DE2256790A1 - Verfahren und vorrichtung zum tiefgefrieren von wasserhaltigen extrakten, suspensionen u. dgl - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Tiefgefrieren von wasserhaltigen Extrakten, Suspensionen u. dgl.
• Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Verarbeitung wasserhaltiger Extrakte, Suspensionen u.dgl., insbesondere 7U. Tiefgefrieren derselben.
• Wasserhaltige Extrakte, Suspensionen u.dgl.müssen vor ihrer Gefriertrocknung gefroren und auf tiefe Temperaturen, z.B.
• -450 C abgekühlt werden, damit bei der Gefriertrocknung eine einwandfreie Sublimation des Wassers, d.h. Ubergang von der festen Phase in die Dampfphase unter Ausschaltung der flüssigen Phase des Wassers erfolgt.
• Bisher werden wasserhaltige Extrakte, Suspensionen u. dgl.
• durch direkten oder indirekten Kälteübergang von einem Kälteträger, z. B. Kaltluft oder Kältesole zu einem mehr oder weniger großstückigen Gut gefroren, das durch-Brechen, Mahlen -und Sieben auf die für das gefriergetrocknete Endprodukt erforderliche Granulatgrösse gebracht wird. Die zur Erzielung der gewünschten Granulatgrösse erforderlichen, dem Gefrieren nachgeschalteten Arbeitsgänge sind apparativ ausserordentlich aufwendig und müssen zudem bei einer Temperatur erfolgen, die mindestens so niedrig ist, wie die Temperatur des gefrorenen wasserhaltigen Extraktes, z. B. -450 C. Weiter entstehen durch diese Arbeitsgänge, insbesondere die Wiederaufbereitung des abgesiebten Über- und Unterkorns Verluste der meist hochwertigen Einsatzprodukte. Die Wiederauf bereitung des abgesiebten Über- und Unterkorns der Einsatzprodukte bedingt ferner einen Qualitätsverlust derselben, insbesondere häufig eine Beeinträchtigung von Aroma undzoder Geschmack und/oder Farbe, was sich später nur mit erhöhtem Kostenaufwand korrigieren lässt. Bei einer Umstellung des Betriebes von einem Produkt auf ein anderes, werden zudem umfangreiche Reinigungsarbeiten der herkömmlichen Gefrier- und Bearbeitungseinrichtungen erforderlich. Während dieser Zeit ist eine Gefriertrocknung und damit Ausnutzung der vorhandenen Kapazität nicht möglich.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Tiefgefrieren wasserhaltiger Extrakte, Suspensionen u.dgl. anzugeben, durch die der durch das Brechen, Mahlen und Sieben erforderliche apparative Aufwand und die dadurch bedingten Materialverluste sowie Aroma-, Geschmatks- und Farbbeeinträchtigung des Produktes vermieden und eine verbesserte Ausnutzung der vorhandenen Kapazität erreicht werden.
• - Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der wasserhaltige Extrakt, die wasserhaltige Suspension o.dgl.
• in eine Zone gesprüht wird, in die ein flüssiges Inertgas mit tiefer Temperatur gespritzt wird, unter Erzeugung eines Granulates, Pulvers o.dgl., und dass das Granulat, Pulver o.dgl. aus der Zone abgeführt wird. Vorzugsweise werden die Durchsatzmengen des Extraktes, der Suspension o.dgl. und des Inertgases zur Regulierung der Grösse und Struktur des gefrorenen Granulates, Pulvers o.dgl. gesteuert. Das flüssige Inertgas besteht vorzugsweise aus Stickstoff.
• Durch die Wahl geeigneter Sprühbedingungen, wie Sprühdruck, Viskosität des zu versprühenden Extraktes, dersuspension o.dgl., teilweise vor dem Versprùnen erfolgende Bildung von Eiskristallen im Extrakt, in der Suspenion o.dgl., Änderung des Sprühwinkels sowie Wahl einer geeigneten Sprühdose wird dabei eine Form des Granulates, Pulvers o.dgl. erzielt, die den unmittelbaren Einsatz des versprühten Gutes in die Gefriertrocknung unter Ausschaltung der bekannten nachteiligen Brech-, Mahl- und Siebeinrichtungen ermöglicht.
• Die Teilchengrösse des Granulates, Pulvers o.dgl.
• kann erfindungsgemäss auch dadurch beeinflusst werden, dass durch Bildung eines Fliessbettes im Sprühbehälter Teilchen, die bereits gefroren sind, mit Teilchen, die sich teilweise noch im flüssigen Zustand befinden, agglomeriert werden.
