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Verfahren und Vorrichtung zum Eindampfen von Säften
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oder dergleichen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindampfen
von Säften oder dergleichen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Wiegand-Prospekt "Anlagen zum Herstellen von Aroma-und Fruchtsaft-Konzentrat
ist ein Verfahren dieser Art bekannt.
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So zeigt Abbildung 8 eine fünf stufige Eindampf-Anlage mit einer die
Brüden des ersten Verdampfers 1 sowie das Brüdenkondensat des zweiten Verdampfers
2 aufnehmenden Rektifikationskolonne 7. Der erste Verdampfer wird mit Frischdampf
beheizt; die übrigen Verdampfer werden mit Brüden aus dem jeweils vorhergehenden
Verdampfer beheizt. Der zweite Verdampfer erhält die Brüden des ersten Verdampfers
nach Durchgang durch die Rektifikationskolonne. Aus dem Unipektin-Prospekt "Kombinierte
Aroma-und Eindampf-Mehrzweckanlage" ist es bei einer dreistufigen Anlage bekannt,
die den dritten Verdampfer heizenden Brüden nach Durchgang durch diesen Verdampfer
sowie das dabei im dritten Verdampfer entstehende Brüdenkondensat der Rektifikationskolonne
zuzuführen. Nachteilig an diesen bekannten Verfahren ist der hohe Dampfverbrauch,
vor allem dann, wenn eine hohe Endkonzentration des Saftes gefordert wird.
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Aus der DE-OS 33 16 661.7 ist es bei einem mehrstufigen Eindampf-Verfahren
bekannt, mit mechanisch verdichteten Brüden parallel zwei Verdampfer zu beheizen.
Das mit leichter flüchtigen Bestandteilen angereicherte Heizmittelkondensat eines
im Saft strom nachfolgenden Verdampfers wird zur weiteren Verarbeitung aus der Verdampferanlaga
abgeleitet. Wenn man im Falle einer Saft-Eindampfung das Heizmittelkondensat zur
Aromagewinnung einer Rektifikationskolonne zuführt, so wird hierfür zusätzlicher
Heizdampf benötigt.
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Auch lassen sich hohe Endkonzentrationen des Saftes wiederum nur mit
erhöhtem Dampf einsatz erreichen.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt demgegenüber darin, bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art einen niedrigen Dampfverbrauch bei hoher Endkonzentration
des Saftes zu erhalten, mit nur geringen zusätzlichen Energiekosten für die Aromagewinnung.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst. Die mechanisch verdichteten
und daher dementsprechend erhitzten Brüden beheizen zum einen den letzten Verdampfer
nach Art einer einstufigen Eindampfanlage, was die vom Dampfverbrauch her optimale
Verdampfungsart für den bereits in relativ hoher Konzentration vorliegenden Saft
mit dementsprechend großer Siedepunktserhöhung darstellt. Andererseits werden mit
den mechanisch verdichteten Brüden die vorangehenden Verdampferstufen beheizt, unter
Einschluß der Rektifikationskolonne, welche letztere über die Brüden einer dieser
Verdampferstufen beheizt wird. Die der einstufigen Hoclkonzentrations-Endstufe vorangehenden
Verdampfer bilden also einen mit der Rektifikationskolonne heizungsmäßig integrierten
mehrstufigen Anlageteil, welcher aufgrund der anfangs relativ geringen Konzentration
des Saftes (dementsprechend geringe
Siedepunktserhöhung) besonders
wirtschaftlich zu betreiben ist. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden
die verdichteten Brüden dem vom Saft als erstes durchströmten Verdampfer zugeführt.
Es ist jedoch auch entsprechend der gewünschten Temperaturverteilung in den Verdampfern
möglich, die verdichteten Brüden dem vom Saft als zweites durchströmten Verdampfer
zuzuführen, insbesondere bei einer insgesamt vier Verdampfer umfassenden Eindampf-Anlage.
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Entsprechend der Temperaturverteilung der Verdampfer und entsprechend
der Verteilung der Siedepunkte der interessierenden Aromastoffe wird man die Brüden
bzw. das Brüdenkondensat des entsprechenden Verdampfers der Rektifikationskolonne
zuführen. Im Falle einer Apfelsaft-Verdampfung werden bevorzugt die den als zweites
oder drittes vom Saft durchströmten Verdampfer heizenden Brüden und ggf.
