DE60225613T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Mischung eines Gases und einer Flüssigkeit - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Mischung eines Gases und einer Flüssigkeit Download PDF

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit. Nach einem Aspekt bezieht sich diese Erfindung auf ein Gerät und ein Verfahren zur Bildung eines Gemischs aus Trägergas und verdampfter Flüssigkeit mit, wenn überhaupt, wenigen mitgeführten Tröpfchen.
  • Die Konservierung verderblicher Produkte war und steht weiter im Fokus beträchtlichen kommerziellen Interesses. Durch Verlängern der Regalzeit eines Nahrungsmittelprodukts, z. B. einer Backware, kann dem Produkt ein beträchtlicher ökonomischer Wert hinzugefügt werden. Ansätze zu diesem Zweck sind zahlreich und vielfältig, z. B. strenge Kontrolle von Lagerbedingungen, Verpackung, Anwendungen von Konservierungsstoffen nachträglich und an Ort und Stelle, und verschiedene Kombinationen von diesen und anderen Techniken sind bekannt und werden im einen oder anderen Ausmaß praktiziert.
  • Im Zusammenhang mit Backwaren, z. B. Muffins, Crumpets, Scones, Bagels, Keksen, Broten usw. sind alle diese Techniken in Gebrauch, d. h. tiefgekühlte oder gekühlte Lagerung, anaerobe Verpackung, und die Zugabe von Konservierungsstoffen entweder zum Teig oder Gemisch, aus welchem die Backware hergestellt wird, und das Aufbringen eines Konservierungsstoffs auf die fertige Backware. In letzter Hinsicht kann das Aufbringen einer kleinen Menge Essigsäure auf eine fertige Backware, z. B. ein Crumpet, die Regalzeit der Backware von typischerweise 6 bis 8 Tagen bis auf eine ausgedehnte Periode von 14 bis 16 Tagen verlängert werden (wobei alle anderen Bedingungen, z. B. Verpackung, Lagerbedingungen usw. gleich sind). Ein Problem bei dem Aufbringen eines Konservierungsstoffs auf ein Nahrungsmittelprodukt ist jedoch das Aufbringen des Konservierungsstoffs in einer Weise, welche die natürlichen sensorischen Eigenschaften des Produkts, z. B. Geschmack, Geruch, Aussehen usw. nicht stört. Im Falle des Aufbringens von Essigsäure auf ein fertiges Backprodukt kann zu viel Essigsäure dem Produkt einen unerwünschten Beigeschmack aufprägen.
  • Ein weiteres Problem bei der Anwendung eines Konservierungsstoffs auf die fertige Backware ist das richtige Aufbringen des Konservierungsstoffs in einer Produktionslinieneinstellung. Kommerziell vertriebene Backwaren werden, wie die meisten anderen kommerziell hergestellten und vertriebenen verderblichen Waren, in großen Mengen herge stellt, und gleich bleibende Qualität von einem Stück zum anderen ist für den kommerziellen Erfolg der Produktlinie wichtig. Im Falle des Aufbringens von Essigsäure auf Backwaren sollte die auf die erste Backware im Produktionszyklus aufgebrachte Menge Essigsäure im wesentlichen die gleiche wie die zum letzten Stück des Produktionszyklus (und alle Stücke gleicher Art durch den Produktionszyklus) aufgebrachte Menge Essigsäure sein. Dies kann über ausgedehnte Zeitperioden schwierig zu regeln sein, unter anderem wegen Schwankungen in der Temperatur der Anlage, der Zubereitung und Zufuhr der Essigsäure zum fertigen Produkt, und dgl.