• Die Agglomeration bereits gefrorener an noch nicht gefrorenen Teilchen kann erfindungsgemäss ferner dadurch erreicht werden, dass das Sprühgut zunächst im Gleichstrom mit dem zu versprühenden Kälte träger versprüht und auf diese Weise gefroren wird. Die gefrorenen Teilchen treffen anschliessend im Gegenstrom auf versprühte,zumindest noch teilweise flüssige Extraktteilchen, an die sie sich agglomerieren. Die aglomerierten Teilchen fallen dann durch die Sprühzone des Kälteträgers und werden dabei endgültig gefroren.
• Ein wesentlicher weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass beim Versprühen des Extraktes der Suspension o.dgl. bereits ein Teil des Wassers verdampft und mit dem gasförmigen, durch Verdampfen des Kälteträgers entstandenen Inertgas ausgetragen wird, so dass in die Gefriertrocknung ein Gut mit verringertem Wassergehalt eingesetzt werden kann, wodurch die Durchsatzleistung der Gefriertrocknungsanlage beträchtlich erhöht wird.
• Es wurde z. B. beim Sprühgefrieren eines Tee-Extraktes mit einem Gehalt an festen bzw. nicht verdampfenden oder sublimierenden Teilchen von 16% und einem Wassergehalt von 84% nach dem Versprühen und Gefrieren gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren im gefrorenen, als Einsatzprodukt für die Gefriertrocknung verwendeten Granulat, Pulver o.dgl., ein Gehalt von 20% an festen bzw. nicht verdampfenden oder sublimierenden Teilchen und ein Wassergehalt von 80% ermittelt.
• Das heisst, dass beim Sprühgefrieren von 100 kg Sprühgut mit 16 kg Feststoffen bzw. nicht verdampfenden oder sublimierenden Bestandteilen und 84 kg Wasser insgesamt 20 kg Wasser oder 23,8% des ursprünglich vorhandenen Wassers in Form von Dampf abgeführt werden, und somit in die Gefriertrocknung bei gleichbleibenden Gefriertrocknungskapazität eine grössere Menge Granulat o.dgl. eingesetzt werden kann.
• Ein bemerkenswerter Vorteil der Erfindungergibt sich auch daraus, dass die äussert tiefe Temperatur des zerstäubten flüssigen Inertgases ein so plötzliches Gefrieren herbeiführt, wodurch sich sehr feine, der nachfolgenden Sublimation besonders zugängliche Kristalle bilden im Gegensatz zu den groben Kristallen, die bei vorbekannter langsamerer Gefríerung entstehen.
• Unter Inertgase sind im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht strikt nur die gewöhnlicherweise unter diesem Ausdruck verwendeten Gase zu verstehen, sondern auch Gase, die in Bezug auf das zu verwendende Gut inert sind, also dasselbe nicht in einer unerwünschten Weise verändern. So kann beispielsweise in manchen Fällen Kohlendioxyd als Inertgas im Sinne der Erfindung angesprochen werden.
• Die erfindungsgemässe -Vorrichtung zum Tiefgefrieren von wasserhaltigen Extrakten, Suspensionen o.dgl. zeichnet sich aus durch eine Sprühkammer, durch wenigstens eine in der Sprühkammer vorgesehene Düse zur Einleitung des wasserhaltigen Sprühgutes, durch Düsen zur Einleitung eines flüssigen Inertgases mit tief er Temperatur in die Sprühkammer, wobei die Düsen so angeordnet sind, dass das eingespritzte flüssige Inertgas auf das versprühte Sprühgut trifft, und durch Einrichtungen zur Abfuhr des gefrorenen Granulates o.dgl. nach der Behandlung.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele der Vorrichtung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung eine vollständige Vorrichtung zum Tiefgefrieren; Fig. 2 in schematischer Darstellung abgewandelte Aus-und 3 führungsbeispiele der Sprühkammer.
• Gemäss Fig. 1 enthält die Vorrichtung einen Lagerbehälter 1 für das wasserhaltige Sprühgut. Der Behälter 1 ist mittels Rohrleitungen über eine Pumpe 2 und eine Steuer- und Oberwachungseinrichtung 3 mit Düsen 5 verbunden, die innerhalb einer Sprühkammer 4 montiert sind. Die Sprühkammer besteht aus einem thermisch isolierten Gehäuse mit einem öffenen oder zu öffnenden Boden 8. In der Sprühkammer sind ferner eine Reihe von Düsen 7 angeordnet, die über Rohrleitungen mit einem Lagerbehälter 6 für flüssigen Stickstoff verbunden sind. Durchsatz und Druck des Stickstoffes werden durch eine Steuereinrichtung 9 reguliert, die in Form eines Verdampfers ausgebildet sein kann, der im Lagerbehälter einen Gegendruck erzeugt.