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das in diesem Verdampfer gebildete Brüdenkondensat der Rektifikationskolonne
zugeführt.
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Zur weiteren Reduzierung des Energiebedarfs wird vorgeschlagen, daß
man einen Kolonnenkopf-Kondensator der Rektifikationskolonne mit dem anschließend
den Verdampfern zuzuführenden Saft kühlt. Der Saft wird dementsprechend vorerhitzt.
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Zum Kondensieren von Überschußdampf wird dieser durch einen Kondensator
geführt. Zur Energieeinsparung wird erfindungsgemäß der Kondensator mit Brüdenkondensat
gekühlt.
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Zur Zwischenbehandlung, insbesondere zur Schönung des bereits teilweise
verdampften Saftes, wird dieser nach Durchlauf durch den mit der Rektifikationskolonne
verbundenen Verdampfer aus der Anlage herausgeführt und nach
der
Zwischenbehandlung wieder zurückgeleitet.
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Nicht-kondensierbare Gase führen einen Teil der leicht flüchtigen
Aromastoffe mit sich.
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Um diese nicht zu verlieren, wird vorgeschlagen, daß man die Aromastoffe
auswäscht, bevorzugt dadurch, daß man einen Strahlapparat einsetzt, welcher von
Aromakonzentrat als Mitnahmemedium durchströmt wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Eindampf-Anlage mit Rektifikationskolonne
zum Eindampfen von Säften oder dergleichen zur Durchführung des vorstehend genannten
Verfahrens.
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Die Erfindung wird im folgenden an mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Schema-Darstellung einer erfindungsgemäßen Eindampfanlage;
Fig. 2 eine Schema-Darstellung einer weiteren Eindampfanlage und Fig. 3 eine etwas
detailliertere Darstellung einer dritten Ausführungsform.
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Die Eindampfanlage 10 gemäß Fig. 1 besteht aus vier produktmäßig hintereinander
geschalteten Verdampfern 12, 14, 16 und 18. Das einzudampfende Produkt (Obstsaft,
Gemüsesaft oder dergleichen) wird dem ersten Verdampfer 12 über eine Leitung 20
zugeführt, wird dann über Zwischenleitungen 21, 22 und 24 durch die Verdampfer 14,
16 und 18 e geleitet und schließlich als Konzentrat aus dem Verdampfer 18 über die
Leitung 26 abgeführt. In den Figuren sind die das flüssige Produkt führenden Leitungen
mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
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Einer der Verdampfer, insbesondere der produktmäßig erste Verdampfer
12,wird beim Anfahren der Anlage mit Frischdampf beheizt (strichlierte Dampfleitung
28, Fig. 1). Mit den im Verdampfer 12 entstehenden Produktbrüden wird der Verdampfer
16 beheizt; eine Brüdenleitung 30 verbindet hierzu beide Verdampfer 12 und 16. Die
Produktbrüden des Verdampfers 16 werden über eine Leitung 32 und die Produktbrüden
des Verdampfers 18 über eine in die Leitung 32 mündende Leitung 34 einem mechanischen
Brüdenverdichter 36 zugeleitet. Dieser beheizt mit verdichteten Brüden sowohl den
Verdampfer 14 als auch den Verdampfer 18, wozu er mit diesen Verdampfern über Leitungen
38 bzw. 40 verbunden ist.Eine Leitung 29 liefert Produktbrüden des Verdampfers 14
an den Verdampfer 12,um diesen zu heizen.
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Bei der Beheizung der Verdampfer 12 bis 18 mit den Produktbrüden entsteht
Brüdenkondensat, welches aus den Verdampfern 12 bis 18 der Reihe nach über Leitungen
42, 44, 48 und 50zur weiteren Verwertung abgeleitet wird. Das im Verdampfer 16 entstehende
Brüdenkondensat weist einen besonders hohen Anteil an Aromastoffen auf und wird
zur Aromakonzentratgewinnung über die Leitung 48 der Rektifikationskolonne 52 zugeleitet.
In den Zeichnungen sind die Brüdenkondensat-Leitungen mit einer Strich-Punkt-Linie
dargestellt.
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Die Rektifikationskolonne 52 wird über eine Brüdenleitung 54 mit Produktbrüden
aus dem an die Brüdenleitung 30 angeschlossenen Teilraum des Verdampfers 16 beheizt.
