DE2348033C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Agglomerieren eines piuVerförmigen Erzeugnisses - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Agglomerieren eines piuVerförmigen ErzeugnissesInfo
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- A23P10/20—Agglomerating; Granulating; Tabletting
- A23P10/22—Agglomeration or granulation with pulverisation of solid particles, e.g. in a free-falling curtain
Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Agglomerieren pulverförmiger Erzeugnisse durch Befeuchtung.
Das Agglomerieren von trockenen pulverförmigen
Erzeugnissen, insbesondere von Nahrungsmitteln und Grundstoffen für Getränke, erlaubt es, gewisse Eigenschaften
der Stoffe zu verbessern. Bei diesem Verfahren werden durch Zusammenballung kleiner Teilchen
größere Teilchen gleichmäßiger Körnung gebildet, deren Größe nach Bedarf geregelt werden. Diese
Erzeugnisse, die keine kleinen Feinteilchen enthalten, sind rieselfähig und weisen eine bessere Benetzbarkeit
auf als das Ausgangspulver. Das Agglomerieren ermöglicht es auch, das spezifische Gewicht des
behandelten Erzeugnisses zu regeln und das Aussehen und die Homogenität des Erzeugnisses zu verbessern.
Das Agglomerieren pulverförmiger Erzeugnisse erfolgt gewöhnlich in zwei Hauptstufen. In der ersten
Stufe werden die pulverförmigen Teilchen durch Oberflächenbefeuchtung klebrig gemacht und miteinander
verklebt. In der zweiten Behandlungsstufe werden die gebildeten Agglomerate getrocknet, z. B. in einem
ίο Trockenturm.
Die Oberflächenbefeuchtung der Pulverteilchen wird gewöhnlich mit strömendem Wasserdampf bewirkt, der
vorzugsweise eine etwas erhöhte Temperatur von beispielsweise 100 bis 1300C aufweist, damit die
zugeführte Wassermenge ausreicht, eine wirksame Befeuchtung des Pulvers zu sichern. Mitunter ist es
jedoch auch zweckmäßig, die Temperatur des zu befeuchtenden Pulvers möglichst niedrig zu halten, um
die Kondensation des Wasserdampfes am Erzeugnis zu begünstigen. Andererseits könnte jedoch eine übermäßige
Erhitzung des Pulvers für gewisse Eigenschaften des Erzeugnisses von Nachteil sein.
Es ist bekannt, das Agglomerieren in einer Wirbelschicht
durchzuführen, wobei ein Luftstrom mit Umgebungstemperatur, der die Wirbelschicht trägt, mit
einem Wasserdampfstrom gemischt ist, der die in der Wirbelschicht suspendierten Teilchen erhitzen und dann
befeuchten soll. Hierbei ist es schwierig, eine Überhitzung empfindlicher Teilchen zu vermeiden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Agglomerationsverfahren und eine hierfür
geeignete Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglichen, die Agglomerierung großer Mengen eines
pulvrigen Erzeugnisses unter besonders wirksamen und trotzdem schonenden Bedingungen durchzuführen, so
daß die Güte des Erzeugnisses nicht durch Überhitzung beeinträchtigt wird.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird zunächst ein Verfahren zum Agglomerieren eines pulverförmigen
Erzeugnisses durch Behandeln des Erzeugnisses mit strömendem Wasserdampf und mit einem strömenden
gasförmigen Medium, dessen Temperatur unterhalb derjenigen des Wasserdampfes liegt, vorgeschlagen, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wasserdampf und das gasförmige Medium wenigstens auf dem ersten Teil
ihres Strömungsweges koaxial um den Strom des Erzeugnisses herumgeführt werden.
Vorzugsweise hat der Wasserdampf eine Temperatur von etwa 100 bis 140° C, während die Temperatur des
so gasförmigen Mediums etwa bei 10 bis 4O0C liegt. Durch
die niedrigere Temperatur des gasförmigen Mediums wird es ermöglicht, eine Überhitzung des behandelten
pulverförmigen Erzeugnisses zu vermeiden und die Kondensation des Wasserdampfes auf den Pulverteilchen
zu begünstigen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird der Strom des gasförmigen Mediums
zwischen dem strömenden Dampf und dem Strom des Erzeugnisses eingeführt, wobei der Dampfstrom konvergent
verläuft. In diesem Falle befinden sich die , befeuchteten oder zu befeuchtenden Teilchen des
Erzeugnisses in einer turbulenten Strömungszone, wodurch die Berührung der Teilchen mit dem
Wasserdampf und dem strömenden Gas verbessert und die Wahrscheinlichkeit der Berührung der pulverförmigen
Teilchen untereinander begünstigt wird. Das gasförmige Medium kann in Abhängigkeit von den
Eigenschaften des zu behandelnden Erzeugnisses und
von den angewendeten Temperaturen gewählt werden. Vorzugsweise wird ein Gas oder ein Gasgemisch
verwendet, das keine Änderungen des pulvrigen Erzeugnisses verursacht, z. B. Stickstoff, Kohlendioxid
oder Luft
Das so behandelte Erzeugnis kann gegebenenfalls einer oder mehreren aufeinanderfolgenden Agglomerierungen
nach dem gleichen Verfahren unterworfen werden.
