DE2321804B2

DE2321804B2 - Vorrichtung zum Waschen von Eiskristallen durch direkten Kontakt mit einem Kühlmittel

Info

Publication number: DE2321804B2
Application number: DE2321804A
Authority: DE
Inventors: Neophytos Riverdale N.Y. Ganiaris (V.St.A.)
Original assignee: Struthers Patent Corp Houston Tex (vsta)
Current assignee: Struthers Patent Corp Houston Tex (vsta)
Priority date: 1972-05-01
Filing date: 1973-04-30
Publication date: 1978-07-13
Also published as: GB1378193A; FR2183148B3; DE2321804C3; JPS536959B2; DE2321804A1; FR2183148A1; BR7303162D0; US3879956A; CA1007560A; JPS4941271A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Waschen von Eiskristallen durch direkten Kontakt mit einem Kühlmittel, mit einer von einem Brei aus Eiskristallen und auszuwaschender Flüssigkeit zwangszudurchströmender Rohrleitung und einem einen Teil eines Kreislaufs für das Kühlmittel bildenden Separationstank zur Trennung von ausgewaschener Flüssigkeit und Kühlmittel.

Üblicherweise werden in Lösung gebildete Eiskristalle wie z. B. bei der Gefrierumwandlung von Meerwasser in frisches Wasser oder bei der Orangensaftkonzentration, mit frischem Wasser gewaschen, wobei hierfür eine Anzahl verschiedener Verfahren Verwendung findet.

Als Beispiel sei ein Verfahren zum Waschen von Eiskristallen genannt (DE-AS 15 19 825), bei dem zur Durchführung des Verfahrens Zentrifugen eingesetzt werden. Dabei werden die beim Gefrierkonzentrieren von wässrigen Lösungen in einem Kristallisator gebildeten Eiskristalle durch die Zentrifugen vom Konzentrat abgetrennt, wobei das Waschen gleichzeitig mit dem Zentrifugieren erfolgt und das aus der wässrigen Lösung oder den Eiskristallen gewonnene

ι ο Eiswasser als Waschflüssigkeit verwendet wird.

Ein weiter bekanntes Verfahren (GB-PS 9 95 156) sieht das Waschen von Eiskristallen durch direkten Kontakt mit einem Kühlmittel vor, wobei eine Vorrichtung verwendet wird, bei der ein aus Eiskristallen und auszuwaschender Flüssigkeit bestehender Brei in einen großen Behälter eingeführt wird, in welchem die Trennung der Eiskristalle von der auszuwaschenden Flüssigkeit in erster Linie durch Aufschwimmen der Eiskristalle im Tank erfolgt. Dies erfordert allerdings eine gewisse, von außen kaum zu beeinflußende Zeit, und da sich der Bestand an Eiskristallen in diesem Behälter als Produkt der Zufuhr von Eiskristallen pro Zeiteinheit und Aufschwemmzeit errechnet, ist die Größe des Durchsatzes von Eiskristallen mit der Behältergröße gekoppelt. Je größer demnach der Durchsatz an Eiskristallen sein soll, desto größer wird zwangsläufig die Gesamtanlage.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kompakte und an die verschiedensten Ausstoßmengen gleichermaßen angepaßte Vorrichtung zum Waschen von Eiskristallen durch direkten Kontakt mit einem Kühlmittel zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Kühlmittel die Rohrleitung im Gegenstrom zum

J5 Brei durchsetzt, daß der Austritt des Kühlmittels aus der Rohrleitung durch eine perforierte Zone der Wand derselben gebildet ist und daß der Separationstank die perforierte Zone umgibt.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen

to den Durchsatz an Eiskristallen einfach durch eine Erhöhung der Fördergeschwindigkeit des Breis und der Umlaufgeschwindigkeit des Kühlmittels im Gegenstrom zu vergrößern, ohne die Vorrichtung bzw. die Rohrleitung notgedrungen vergrößern zu müssen.

