DE2828442C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Material- und/oder Wärmeaustausch bei wärmeempfindlichen Stoffen.

Das Trocknen und Entwässern von wärmeempfindlichen Substanzen, insbesondere auf dem Gebiet der Lebensmittel, ist bereits Gegenstand zahlreicher Arbeiten und Veröffentlichungen. So wird bereits in der US-PS 8 60 929 (1906) beschrieben, daß man die Feuchtigkeit bzw. den Wassergehalt von flüssigen, halbflüssigen oder festen Stoffen mittels Zerstäuben der Masse und In-Berührung-Bringen mit einem kalten oder warmen Luftstrom entfernen und auf diese Weise Trockenprodukte erhalten kann. Dieses Verfahren wurde zum Trocknen von Säften, Fruchtmark oder -brei, Milch, Eiern und Medikamenten empfohlen, hat aber zwei Nachteile. Zunächst erfolgt bei diesem Verfahren eine zufällige bzw. statistische Berührung von Volumelement mit Volumelement, so daß die Behandlungszeit von einem Element zum anderen variiert; deshalb muß die Verweilzeit der Phasen verlängert werden, um eine hohe Wahrscheinlichkeit für den Erfolg dieser Behandlung zu erreichen. Dieser erste Nachteil hatte einen zweiten Nachteil zur Folge: Es muß nämlich ein Arbeitsgas mit einer Temperatur nahe der des zu behandelnden Produktes verwendet werden, wenn man nicht das Risiko eingehen will, das Produkt nachteilig zu verändern bzw. abzubauen.

Hieraus ergab sich einerseits eine schlechte Einheitlichkeit der Eigenschaften des erhaltenen Produktes und andererseits eine schlechte Wärmenutzung. Während langer Zeit jedoch beruhten die Verfahren zum In-Berührung-Bringen von zu behandelnden und behandelten Substanzen auf dem Prinzip eines zufälligen bzw. statistischen Konktakts, da man nicht in der Lage war, einen systematischen Kontakt zu bewerkstelligen.

Aus der DE-OS 24 29 291 (FR-PS 22 57 326) ist ein Verfahren zur chemischen und/oder physikalischen Behandlung von Fluiden und eine hierfür geeignete Vorrichtung bekannt, wobei eine geradlinige Flüssigkeitsströmung in eine sie gleichachsig und symmetrisch umgebende sowie sich schraubenlinienförmig verengende Gasströmung im Bereich des kleinsten Durchmessers der Gasströmung austritt. Zur Zerteilung der Flüssigkeit in feine Tröpfchen und zur Behandlung mit dem Gas wird die Flüssigkeitsströmung geradlinig in die Ebene der engsten Gasströmung bzw. hiervon maximal um den mittleren Radius der Verengung entfernt eingeleitet und hat dort eine Geschwindigkeit von 0,003 bis 3 m/s. Die Vergrößerung des Verhältnisses der Durchflußmenge der Gase zur Durchflußmenge der Flüssigkeit dient einer Verkleinerung der Abmessung der gebildeten Flüssigkeitströpfchen. Die strömenden Fluide werden durch eine Verengung geleitet, deren Durchmesser 1,5 bis 5mal kleiner ist als der der Strömung stromauf und deren Querschnitt um nicht mehr als ¼ des Querschnitts der geradlinigen Strömung vermindert ist.

Bei diesem bekannten Verfahren sollen Ablagerungen von Kondensat vermieden werden. Sein Anwendungsgebiet erstreckt sich u. a. auf die Nahrungsmittelindustrie.

Aufgabe der Erfindung ist nun die thermische Behandlung von wärmeempfindlichen Produkten in außerordentlich schonender Weise unter Einhaltung einer sehr günstigen Wärmebilanz, wobei in erster Linie der Qualitätserhalt der Verfahrensprodukte von Bedeutung ist.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch angegebenen Maßnahmen erfüllt.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Kondensation in der anschließenden Zone vermieden. Außerdem kann - da dieser Abschreckeffekt unmittelbar im Anschluß an die erste Kurzweg-Wärmebehandlung erfolgt - das behandelte Produkt ohne Abbau bzw. nachteilige Veränderung plötzlich auf eine Temperatur deutlich oberhalb der üblichen Grenztemperaturen für wärmeempfindliche Stoffe erhitzt werden. Darüber hinaus beobachtet man in überraschender Weise weitere Effekte, wie Änderung des Raumgewichtes, der Porosität, des Habitus und anderes mehr.