Vorteilhafterweise enthalten diese Brüden ebenfalls Aromastoffe, welche in der Rektifikationskolonne
52 als Aromakonzentrat gewonnen und über eine Leitung 56 abgeleitet werden. In den
Figuren sind derartige Aromakonzentratleitungen mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt.
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Das in der Rektifikationskolonne entstehende Lutter-Wasser wird über
eine strichlierte Leitung 58 abgeführt.
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Die Verdampfungsanlage 10 gemäß Fig. 1 liefert bei geringem Energieaufwand
für die Beheizung ein hochkonzentriertes Produkt sowie Aromakonzentrat. Der Verdampfer
18 bildet eine Hochkonzentrations-Endstufe, welche parallel zu den anderen, heizungsmäßig
hintereinander geschalteten Verdampfern 14, 12 und 16 mit verdichtetem Heizdampf
geheizt wird. Die Rektifikationskolonne ist in das Heizsystem integriert.
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Die in Fig. 2 dargestellte Eindampfanlage 110 unterscheidet sich von
der Eindampfanlage 10 gemäß Fig. 1 in der Zusammenschaltung der Verdampfer und der
Rektifikationskolonne. Funktionsgleiche Bauelemente sind in Fig. 2 mit denselben
Bezugsziffern wie in Fig. 1, jedoch vermehrt um die Zahl 100 versehen.
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Im Gegensatz zur Anordnung 10 in Fig. 1 wird das Produkt nunmehr dem
in Fig. 2 am weitesten links stehenden Verdampfer 114 über eine Leitung 120' zugeführt.
Über eine Leitung 121' wird das Produkt dem Verdampfer 112 und über eine Leitung
122' dem Verdampfer 116 zugeführt. Von diesem Verdampfer führt unverändert die Leitung
124 zum Verdampfer 118, von welchem das Konzentrat über die Leitung 126 geleitet
wird.
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Die Dampfheizung ist unverändert. Es wird also vom mechanischen Verdichter
über die Leitung 138 der Verdampfer 114 und über die Leitung 140 der Verdampfer
118 beheizt. Die Leitungen 129 und 130 verbinden die Verdampfer 114 und 112 bzw.
112 und 116. Die Leitungen 132 und 134 wiederum verbinden den Verdampfer 116 mit
dem Brüdenverdichter bzw. dem Verdampfer 118 mit dem Brüdenverdichter.
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Die Rektifikationskolonne 152 ist über eine Brüdenleitung 154' mit
dem vom Saft als zweites durchströmten Verdampfer 112 verbunden und zur Aufnahme
der entsprechenden Brüden nach Beheizung des Verdampfers 112; eine Brüden-
kondensatleitung
148' verbindet denselben Verdampfer 112 mit der Rektifikationskolonne 152. Die Leitung
156 leitet das Aromakonzentrat ab und die Leitung 158 das Lutter-Wasser.
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Auch bei dieser Anordnung ergibt sich aufgrund der Parallel-Beheizung
der Endstufe (Verdampfer 118) sowie der vorangegangenen Verdampfer 114, 112, 116
einschließlich der Rektifikationskolonne 152 ein geringer Heiz-Energieverbrauch
bei hohem Konzentrationsgrad des Produktes und wirksamer Aromakonzentrat-Gewinnung.
Aufgrund dieser günstigen Eigenschaften lohnen sich die für die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Anlageinvestitionen selbst dann, wenn
lediglich saisonaler Betrieb vorgesehen ist.
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In Fig. 3 ist eine Eindampfanlage 210 in näheren Einzelheiten dargestellt.
Bauelemente, die ihre Funktion nach wiederum solchen in Fig. 2 entsprechen, sind
mit denselben Bezugsziffern, jeweils vermehrt um die Zahl 100, versehen.
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Die Verdampfer sind demnach der Reihe nach von links bezeichnet mit
214, 212, 216 und 218. Die Führung des Saftes durch die Verdampfer entspricht der
Fig. 2, ebenfalls die Art der Beheizung.
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Im einzelnen durchläuft der von einem Vorlaufbehälter 300 kommende
Trubsaft zwei Wärmetauscher 302 und 304, in welchem der Trubsaft durch Kühlung von
Saftkonzentrat aus dem letzten Verdampfer 218 (Leitung 226) und Brüdenkondensat
aus dem Verdampfer 216 (Leitung 248) vorgewärmt wird.
