DE2343191C3

DE2343191C3 - Verfahren und Zerstäuber zur Herstellung von Pulver aus Milch o.a. Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2343191C3
Application number: DE2343191A
Authority: DE
Inventors: Jan Taastrup Pisecky; Ib Haugaard Frederikssund Soerensen
Original assignee: Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 1972-08-29
Filing date: 1973-08-27
Publication date: 1980-12-11
Also published as: IE38110B1; JPS4986935A; ES418266A1; IE38110L; FI56305B; FR2197519B1; DE2343191B2; SU587841A3; CA997203A; ZA735734B; DE2343191A1; SE392020B; FI56305C; AU470708B2; DK132161B; NL7311844A; FR2197519A1; GB1439540A; AU5971173A

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten durch Zerstäubungstrocknung unter Anwendung eines rotierenden Zerstäuberrades mit Ausschleuderöffnungen und unter Erhitzung der Flüssigkeit, bevor sie in eine Trockenkammer hinein zerstäubt wird.

Unter Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten werden allgemein Flüssigkeiten verstanden, bei welchen sich während des ersten Schrittes der Trocknung um die durch die Zerstäubung gebildeten Flüssigkeitspartikel ein zähes Häutchen bildet, das sich im Lau^fe des weiteren Trocknens aufgrund des durch die innere

ίο Verdampfung und Austreibung des in der Flüssigkeit enthaltenen gasförmigen Mediums vor allem durch erhöhten inneren Druck ausweitet Im Gegensatz hierzu stehen Flüssigkeiten, bei denen sich während des ersten Schrittes der Trocknung um die Tropfen eine feste Schale bildet, durch welche die Flüssigkeit oder der Dampf sowie enthaltene Luft herausdifundiert oder die — falls der innere Druck zu hoch wird — bersten kann.

Bei einem bekannten Verfahren zur Zerstäubungstrocknung von Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten führt der Gehalt an Luft in gelöster oder dispergierter Form zusammen mit der oben aufgeführten Eigenschaft dazu, daß das Pulver einen großen Gehalt an Vakuolen und somit eine kleine Schüttdichte erhält Die kleine Schüttdichte bedingt wiederum einen entsprechend hohen Aufwand an Verpackungsmaterialien und einen entsprechenden Platzb.edarf bei Versand tind Lagerung. Außerdem wird die eingeschlossene Luft beim Lösen des Pulvers frei und führt bei Anwendung des Pulvers zu einer störenden Schaumbildung. Schließlich bildet der voluminöse Aufbau des Pulvers, da dieses schädlichen Einflüssen durch die Umgebung besonders stark ausgesetzt ist, insbesondere eine Oxydation und eine Aufnahme von Feuchtigkeit; die eingeschlossene Luft selbst kann eine schädliche Oxydation des Pulvers bewirken, was sich auch durch eine entsprechende Aufbewahrung des Pulvers in einem indifferenten Gas oder im Vakuum nicht verhindern läßt

Als Beispiel für Materialien, bei deren Zerstäubungstrocknung die eben genannten Mangel auftreten, können neben Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten z. B. Vitamin-A-haltige Gelatinelösungen genannt werden. Unter die eben genannten Flüssigkeiten fallen auch solche, die als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Nahrungsmitteln, Genußmitteln und Futtermitteln dienen.

Bei der Zerstäubungstrocknung Vitamin-A-haltiger Gelatinelösungen bewirkt die in der Lösung enthaltene Luft, daß der Vitamin-A-Gehalt des zerstäubten Pulvers durch die Oxydation herabgesetzt wird, welche teils durch die in den Vakuolen des Pulvers eingeschlossene, sauerstoffhaltige Luft und teils durch den Sauerstoff der atmosphärischen Luft verursacht wird; der Sauerstoff der atmosphärischen Luft greift das Α-Vitamin aufgrund des besonderen Aufbaus besonders leicht an, der das Pulver aufgrund seines Luftgehalts in der Ausgangslösung erhält.

Als weiteres Beispiel für eine Flüssigkeit wäre Eiweiß zu erwähnen; das erhaltene Eiweißpulver ist voluminöser als beabsichtigt

6Ω Eine Zerstäubung mit Hilfe von Düsen führt in der Regel zu einer geringeren Menge an eingeschlossener Luft als beispielsweise eine Zerstäubung mit Hilfe eines rotierenden Zerstäuberrades, jedoch ist die Durchsatzleistung gewöhnlicher Düsen recht klein, so daß man sich einer großen Anzahl solcher Düsen bedienen muß, um dieselbe Produktionskapazität zu erhalten, die sich mit einem einzigen Zerstäuberrad erzielen läßt Zwar sind in letzter Zeit auch Düsen mit sehr großer

Durchsatzleistung entwickelt worden, doch erhält das Pulver bei der Zerstäubung mit derartigen Düsen einen ebenso großen Gehalt an eingeschlossener Luft wie bei einer etwaigen Anwendung eines Zerstäuberrades.

In der GB-PS 10 44 501 ist ein Verfahren beschrieben, nach welchem man unter anderem einen kleineren Gehalt an eingeschlossener Luft in einem pulverförmigen Milcherzeugnis erzielen kann; gemäß diesem Verfahren wird zunächst eine Konzentration der Milch auf einen trockenen Substanzgehalt von vorzugsweise 50—55% vorgenommen; vor der eigentlichen Zerstäubung erfolgt eine Erhitzung der Milch auf eine Temperatur, die in etwa zwischen 60 und 65° liegt Diese Erhitzung wird wohl vorgenommen, um eine Kristallisation von Laktose während des Trocknens zu vermeiden, indem die Anwendung einer besonders hohen Konzentration des Ausgangsmaterials als entscheidend für die Erzielung einer hohen Schüttdichte des Pulvers angegeben wird. Dieses bekannte Verfahren soll besonders geeignet sein, wenn Düsen für die Zerstäubung benutzt werden, wobei jedoch auch bei Anwendung eines Zentrifugalzerstäubers manchmal gute Ergebnisse erzielt werden könnten; für diesen FdI wird angegeben, daß bei Versuchen eine Schüttdichte von 0,55 g/cm³ des zerstäubungsgetrockneten Erzeugnisses und ein Gehalt an eingeschlossener Luft von 20 bis 30 cmViob g erreicht würde. Es ist jedoch wünschenswert, einen wesentlich kleineren Gehalt an eingeschlossener Luft und eine entsprechend höhere Schüttdichte des Pulvers zu erreichen.

