere parallel liiul vertikal angeordnete Scheiben teilweise eintauchen, welche von einer gemeinsamen horizontalen NVeIIe getragen und zur Umdrehung angelrieben werden, mit Einrichtungen zum Zu- und Ablauf der zu konzentrierenden Flüssigkeil bzw. ties Konzeniraies und mit einer Einrichtung zum Abziehen des verdampften lllüssigkeiisanleiles aus dem Gehäuse.

Im allgemeinen werden Verdampfer mit vertikalen Platten benutzt, zwischen denen man die vorher er- ss wärmte, zu konzentrierende Lösung von oben nach unten entlang den Oberflüchen der vertikalen Planen rieseln läßt. Die vertikalen Platten sind in einem Gehäuse untergebracht, worin man einen Luftstrom zirkulieren läßt oder worin ein Unterdruck erzeugt wird, um die Verdampfung des in dem längs der Oberflächen der Platten rieselnden Sirup enthaltenen Wassers zu för dern. Der konzentricrtere Sirup, der am Unterteil der Platten aufgefangen wird, wird über einen Kreislauf nacheinander in eine Wanne geschickt, die eine Füllung fts von Früchten und deren zu konzentrierenden Sirup enthält, dann von dort in einen Wärmeaustauscher, um die, zu konzentrierende Lösung, die dann zum Oberteil der vertikalen Planen geschickt wird, auf die geeignete Temperatur zu bringen. Im Kreislauf können ebenfalls eine oder mehrere Umlaufpumpen vorgesehen sein sowie Einrichtungen zum Kegeln der Menge und der Temperatur der zu konzentrierenden Lösung, die am Oberteil der Platten ankommt. Die Lösung oder - im vorliegenden Beispiel - der Sirup beschreibt daher einen geschlossenen Kreis i'iid konzentriert sich mehr und mehr bei jedem Zyklus während seines Lntlangrieselns an den Planen. Derartige Verdampfer haben einen geringen Wirkungsgrad, und daher ist die Ver weilzcii, in der eine l.ösungs- oder Sirupfüllung die gewünschte Konzentration annimmt, übermäßig lang. AulVrdem bilden sich auf Grund des lleiablaufcns tier Lösung oder des Sirups an den vertikalen Platten in der Losung oder im Sirup am Ende dieser Platten Blasen oder sogar — in einigen Fällen — Schaum, wodurch eine Oxidation tier Losung oder des Sirups tnTvoige rillen wird. Eine solche Oxidation isl bei Sirupen besonders schädlich, denn sie ändert deren Eigenschallen, insbesondere farbe und Geschmack.

Es ist auch aus der deutschen Patenischrilt 28 24 1 eine Vorrichtung bekannt, bei tier die zu konzentrierende Flüssigkeil über Zula;:frohre in einen einzigen Behälier. in dem vertikal angeordnete drehbare Scheiben sich befinden, eingefülvi wird. Hierbei 11 in durch den direkten Zulauf der zu konzentrierenden I lüssigkeit ebenfalls die Bildung \on Wirbeln. Blasen oder Schaum auf. wodurch die zu konzentrierende I lussigkeii wiederum infolge O\\dation beeinirächtigi werden kann. Außerdem hat diese Vorrichtung einen komplizierten Aufbau und kann mit Bezug auf ihre Verdampfungsflache nicht ohne weiteres verändert werden.

lerner ist aus der deutschen Patentschrift 17 4J) eine weitere Vorrichtung zum Verdunsten einer Flüssigkeil bekannt, bei tier die Scheiben auf einer horizontal gelagerten Welle angeordnet sind. Dadurch ist die in den einzigen Verarbeitungsbehälter eingebrachte Flüssigkeit gleichfalls tier Wirbel-, Blasen- und Schaumbildung ausgesetzt.

Die Aulgabe der Erfindung liegt daher in der Ausgestaltung einer solchen Vorrichtung, die insbesondere — jedoch nicht ausschließlich — die Konzentrierung einer Losung ermöglicht, welche im Arbeitsverlaul' nicht o\\ ti ie r I werden darf.

Lrfintlungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß durch Wellung des Gehäusebodens beidseitig und parallel zur muldenförmigen Verliefung ties Bodens je eine weitere muldenförmige Bodenvertiefung als Flüssigkeitsbehälter ausgebildet ;.·.!. wobei tier eine Behälter mit dem Zulauf für die zu konzentrierende Flüssigkeit und tier andere Behälter mil dem Ablauf für das Konzentrat verbunden ist und die beiden äußeren Behälter mit dem mittleren Behälter je einen abgerundeten Kantl als Flüssigkcilsüberlauf gemeinsam haben.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Buden des Zulaufbehäliers und ties minieren Behälters mit je einem Ablauf für die Flüssigkeil verschen isl und daß die drei Abläufe der Behälter jeweils mit einem Ventil versehen sind und mit einer gemeinsamen Leitung zum Abziehen der Flüssigkeit verbunden sind.

Ein weiteres besonderes Merkmal scr Erfindung liegl darin, daß sich der Verdampfer sehr vorteilhaft zur Herstellung eines konzentrierten Fruchtsirups eignet.

Neben dem Vorteil der Vermeidung von Wirbel-, Blasen- oder Schaumbldung ermöglicht die crfindungs-

Ie Vorrichtung auch die Konzentrierung von Fmehlslücken enthaltendem Sirup, du die Fruehisiüeke nach ihrer umführung in die Vorrichtung im Zulaufbehälter aufgehalten werden und daher den Konzentrierungsvorgang im mittleren Behälter nicht beeinträchiigen können, z. B. durch Ulasenerzeugung oder durch Festsetzen. Vorteilhaft ist weiterhin, daß durch leichte Wegnahme bzw. Hinzufügung von Drehscheiben die Verdampfungsoberfläche in einfacher Weise geändert werden kann. Di*· erfindungsgemäße Vorrichtung arheilet etwa dreimal schneller als bekannte Vorrichtungen.

Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der lirlindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Ks zeigt F i g. I eine Teil-Schnittansicht der Vorrichtung,

F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 gemäß F i g. 1.

Der dargestellte Verdampfer besitzt im wesentlichen cm von einem Rahmen 2 getragenes Gehäuse 1. in dem sich ein Paket vertikaler und paralleler Drehscheiben 3 befindet, die mit ihrem unteren Teil in eine zu kop.zjnliierende Lösung 4 eintauchen, beispielsw.ise ein [■ruchtsirup. dessen Zuckerkonzentration man erhöhen will.

Das Gehäuse 1 besteht aus einem unteren Teil Ij und einem oberen Teil lib, von dem ein Teil durch einen Deckel 5 gebildet ist. Der Boden des linieren Teils l.i besitzt eine gewellte Form, die drei aufeinander folgende Behälter eingrenzt, genauer gesagt, einen Behälter 6 3c zur Aufnahme der zu konzentrierenden Lösung, einen mittleren Behälter 7, in dem sieh die Scheiben 3 drehen, und einen Behälter 8 zur Aufnahme der konzenirienen Lösung.