Die zweite thermische Behandlung kann vor oder nach der Auftrennung vorgenommen werden.

Diese zweite Behandlung kann mit Hilfe einer gleichen Vorrichtung, wie sie für die erste thermische Behandlung angewandt wird, vorgenommen werden. Man kann aber auch von einem Trennverfahren entsprechend dem oben genannten älteren Vorschlag Gebrauch machen. In diesem Falle erfolgt die zweite thermische Behandlung des Produkts vor oder nach dessen Trennung vom Heißgas.

Wie bereits gesagt, findet das erfindungsgemäße Verfahren vor allem auf dem Gebiet der Lebensmittelherstellung Anwendung, beispielsweise zur Behandlung von natürlichen Eiweißprodukten oder deren Extrakten und insbesondere von pflanzlichen Produkten wie Stroh, Luzerne, Raps, Soja, kleinen Saubohnen, Erbsen, Algen und anderen Gemüsen.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung und die folgenden Beispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die einen Kopf 1 entsprechend der FR-PS 22 57 326, einen Doppelkonus 2, der als Aufnahmebehälter dient und in welchem die Behandlung stattfindet, einen weiteren Kopf 3 wiederum entsprechend der FR-PS 22 57 326, einen zweiten Doppelkonus 4 und einem Zyklon 5, in welchem die abschließende Trennung stattfindet, aufweist.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung mit einem schematisch gezeigten Kopf 1 nach Fig. 1, der jedoch entsprechend dem oben genannten älteren Vorschlag nicht in einen Doppelkonus, sondern in einen zylindrischen Stutzen 6 übergeht, in welchem die Trennung der Phasen erfolgt. Hier wird dann ein Behandlungsgas über das Rohr 7 zugeführt und im Zyklon 5 die behandelte Substanz abgetrennt und gewonnen.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung, die aus einer ersten Zone für die thermische Behandlung nach Fig. 1 und einer zweiten Zone nach Fig. 2 besteht.

Fig. 1 zeigt nun die axiale Leitung 8, über die die zu behandelnde Substanz als Paste oder Aufschlämmung zugeführt wird. Am Ausgang des Kopfes 1 wird der axiale Strom von der schraubenförmigen Strömung aufgenommen, die durch eine tangential zugeführte Gasphase gebildet wird und ihre Form dank eines perforierten Mantels 10 innerhalb des Kopfes 1 und sowie dank einer Einschnürung 11 erhält.

Die Behandlung erfolgt bei Austritt aus Kopf 1 im oberen Teil des Doppelkegels 2. Das Medium wird dann von einer zweiten schraubenförmigen Strömung aufgenommen, die in einem zweiten Kopf 3 entsprechend Kopf 1 gebildet wird. Nach Verlassen des Doppelkegels 4 werden die Phasen in dem Zyklon 5 getrennt.

Gemäß Fig. 2 erfolgt die Anfangsbehandlung in gleicher Weise; die zweite Behandlung findet hier nach der Trennung der Phasen statt, und zwar nur für die feste Phase, und erfolgt durch die Wirkung eines wirbelnden Gemisches in der Rohrleitung 7.

Gemäß einer anderen nicht gezeigten Variante kann die Trennung der heißen Phasen mit Hilfe eines Zyklons bewirkt werden.

Eine andere ebenfalls nicht gezeigte Ausführungsform sieht vor, daß der Kopf 3 in Fig. 1 durch eine Vorrichtung entsprechend der FR-AS 22 76 086 ersetzt wird. Eine derartige Vorrichtung umfaßt einen zylindrischen oder kegelstumpfförmigen Mantel um eine Kammer, welche an der Eintrittsseite durch eine Wand abgeschlossen und an der Austrittsseite zumindest teilweise offen ist. In den Ringraum zwischen axialem perforiertem Innenmantel und Außenmantel wird tangential die andere Phase eingeführt.