Weitere Vorteile und Merkmale sind den Unteransprüchen 2 bis 6 zu entnehmen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Waschvorrichtung, wobei als Waschflüssigkeit Butan verwendet wird;

F i g. 2 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Ende einer Leitung, einen Salzwassertank und einen Schmelztank eines zweiten Ausführungsbeispiels, wobei als Waschflüssigkeit Butan verwendet wird; und

F i g. 3 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Ende einer Leitung, einen Salzwassertank und einen Schmelztank eines dritten Ausführungsbeispiels, wobei als Waschflüssigkeit ein fluorchlorierter aliphatischer Kohlenwasserstoff verwendet wird.

Die zu waschenden Eiskristalle werden durch die Direktkontaktkristallisation des Eises von Wasser gewonnen. Das dem Wasser zu diesem Zweck zugeführte Kühlmittel wird gleichzeitig als Waschflüssigkeit für die so gebildeten Eiskristalle benutzt.

Wie in F i g. 1 gezeigt, werden Eiskristalle 10 als Schlamm in einen Einfülltrichter 11 mit Hilfe irgend einer herkömmlichen Einrichtung (nicht abgebildet)

gegeben. Der Einfülltrichter 11 mündet in eine Leitung 12, welche einen Schneckenförderer 13 enthält, der von einem Getriebekopfmotor 14 angetrieben wird. Der Förderer 13 preßt die Kristalle zusammen und fördert sie durch die Leitung 12 mit einer Geschwindigkeit von 4 m pro Minute oder weniger.

Der Teil 15 der Wand der Leitung 12, die durch den Salzwassertank 16 geht, ist fein perforiert oder porös. Das Ende der Leitung 12, das in den Schmelztank 17 mündet, ist bei 18 abgeschnürt Ein Ringmantel 19 führt der Leitung 12 zwischen den Tanks 16 und 17 durch öffnungen 20 flüssiges Butan zu. Das Butan fließt entgegen der Bewegung der Eiskristalle 10 durch die Leitung 12 und tritt durch die poröse Wand 15 in den Salzwassertank 16 aus. Das Salzwasser, das durch den Einfülltrichter 11 in die Leitung 12 eintritt, wird aus den Eiskristallen 10 gedrückt und fließt durch die poröse Wand 15. Salzwasser, das durch Butan von den Eiskristallen 10 abgewaschen wurde, fließt ebenfalls durch die poröse Wand 15. Das Salzwasser 72 in Tank 11 setzt sich im flüssigen Butan 23 ab und wird durch das Rohr 24 entzogen.

Etwas Butan fließt von den öffnungen 20 zum Tank 17, jedoch reduziert die Verengung 18 den Butanfluß, indem sie die Kristalle 10 fester zusammendrückt. Durch Pumpen 25 und 26 wird Butan durch die Rohre 27 und 28 zum Ringmantel 19 gepumpt, um einen konstanten Kreislauf von flüssigem Butan als Waschflüssigkeit zu gewährleisten. Eiskristalle im Tank 17 setzen sich in dem Butan ab und werden durch einen Wärmeaustauscher 30 oder ähnlichem geschmolzen. Resultierendes Frischwasser 33 wird durch ein Rohr 31 entzogen.

Dem Salz- und Frischwasser wird weiter unter Vakuum Butan entzogen, und das wiedergewonnene Butan dem System wieder zugeführt. Dieses wiedergewonnene Butan und zusätzliches Butan zum Ausgleichen von Verlusten im System werden durch eine Pumpe 32 zurückgeführt. Die Temperatur des flüssigen Butans wird am besten durch seinen Druck geregelt. Wenn das Waschen der Kristalle etwas Schmelzen der Kristalle erforderlich macht, kann die Temperatur des Butans auf über O⁰C erhöht werden, obwohl wirksames Kristallwaschen im allgemeinen unter 0⁰C durchgeführt werden kann.