Die Drehscheiben 3 werden von einer horizontalen i^; Welle 9 getragen, auf der sie im Abstand verankert sind. Die Welle 9 erstreckt sich parallel zu dem den Behältern 6 und 7 gemeinsamen abgerundeten Rand 11 und zu dem d η Behältern 7 und 8 gemeinsamen abgerundeten Rand 12. und sie liegt auf dem oberen Teil der Seitenwände des unteren Teils Ij des Gehäuses in U-förmigen Lagern 13. So können nach den Zurückziehen des Deckels 5 die Welle 9 und die Scheiben 3. beispielsweise zur Reinigung der Scheiben 3. über die durch cien Deekel 5 freigegebene Öffnung leicht aus dem Gehäuse herausgezogen werden. Fine derartige Anordnung erleichtert daher die Wartungsvorgänge des Verdampfers. Außerdem kann man mit einer solchen Anordnung leicht ucl schnell die Größe der Verdampfungsoberfläche ändern, die die Drehscheiben bilden, indem nan eine bestimmte Anzahl dieser Scheiben hinzufügt oder wegnimmt, um den Wert dieser Austauschoberlläche den Betriebsbedingungen anzupassen. Andererseits werden die Welle 9 und die von ihr getragenen Scheiben 3 von dem durch den Rahmen 2 getra ss genen Motor 14 und von einem außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Getriebe 15 angetrieben. Das Getriebe svstern 14. 15 kann derart aufgebaut sein, dall es die Scheiben 3 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeiger sinn in Umdrehung antreibt, wobei diese beiden Drehrichtungen bei den Versuchen vergleichbare Resultate ergeben haben. Außerdem kann die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheiben 3 geregelt werden, bei spielsweise indem man auf die Bctriebseigenschafter. des Motors einwirkt, um dessen Umdrchungsgcschwin digkeit an die Art der zu konz.enticrcnden Lösung und an verschiedene ändert· Faktoren, die bei der Verdampfung der Lösung auftreten, anzupassen, um in je-

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50 dem [-al! das bestmögliche Krgebnis und/oder so wenig wie möglich Wirbel in der Lasung zu erhalten, insbesondere wenn diese nicht oxydiert werden darf.

Zum Absaugen des Dampfes, der aus dem an den Oberflächen der Drehscheiben befindlichen Flüssigkeitsfilm entweicht, kann man beispielsweise, wie dies dargestellt ist, einen Ventilator 16 vorsehen, der einen Luftstrom durch das Gehäuse 1 hervorruft, so dall er sich mit Dampf auflädt und die Verdampfung fördert. Man könnte allerdings auch an Stelle des Ventilators eine Säugpumpe verwenden, die an das Gehäuse angeschlossen ist. Eine derartige Saugpumpe würde den Vorteil haben, daß sie den Verdampfungspunkt der Lösung herabsetzen würde und demzufolge bei gleicher Temperatur die Verdampfungsgeschwindigkeit erhöhen würde. Obgleich die Säugpumpe es ermöglicht, eine schnellere Verdampfung als mit einem Ventilator zu erreichen, benutzt man dennoch vorzugsweise in der dargestellten Ausführungsform einen Ventilator, der eindeutig weniger kostspielig ist und es nichtsdestoweniger ermöglicht, mit einem erfir.dungsgemäßen Verdampler eine Verdampfungsgcsch , :ndigkeit zu erreichen, die deutlich größer als die Vjrdampfungsgeschwindigkeit ist, die mit den konventionellen Verdampfern mil vertikalen Planen erhalten wird. Beiderseits de- Pakeis der Scheiben 3 sind an den Luden des Oberteils 1 ft des Gehäuses I Öffnungen 17 und 18 vorgesehen. Der Ventilator 16 und sein Antriebsmotor 19 sind auf der Seite der Öffnung 17 vorgesehen, mit der der Ventilator 16 verbunden ist. während in der C)II-nung 18 Klappen 21 vorgesehen sind.

Der Ventilator 16 kann derart aufgebaut sein, daß er LuIt in das Innere des Gehäuses druckt, wobei er in diesem Fall in dem Gehäuse einen Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck erzeugt, oder er kann derart aufgebaut sein, daß er Luft über das Gehäuse ansaugt, wobei er in diesem Fall in dem Gehäuse einen Unterdruck gegenüber dem Aimospliärendruck erzeugt. Man verwendet vorzugsweise einen a.·. Ansauger arbeitenden Ventilator, denn der Unterdruck, den er in dem Gehäuse hervorruft, ermöglicht es. den Verdampfungspunkt der Lösung etwas abzusenken und demzufolge die Verdampfungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Außerdem können in einer nicht dargestellten Ausführungsform die Klappen 21 in ihrer Ausrichtung einstellbar sein, damit man über die Größe der Öffnung 18 den im Innern des Gehäuses 1 herrschenden Unterdruck regeln kann.