Bei der Anwendung von Zweistoffdüsen ist es auch bekannt, als Zerstäubungsmedium Dampf an Stelle von Druckluft zu verwenden. Hierbei erfolgt zwar auch eine Erhitzung, aber die Wirkung besteht in erster Linie darin, daß man teilweise vermeidet, daß in der Düse zusätzliche Luft in die Flüssigkeit eingepeitscht wird.

Aus der DE-AS 11 05 347 ist bekannt, daß sich die Schüttdichte des Pulvers durch Vergrößerung oder Minderung des Gehaltes an Luft in der Flüssigkeit, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, verkleinern bzw. vergrößern läßt Zur Entfernung der Luft wird Umrühren im Vakuum, eventuell unter Anwendung von Ultraschall, vorgeschlagen. Wird eine Flüssigkeit, die in einem gesonderten Schritt des Prozesses vor der Zerstäubungstrocknung auf diese Weise entlüftet worden ist, mit einem rotierenden Zerstäuberrad zerstäubt, hat sie jedoch die Möglichkeit, in demjenigen Augenblick, in dem sie in das Zerstäuberrad eingeleitet und einer hohen Beschleunigung unterworfen wird, wieder Luft aufzunehmen.

Es ist z. B. aus der US-PS 22 68 871 bekannt, die Milch, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, im Vakuum einzudampfen. Hierbei wird zwar ein wesentlicher Anteil der in der Milch enthaltenen Luft entfernt, doch wird die Milch auch in diesem Fall bei ihrem Einleiten in das Zerstäuberrad wieder Luft aufnehmen können, da die Temperatur der Milch zu diesem Zeitpunkt niedriger ist als ihr Siedepunkt bei dem im Zerstäuberrad herrschenden Druck.

Schließlich ist aus der GB-PS 7 12 823 bekannt, ein Pulver mit kleinerem Luftgehalt und größerer Schüttdichte zu erzielen, indem man den Gehalt der Flüssigkeit an Luft vor der Zerstäubung durch Zentrifugieren reduziert. Dieses Vorfahren führt jedoch nur dazu, die geringe I .uft zu entfernen, die sich in Form kleiner Blasen in der Flüssigkeit befindet, nicht aber diejenige Luft, die in der F Bissigkeit gelöst ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Auftreten der obengenannten Mängel, die auf den Luftgehalt der oder die Aufnahme von Luft in die Flüssigkeit zurückzuführen sind, welche unter Anwendung eines rotierenden Zerstäuberrades zerstäubungsgetrocknet werden soll, auf wirkungsvollere Weise auszuschalten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Flüssigkeit auf eine derartige Temperatur gebracht wird, daß im Zerstäuberrad selbst eine lebhafte

ίο Gasentwicklung, eventuell ein Sieden der Flüssigkeit, erfolgt und daß das entwichene Gas vor der Zerstäubung entfernt wird.

Dadurch, daß man eine solche Temperatur anwendet, daß eine lebhafte Gasentwicklung auftritt, was im allgemeinen eine Temperatur bedeutet, die mit dem Siedepunkt beim vorhandenen Druck zusammenfällt oder in dessen Nähe liegt, ist es möglich, den größten Teil des Luftgehaltes der Flüssigkeit zu entfernen, doch um das gewünschte Resultat zu erreichen, ist es auch erforderlich, daß diese Gasentwickk. ^ während des eigentlichen Einlesens der Flüssigkeit in das Zerstäuberrad kurz vor der Zerstäubung erfolgt und daß das entwichene Gas vor der Zerstäubung entfernt wird, da sonst die Gefahr besteht, daß die Flüssigkeit vor der Zerstäubung aufs neue Gas aufnimmt

Die Flüssigkeit kann dadurch auf die erforderliche Tempe:atur gebracht werden, daß sie entweder in einem selbständigen Schritt des Prozesses oder im Zuge einer vorhergehenden Behandlung erhitzt wird.

Dort wo die Erhitzung erfolgt, braucht keine ausgeprägte Gasentwicklung stattzufinden, wenn nur sichersteht daß die erzielte Temperatur zu einer lebhaften Gas- oder Dampfentwicklung beim Einleiten der Flüssigkeit in das Zerstäuberrad führt, d. h. in dem Augenblick, in welchem die Flüssigkeit eine hohe Beschleunigung erfährt und sonst dazu neigen würde, Luft aufzunehmen.

Die Erhitzung kann teils in der Speiseleitung des Zerstäubers und teils durch Einblasen von Dampf in das Zerstäuberrad erfolgen.

Beispielsweise kann man die Flüssigkeit auf ungefähr IGO⁰C oder mehr erhitzen, während sie sich in der Speiseleitung des Zerstäubers befindet, ohne daß dort eine wesentliche Gasentwicklung stattfindet, da in der

Regel in der Speiseleitung ein erheblicher Überdruck herrscht und die Flüssigkeit somit eine hohe Siedetemperatur hat, aber wenn die auf diese Weise erhitzte Flüssigkeit in das Zerstäuberrad des Zerstäubers gelangt, wo ein wesentlich niedrigerer Druck herrscht,

so findet eine lebhafte Gasentwicklung statt

Es hat sich gezeigt, daß durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens außerordentlich gute Ergebnis? erzielt werden, und zwar läßt sich z. B. ein Milchpulver mit einem Gehalt an eingeschlossener Luft von 5cmV100g erreichen, d.h. mit einem wesentlich kleineren Gehalt als sich nach dem aus der GB-PS 7 12 823 bekannter Verfahren erreichen ließ.