In F i g. 2 wird ein Eiskristall- und Salzwasserschlamm oder -matsch 39 von einem Förderer (nicht abgebildet) durch eine Leitung 40, ähnlich der in F i g. 1 gezeigten, gedrängt. Die Leitung 40 geht durch einen Sab.wassertank 41 zu einem Schmelztank 42 und besitzt einen porösen Wandteil 43 innerhalb des Tanks 41. Die Pumpe 44 entzieht dem Tank 41 flüssiges Butan 38 und bringt es zum Tank 42, so daß das Butan im Gegenstrom zu der Bewegung der Eiskristalle 39 in der Leitung 40 fließt. Das von den Eiskristallen 39 abgewaschene Butan und Salzwasser fließt durch die Wand 43. Das Salzwasser 45 klärt sich vom Butan 38 und wird durch das Rohr 46 entzogen. Die gewaschenen Eiskristalle 39 treten in den Tank 42 ein und setzen sich in dem sich darin befindlichen flüssigen Butan ab und werden mit Hilfe des Wärmetauschers 47 geschmolzen, um Frischwasser 48 zu erhalten, welches durch das Rohr 49 entzogen wird. Die Pumpe 50 ersetzt das durch das System verlorengegangene Butan. Entzogenes Salzwasser und Frischwasser werden weiter von Butan gereinigt. Die Temperatur des flüssigen Waschbutans wird dadurch reguliert, daß es, wie allgemein bekannt, unter gegebenem Druck teilweise verdampft wird. Je nach Wunsch kann das Waschen mit Butan bei über 0⁰C durchgeführt werden, um eine regulierte Oberflächenschmelzung auf den Kristallen zu erreichen, was eine vollständige Salzwasserentfernung garantiert.
In F i g. 3 ist eine Eiskristallwaschvorrichtung dargestellt, welche der in F i g. 2 ähnelt, jedoch wird als Waschflüssigkeit fluorchlorierter aliphatischer Kohlenwasserstoff benutzt. Eine Leitung 60 enthält Eiskristaü- und Salzwassermatsch 59, der von einem Förderer (nicht abgebildet) durch die Leitung hindurchgedrängt

ίο wird. Die Leitung 60 geht durch einen Salzwassertank 61 zu einem Schmelztank 62 und besitzt einen porösen Wandteil 63 innerhalb des Tanks 61. Die Pumpe 64 zieht den flüssigen fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff 58 aus dem Tank 61 und leitet ihn zum Tank 62, so daß der flüssige Kohlenwasserstoff gegen den Eiskristallmatsch 59 fließt, um die Eiskristalle zu waschen. Der von den Kristallen abgewaschene fluorchlorierte aliphatische Kohlenwasserstoff und das Salzwasser fließen durch die Wand 63. Das Salzwasser 65 schwimmt auf dem fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff 58 und wird durch das Rohr 66 entzogen. Die gewaschenen Eiskristalle 59 gelangen in den Tank 62 und schwimmen darin auf dem flüssigen Kohlenwasserstoff, wo sie mittels des Wärmetauschers 67 geschmolzen werden und Frischwasser 68 ergeben, welches durch das Rohr 69 entzogen wird. Das entzogene Salz- und Frischwasser kann weiter vom fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff gereinigt werden. Die Pumpe 70 ersetzt den im Waschteil des

3u Systems verlorengegangenen fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff. Die Temperatur des flüssigen fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoffs wird durch Druckregelung aufrecht erhalten und kann ebenfalls nach Wunsch auf über 0°C erhöht werden.

Die in F i g. 1 gezeigte Waschvorrichtung kann auch zum Waschen der Eiskristalle mit flüssigem fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff modifiziert werden. Die Tanks 16 und 17 werden mit gemeinsamen Pumpen und Verrohrungen abgeändert, so daß Frisch- und Salzwasser von den Tanks oben entfernt werden kann.

Hierbei können zahlreiche Arten von fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen benutzt werden, wie z. B. Octofluorcyclobutan, welches bei —5,8° C bei Luftdruck siedet und deshalb unter einem schwachen Vakuum benutzt werden sollte. Octofluorcyclobutan ist jedoch relativ teuer.