  • Zum Beispiel beginnt die Anwendung von Essigsäure als Konservierungsstoff bei einer fertigen Backware typischerweise mit der Umwandlung flüssiger Essigsäure in gasförmige Essigsäure. Diese Umwandlung wird durch irgendeines aus einer Anzahl verschiedener Verfahren bewerkstelligt, beispielsweise Entspannungsverdampfung, Zerstäubung usw., und die gasförmige Essigsäure wird dann, typischerweise durch ein Trägergas, z. B. Kohlendioxid, zu einer Behandlungskammer transportiert. Fertige Backwaren werden auf Chargenbasis in die Kammer zugeführt, in welcher sie unter vorgegebenen Bedingungen der Essigsäure ausgesetzt werden, werden dann aus der Kammer herausgenommen, und der Zyklus wiederholt sich. Ein übliches Problem bei dieser Technik liegt darin, dass die gasförmige Essigsäure oft kleine Tröpfchen flüssige Essigsäure mit sich führt, und diese Tröpfchen, wenn sie auf die fertige Backware aufgebracht werden, können eine Überdosis Konservierungsstoff darstellen und dem Produkt einen Beigeschmack mitteilen. Die Tröpfchen stammen entweder von einer unvollständigen Verdampfung der Essigsäure und/oder entstehen als Kondensat aus der gasförmigen Essigsäure, während diese aus einer Verdampfungszone zur Behandlungskammer transportiert wird. Ähnliche Probleme existieren natürlich bei der Anwendung anderer gasförmiger Konservierungsstoffe bei anderen verderblichen Produkten.
  • Die DE-C-740 513 beschreibt einen Zerstäuber zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit. Eine divergente konische Strömung von Flüssigkeitsteilchen geht vom Zerstäuber aus und wird von einem axialen Gasstrom in der gleichen allgemeinen Richtung aufgenommen. Nur die im innersten Teil des Flüssigkeitskegels enthaltenen Flüssigkeitströpfchen werden von dem Gasstrom mitgenommen, der Rest wird eliminiert.
  • Die US-A-5 693 267 offenbart einen Jod-Verdampfer, bei welchem erhitztes druckbeaufschlagtes flüssiges Jod zerstäubt und das zerstäubte Jod in eine Mischkammer eingeleitet wird. In die Mischkammer wird Helium durch eine Öffnungsplatte eingeleitet und vermischt sich in der Kammer mit dem Jod.
  • Gemäß dieser Erfindung ist ein Gerät und ein Verfahren zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit zur Bildung eines gasförmigen, im wesentlichen tröpfchenfreien Gemischs vorgesehen, wobei das Gerät umfasst:
    • a) eine Quelle des Gases,
    • b) eine Quelle der Flüssigkeit,
    • c) eine Zerstäubungsdüse,
    • d) eine Vorkammer,
    • e) eine Öffnungsplatte und
    • f) eine Misch/Trennkammer,
    wobei die Zerstäubungsdüse in Strömungsverbindung sowohl mit der Quelle des Gases als auch der Quelle der Flüssigkeit steht, die Vorkammer (i) in Strömungsverbindung mit der Quelle des Gases steht und (ii) mit der Misch/Trennkammer in Strömungsverbindung steht und von dieser durch die Öffnungsplatte getrennt ist, und die Zerstäubungsdüse durch die Vorkammer und die Öffnungsplatte hindurchverläuft und in offener Verbindung mit der Misch/Trennkammer steht.