Auch bei der Zerstäubungstrocknung von Eiweiß wird ein weniger voluminöses Erzeugnis erzielt, als es bisher möglich war. Das gleiche gilt bei der Zerstäubungstrocknung von vitamin-A-haltigen Gelatineiösungen; in diesem Fall wird der besondere Vorteil erreicht, daß das hergestellte Pulver eine bessere Haltbarkeit aufweist, da das Vitamin in wesentlich kleinerem Umfang oxydiert wird Dit Erhitzung kann durch Einleiten von Dampf in die Flüssigkeit an derjenigen Stelle erfolgen, von der aus sich die Flüssigkeit zu den Ausschleuderöffnungen bewegt und zwar in einem

Zeitraum, der kurz genug ist, um eine Hitzeschädigung der Trockensubstanz in der Flüssigkeit zu vermeiden. Durch die Erhitzung durch Einleiten von Dampf wird erreicht, daß sich die Flüssigkeit sehr schnell auf die gewünschte Temperatur bringen läßt, so daß die Gefahr einer Hitzeschädigung der Trockensubstanz in der Flüssigkeit in der eigentlichen Erhitzungsperiode gemindert wird.

Sofern die Flüssigkeit, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, dagegen keinen direkten Kontakt mit Wasserdampf vertrag :ann man eine mittelbare Erhitzung an derjenigen Stelle vornehmen, von der aus sich die Flüssigkeit zu den Ausschleuderöffnungen bewegt, und zwar in einem Zeitraum, der kurz genug ist, um eine Schädigung der Trockensubstanz in der Flüssigkeit zu verhindern.

Auch kann die Erhitzung in der Speiseleitung des Zerstäubers oder einem damit verbundenen Flüssigkeitsverteiler erfolgen, was eine einfache und leicht zu regelnde Erhitzung ermöglicht. Um den Zeitraum, in welchem die Flüssigkeit der erhöhten Temperatur ausgesetzt ist, so kurz wie möglich zu machen, kann es zweckmäßig sein, die Erhitzung im Zerstäuberrad selbst vorzunehmen.

In den Fällen, in denen die Gefahr besteht, daß die Erhitzung der Flüssigkeit auf diejenige Temperatur, bei der die Flüssigkeit bei atmosphärischem Druck siedet, schädigende Wirkung auf die Flüssigkeit hat. ist es zweckmäßig, zur Erniedrigung des Siedepunktes der Flüssigkeit im Flüssigkeitszuleitungsraum des Zerstäuberrades ein Vakuum zu erzeugen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Zerstäuber zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zu schaffen.

Die Aufgabe wird bei einem Zerstäuber mit einem Zerstäuberrad, das zwei Sätze von Ausschleuderöffnungen aufweist, welche in Axialrichtung mit Abständen voneinander angeordnet sind und beide mit je einem von zwei ringförmig um die Achse des Rades angebrachten Zuieitungsräumen in Verbindung stehen, von denen der eine Zuleitungsraum mit wenigstens oini»tr» 7iil*»ttiinacrnhr fiir Hip Fliissiakpit in VprhinHiino steht und die beide durch wenigstens eine Öffnung miteinander verbunden sind, wobei die Ausschleuderöffnungen des zweiten Zuleitungsraumes so ausgebildet sind, daß die von diesen Öffnungen hervorgebrachte Gebläsewirkung die von den Ausschleuderöffnungen des ersten Zuleitungsraumes erzeugte Gebläsewirkung übersteigt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei konzentrische, ringförmig um die Achse des Rades angebrachte Kanäb vorgesehen sind, die beide in den ersten Zuleitungsraum münden und von denen der eine eine mit wenigstens einem Flüssigkeitseinleitungsrohr und der andere mit wenigstens einem Dampfeinleitungsrohr verbunden ist

Bei bekannten Zerstäuberrädern mit zwei Sätzen von Ausschleuderöffnungen, die mit je einem von zwei Zuleitungsräumen in Verbindung stehen, werden zwei verschiedene Materialien, z. B. zwei verschiedene Flüssigkeiten, in die beiden Zuleitungsräume eingeleitet, so daß jedes dieser beiden Materialien für sich zerstäubt wird. Beim erfindungsgemäßen Zerstäuber wird dagegen nur der eine Zuleitungsraum mit den zugehörigen Ausschleuderöffnungen für die Zerstäubung benutzt, während der zweite Zuleitungsraum, der durch eine Anzahl von Kanälen oder eine öffnung mit dem ersten in Verbindung steht, in Wirklichkeit als Zentrifugalgebläse zum Abziehen des nach dem obigen Verfahren im ersten Zulcitungsraum entwickelten Gases benutzt wird.

Es wäre denkbar, nur ein einzelnes Zerstäuberrad zu verwenden, bei welchem auf entsprechende Weise das > entwickelte Gas dadurch entfernt wird, daß im Zwischenraum zwischen dem Rad und dem Mantel des Zerstäubers Schaufeln am Rad angebracht sind. Hierdurch läßt sich ein entsprechendes Absaugen des Gases erreichen; doch da in der Regel vom Gas eine in erhebliche Menge Flüssigkeitstropfen mitgerissen wird ist die Gefahr groß, daß man dann Ablagerungen aiii dem Mantel und der Außenseite des Rades erhält, die zu häufigen Betriebsstörungen führen. Dies wird beim erfindungsgemäßen Zerstäuber vermieden, weil die ι) Flüssigkeitstropfen, die vom Gas mitgerissen werden zusammen mit dem Gas durch die Ausschleuderöffnungen des zweiten Zuleitungsraumes herausgeschleudert werden.