Anschließend kann man dann den gewünschten Feuchtigkeitsgrad der agglomerierten Erzeugnisse
dadurch regeln, daß man sie einer an sich bekannten Trocknung unterwirft, z. B. in einem Trockenturm.
Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorteilhafterweise in einer Agglomerisationsvorrichtung,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie wenigstens aus einem als Rotationskörper ausgebildeten,
düsenfönnigen Hohlkörper besteht, der eine Mittelöffnung und eine Kammer aufweist, die mit einer
Wasserdampfzuführungsleitung und wer.gstens einer Wasserdampfauslaßöffnung in Verbindung steht, und
daß sie eine Zuführungsleitung für das pulverförmige Erzeugnis aufweist, die :n die Mittelöffnung des
Hohlkörpers ragt und darin einen freien Raum für das gasförmige Medium begrenzt.
Diese Vorrichtung weist vorzugsweise wenigstens einen zweiten, gleichachsig nachgeschalteten, als Rotationskörper
ausgebildeten Hohlkörper auf, der in Abstand hinter dem ersten Hohlkörper angeordnet und
von ihm durch einen freien Raum für das gasförmige Medium getrennt ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann zum
Agglomerieren einer großen Anzahl pulverförmigen Materialien verwendet werden, insbesondere zum
Agglomerieren von Nahrungsmitteln, z. B. pulverförmigen Extrakten von Kaffee oder Tee oder von
Pulvermischungen zur Herstellung von Getränken, wobei die Ausgangsstoffe z. B. Zucker, Kakao oder
Milchpulver enthalten.
Die Zeichnung zeigt ein Beispiel für die Ausführung der Agglomerisationsvorrichtung nach der Erfindung,
und zwar zeigen
F i g. 1 eine Seitenansicht dieser Vorrichtung in schematischer Darstellung und
Fig.2 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung
nach der Linie II-II von F ig. 1.
Die dargestellte Agglomerisationsvorrichtung weist einen Aufgabetrichter 1 für pulverförmiges Gut auf,
dessen zylindrischer Auslaßstutzen 2 axial in der Mittelöffnung 3a eines als Rotationskörper ausgebildeten,
düsenförmigen Hohlkörpers 3 angeordnet ist. Der Trichter 1 und der Hohlkörper 3 sind mit Querarmen 4
und 5 einstellbar zueinander an einem Gestell angebracht, das zwei senkrechte Träger 7 und 8
aufweist, die auf einer Grundplatte 6 befestigt sind. Die Grundplatte weist gemäß F i g. 2 eine Durchlaßöft'nung
6a auf. Die Vorrichtung ist überdies mit einem zweiten, als Rotationskörper ausgebildeten Hohlkörper 9 versehen,
der koaxial zum Trichter 1 und zum Hohlkörper 3 angeordnet ist, von letzterem aber durch einen freien e>o
Raum getrennt liegt. Der Hohlkörper 9 ist gleichfalls regelbar durch Querträger 10 an den senkrechten
Trägern 7 und 8 befestigt.
Der Hohlkörper 3 weist zwei ringförmige Teile 11 und 12 auf, die miteinander durch ein Gewinde 13 οΓ>
verschraubt sind und sowohl die mittlere öffnung 3a, als auch den Auslaß einer Zufuhrkammer 14 begrenzen.
Diese Kammer ist mit zwei sich gegenüberliegenden Leitungen 15 an eine Dampfzufuhr angeschlossen und
begrenzt im unteren Teil des Hohlkörpers 3 einen Ringspalt 16, der die Dampfaustrittsöffnung bildet.
Diese Dampfaustrittsöffnung, deren Durchlaßquerschnitt durch mehr oder minder tiefes Einschrauben des
ringförmigen Teils 12 in den Ringkörper 11 regelbar ist,
weist ein zur Achse der öffnung 3a konvergierendes Profil auf.