  • Die Misch/Trennkammer kann ein Gehäuse mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt aufweisen. Der obere Abschnitt kann in offener Verbindung sowohl mit der Zerstäubungsdüse als auch der Vorkammer stehen, und der untere Abschnitt kann mit einer Auslassöffnung ausgestattet sein. Die Zerstäubungsdüse und die Öffnungsplatte sind so konfiguriert, dass sie eine Mischzone innerhalb des oberen Abschnitts der Misch/Trennkammer bilden, derart, dass das zerstäubte Gemisch aus Gas und Flüssigkeit in den oberen Abschnitt der Kammer ausgetragen wird, Gas aus der Vorkammer durch die Öffnungen der Öffnungsplatte hindurchgelangen, um auf die Flüssigkeitskomponente des zerstäubten Gemischs aus Gas und Flüssigkeit aufzutreffen und im wesentlichen insgesamt zu verdampfen. Das verdampfte Gemisch aus dem Gas und der verdampften Flüssigkeit bewegt sich dann in den Rest der Kammer, d. h. die Trennzone der Kammer, in welcher irgendwelche restlichen Tröpfchen durch Schwerkraft auf dem verdampften Gemisch abgetrennt werden. Die restlichen oder unverdampften Tröpfchen setzen sich auf dem Boden der Kammer ab, aus welcher sie entweder durch einen Ablauf abgeführt oder verdampft werden, wenn geeignete Bedingungen innerhalb der Trennzone existieren, beispielsweise der Kammerboden auf eine ausreichende Temperatur erwärmt wird, um die Tröpfchen zu verdampfen. Die im unteren Abschnitt der Misch/Trennkammer angeordnete Austrittsöffnung steht in dichter Verbindung mit einer Austragsleitung zum Austragen des verdampften, von einer wesentlichen Mange restlicher Tröpfchen freien Gemischs. Die Leitung verläuft von der Auslassöffnung in den oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer und steht damit in offener Verbindung. Der hier verwendete Begriff "in dichter Verbindung" bedeutet, dass die Austragsleitung in solcher Weise mit der Austrittsöffnung verbunden ist, dass das verdampfte Gemisch in die Leitung nur vom oberen Abschnitt der Kammer eintreten kann, und aus der Kammer nur durch Hindurchpassieren durch die Leitung abgeführt werden kann.
  • Die Erfindung beinhaltet auch ein Verfahren zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit zur Bildung eines gasförmigen, im wesentlichen tröpfchenfreien Gemischs, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Aufteilen des Gases in einen ersten Gasstrom und einen zweiten Gasstrom,
    • b) Mischen des ersten Gasstroms mit der Flüssigkeit in einer Zerstäubungszone unter Bedingungen, unter welcher die Flüssigkeit durch das Gas zerstäubt wird, um ein zerstäubtes Gemisch zu bilden, das eine Gaskomponente und eine Flüssigkeitskomponente aufweist, wobei die Flüssigkeitskomponente in zerstäubter Form vorliegt,
    • c) Mischen des zerstäubten Gemischs mit dem zweiten Gasstrom in einer Mischzone unter Bedingungen, unter denen die Flüssigkeitskomponente des zerstäubten Gemischs im wesentlichen verdampft wird, um ein verdampftes Gemisch des Gases und verdampfter Flüssigkeit zu bilden, wobei das verdampfte Gemisch Restmengen der Flüssigkeit in Tröpfchenform enthält,
    • d) Schwerkrafttrennung der restlichen Flüssigkeitströpfchen aus dem verdampften Gemisch in einer Trennzone, und
    • e) Rückgewinnen des von einer wesentlichen Menge restlicher Tröpfchen freien verdampften Gemischs aus der Trennzone.
  • Typischerweise liegen die Mischzone und die Trennzone innerhalb der zuvor beschriebenen Misch/Trennkammer.
  • Vorzugsweise werden
    • (A) Die Misch- und Trennschritte b) bis d) in einer Misch/Trennkammer durchgeführt, wobei die Kammer umfasst: (i) ein Gehäuse mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, wobei der obere Abschnitt mit einer Eintrittsöffnung und der untere Abschnitt mit einer Austrittsöffnung ausgestattet ist, (ii) eine Austragsleitung zum Abführen des verdampften, von einer wesentlichen Tröpfchenmenge freien Gemischs aus dem Gehäuse, wobei die Austragsleitung in dichter Verbindung mit der Austrittsöffnung steht und in den oberen Abschnitt des Gehäuses verläuft,
    • (B) und wobei die Kammer auf einer Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur der Gase des verdampften Gemischs gehalten wird,
    • (C) das verdampfte Gemisch im oberen Abschnitt des Gehäuses in einer Mischzone angrenzend an die Eintrittsöffnung erzeugt wird,
    • (D) die Tröpfchen durch Schwerkraft aus dem verdampften Gemisch in einer Trennzone der Kammer abgeschieden werden, wobei die Tröpfchen sich im unteren Abschnitt des Gehäuses ansammeln und das von einer wesentlichen Tröpfchenmenge freie verdampfte Gemisch durch die Trennzone der Kammer zirkuliert wird, und
    • (E) das von einer wesentlichen Tröpfchenmenge freie verdampfte Gemisch aus dem Gehäuse durch die Austragsleitung und die Austrittsöffnung abgeführt wird.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere gut ausgelegt zum Mischen von gasförmigem Kohlendioxid mit flüssiger Essigsäure zur Bildung eines gasförmigen Gemischs aus Kohlendioxid und Essigsäure, die im wesentlichen tröpfchenfrei ist, wobei das gasförmige Gemisch als Konservierungsstoff für verderbliche Waren, insbesondere Backwaren, brauchbar ist.