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Eine weitere Vorwärmung geschieht in einem Kolonnenkopfkondensator
306 am oberen Ende der Rektifikationskolonne 252. Der den Saft als erstes aufnehmende
Verdampfer 214 wird mit mechanisch verdichteten Brüden über die den Verdampfer 214
mit dem mechanischen Brüdenverdichter 236 ver-
bindende Leitung
238 beheizt. Ein in den Verdampfer 214 integrierter Vorwärmer 239 wird zusätzlich
mittels über eine Leitung 228 zugeführten Frischdampf beheizt.
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Im ersten Verdampfer 214 werden ca. 25% des Trubsaftes verdampft.
Die hierbei entstehenden aromahaltigen Brüden beheizen den Verdampfer 212, in welchem
der Trubsaft weiter konzentriert wird. Danach verläßt das trübe Vorkonzentrat zur
Zwischenbehandlung (z.B. Heißschönung und Klärung) die Anlage über einen Wärmetauscher
308, in welchem es das zwischenbehandelte Vorkonzentrat in Gegenstrom aufheizt.
Mit strichlierter Umfangslinie ist eine Zwischenbehandlungsanlage 310 schematisch
angedeutet. Das zwischenbehandelte Konzentrat gelangt von einem Vorlaufbehälter
312 über den Wärmetauscher 308 zum dritten Verdampfer 216. Danach wird es im vierten
Verdampfer 214 (Hochkonzentrator) auf Endkonzentration gebracht und verläßt über
den Wärmetauscher 302 gekühlt auf ca. 200C die Anlage. Die Verdampfer 214, 212,
216 können als Fallstromverdampfer ausgeführt sein.
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Die den zweiten Verdampfer 212 heizenden aromahaltigen Brüden werden
zum größten Teil kondensiert und werden über die Brüdenkondensatleitung 248' der
Rektifikationskolonne (252) zugeführt. Ein geringerer Teil dieser Brüden kondensiert
jedoch nicht und wird als solcher über die Brüdenleitung 254' der Rektifikationskolonne
252 zugeführt. Im Kolonnenkopfkondensator 306 werden die stark aromahaltigen Dämpfe
kondensiert und gehen als Rücklauf auf den obersten Boden der Rektifikationskolonne
252.
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Über die Leitung 256 wird das Aromakonzentrat aus der Rektifikationskolonne
252 abgeleitet und einer Gaswasch-und Aromakühlanlage 316 an sich bekannten Aufbaus
(z.B.
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Wiegand-Prospekt "Anlagen zum Herstellen von Aroma- und Fruchtsaft-Konzentrat")
zugeführt. Bei dieser Anlage wird im Kreislauf (Leitung 318) Aromakonzentrat durch
einen Vorratsbehälter 320 und eine Strahlpumpe 322 geführt, angetrieben von einer
Pumpe 324. Der Strahlpumpe
wird über eine an den Kolonnenkopfkondensator
306 angeschlossene Leitung 326 die nicht kondensierbaren, noch aromahaltigen Gase
zur Wäsche zugeführt. Über eine Leitung 328 wird der Behälter 320 gekühlt. Vom Behälter
320 führt eine Aromakonzentratleitung 330 aus der Anlage.
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Der mechanische Brüdenverdichter 326 saugt die in den Verdampfern
216 und 218 entstehenden Produktbrüden über die Leitungen 232 und 234 ab und verdichtet
diese auf die Heizseite des Verdampfers 214 (238) und des Verdampfers (Hochkonzentrator)
218 (Leitung 240). Dadurch arbeitet die Anlage im Bereich kleiner Siedepunktserhöhungen
des Fruchtsaftes (zu Beginn des Eindampfprozesses) dreistufig und im Hochkonzentrator
bei den großen Siedepunktserhöhungen des Fruchtsaftkonzentrates ein-stufig. Kühlwasser
wird nicht benötigt, da das im Wärmetauscher 304 gekühlte Brüdenkondensat für restliche
Kühlaufgaben verwendet werden kann, darunter auch zur Kühlung eines Oberflacenkondensators
332, welcher zur Kondensation von Überschußdampf des Verdampfers 218 vorgesehen
ist (Verbindungsleitung 334 zwischen Verdampfer 218 und Oberflächenkondensator 332).
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