Von besonderer Bedeutung ist insbesondere der Gebrauch einer Mischung aus einem fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff mit der chemischen Formel CClF₂-CClF₂ und Difluordichlormethan in einem Verhältnis von etwa 80 :20, die den Siedepunkt in dem gewünschten Temperaturbereich aufweist und die Kosten für den fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff niedrig hält. Das Verhältnis kann zwischen 60:40 und 90:10 variiert werden und dennoch ausreichend nahe dem gewünschten Druck in der Waschvorrichtung wirksam sein. Difluoirdichlormethan allein bildet Hydrate; ein Gemisch aus Difluordichlormethan und einem fluorchlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoff mit der chemischen Formel CClF₂-CCIF₂ bildet keine Hydrate.

Verfahrensmäßig wird bei der Vorrichtung ein Salzwasser- und Eiskristallschlamm durch eine Leitung gepreßt und flüssiges Butan oder ein fluorchlorierter aliphatischer Kohlenwasserstoff als Waschflüssigkeit den Eiskristallen zugeführt, um das Salzwasser zu entfernen. Die Waschflüssigkeit wird zumindest teilwei-

se gegen die Bewegung der Eiskristalle durch die Leitung gepreßt und fließt von der Leitung durch einen perforierten Wandteil in einen Tank, in welchem Salzwasser und Waschflüssigkeit sich trennen. Ein zweiter Tank am Ende der Leitung nimmt die gewaschenen Eiskristalle auf, welche geschmolzen werden, während sie sich von der Waschflüssigkeit trennen. Die Waschflüssigkeit wird wieder in Umlauf gebracht. Mit dieser Verfahrensweise wird anhaftendes Salzwasser wirkungsvoll von Eiskristallen entfernt und zwar ohne Gebrauch von frischem Waschwasser, weshalb das Verfahren somit leistungsfähiger als die bekannten Verfahren ist.

An Stelle von Salzwasser kann sowohl Zitrussaft, Kaffee oder Tee als auch Bier oder Wein verarbeitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Waschen von Eiskristallen durch direkten Kontakt mit einem Kühlmittel, mit einer von einem Brei aus Eiskristallen und auszuwaschender Flüssigkeit zwangsdurchströmender Rohrleitung und einem einen Teil eines Kreislaufs für das Kühlmittel bildenden Separationstank zur Trennung von ausgewaschener Flüssigkeit und Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel die Rohrleitung (12, 40, 60) im Gegenstrom zum Brei durchsetzt, daß der Austritt des Kühlmittels aus der Rohrleitung durch eine perforierte Zone (15, 43, 63) der Wand derselben gebildet ist und daß der Separationstank (16,41,61) die perforierte Zone umgibt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsende der Rohrleitung (12) verengt ausgebildet ist und daß sich der Eintritt des Kühlmittels in die Rohrleitung zwischen der Verengung (IS) und der perforierten Zone (15) befindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgangsende der Rohrleitung (12, 40, 60) ein mit einer Heizung (30, 47, 67) versehener Schmelztank (17, 42, 62) für die Eiskristalle vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelztank (17) mit einem in den Kühlmittelkreislauf führenden Kühlmittelabzug (26, 28) versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Kühlmittel Butan und die auszuwaschende Flüssigkeit Salzwasser ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abzug für das Kühlmittel aus dem Separationstank (41) und der Abzug für das Kühlmittel (26,28) aus dem Schmelztank (42) — über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden — im oberen Bereich der beiden Tanks und die Heizung (30) im Bodenbereich des Schmelztanks befinden.

6. Vorrichtung nach Anspruchs wobei das Kühlmittel ein fluorchlorierter aliphatischen Kohlenwasserstoff und die auszuwaschende Flüssigkeit Salzwasser ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abzug für das Kühlmittel aus dem Separationstank und der Abzug für das Kühlmittel aus dem Schmelztank — über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden — im Bodenbereich der beiden Tanks und die Heizung im oberen Bereich des Schmelztanks befinden.