Fig. 3 zeigt die in den folgenden Beispielen angewandte Vorrichtung. Der Innendurchmesser des Kopfes 1 beträgt 300 mm, seine Höhe 250 mm; die Einschnürung 11 hat einen Durchmesser von 45 mm; dies entspricht dem Durchmesser des kleinsten Querschnitts des perforierten Mantels 10. Der Durchmesser der geradlinig strömenden, flüssigen Phase stromabwärts beträgt 8 mm. Der Doppelkegel 2 dient als Aufnahmebehälter; sein größter Durchmesser ist 1 m, sein oberer Scheitelwinkel 90° und sein unterer Scheitelwinkel 60°. Die Zuleitung 7 für Druckluft hat einen Durchmesser von 100 mm.

In den folgenden Beispielen wurden nacheinander behandelt: Eiweiß, Vanille, Sonnenblumenkerne, Luzerne und Kondensmilch, und zwar unter folgenden Bedingungen: Luftmenge im Kopf 1: 200 Nm³/h, Druckluft von 25°C: 150 Nm³/h, Luftdruck: 1,3 Torr.

Für die drei ersten Beispiele wurden Schaumtests entsprechend den Vorschriften vom Institut voor Pluimveeonderzoek "Het Spelderholt", Bericht Nr. 2872, durchgeführt, die - auf das relative Volumen des Schaums bezogen - das maximale Schaumvolumen und die dafür notwendige Zeit bestimmen sollten.

Das Relativvolumen des Schaums wird bestimmt, indem 75 ml Ei in ein Schlaggerät (in den Beispielen wurde jeweils der gleiche Hobart Schläger N 50 verwendet) eingebracht und das Maximalvolumen des entstandenen Schaumes gemessen wird. Das Volumen beim Schäumen ist gegeben durch die Formel:

Dieser Test ergibt bei einem zum Vergleich herangezogenen Pulver (nicht erfindungsgemäß) ein Ergebnis zwischen 800 und 900. Erfindungsgemäß hingegen wurden 1175 erzielt, was eine bemerkenswerte Verbesserung bedeutet.

Anschließend wurde die Beständigkeit des Schaumes gemessen und zwar indem nach 1 h das Gewicht des am Boden des Prüfgefäßes wiedergebildeten Produkts bestimmt wurde.

Gefunden wurden 75% anstelle von 65%, was das vorherige Ergebnis bestätigte.

Schließlich wurde die Zeit für die Erreichung des maximalen Schaumvolumens bestimmt und zwar mit 7 min, was ganz normal ist.

Diese Zahlenwerte beweisen, daß die Qualität des erhaltenen Produktes nicht verschlechtert wird trotz der erhöhten Eintrittstemperatur des Arbeitsgases. Andererseits wird bekanntlich beim Stand der Technik von einem üblichen Trockner ausgegangen, bei dem die Eintrittstemperatur eine kritische Grenze darstellt, weil die kritischen Austrittstemperaturen schneller erreicht werden als die Eintrittstemperaturen; da die zu behandelnden Produkte eine niedere Temperatur erforderten, ergibt sich daraus eine schlechte Wärmenutzung.

Die Beispiele 4, 5 und 6 mit anderen Substanzen zeigen die Möglichkeit der Durchführung des Verfahrens mit einer hohen Eintrittstemperatur.

Beispiel 7 schließlich zeigt eine weitere interessante Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich zum Konzentrieren von Lösungen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Durchführung eines Material- und/oder Wärmeaustausches bei wärmeempfindlichen Produkten, indem mindestens zwei Phasen in Berührung gebracht werden, wobei mindestens eine erste auf erhöhter Temperatur befindliche gasförmige Phase schraubenförmig und achssymmetrisch und mindestens eine zweite Phase in Form einer Paste oder Aufschlämmung koaxial dazu strömt, wobei die schraubenförmige Strömung in bezug zur koaxialen Strömung einer so starken Einschnürung unterworfen wird, daß hierdurch die Zerstäubung der koaxial strömenden Phase bewirkt, die Phasen getrennt und die Produkte gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die erste thermische Behandlung der Phasen bei 200 bis 700°C eine zweite thermische Behandlung bei 20 bis 120°C erfolgt.