Bei Benutzung eines üblichen Zersiäuberraues soiiie

-'it dieses so bemessen sein, daß bei laufendem Rad die Ausschleuderöffnungen nicht ganz oder teilweise mit Flüssigkeit gefüllt werden, z. B. derartiger Räder, bei denen die Ausschleuderöffnungen die Form von Kanälen mit rechteckigem Querschnitt h.iben und sich

-'"> die Flüssigkeit als verhältnismäßig dünne Schicht aul der einen Kanalwand durch die Kanäle bewegt. In einem derartigen Rad wird das entwickelte Gas aufgrund der Gebläsewirkung durch die Kanäle hinausgeblasen, und die Erfahrung hat gezeigt, daß bei

in solchen Rädern kein sonderlicher Trend dazu besteht.

daß die Flüssigkeit b»vim Durchlaufen der Kanäle in der Form eines dünnen Films auf den Kanalwänden Luft aufnimmt. Somit besteht auch nicht die Gefahr, daß das abgegebene Gas in den Kanälen aufs neue von der

3") Flüssigkeit aufgenommen wird.

Es kann jedoch zu Schwierigkeiten führen, falls die Gasentwicklung in der dünnen Flüssigkeitsschicht in den Kanälen m erheblichem Grad fortsetzt, weshalb dem erfindungs^emäßen Zerstäuber in eier Regel der Jii Vorzug zu geben ist, da man das Zerstäuberrad mit Flüssigkeit gefüllten Ausschleuderöffnungen betreiben und trnt7riem mit Sicherheit das entwickelte Gas entfernen kann.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren 4i sowie ein dafür besonders geeigneter Zerstäuber beispielsweise näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch und teilweise im Schnitt den unteren Teil einer Ausführungsform eines Zerstäubers, F i g. 2 schematisch einen Schnitt durch den unterer Teil einer anderen Ausführungsform eines Zerstäubers,

Fig. 3 schematisch ein Detail von Fig. 1 in Draufsicht und

Fig.4 eine Prinzipskizze, die eine bevorzugte Anwendungsform des Verfahrens veranschaulicht
Die auf der Zeichnung dargestellten Zerstäuber sind bei ihrer Anwendung auf gewöhnliche Weise oben ir nicht eingezeichneten Trockenkammern montiert

In F i g. 1 ist die Welle 1 des Zerstäubers zu sehen, an deren unterem Ende ein Zerstäuberrad 2 mit Hilfe einer Mutter 3 befestigt ist

Das Zerstäuberrad hat zwei übereinanderliegende Zuleitungsräume 4 und 5, die die Form koaxial mit der Welle 1 angeordneter Ringkammern besitzen.

Vom Zuleitungsraum 4 führt eine Anzahl Aus-Schleuderöffnungen 6 und vom Zuleitungsraum 5 eine Anzahl Ausschleuderöffnungen 7 nach außen zum Rand des Rades.

Die Öffnungen 6 haben bei der gezeigten Ausfüh-

rungsform die Form zylindrischer Bohrungen; das Rad kann beispielsweise mit vier dieser Bohrungen versehen sein, die mit 90° Zwischenraum auf den Umfang des Rades verteilt sind.

Die Ausschleuderöffnungen 7 sind bei der dargestellten Ausführungsform als Kanäle mit rechteckigem Querschⁿitt ausgebildet; von diesen können etwa 24, gleichmaßig auf den Umfang des Rades verteilt, vorhanden sein.

Die beiden Zuleitungsräume 4 und 5 sind durch eine waagerechte Wand 8 voneinander getrennt, stehen jedoch durch Bohrungen 9 in dieser Wand 8, von welchen Bohrungen beispielsweise vier vorgesehen sein können, miteinander in Verbindung.

Das Rad unterscheidet sich somit dadurch von den gewöhnlichen zweistöckigen Rädern, daß die beiden Zuleitungsräume miteinander in Verbindung stehen.

Der über dem Zerstäuberrad befindliche Teil des Zerstäubers ist von einem Mantel M umschlossen, der eine sich nach unten verjüngende Außenfläche hat, deren kleinster Durchmesser dem äußeren Durchmesser des Zerstäuberrades 2 entspricht.

Unten im Mantel Il ist die Welle 1 von einem Tragstück 12 umgeben, welches den Abschluß eines nicht eingezeichneten Lagerrohres bildet. In das Tragstück 12 ist ein Steuerlager 13 für die Welle 1 eingesetzt.

Der Zerstäuber hat zwei nicht eingezeichnete Speiserohre, die durch je einen Kanal 16 bzw. 17 im Tragstiick 12 mit einer Ringkammer 18 verbunden sind, die im Tragstück 12 am unteren Ende desselben ausgebildet und koaxial mit der Welle 1 angeordnet ist.

Unten am Tragstück 12 ist ein Flüssigkeitsverteiler 19, 20 angebracht, der aus zwei konzentrisch um die Welle 1 angebrachten, buchsenförmigen Teilen 19 und

20 besteht, die zwischen sich einen ringförmigen Kanal

21 bilden.

Die Ringkammer 18 ist vom Kanal 21 mit Hilfe eines am Teil 20 befindlichen Flansches 22 abgetrennt, doch stehen die Ringkammer 18 und der Kanal 21 durch Bohrungen 23 irr; Flansch 22 miteinander in Verbindung.

γλ:«. t~;j« «α ·—·* "χ» -j-j jJs—-j der ri~~ic™;-c Kanal 21 sind bis hinunter in den Zuleitungsraum 4 geführt, der somit mit den Speiserohren in Verbindung steht.

Bei Anwendung des beschriebenen Zerstäubers zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich beispielsweise Magermilchkonzentrat durch den Kanal 16 und gesättigter Dampf unter geeignetem Überdruck durch den Kanal 17 einleiten.

Der Dampf wird dann in der Ringkammer 18 mit dem Milchkonzentrat vermischt und erhitzt dadurch das Konzentrat

Aufgrund des Druckes erfolgt keine wesentliche Gasentwicklung in der Ringkammer 18, aber sobald die Flüssigkeit durch den Ringkanal 21 in den Zuleitungsraum 4 gelangt, wo ein wesentlich niedrigerer Druck herrscht, findet eine lebhafte Gasentwicklung statt Das Gas besteht in diesem Fall aus einem Luft-Wasserdampf-Gemisch.