  • In dieser Bedeutung bedeuten "frei von einer wesentlichen Menge restlicher Tröpfchen" und ähnliche Sätze, dass, welche Menge an restlichen Tröpfchen auch immer in dem verdampften Gemisch von Gas (z. B. CO2) und verdampfter Flüssigkeit (z. B. Essigsäure) verbleibt, nachdem das Gemisch aus der Misch/Trennkammer rückgewonnen worden ist, nicht ausreichend ist, um einen schädlichen Einfluß auf den letztlichen Endverbrauch zu haben. Beispielsweise, wenn die restlichen Tröpfchen Essigsäure sind, das verdampfte Gemisch gasförmiges CO2 (als Trägergas) und dampfförmige Essigsäure ist, und seine letztliche Endverwendung als Konservierungsstoff für Backwaren ist, ist die Menge der restlichen Tröpfchen in dem verdampftem Gemisch unzureichend, um einen schädlichen Einfluß auf die sensorischen Eigenschaften der Backwaren zu haben, wie sie von einem typischen Verbraucher wahrgenommen werden, nachdem die Waren mit dem verdampften Gemisch in Standardweise behandelt worden sind.
  • In den anliegenden Zeichnungen zeigt:
  • 1A ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Backprodukts, z. B. eines Crumpets,
  • 1B ein schematisches Flussdiagramm einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen eines Backprodukts,
  • 2 ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform einer Chargenoperation einer Behandlungskammer,
  • 3 ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Mischen gasförmigen Kohlendioxids mit flüssiger Essigsäure zur Bildung eines dampfförmigen Gemischs aus Kohlendioxid und Essigsäure, das im wesentlichen frei von Essigsäuretröpfchen ist,
  • 4 ein detaillierteres schematisches Flussdiagramm nach 3,
  • 5 eine vergrößerte schematische Darstellung der Mischzone nach 4.
  • Es werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher Teile verwendet sind. Verschiedene Einzelheiten der Anlage wie beispielsweise Fittings, Ventile, Halterungen, Rohre, Fühler, Überwachungseinrichtung, Verdrahtung und dgl. sind weggelassen, um die Beschreibung zu vereinfachen. Jedoch ist solche herkömmliche Ausrüstung und ihre Verwendung dem Fachmann bekannt und kann nach Bedarf angewendet werden. Darüberhinaus, obwohl die Erfindung unten im Zusammenhang mit dem Mischen von Kohlendioxid und Essigsäure zur Verwendung als Konservierungsstoff für Backwaren beschrieben wird, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung in vielen verschiedenen Gas- und Flüssigkeitskombinationen für eine breite Vielfalt von Verwendungen Anwendung finden kann.
  • 1A ist eine grobe Beschreibung für die Zubereitung kommerzieller Mengen einer Backware, z. B. eines Crumpets. Es wird Teig zubereitet und dann in Formen gegossen, die entweder auf einem kontinuierlichen Förderband befördert werden oder Teil desselben bilden. Das Band bewegt den Teig durch eine Backzone, in welcher der Teig durchgebacken wird. Beim Verlassen der Backzone wird das Crumpet entformt, typischerweise auf ein weiteres Förderband.
