DE2300468C2 - Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten, insbesondere genießbarer Flüssigkeiten, wie Kaffee, Tee und Orangensaft, bei dem ein verdampfbares Kältemittel in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht wird, das verdampfte Kältemittel abgezogen, kondensiert und in den Prozeß zurückgeführt wird und das abgeschiedene
Eis vom Konzentrat getrennt uiiu gcgcucücftiaiis
gewaschen wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, Flüssigkeiten in einem indirekten Wärmeaustauscher zu behandeln, d.h. in einem Wärmeaustauscher, in dem die Flüssigkeit eine mit einer Kühlflüssigkeit gekühlte Leitung durchströmt, wobei die Kühlflüssigkeit mit der Flüssigkeit nicht in Berührung kommt. Ein solcher Wärmeaustauscher ist auch ein Kristallisator. In dem Kristallisator bildet sich Eis in der Flüssigkeit, worauf die so erhaltene Eis-Flüssigkeits-Aufschlämmung in eine Zentrifuge geleitet wird, in der das Eis von der konzentrierten Flüssigkeit abgetrennt wird. Die Flüssigkeit kann in einem zweiten KristalliEator und einer zweiten Zentrifuge weiter konzentriert werden.
Aus der Literaturstelle »Die Kälte«, Dezember 1964, Seiten 678 bis 687, ist die Verwendung eines Zusatzkältemitteis, das in direktem Kontakt mit der zu behandelnden Flüssigkeit (Meerwasser) steht, bekannt, wobei das verdampfte Kältemittel abgezogen und das erstandene Eis vom Konzentrat (Sole) abgetrennt
ίο wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten insbesondere der eingangs genannten Art zu schaffen.
is Diese Autgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten, bei dem ein verdamptbares Kältemittel in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht wird, das verdampfte Kältemittel abgezogen, kondensiert und in den Prozeß zurückgeführt wird und das abgeschiedene Eis vom Konzentrat getrennt und gegebenenfalls mit Wasser gewaschen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das in erster Stufe anfallende Konzentrat in einer zweiten Stufe durch indirekten Wärmeaustausch unter Abscheiden von Eis weiierkonzentriert und das abgeschiedene Eis abgc trennt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man für den indirekten Wärmeaustausch dasselbe Kältemittel wie für den direkten Kontakt mit der Flüssigkeit und kondensiert das in der zweiten Stufe verdampfte Kältemittel und führt es in den Krozeß zurück.
Weiterhin ist es bevorzugt möglich, das in der zweiten Stufe abgetrennte Eis der zu behandelnden Flüssigkeit zuzuführen. Weiterhin kann man mit Vorteil das in der zweiten Stufe anfallende Konzentrat gefriertrocknen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens mit einem mit einer Einspritzeinrichtung für ein Kältemittel versehenen Kristallisator, einem Kompressor, einem Direktkontakt-Wärmeaustauscher und einer Einrichtung zum Abtrennen des Eises in der ersten Stufe, die feststoffseitig mit dem Zulauf und die waschfiussigkeitsseitig mit dem Ablauf des Direktkontakt-Wärmeaustauschers verbunden ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die in der ersten Stufe vorgesehene Einrichtung zum Abtrennen des Eises eine Zentrifuge ist, die konzentratseitig mit einem indirekten Wärmeaustauscher verbunden ist, dem seinerseits eine Zentrifuge zur Abtrennung des in der zweiten Stufe anfallenden Eises nachgeschaltet ist, und daß dem Direktkontakt-Wärmeaustauscher kältemittelseitig ein Kondensator nachgeschaltet ist.
wesentlicher Teil des Konzentrierens durch die vergleichsweise billige Methode der Direkteinspritzung des verdampfbaren Kältemittels, wie Butan oder einem oder mehreren fluorierten oder halogenierten Kohlenwasserstoffen, bewirkt, während die Endkonzentration in dem teureren indirekten Wärmeaustauscher durchgeführt wird.
Wegen der hohen Viskosität der konzentrierten Flüssigkeit ist die Durchführung des gesamten Konzentrierens in einem einfachen oder doppelten Direktkontakt-Kühlsystem nicht möglich. Die hohe Viskosität würde eine beträchtliche Überführung von Kühlmedium
23 OO
zusammen mit der ausströmenden konzentrierten Flüssigkeit verursachen, dein Rühren der Flüssigkeit entgegenwirken und die Kristallisationsgeschwindigkeit herabsetzen.
In der ersten Konzentrierungsstufe mittels Direktkontakt ist es wünschenswert, den Gehalt der Aufschlämmung an Eiskristallen auf 15 bis 25 Gew.-°/o. vorzugsweise auf 18 bis 22 Gew.-% und insbesondere auf etwa 20Gew.-% zu halten. So kann bei der Behandlung von frischem Orangensaft von 10 bis 12" Brix (10 bis 12 Prozent Zuckergehalt) die Direktlcontakt-Stufe so ausgelegt werden, daß ein Konzentrat von 20 bis 40° Brix, z. B. 30 bis 32° Brix, erhalten wird. In der zweiten indirekten Wärmeaustauschstufe Kann dann ein Konzentrat von 40 bis 65° Brix hergestellt wer= :. ι
Das Endprodukt kann gewünschtenfaus geiio.-en und durch Absublimieren des Wassers bei niedrigen Temperaturen und Drücken gefric-ffc.rocknet werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, f- <■ sämtliche Spuren des direkten Kühlmediums, die in die Flüssigkeit überführt worden sein können, er, jernt werden.