Der vorstehend beschriebene Verdampfer kann in einet Hinrichtung zur Konzentrierung einer Lösung verwendet werden, beispielsweise in einer !-Einrichtung zur I lerstellung eines konzentrierten Fruchtsirups, die eineii solchen Verdampfer besitzt und einen konventionellen Kreislauf der eingangs beschriebenen All. Dazu ist der in der Zeichnung dargestellte Verdampfe·- mn einem Fingang 22 für die zu konzentrierende Losung versehen, der in den ersten Behälter 6 mündet, während der dritte Behälter 8 mit einem Ausgang 2J für die konzentrierte Losung versehen ist. der über ein Venlil 24 mit einer Kanalisation 25 verbunden ist, die die konzentrierte Lösung einer Wanne (nicht dargestellt) zuführt, die mit zu konzentrierendem Sirup gefüllt ist. Um die Entleerung des Verdampfers zu ermöglichen, wenn die in der Wanne enthaltene Sirupfüllung die gewünschte Zuckerkonzentration erreicht hat. sind die Böden der Behälter 6 und 7 jeweils mit einem Ausgang 26 und 27 versehen, der jeweils über ein Ventil 28 und 29 mit der Kanalisation 25 verbunden ist, wobei diese beiden Vcn-

tile 28 und 29 beim Betrieb des Verdampfers normalerweise geschlossen sind.

Beim Dauerbetrieb fließt der zu konzentrierende Si rup. der zuvor auf eine Temperatur der Größenordnung von beispielsweise 60⁰C erwärmt winden sein kann, durch den Eingang 22 in den Behälter 6. und seine Menge wird durch an sich bekannte Mittel (nicht dargestellt) derart geregelt. daß der Sirup durch Überströmen über den abgerundeten Rand 11 in den Behälter 7 fließt. Die Oberflächen jeder sich drehenden Scheibe nehmen aus dem Behälter 7 einen Film aus zu konzentrierendem Sirup auf. und im Luftstrom des Ventilators verdampft ein Teil des im Sirup befindlichen Wassers, so daß der durch die Scheiben in den Behälter 7 riickgcführte Sirup eine größere Konzentration aufweist. Der konzentriertere Sirup fließt aus dem Behälter 7 durch^Überströmcn über den abgerundeten Rand 12 in den Behälter 8, von wo er durch die Ausgangsleilung 23 und durch die Kanalisation 25 abgesaugt wird, um dann beispielsweise mittels eines an sich bekannten Kreislaufs. der den zu konzentrierenden Sirup in den Behälter 6 führt, wieder in Umlauf gebracht zu werden. Unter diesen Bedingungen konzentriert sieh der Sirup fortschreitend bei jedem Durchgang durch den Verdampfer.

Untersuchungen haben gezeigt, daß die Scheiben 3 sowohl im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden können, ohne daß sich Gegenströmungen. Wirbel oder Blasen bilden, die der Grund für eine Oxydation des Sirups sein würden. Wie vorstehend erwähnt, muß man die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheiben 3 regeln können, um sich der Art des Sirups oder der zu konzentrierenden Lösung anzupassen: beispielsweise liegt die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheiben bei Orangen- oder Mandarincnsirup in der Größenordnung von Ib Upm.

In dem beschriebenen Beispiel kann der Ventilator 16 derart aufgebaut sein, daß er die Luft in dem Verdampfer in Flußrichtung der Lösung oder des zu konzentrierenden Sirups zirkulieren läßt oder im Gegenstrom zu dieser Lösung oder diesem Sirup. Im ersten Fall ist der Ventilator 16 als Bläser angeordnet, während er im zweiten Fall als Ansauger angeordnet ist Wie vorstehend ausgeführt, ist die Anordnung ;ils Ansauger vorzuziehen, denn sie ermöglicht es. im Innern des Verdampfers einen Unterdruck hervorzurufen, durch den die Verdampfung beschleunigt wird.