Aufgrund der Rotation des Rades wird die Flüssigkeit auf bekannte Weise durch die Ausschleuderöffnungen 6 hinausgeschleudert und in eine nicht eingezeichnete Trockenkammer hinein zerstäubt, in welcher die Flüssigkeitspartikeln mit Hilfe von Warmluft getrocknet werden, so daß ein Milchpulver entsteht

Der obere TeD des Zerstäuberrades mit dem Zuleitungsraum 5 und den Ausschleuderöffnungen 7 wirkt wie ein Zentrifugalgebläse, so daß im Zuleitungsraum 5 ein Unterdruck erzeugt wird. Ein derartiger Unterdruck entsteht an sich auch im Zuleitungsraum 4. doch wird der Druck im Raum 5 wesentlich niedriger als der Druck im Raum 4, was darin resultiert, daß das im -> Raum 4 entwickelte Gas durch die Öffnungen 9 in den Raum 5 hochgesaugt und durch die öffnungen 7 hinausgeblascn wird.

Bei der Gasentwicklung im Raum 4 wird unweigerlich Flüssigkeit mitgerissen, die zusammen mit dem Gas in

in den Raum 5 hochgesaugt und somit auch zusammen mit dem Gas durch die öffnungen 7 in der Form von Flüssigkeitspartikeln hinausgeschleudert wird, die sich mit dem Hauptanteil derjenigen Partikeln vermischen, die durch die Öffnungen 6 hinausgeschleudert werden.

i--i Zwischen den rotierenden und den stillstehenden Teilen muß notwendigerweise ein gewisser Abstand bestehen, und es entsteht somit ein gewisser Spalt 24 an der Innenkante 25 der Decke 10 des Rades und ebenfalls ein Spalt 26 zwischen dem Rad und dem Mantel 11.

2(i Infolge des Unterdruckes im Raum 5 könnte deshalb die Gefahr bestehen, daß aus der umgebenden Trockenkammer Luft in den Spalt 26 hineingesaugt wird, die feuchte Partikeln mit sich führt, welche sich auf den Rändern des Rades und des Mantels absetzen und

r> wegen der Temperatur an dieser Stelle zu einer harten Ablagerung trocknen könnten, die den Spalt 26 verhältnismäßig schnell ausfüllen und damit den Betrieb des Zerstäubers stören würde.

Um dies zu vermeiden, ist zwischen dem Mantel 11

«ι und dem Tragstück 12 ein ringförmiger Kanal 27 vorgesehen, der auf nicht gezeigte Weise, vorzugsweise durch ein Filter, mit der Atmosphäre in offener Verbindung steht.

Da im ringförmigen Kanal 27 ein wesentlich kleinerer

i> Luftwiderstand als im Spalt 26 besteht, wird der durch den Spalt 24 erzeugte Sog hauptsächlich durch den Kanal 27 Luft in den Raum S einsaugen, und da die Oberfläche des rotierenden Rades außerdem eine gewisse Gebläsewirkung hat, wird zusätzlich aus dem Kanal 27 stammende Luft durch den Spalt 26 hinausgeblasen, so daß das Entstehen von Ablagerun-

L vci iimuci ι wii u.

Die Wirkung läßt sich dadurch verstärken, daß auf der Oberseite des Rades Schaufeln angebracht werden, wie

v, sie in F i g. 2 dargestellt sind, und diese können eventuell so bemessen sein, daß die erzielte Gebläsewirkung dazu ausreicht, die Saugwirkung des Kanals 24 zu überwinden, und in diesem Fall ließe sich der ringförmige Kanal 27 entbehren.

5(i Eventuell kann auch Druckluft in den ringförmigen Kana¹27 eingeleitet werden.

Statt das eine Speiserohr für Flüssigkeit und das andere für Dampf zu benutzen, kann man Flüssigkeit durch beide Speiserohre einleiten und Dampfleitungen statt in der Nähe des Zerstäubers an die Speiserohre anschließen, so daß auf diese Weise Dampf in die Flüssigkeit injiziert wird. An Stelle der direkten Erhitzung mit Hilfe von Dampf kann auch indirekte Erhitzung Anwendung finden, z. B. dadurch, daß in die Speiserohre ein geeigneter Wärmeaustauscher eingeschaltet wird

Fig.2 veranschaulicht eine Ausführungsform des Zerstäubers, bei der es möglich ist. Dampf in den Zuleitungsraum einzublasen, in weichen die zu trock- nende Flüssigkeit eingeleitet wird.

An der Welle 101 des Zerstäubers ist ein Zerstäuberrad 102 mit Hilfe einer nicht gezeichneten Mutter befestigt

Das Zerstäuberrad hat genau wie das in Fig. 1 dargestellte Zerstäuberrad zwei übereinanderliegende Zuleitungsräume 104 und 105, die die Form von Ringkammern besitzen, von welchen aus Ausschleuderöffnungcn 106 bzw. 107 zur Peripherie des Rades führen. Diese Ausschlei"ieröffnungen können z. B. so ausgeführt sein, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben. In allen Fällen muß die Dimensionierung und das Verhältnis zwischen der Anzahl der Öffnungen 106 und der Anzahl der Öffnungen 107 so abgestimmt sein, daß die von den öffnungen 107 hervorgebrachte Gebläsewirkung die von den öffnungen 106 hervorgebrachte Gebläsewirkung übertrifft.

Die beiden Zuleitungsräume sind durch eine waagerechte Wand 108 teilweise voneinander getrennt. Im Gegensatz zu der in F i g. 1 gezeigten Wand 8 sind in der Wand 108 keine durchgehenden Bohrungen vorgesehen, weil diese dadurch überflüssig gemacht worden sind, daß die Wand die heidfin 7n|pitiino«:räiimr> nir-ht vollständig gegeneinander absperrt, sondern Platz für einen ringförmigen Durchtritt 150 läßt, durch welchen das freigewordene Gas zusammen mit dem Dampf in den Raum 105 hochgesaugt werden kann.

Der Raum 105 ist oben durch eine Decke 110 abgegrenzt, auf deren Oberseite eine Anzahl Schaufeln 151 befestigt ist, deren Anordnung aus Fig.3 hervorgeht.