• Im Betrieb wird das wasserhaltige Sprühgut aus dem Lagerbehälter 1 gepumpt. Es tritt in Form eines feinen Sprühstrahles aus der Düse 5 in die Sprühkammer 4 ein. Gleichzeitig wird im Gegenstrom über die Düsen 7 flüssiger Stickstoff in die Kammer gesprüht. Das beim Austritt aus den Düsen 7 verdanfende flüssige Inertgas gibt seine Kälte an das versprühte Sprühgut ab und gefriert dieses zu einem Granulat, Pulver o.dgl., das am Boden 8 der Sprühkammer abgezogen wird. Grösse, Struktur und Härte der einzelnen Teilchen oder Körner des Erzeugnisses können durch Steuerung der relativen Durchsatzmengen an'Sprühgut und Inertgas reguliert werden.
• Fig: 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Sprühkammer!4. Hierbei sind die Düsen 7 für das flüssige Inertgas und eine Düse 11 für das zu versprühende Sprühgut so angeordnet, dass sie das Inertgas und das Sprühgut im Gleichstrom in ein im oberen Teil der Sprühkammer 4 angeordnetes Fliessbett 10 versprühen. Statt des Fliessbettes kann auch eine seitlich an der Sprühkammer in Höhe des Fliessbettes angeordnete kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeitende Austragsvorrichtung vorgesehen sein. Im Fliessbett oder der Austragsvorrichtung treffen bereits gefrorene Teilchen mit noch nicht gefrorenen oder teilweise gefrorenen Teilchen zusammen und werden mit diesen zu grösseren Teilchen agglomeriert, wobei die agglomerierten Teilchen anschliessend beim Durchgang durch die Sprühzone des Kälteträgers vollständig gefroren und auf die geforderte Temperatur abgekühlt werden. Der Austrag des tiefgefrqrenen Granulates, Pulvers o.dgl./ erfolgt er den Boden 8 der Sprühkammer 4.
• Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sprühkanmer. Hierbei wird ein Teil des zu verarbeitenden Sprühgutes aus der Düse 11 im Gleichstrom mit dem versprühten Stickstoff versprüht. Der Rest des Sprühgutes wird im Gegenstrom aus der Düse 5 versprüht. Hierbei wird ein ähnlicher Agglomerationseffekt, wie bei der Sprühkamner gemäss Fig. 2 erzielt, wenn das Sprühgut mittels der Düse 11 zunächst im Gleichstrom zum Kälteträger versprüht wird und dann im Gegenstrom auf noch nicht gefrorenen oder teilweise gefrorene, durch die Düse 5 versprühte Teilchen trifft. Die agglomerierten Teilchen durchlaufen anschliessend die Verdampfungszone des Kälteträgers und werden durch den Boden 8 des Sprühbehälters 4 abgezogen.
• Patentansprüche

Claims (8)

1. Patentansprüche 1 Verfahren zum Tiefgefrieren von Sprühgut, wie wasserhaltigen Extrakten, Suspensionen u.dyl., zur Herstellung eines gefrorenen Granulates, Pulvers o.dgl., dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass das wasserhaltige Sprühgut in eine Zone gesprüht wird, in die ein flüssiges Inertgas mit tiefer Temperatur gespritzt wird, und dass das granulat-,pulvero.dgl.-förmige Erzeugnis ausder Zone abgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsatzmengen des Sprühgutes und des Inertgases zur Regulierung der Grösse und Struktur der Teilchen des gefrorenen Erzeugnisses gesteuert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass als flüssiges Inertgas Stickstoff verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das gefrorene Granulat, Pulver-o.dgl. zur Gefriertrocknung einem Gefriertrockner zugeführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e e , dass ein Teil des im Sprühgut' enthaltenen Wassers innerhalb der Zone durch das Inertgas abgeführt wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass in der Sprühzone eine Fliessbettzone gebildet wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Teil des wasserhaltigen Sprühgutes zunächst im Gleichstrom zu dem gleichzeitig versprühten Inertgas versprüht und anschliessend im Gegenstrom auf noch nicht oder nur teilweise versprühte Teilchen des Sprühgutes geleitet wird, wonach die agglomerierten Teilchen beim Durchgang durch die Sprühzone des Inertgases ihre endgültige Teilchengrösse und -form erhalten.
8. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Sprühkammer (4), durch wenigstens eine in der Sprühkammer vorgesehene Düse (5, 11) zur Einleitung des wasserhaltigen Sprühgutes, durch Düsen (7) zur Einleitung eines flüssigen Inertgases mit tiefer Temperatur in die Sprühkammer, wobei die Düsen (5, 11, 7) so angeordnet sind, dass das eingespritzte flüssige Inertgas auf das versprühte Sprühgut trifft, und durch Einrichtungen zur Abfuhr des pulver- oder granulatförmigen o.dgl. gestalteten gefrorenen Erzeugnisses nach der Behandlung.