Andererseits sind die Abmessungen des Trichters 1, seines zylindrischen Ansatzes 2 und der Öffnung Za so
gewählt, daß der Trichter 1 und sein Ansatz 2 vom Hohlkörper 3 durch einen freien Ringraum getrennt
sind, der von Frischluft durchströmt sein kann.
Der zweite Hohlkörper 9 ist gleichfalls durch zwei als Rotationskörper ausgebildete Teile 17 und 18 gebildet,
die miteinander durch ein Gewinde 19 verschraubt sind und einen mittleren Durchlaß 9a sowie eine Zuführkammer
20 umschließen. Diese Kammer 20 wird aus zwei sich diametral gegenüberliegenden Dampfzuführungsleitungen
21 mit Wasserdampf gespeist und mündet am unteren Teil des Hohlkörpers 9 in einen ringförmigen
Dampfaustrittsspalt 22 aus. Dieser Austrittsspalt, dessen Durchlaßquerschnitt durch mehr oder weniger tiefes
Einschrauben des Ringkörpers 18 in den Ring 17 verstellt werden kann, konvergiert zur Achse der
mittleren Öffnung 9a.
Die beschriebene Vorrichtung ist gemeinhin senkrecht auf dem oberen Ende eines Trockenturms
angeordnet. Das zu agglomerierende Pulver strömt unter Schwerkraft aus dem Trichter 1 und durchfließt
die Mittelöffnungen der Hohlkörper 3 und 9. Die Kammern 14 und 20 dieser Hohlkörper werden mit
Wasserdampf, vorzugsweise gesättigtem Dampf, beaufschlagt. Dieser Dampf bildet am unteren Ende des
Hohlkörpers 3 einen ersten Strahl, der mit dem Pulver in Berührung kommt und gleichzeitig eine Saugwirkung
ausübt, die den Durchtritt eines Frischluftstromes durch den Ringraum zwischen dem Auslaß 2 des Trichters 1
und der Wand der mittleren öffnung 3a bewirkt. Das Pulver kommt daher unter Turbulenz mit dem
Wasserdampf und mit einem Kaltluftstrom in Berührung, wodurch die Kondensation des Wasserdampfes
auf den Pulverteilchen erleichtert und eine übermäßige Aufheizung des behandelten Gutes vermieden wird.
Das Pulver, das einer ersten Agglomerisation oder Zusammenballung unterlegen hat, dringt dann in die
mittlere öffnung 9a des Hohlkörpers 9 ein und unterliegt einer zweiten Agglomeration unter analogen
Bedingungen, wobei ein zweiter Frischluftstrom in die öffnung 9a durch den freien Raum eintritt der sich
zwischen den Hohlkörpern 3 und 9 befindet.
Natürlich können die Temperatur, der Druck und der Dampfverbrauch in Abhängigkeit von den Eigenschaften
des behandelten Erzeugnisses und "on denen des agglomerierten Erzeugnisses geregelt werden, das man
zu erhalten wünscht. Auch der Abstand zwischen den beiden Hohlkörpern und die Spaltbreiten der Dampfauslässe
können geregelt werden.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung. In diesen
Beispielen sind die Gehalte und Prozentsätze in Gewichtswerten angegeben.
ivian agglomeriert eine Gemischzusammensetzung
zur Herstellung eines Getränkes, das den Geschmack von natürlichem Orangensaft aufweist und 80%
Saccharose (Zucker), 8% dehydrierten natürlichen
Orangensaft, 7% Zitronensäure, 3% eines Trübungsmittels sowie die geeigneten Färb- und Aromastoffe
enthält.
Dieses Pulvergemisch, dessen Teilchen je nach der in Betracht kommenden Substanz unterschiedliche Größen
aufweist (mittlerer Körnchendurchmesser unter 500 μ) hat ein spezifisches Gewicht im noch nicht
zusammengeballten Zustand von 900 g/l.
Die Agglomeration wird mit Hilfe einer Vorrichtung bewirkt, die nur einen Hohlkörper aufweist. Zu diesem
Zweck benutzt man einen Hohlkörper, dessen mittlere öffnung einen Durchmesser von 4,5 cm und dessen
ringförmiger Dampfaustrittsgehalt einen Durchmesser von 5 cm, eine Spaltbreite von 1 mm und eine Neigung
zur Achse von 20° hat.
Diese Vorrichtung wird senkrecht am oberen Ende eines Trockenturmes befestigt.