Versuche haben gezeigt, daß man mit dem vorstehend beschriebenen Verdampfer einen I nichtsiriip. beispielsweise einen Orangen- oder Mandiirincnsimp. ohne ihn zu oxydieren, dreimal schneller verdampfen kann als mit einem konventionellen Konzentrierungs-Verdampfer mit vertikalen Platten. Außerdem kann der erfindungsgemäße Verdampfer mit einem Sirup arbeiten, in dem l'ruchlstüeke enthalten sind. Dies ist nut den früheren Konzentrierungsverdampiern mit vertikalen Platten nicht möglich, denn die Fruchtstücke rufen dadurch, daß sie in die an der Unterseite der vertikalen Platten gesammelte Lösung fallen. Wirbel, /ahlreiche Blasen und auch Schaum hervor, die eine noch stärkere Oxydation der Lösung bewirken.

Liegt eine symmetrische Form des Gehäuses de*· Verdampfers vor. kann man letzteren umkehrbar gestalten, indem man den Behälter 8 mit einem Flüssigkeitscingang analog zum Eingang 22 des Behälters f versieht. Unter diesen Bedingungen kann der Behaltet 8 als Behälter zum Zuführen von zu konzentricrendci Losung verwendet werden und der Behälter 6 als Behälter zum Sammeln der Lösung, die in dem Behälter 7 konzentriert worden ist. Dabei muH natürlich das Ventil 28 offen sein, während die Ventile 24 und 29 geschlossen sein müssen.

Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung läßt sich unter anderem auch dahin abwandeln, daß da¹ Gehäuse I im wesentlichen dicht ist und der Ventilatoi 16 durch eine Säugpumpe ersetzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet ehr Konzentrieren einer Flüssigkeit durch Eindampfen, wo bei Lösungen konzentriert werden können, die nich oxydiert werden dürfen, wie beispielsweise F'ruchtsirup es können jedoch auch andere Arten von Lösungci konzentriert werden, z. B. aus Bereichen der Nahrungs mittclindustrie. der chemischen oder der pharmazculi sehen Industrie.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Konzentrieren einer Flüssigkeil durch Eindampfen in einem Gehäuse, das teil- > weise mit der zu konzentrierenden Flüssigkeit gefüllt ist, die sich in einer muldenförmigen Vertiefung ties Bodens befindet, in die mehrere parallel und vertikal angeordnete Scheiben teilweise eintauchen, welche von einer gemeinsamen horizontalen Welle getragen und zur Umdrehung angetrieben werden, mit Einrichtungen zum Zu- und Ablauf tier zu konzentrierenden Flüssigkeit bzw. des Konzeniraies und mit einer Einrichtung zum Abziehen des verdampften Flüssigkeitsanieiles aus dem Gehäuse. dadurch gekennzeichnet, daß durch Wellung des Gehäusebodens beidseitig und parallel zur muldenförmigen Vertiefung des Bodens |e eine weitere miildenförmiv_e Bodenvertiefung als I liissigkeilsbehälter (6. 8) ausgebildet ist. wobei der eine Behälter (β) mit dem Zulauf (22) für die zu konzentrierende flüssigkeit und tier andere Behälter (8) mit dem Abiaul' (21) für das Konzentrat \ erblinden ist und die beiden äußeren Behälter (β. 8) mit dem mittleren Behälter (7) je einen abgerundeten liaud (I I. 12) als Hü.ssigkeitsüberlauf gemeinsam haben.

2. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, thill der Boden ties Zulaiilbehäliers (β) und ties mittleren Bell Her-, (7) mit je einem Abiaul' (26. 27) für die Flüssigkeit versehen ist und dall die diei to Abläufe (23. 26, 27} der Behälter (6 7. 8) jeweils mit einem Ventil (24, 28. 29) \ersehen sind und mil einer gemeinsamen Leitung (25) zum Abziehen tier Ihissigkeii verbunden sind.

3. Verwendung ties Verdampfers nach Anspruch 1 und 2 zur Herstellung eines konzentrierten Fruchtsirups.