  • Die entformten Crumpets werden dann durch einen Kühltunnel befördert, wonach die Crumpets sich auf einer zum Verpacken geeigneten Temperatur, (z. B. Raumtemperatur oder geringfügig darüber) befinden. Jedoch gelangen gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung die Crumpets vor dem Verpacken durch eine Behandlungskammer, in welcher ein Konservierungsstoff auf ihre Außenfläche aufgebracht wird. Bei einer weiteren Ausführungsform, und wie in 1B beschrieben, sind die Kühlstation und die Konservie rungsstation umgekehrt, d. h. nach dem Entformen der Crumpets werden diese mit einem Konservierungsstoff behandelt, gekühlt, und dann verpackt.
  • Die Behandlungskammer ist im wesentlichen eine bewegliche Haube in Kombination mit einem Sockel. Die Haube kann manipuliert werden, d. h. angehoben und abgesenkt in solcher Weise, dass zu behandelnde Waren leicht in das von der Haube und dem Sockel definierte Volumen, wenn beide im geschlossenen Zustand aneinandergebracht sind, eingeführt und daraus abgeführt werden können. Die Haube ist mit einer Eintrittsöffnung zum Aufnehmen des verdampften Gemischs ausgestattet. Der Behandlungskammersockel ist typischerweise ein Abschnitt des Förderbands, unter welchem sich eine Platte befindet. Die Haube schließt über dem Sockel in einer Weise, die das Ziehen eines Vakuums innerhalb der Kammer ermöglicht. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Behandlungskammer separat und vom Förderband getrennt, und dies erfordert eine Überführung der Crumpets vom Band in die Kammer zur Behandlung.
  • 2 beschreibt einen typischen Chargenvorgang. Die Kammer dieses Beispiels arbeitet mit einem 25 bis 30-Sekunden-Zyklus. Zuerst wird die Haube angehoben und dann die Crumpets von einem Indixierförderer auf einen Förderer innerhalb der Kammer überführt. Als nächstes wird die Haube abgesenkt und gegen den Behandlungskammersockel abgedichtet, typischerweise eine Platte unterhalb des Förderers, auf welchem die Crumpets positioniert sind. Die Dichtung zwischen der Haube und der Platte ist ausreichend, um ein Vakuum zu ziehen. Die Atmosphäre, z. B. Luft, in der abgedichteten Kammer wird evakuiert, der Konservierungsstoff in die evakuierte Kammer zugeführt, um die Außenoberfläche der Crumpets zu beschichten und/oder darin einzudringen, der überschüssige Konservierungsstoff wird abgezogen, die Haube angehoben, das behandelte Produkt abgeführt, und dann der Zyklus wiederholt. Die Konstruktion und der Betrieb verschiedener Ausführungsformen der Behandlungskammer sind für den Fachmann gut bekannt.
  • Das auf die Crumpets in der Behandlungskammer aufgebrachte Konservierungsmittel ist Essigsäure. Diese Säure befindet sich beim Aufbringen in gasförmigem Zustand und ist einem Trägergas beigemischt, z. B. gasförmigem Kohlendioxid. Die Menge der auf die Crumpets aufgebrachte Essigsäure ist sowohl für die Wirksamkeit des Konservierungsmittels als auch die sensorischen Eigenschaften des Crumpets wichtig. Nicht genug Essigsäure, und das Konservierungsmittel hat, wenn überhaupt, wenig Wirkung. Zuviel Essigsäure, und das Konservierungsmittel führt zu unerwünschtem Beigeschmacks des Crumpets. Während die auf das Crumpet aufgebrachte Menge an Konservierungsmittel innerhalb eines Bereichs von Gesichtspunkten variiert, z. B. der Art der Backware, der Zeitdauer, während welcher die Backware dem Konservierungsstoff ausgesetzt ist, Bedingungen (z. B. Druck, Temperatur, Trägergas usw.) der Behandlungskammer und dgl., ist typischerweise Essigsäure in einer Menge von etwa 0,25 Gew.-%, basierend auf dem kombinierten Gewicht der Essigsäure und des Kohlendioxids ausreichend, wenn sie unter Vakuumbedingungen über eine Periode von etwa 10 bis 15 s aufgebracht wird. Um gleich bleibende Qualität über eine ausgedehnte Produktionsperiode aufrecht zu erhalten, sollte die gasförmige Essigsäure im wesentlichen frei von Essigsäuretröpfchen sein. Diese Tröpfchen sind von winziger Größe (z. B. 1 μm oder weniger) und der gesamte Tröpfchengehalt des Behandlungsgases (Kohlendioxid plus dampfförmiger Essigsäure) ist typischerweise weniger als etwa 1, vorzugsweise weniger als etwa 0,25 Gew.-%.