Der über dem Zerstäuberrad befindliche Teil des Zerstäubers ist teilweise von einem Mantel 111 umschlossen, von dem nur der untere Teil eingezeichnet ist.

Der obere Teil der Welle 101 ist von einem Tragrohr 112 umgeben, von dem nur der untere Teil gezeigt ist und das in einem flanschförmigen Teil 152 endet. An diesem Teil 152 ist ein Zwischenstück 153 befestigt, welches in seinem unteren, zentralen Teil Platz für ein nicht gezeigtes Steuerlager für die Welle 101 hat

Der Zerstäuber hat ein Rohr 154 für die Einleitung von Dampf, v/elches mit einer Bohrung 155 im Zwischenstück 153 verbunden ist, und außerdem ein Zuleitungsrohr 156 für Flüssigkeit, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, welches Rohr mit einer zweiten Bohrung la/ im /.wiscnenstucK I5J verbunden ist

Ein Tragring 158, der teilweise vom Mantel 111 umschlossen wird, ist auf der Unterseite des Zwischenstückes 153 längs dessen Peripherie festgehalten.

An diesem Tragring 158 ist eine äußere buchsenförmige Leitwand 159 befestigt währ.nd unten am Zwischenstück 153 eine mittlere buchsenförmige Leitwand 160 und eine innere buchsenförmige Leitwand 161 befestigt ist. Die Leitwände 159,160 und 161 führen alle in den Zuleitungsraum 104 hinunter.

Durch durchgehende Bohrungen im Zwischenstück 153 und im Tragring 158 ist ein Luftzuleitungsrohr 162 hindurchgeführt, das in den ringförmigen Kanal 127, der von Teilen der äußeren Leitwand 159 und dem Tragring 158 begrenzt wird, einmündet Am anderen Ende ist das Rohr an ein Luftfiker 163 angeschlossen.

Bei in Betrieb befindlichem Zerstäuber wird die Welle 101 und damit das Rad 102 mit Hilfe eines nicht gezeigten Elektromotors in Rotation versetzt Die Flüssigkeit, die zerstäubungsgetrocknet werden soll, strömt vom Rohr 156 durch die Bohrung 157 in eine Ringkammer 118, die von Teilen des Zwischenstückes 153 und den Leitwänden 160 und 161 begrenzt wird ¹On hier aus gelangt die Flüssigkeit durch einen von den Leitwänden 160 und 161 gebildeten ringförmigen Kanal 164 in den dem Zentrum des Zerstäuberrades zugekehrten Tei' des Raumes 104.

Gleichzeitig wird trockener, gesättigter Dampf aus dem Rohr 154 durch die Bohrung 155 in einen ringförmigen Kanal 165 geleitet, der oben vom

j Zwischenstück 153, auf der Außenseite vom Tragring 158 sowie der äußeren Leitwand 159 und auf der Innenseite von der inneren Leitwand 161 abgegrenzt wird. Vom Kanal 165 aus gelangt der Dampf in den Raum 104 in der Form eines ringförmigen Strahls,

ίο welcher den Raum umschließt, der die Flüssigkeit aus dem Kanal 164 entgegennimmt.

Wenn die Flüssigkeit aus dem Kanal 164 in den inneren Teil des Raumes 104 hinuntergelangt, findet in der Flüssigkeit eine kräftige Gas- und Dampfentwick-

r> lung statt, und gleichzeitig wird die Flüssigkeit unter kräftiger Turbulenz durch die plötzliche Berührung mi: dem rotierenden Zerstäuberrad beschleunigt. Während die Flüssigkeit danach in Richtung Ausschleuderöffnun- ^en ίΟΘ strömt wird dss frsi^cvcrderis GuS und der Dampf schnell durch den durch den Kanal 165 kommenden Dampfstrom weggeführt so daß die Gefahr, daß das Gas wieder von der Flüssigkeit aufgenommen wird, wesentlich gemindert wird. Darüber hinaus liegt die Bedeutung des aus dem Kanal 165 kommenden Dampfstromes darin, daß er sicherstellt, daß die Flüssigkeit genau an der kritischen Stelle, wo sie zuerst mit dem rotierenden Rad in Berührung kommt, auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.

Der Dampfstrom, der das von der Flüssigkeit

jo abgegebene Gas und den von der Flüssigkeit abgegebenen Dampf aufgenommen hat, wird aufgrund der von den öffnungen 107 hervorgebrachten Gebläsewirkung zusammen mit mitgerissenen Flüssigkeitstropfen durch die zwischen der Wand 108 und der äußeren Leitwand

JS 159 befindliche ringförmige öffnung 150 in den Raum 105 hochgesaugt. Aus dem Raum 105 wird der gas- und

flüssigkeitstropfenhaltige Dampf durch die öffnungen 107 ausgeschleudert.

Bei der Rotation des Rades haben die Schaufeln 151 eine Gebläsewirkung, die mit sich führt, daß Luft durch das Filter 163, das Rohr 162 und den ringförnrnen Kanal 127 gesaugt und durch den Zwischenraum zwischen dem Tragring 158 und der Decke 110 hinausgeblasen wird. Hierdurch wird verhindert, daß Luft aus der Trockenkammer durch den ringförmigen Spalt zwischen der Decke 110 und der äußeren Leitwand 159 in den Raum 105 eingesaugt wird, und daß die damit verbundenen, weiter vorn beschriebenen Nachteile auftreten. Durch geeignete Dimensionierung der Schaufein kann eine Verstärkung des Vakuums erzielt werden, das in den Räumen 104 und 105 herrscht so daß die Luftentfernung noch effektiver gemacht wird.

F i g. 4 veranschaulicht schematisch eine zweckmäßige Anordnung von Anschlußelementen an den in F i g. 2

ss dargestellten Zerstäuber.

Die Flüssigkeit die zerstäubungsgetrocknet werden soll, wird durch eine Leitung 166 in eine Einheit 167 für direkte Dampfinjektion geleitet Alternativ kann die Flüssigkeit zwecks indirekter Erhitzung in einen Wärmeaustauscher 168 geleitet werden. Diese letztgenannte Alternative kommt speziell dann in Betracht, wenn Flüssigkeit zerstäubungsgetrocknet werden soll, die nach dem Gesetz nicht durch direkte Berührung mit Dampf erhitzt werden darf.