Die Erfindung sei im folgenden unter Bezugnahme auf die Figur und das nachstehende Beispiel erläutert.
Beispiel
25
In der Figur ist ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dabei eingesetzten Vorrichtung dargesteilt
Wie in der Figur dargestellt, wird die zu konzentrierende Flüssigkeit durch eine Leitung 10 in einen Beschickungsbehälter 11 und von dort durch eine Leit mg 12 in einen Direktkontakt-Kristallisator 13 eing peist, der mit einem mittels eines Motors 15 angetriebenen Paddeirührer 14 versehen ist Die Zerstäuberleitung 18 wird über eine Leitung 19 mit flüssigem Butan aus einem Behälter 20 beschickt Das aus dem Direktkontakt-Kristallisator 13 austretende Butan wird in einem Hauptkompressor 22 komprimiert und in einen Direktkon-akt-Wärmeaustauscher 24 eingespeist, in dem dem Kühlmittel Wärme entzogen wird, wobei das Eis schmilzt Das Butan wird dann in einen Hüfskonipressor 25 eingespeist und in einem Kondensator 26 kondensiert Das kondensierte Butan wird als Flüssigkeit in den Behälter 20 zurückgeführt.
Die Eis- Flüssigkeits-Aufschlämmung aus dem Direktkoniakt-Kristallisator 53 wird über die Leitung 28 in eine Zentrifuge 29 eingespeist. Das Eis aus der Zentrifuge wird über eine Leitung 30 in einen Behälter 31 eingespeist aus dem es in den Direktkontakt-War meaustauscher 24 gepumpt wire*. Etwas Wasser ai,s dem Direktkontakt-Wärmeaustauscher 24 wird zum Waschen des Eises über eine Leitung 13 in die Zentrifuge 29 und von dort über eine Leitung 54 in den Beschickungsbehälter 11 eingespeist. Ferner wird ein Teil des Wassers aus dem Direktkontakt-Wärmeaustauscher 24 über eine Leitung 38 in einen Behälter 31 eingespeist Das restliche Wasser wird über ine Leitung 51 als Abwasser abgelassen oder einem Verdampfer zur Zurückgewinnung der Feststoffe zugeführt Die Mutterlauge aus der Zentrifuge 29 wird übei er a Leitung 40 in einen Behälter 41 und dann zu einem kleinen Tei! in den Beschickungsbehälter 11 eingespeist Der größere Teil der Mutterlauge wird über eine Leitung 42 in einen indirekten Wärmeaustauscher oder Kristallisator 44 eingespeist Dieser Kristallisator wird mit Butan aus dem Behälter 46 gekühlt Das Butan v/ird mittels eines Kompressors 47, des Hilfskompressors 25 und des Kondensators 26 in den Prozeß zurückgeführt Die Eis-FIüssigkeits-Aufschlämmung aus dem Kristaiiisator 44 wird in eine Zentrifuge 48 eingespeist oder kann zum Teil auch über die Leitung 49 zurückgeführt werden. Das Eis aus der Zentrifuge 48 wird über eine Leitung 52 in den Beschickungsbehälter 11 zurückgeführt Die konzentrierte Flüssigkeit aus der Zentrifuge 48 wird in einen Produktbehälter 50 eingespeist
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche: 23 OO 468
1. Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten, bei dem ein verdampfbares Kältemittel in direkten Kontakt mit der Flüssigkeit gebracht wird, das verdampfte Kältemittel abgezogen, kondensiert und in den Prozeß zurückgeführt wird und das abgeschiedene Eis vom Konzentrat getrennt und gegebenenfalls mit Wasser gewaschen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in erster Stufe anfallende Konzentrat in einer zweiten Stufe durch indirekten Wärmeaustausch unter Abscheiden von Eis weiterkonzentriert und das abgeschiedene Eis abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den indirekten Wärmeaustausch dasselbe Kältemittel verwendet wird wie für den direkten Kontakt mit der Flüssigkeit, und daß das in der zweiten Stufe verdampfte Kältemittel kondensiert und in den Prozeß zurückgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der zweiten Stufe abgetrennte Eis der zu behandelnden Flüssigkeit zugeführt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das in der zweiten Stufe anfallende Konzentrat gefriergetrocknet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem mit einer Einspritzeinrichtung für ein Kältemittel versehenen KristalHsator, einem K impresscr, einem Direktkontakt-Wärmeaustauscher und einer Einrichtung zum Abtrennen des Eises in der ersten Stufe, die feststoffseitig mit dem Zulauf und die waschfiussigkeitsseitig mit dem Ablauf des Direktkontakt- .Värmeaustauschers verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ersten Stufe vorgesehene Einrichtung zum Abtrennen des Eises eine Zentrifuge (29) ist, die. konzentratseitig mit einem indirekten V/ärmeaustauscher (44) verbunden ist, dem seinerseits eine Zentrifuge (48) zur Abtrennung des in der zweiten Stufe anfallenden Eises nachgeschaltet ist, und daB dem Direktkontakt-Wärmeaustauscher (24) käitemittelseitig ein Kondensator (26) nachgeschaltet ist.
DE2300468A 1972-01-05 1973-01-05 Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2300468C2 (de)

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