  • 3 stellt eine generische Beschreibung des Verfahrens bereit, nach welchem die Essigsäure durch Kohlendioxid verdünnt und verdampft und damit mitgeführt wird. In einer typischen Ausführungsform wird kommerziell verfügbares flüssigen Kohlendioxid als Kohlendioxidquelle verwendet. Es wird verdampft, erwärmt, und dann zu einem Massenströmungsmesser überführt, wo es in zwei Ströme aufgeteilt wird. Ein Strom wird zum Zerstäuben von flüssiger Essigsäure, die aus einem Behältertank abgezogen wird, in einen feinen Sprühnebel verwendet. Diese zerstäubte oder sprühnebelförmige Essigsäure wird dann in eine Misch/Trennkammer überführt, wo sie mit einem zweiten Strom von Kohlendioxid in Berührung gebracht wird. In der Misch/Trennkammer wird die Essigsäure verdampft, vorzugsweise bis zu dem Punkt, dass, wenn überhaupt, nur noch wenig flüssige Essigsäure in Nebelform (feine Tröpfchen) verbleibt. Das gasförmige Gemisch aus Kohlendioxid und verdampfter Essigsäure (zusammen mit etwaigen restlichen Essigsäuretröpfchen) wird dann in einen Pufferbehälter überführt und vom Pufferbehälter in die Behandlungskammer.
  • Der Puffertank ist wichtig für die Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Behandlungskammer auf Chargenbasis betrieben wird. Der Puffertank dient als Behälter, von welchem das gasförmige Gemisch aus Kohlendioxid und Essigsäure kontinuierlich aufgenommen werden kann, während es nur periodisch in die Behandlungskammer ausgetragen wird. Wenn die Behandlungskammer auf kontinuierlicher Basis betrieben wird, kann der Puffertank weggelassen werden, d. h. das gasförmige Gemisch aus Kohlendioxid und Essigsäure kann dann direkt in die Behandlungskammer geleitet werden.
  • 4 beschreibt mehr im einzelnen den in 3 beschriebenen Prozeß. Der Tank 1 enthält flüssiges Kohlendioxid, typischerweise auf etwa 2,17 MPa (300 psig). Flüssiges Kohlendioxid wird zum Verdampfer 2 überführt, wo es in ein im wesentlichen tröpfchenfreies Gas überführt wird, und dann wird dieses Gas durch ein Druckminderventil 3 geleitet, in welchem der Druck von 2,17 MPa (300 psig) auf 0,79 MPa (100 psig) abgesenkt wird. Das gasförmige CO2 wird dann zu einem Heizer 4 geleitet, wo es auf im wesentlichen die gleiche Temperatur wie diejenige der Inhalte der Misch/Trennkammer 23 erwärmt wird (z. B. 60°C (140F)). Eine Temperaturregeleinheit 26 koordiniert die Temperatur des Heizers 4 und der Kammer 23. Vom Heizer 4 wird das gasförmige Kohlendioxid bei 100 psig zu einem Massenströmungsdosierer 5 überführt, der durch einen Strömungsregler 6 gesteuert wird. Solange eine Pumpe 7 (deren Zweck später erläutert wird) richtig arbeitet, lässt der Strömungsregler 6 Kohlendioxid vom Massenströmungsdosierer 5 in eine Leitung 8 gelangen. Die Leitung 8 teilt sich auf in Leitungen 9 und 10. Während die Kohlendioxidmenge, welche jede der Leitungen 9 und 10 führt, nach Bedarf variieren kann, führt typischerweise die Leitung 9 etwa 10 Gew.-% und die Leitung 10 die restlichen etwa 90 Gew.-% des Kohlendioxids. Der durch die Leitung 10 gelangende Kohlendioxidstrom gelangt auch durch ein Regelventil 11, bevor er in die Mischvorkammer 12 eintritt.