Von der Einheit 167 oder 168 wird die Flüssigkeit durch eine Leitung 169 zu einem Nadelventil 170 geleitet, das mit dem Rohr 156 verbunden ist, welches mit dem entsprechenden Rohr in F i g. 2 identisch ist

In die Leitung 169 ist ein lemperaturfühlter 171 eingesetzt, der einen Signalgeber 172 steuert. Dieser steht z. B. ruf pneumatischem Wege mit einem Regler 173 in Verbindung, der, ebenfalls z. B. pneumatisch, ein Regelventil 174 für Dampf steuert.

Von einem Reduktionsventil 175 wird gesättigter, trockener Dampf teils durch ein Nadelventil 176 zum Rohr 154 (das mit dem entsprechend bezeichneten Rohr in Fig.2 identisch ist), teils durch das obengenannte, vom Regler 173 gesteuerte Ventil 174 zur Einheit 167 für direkte Dampfinjektion oder zum Wärmeaustauscher 168 geleitet. Im letztgenannten Fall entweicht der teilweise kondensierte Dampf durch eine Leitung.

Es versteht sich von selbst, daß bei der praktischen Ausführung des Systems Manometer und mehrere Ventile als die -czeigten in die Anlage eingeschaltet sind.

Beispiel 1

Es wurde eine Zerstäubungstrocknungsanlage vom Fabrikat NIRO ATOMIZER benutzt. Der Durchmesser der Trockenkammer betrug 6 m. Die Anlage war mit einem Zentrifugalzerstäuber wie dem in Fig. 1 gezeigten ausgerüstet. Der Durchmesser des Zerstäuberrades betrug 210 mm und der untere Zuleitungsraum des Rades hatte vier Ausschleuderöffnungen mit einem Durchmesser von 2 mm. Die Breite des Spalts zwischen dem Rad und dem äußeren Mantei des Zerstäubers betrug 3 mm. Der koaxiale Kana' 27 im Zerstäuber war 5 mm breit und stand durch ein Filter mit der Atmosphäre innerhalb der Trockenkammer in Verbindung.

380 kg/h Magermilchkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 43% und einer Temperatur von 30°C wurden aus einem Tank zum Zerstäuber gepumpt. An die Speiseleitung für das Konzentrat war etwa 1,5 m vor dem Zerstäuber ein Rohr angeschlossen, mit dessen Hilfe gesättigter Dampf mit einem Druck von 2,5 kg/cm² in einer solchen Menge in das Magermilchkonzentrat injiziert wurde, daß die Temperatur des Konzentrats auf 101°C stieg.

Die Drehzahl des Zerstäuberrades betrue 14 500 U/min. Die Trockenluft wurde in einer Menge von 8500 kg/h zugeführt und hatte bei ihrem Eintritt eine 10

Temperatur von 17O⁰C. Beim Austritt betrug die Temperatur der Trockenluft 92° C.

Die Schüttdichte des erzeugten Magermilchpulvers betrug 0,79 g/cm³ (lOOmal geklopft), die Menge an eingeschlossener Luft 5,9CmVlOOg (gerr^ssftn mit einem Luftvergleichspyknometer, wobei das spezifische Gewicht der Magermilch-Trockensubstanz zu 1,52 g/cm^J angesetzt worden war). Der Wassergehalt des Pulvers, durch 3 Stunden langes Trocknen bei 105° C gemessen, betrug 3,6%. der Löslichkeitsindex nach ADMI 0,15 ml und der Grad versengter Partikeln nach ADMI war A.

Beispiel 2

Der Versuch wurde in derselben Anlage wie der in Beispiel 1 beschriebenen ausgeführt, doch wurde das Konzentrat mit einer Temperatur von etwa 40°C durch das eine Speiserohr des Zerstäubers zum Zerstäuber

Cll^L/Ulllt-Zl U I I\J UUIVII Held CtI IUWI V* iJUVf 13Vy I U! Il t£C3CLt-tJ^lCl

Dampf mit einem Druck von 2,0 kg/cm² eingeleitet. Die benutzten Mengen betrugen 600 kg/h Konzentrat und 90 kg/h Dampf.

Die Temperatur der Trockenluft betrug 210°C beim Eintritt und 90° C beim Austritt.

Im übrigen waren die Bedingungen die gleichen wie in Beispiel 1.

Die Schüttdichte des erzeugten Pulvers betrug auch hier 0,79 g/cm³ (lOOmal geklopft), der Gehalt an eingeschlossener Luft 8,0 cm³/100 g, der Wassergehalt 3,4% und der Löslichkeitsindex 0,1 ml.

Vergleichsbeispiel A

Zu Vergleichszwecken wurden Versuche in drei anderen Zerstäubungstrocknungsanlagen I, II und III vom selben Typ wie der in Beispiel 1 beschriebenen ausgeführt, doch waren die benutzten Zerstäuberräder teils von konventioneller Konstruktion mit geraden, radialen Kanälen und teils von der Art, die, wie im britischen Patent Nr. 7 12 823 beschrieben, gekrümmte Kanäle haben. Bei allen Versuchen wurde Magermilchkonzentrat getrocknet.

Die erzielten Ergebnisse sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich.

Zerstäuberrad

Drehzahl U/min

Trockensubstanzgehalt des Rohmaterials
Temperatur des Trockengases:

beim Eintritt

beim Austritt

Feuchtigkeitsgehalt des hergestellten Pulvers
Schüttdichte des Pulvers g/cm³
Eingeschlossene Luft cmVlOOg
Löslichkeitsindex (ADMI)

Beispiel 3

Es fand eine Zerstäubungstrocknungsanlage vom seiben Typ wie in Beispiei 2 Anwendung, nur betrug der Durchmesser der Trockenkammer 2,25 m.