Man leitet in die ringförmige "Kammer gesättigten Wasserdampf unter einem Druck von 1,2 atü bei einer
Temperatur von 1050C und in einer Menge von 1200 kg/Std. ein. Das pulverförmige Erzeugnis wird in
die Vorrichtung in einer anteiligen Menge von etwa 500 kg/Std. aufgegeben. Der Trockenturm wird mit
getrockneter Luft gespeist, die eine Temperatur von 1300C aufweist (Lufttemperatur am Ausgang des
Trockenturms: 1000C). Nach dem Trocknen erhält man ein agglomeriertes Erzeugnis von gleichmäßiger Farbe
und Korngröße (mittlerer Durchmesser der Teilchen: 2 mm), dessen spezifisches Gewicht in nicht zusammengeballtem
Zustand 500 g/l beträgt und dessen Feuchtigkeit etwa bei 0,7% liegt. Dieses Erzeugnis weist eine
ausgezeichnete Benetzbarkeit auf und ergibt durch Auflösen in kaltem Wasser im Verhältnis von 50 g/l ein
Getränk, das nach Art und Geschmack einem natürlichen Orangensaft gleichkommt.
Zum Vergleich hiermit sei bemerkt, daß bei Benutzung einer üblichen Mischdüse, die ohne Frischluftansaugung
arbeitet, zur Agglomerierung des gleichen pulverförmigen Erzeugnisses mit Hilfe von
gesättigtem Wasserdampf lokalisierte Fusionen des pulverförmigen Erzeugnisses eintreten und kein agglomeriertes
Erzeugnis von gleichmäßiger Körnung und gleichmäßigem Geschmack erzielt werden kann.
Man agglomeriert das beschriebene pulverförmige Erzeugnis nach Beispiel 1 zur Getränkeherstellung mit
Hilfe einer Vorrichtung, die zwei koaxiale Hohlkörper aufweist und die die folgenden geometrischen Eigenschaften
hat:
| Oberer Hohlkörper |
Unterer Hohlkörper |
|
| Durchmesser der mittleren Öffnung |
4,5 cm | 7,4 cm |
| Durchmesser des Ring spaltes |
5 cm | 8 cm |
| Spaltbreite | 0,4 mm | 0,6 mm |
| Neigung des Spaltes zur senkrechten Mittelachse |
20° | 15° |
| Abstand zwischen den beiden Hohlkörpern |
3 cm | 3 cm |
Trockenluft mit einer Temperatur von 1300C einführl
(Lufttemperatur am Ausgang des Trockenturms 1000C). In die Ringkammer der beiden Hohlkörper
leitet man gesättigten Wasserdampf mit einem Druck von 1,25 atü und einer Temperatur von 1060C ein, was
einem totalen Dampfverbrauch von 1200 kg/Std. entspricht. Das pulverförmige Erzeugnis wird unter diesen
Bedingungen in einer Menge von 500 kg/Std. behandelt.
Man erhält hierbei ein agglomeriertes Erzeugnis dessen spezifisches Gewicht in nicht zusammengeballtem
Zustand 500 kg/1 beträgt und dessen Färbung etwas dunkler ausfällt als bei dem Erzeugnis bei Beispiel 1, und
das eine restliche Feuchtigkeit von 0,3% aufweist.
Das Erzeugnis weist eine ausgezeichnete Benetzbarkeit
auf und ergibt nach Auflösen in kaltem Wasser in einer Anleilmenge von 50 kg/l ein Getränk, das in
Geschmack und Aussehen einem natürlichen Orangensaft entspricht.
Man agglomeriert ein pulverförmiges Gemisch zui Herstellung eines Schokoladengetränkes, das die
2> folgenden Bestandteile aufweist:
Saccharose 90%
Lösliches Kakaopulver mit einem
Lösliches Kakaopulver mit einem
Gehalt von 12% Kakaobutter 9,6%
κι Kochsalz 0,4%
Dieses Gemisch, dessen Teilchen einen mittlerer Durchmesser zwischen 100 und 500 μ haben, hat eir
spezifisches Gewicht in nicht zusammengeballten" Zustand von 680 g/l.
Man führt die Agglomerisation mit einer Vorrichtung durch, die einen Hohlkörper aufweist, dessen Eigen
schäften denjenigen des Hohlkörpers nach Beispiel 1 entsprechen mit der Ausnahme, daß der ringförmige
Spalt eine Breite von 0,9 mm aufweist.
Die Vorrichtung wird senkrecht auf einem mit heißei Luft beschickten Trockenlurm befestigt, wobei die
Eintrittstemperatur der Luft 1500C, die Austrittstempe
ratur 1100C beträgt.