Es wurde eine Emulsion getrocknet, die Vitamin A,

Anlagr I	Anlage II	Anlage II	Anlage III
Gerade Kanäle	Gerade Kanäle	Gekrümmte	Gekrümmte
		Kanäle	Kanäle
15 000	15000	15 000	15000
41%	47%	47%	48%
20O=C	205 =C	204⁰C	21O⁰C
95 =C	9TC	92 ⁰C	94⁰C
5 3,6%	4,3%	4,4%	3,9%
0,52	0,58	0,64	0,60
50,5	35,3	22,8	24 J
<0,l	0,2	0,2	0,3

Gelatine und Molketrockensubstanz mit einem Gesamttrockensubstanzgehalt von 41% enthielt Die Emulsion wurde bei einer Temperatur von 30°C durch das eine Speiserohr des Zerstäubers in diesen gepumpt, und durch das andere Speiserohr wurde gesättigter Dampf mit einem Druck von 2 kg/cm² eingeleitet Die

benutzten Mengen betrugen 70 kg/h Fmulsion und 7 kg/h Dampf.

Das Zerstäuberrad war vom selben Typ wie das in Beispiel 1 beschriebene, hatte jedoch einen Durchmesser von 120 mm. Seine Drehzahl betrug 12 000 U/min. Die Temperatur der Trockenluft betrug beim Eintritt 150⁰C und beim Austritt 90° C.

Das erzeugte Pulver hatte folgende Eigenschaften:

Wassergehalt
Schüttdichte

Gehalt an
eingeschlossener Luft

3,3%

0,55 g/cm³ (lOOmal geklopft)

19,3 cm³/100 g

Vergleichsbeispiel B

Zum Vergleich wurden Versuche in derselben Anlage und unter denselben Prozeßbedingungen wie in Beispiel 3 ausgeführt, und der Durchmesser des Zerstäuberrades betrug auch hier 120 mm.

Das erzeugte Pulver hatte folgende Eigenschaften:

Wassergehalt
Schüttdichte

Gehalt an
eingeschlossener Luft

33%

0,50 g/cm³ (lOOmal geklopft)

38,9cmV100g

Beispiel 4

Es wurden Versuche in derselben Anlage wie der in Beispiel 1 beschriebenen ausgeführt, doch entsprach der benutzte Zerstäuber dem in den Fig.2 und 3 dargestellten, und er war so angeschlossen, wie es aus Fig.4 ersichtlich ist Dies besagt, daß trockener, gesättigter Dampf teils durch direkte injektion in die Speiseleitung für das Milchkonzentrat, teils durch ein Speiserohr in einen ringförmigen Kanal eingeleitet wurde, der in das Zerstäuberrad einmündete.

Es wurden 580 kg/h Magermilchkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 45% und einer Temperatur von 43° C eingeleitet

Trockener, gesättigter Dampf in einer Menge von 50 kg/h wurde direkt in das Konzentrat injiziert Die Temperatur des Konzentrats stieg hierdurch von 43°C auf 90° C. In das Speiserohr 154 wurden 35 kg/h Dampf eingeleitet

Die Drehzahl des Zersläubcrrades betrug idööö U/min. Die Temperatur der Trockenluft war beim Eintritt 185° C und beim Austritt 94° C

Die Schüttdichte des erzeugten Magermilchpulvers betrug 0,78 g/cm³ (lOOmal geklopft), die Menge an eingeschlossener Luft 6,7cm³/100g, der Wassergehalt 3,8% und der Löslichkeitsindex war 0,1 ml.

Hicr/u 4 Blnlt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Pulver aus Milch oder ähnlichen Flüssigkeiten durch Zerstäubungstrocknung unter Anwendung einer rotierenden Zerstäuberrades mit Ausschleuderöffnungen und unter Erhitzung der Flüssigkeit, bevor sie in eine Trockenkammer hinein zerstäubt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit auf eine derartige Temperatur gebracht wird, daß im Zerstäuberrad selbst eine lebhafte Gasentwicklung, eventuell ein Sieden der Flüssigkeit, erfolgt und daß das entwichene Gas vor der Zerstäubung der Flüssigkeit entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung teils in der Speiseleitung des Zerstäubers und teils durch Einblasen von Dampf in das Zerstäuberrad erfolgt.

3. Zerstäuber zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Zerstäuberrad, das zwei Sätze von Ausschleuderöffnungen aufweist, welche in Axialrichtung mit Abständen voneinander angeordnet sind und beide mit je einem von zwei ringförmig um die Achse des Rades angebrachten Zuleitungsräumen in Verbindutg stehen, von denen der eine Zuleitungsraum mit wenigstens einem Zuleitungsrohr für die Flüssigkeit in Verbindung steht und die beide durch wenigstens eine öffnung miteinander verbunden sind, wobei die Ausschleuderöffnungen des zweiten Zuleitungsraumes so ausgebildet sind, daß die vor- diesen öffnungen hervorgebrachte Geblä,^cewirkung die von den Ausschleuderöffnungen des erj'-en Zuleitungsraumes erzeugte Gebläse wirkung Obersteigt, gekennzeichnet durch zwei konzentrische, ringförmig um die Achse des Rades angebrachte Kanäle (164,165), die beide in den ersten Zuleitungsraum (104) münden und von denen der eine (164) mit wenigstens einem Dampfeinleitungsrohr (154) verbunden ist

4. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen den*. Mantel (111) und dem Rad (102) des Zerstäubers gegebenenfalls durch ein Filter (163) mit der Atmosphäre außerhalb der Trockenkammer in freier Verbindung steht

5. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zerstäuoerrad (102) und dem Mantel (111) des Zerstäubers ein Rohr (162) für die Zuleitung von Luft unter einem Druck solcher Größe mündet, daß im Zwischenraum zwischen dem Rad und dem Mantel kein nach innen gerichteter Luftstrom auftreten kann.

6. Zerstäuber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Zerstäuberrad (102) auf seiner dem Mantel (111) des Zerstäubers zugekehrten Seite eine Anzahl das Auftreten eines nach innen gerichteten Luftstromes im Zwischenraum zwischen dem Rad und dem Mantel verhindernder Schaufeln (151) angebracht ist.