In den Ringraum wird gesättigter Wasserdampf untei einem Druck von 1,5 atü bei einer Temperatur vor
1110C eingeleitet.
Man behandelt auf diese Weise 600 kg/Std. Pulvei und erhält ein agglomeriertes Erzeugnis von gleichmäßiger
Farbe und Körnung, dessen spezifisches Gewichi 465 g/l beträgt und das eine restliche Feuchtigkeit vor
1,5% aufweist. Dieses Erzeugnis gestattet es. durch Aufrühren in kaltem oder warmem Wasser oder ir
kalter oder warmer Milch in einer Menge von 50 g/l eir Schokoladengetränk herzustellen.
Diese Vorrichtung wird senkrecht am oberen Ende eines Trockenturms angebracht, in den man beheizte
Man agglomeriert das im Beispiel 3 beschrieben! Pulvergemisch mit einer Vorrichtung, die zwei koaxia
angeordnete Hohlkörper aufweist und senkrecht an oberen Ende eines mit warmer Luft betriebenei
Trockenturms angeordnet ist (Lufteintrittstemperatui 150° C, Luftaustrittstemperatur 110° C).
Diese Agglomerisation wird unter folgenden Bedin gungen durchgeführt:
| Oberer | Unterer | |
| Hohlkörper | Hohlkörper | |
| Durchmesser der mittleren | 4,5 cm | 7,4 cm |
| Öffnung | ||
| Durchmesser des Ring | 5 cm | 8 cm |
| spaltes | ||
| Breite des Ringspaltes | 1 mm | 1 mm |
| Neigung des Ringspaltes | 20° | 15° |
| zur senkrechten Achse | ||
| Eintrittsdruck des gesät | 1,1 atm | 1,1 atm |
| tigten Wasserdampfes | ||
| (Temperatur: 102'C) | ||
| Abstand zwischen den | 3 cm | 3 cm |
| beiden Hohlkörpern |
Der Wasserdampfverbrauch beträgt 1200 kg/Std. zur Behandlung von 600 kg/Std. Pulver.
Man erhält so nach dem Trocknen ein agglomeriertes Erzeugnis, dessen Farbe etwas kräftiger ist als die des
Erzeugnisses nach Beispiel 3 und dessen spezifisches Gewicht im nicht zusammengeballten Zustand und
2(i dessen verbleibende Feuchtigkeit beziehentlich 350 g/l
und 1,0% betragen.
Dieses Erzeugnis kann wie das nach Beispiel 3 erlangte Erzeugnis benutzt werden, um ein Schokoladengetränk
zuzubereiten.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zum Agglomerieren eines pulverförmigen
Erzeugnisses durch Behandeln des Erzeugnisses mit strömendem Wasserdampf und mit einem
strömenden gasförmigen Medium, dessen Temperatur unterhalb derjenigen des Wasserdampfes liegt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf und das gasförmige Medium wenigstens auf
dem ersten Teil ihres Strömungsweges koaxial um den Strom des Erzeugnisses herumgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf konvergent und das
gasförmige Medium wenigstens auf dem ersten Teil seines Strömungsweges zwischen dem Strom des
Erzeugnisses und dem Wasserdampf geführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium bezüglich des
Erzeugnisses sich inert verhält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Medium Luft, Stickstoffoder
Kohlensäureanhydrid eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium aus einem der
Umluft entnommenen Gas besteht, in dem das Agglomerieren durchgeführt wird und dessen
Zuführung durch Ansaugen mittels des Wasserdampfes erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gesättigter Wasserdampf eingesetzt
wird.
7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
wenigstens aus einem als Rotationskörper ausgebildeten, düsenförmigen Hohlkörper (3) besteht, der
eine Mittelöffnung (3a) und eine Kammer (14) aufweist, die mit einer Wasserdampfzufühningsleitung
(15) und wenigstens einer Wasserdamptauslaßöffnung (16) in Verbindung steht, und daß sie eine
Zuführungsleitung (2) für das pulverförmige Erzeugnis aufweist, die in die Mittelöffnung des Hohlkörpers
(3) ragt und darin einen freien Raum für das gasförmige Medium begrenzt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen zweiten, gleichachsig
nachgeschalteten, als Rotationskörper ausgebildeten Hohlkörper (9) aufweist, der in Abstand
hinter dem ersten Hohlkörper (3) angeordnet und von ihm durch einen freien Raum für das gasförmige
Medium getrennt ist.
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| DE2348033C3 true DE2348033C3 (de) | 1979-11-15 |
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