  • Flüssige Essigsäure wird aus einem Tank 13 durch ein Rückschlagventil 14 mittels einer Pumpe 15 abgezogen. Die flüssige Essigsäure bewegt sich durch Leitungen 16 und ein Ventil 17 in die Dosierpumpe 7. Wenn eine Zerstäubungsdüse 20 in Betrieb ist, wird die flüssige Essigsäure in die Zerstäubungsdüse 20 zugeführt, in welcher sie mit Kohlendioxid zerstäubt wird, das durch die Leitung 9 zur Düse zugeführt wird. Wenn die Zerstäubungsdüse 20 nicht in Betrieb ist, wird die flüssige Essigsäure über eine Leitung 18 und ein Rückschlagventil 19 in den Tank 13 zurückgeführt.
  • Zerstäubte Essigsäure wird aus der Zerstäubungsdüse 20 in den oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer 23 überführt, wo sie durch Kontakt mit Kohlendioxid verdampft wird, das von der Mischvorkammer 12 durch eine Öffnungsplatte 21 zugeführt wird. Das aus der Leitung 10 in die Vorkammer 12 zugeführte Kohlendioxid gelangt durch das Druckminderventil 11, in welchem der Druck des Kohlendioxids von 0,79 MPa (100 psig) auf etwa 0,136 MPa (5 psig) abgesenkt wird. Der Druck der zerstäubten Essigsäure bei Zufuhr in die Misch/Trennkammer 23 liegt ebenfalls bei etwa 0,136 Mpa (5 psig). Die Temperatur, der Druck und das Volumen des in den oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer 23 zugeführten Kohlendioxids sind ausreichend, damit die zerstäubte Essigsäure bei Berührung damit im wesentlichen vollständig verdampft wird.
  • Die Zerstäubungsdüse 20 verläuft durch die Vorkammer 12 und die Öffnungsplatte 21 und öffnet in den oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer 23. Die Zerstäubungsdüse 20 kann in den oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer 23 um irgendeine zweckmäßige Länge hineinragen, aber typischerweise ist das Ende der Düse bündig mit der Öffnungsplatte 21 oder ragt nur eine kurze Distanz darüber hinaus.
  • Gemäß 5 trennt die Öffnungsplatte 21 die Vorkammer 12 vom oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer 23 und umschließt das untere Ende der Zerstäubungsdüse 20. Typischerweise ist die Öffnungsplatte in der Eintrittsöffnung der Kammerdecke oder Deckwand 29 angeordnet und in solcher Weise abgewinkelt, dass Öffnungen 22 in Richtung des zerstäubten Gemischsprühnebels 24 geneigt sind. Anzahl, Größe und Position der Öffnungen in der Öffnungsplatte können nach Bedarf variieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Öffnungsplatte 21 beheizt.
  • Kohlendioxidgas bewegt sich unter einem positiven Druck aus der Vorkammer 12 auf den Sprühnebel 24 zu, der vom Ende der Zerstäubungsdüse 20 ausgetragen wird. Der Bereich im oberen Abschnitt der Misch/Trennkammer 23, in welchem Kohlendioxidgas 22a auf den Sprühnebel 24 auftrifft, ist die Mischzone der Kammer. Der Rest der Misch/Trennkammer 23 ist die Trennzone, der im wesentlichen den gesamten unteren Abschnitt der Kammer umfasst. Innerhalb der Mischzone wird die zerstäubte Essigsäure zu gasförmiger Essigsäure und restlichen Essigsäuretröpfchen verdampft.
  • Um wieder auf Bezug 4 Bezug zu nehmen, die restlichen Essigsäuretröpfchen trennen sich durch Schwerkraft von dem Gemisch von gasförmigem Kohlendioxid und Essigsäure ab, während dieses Gemisch um die Trennzone der Kammer 23 zirkuliert. Möglicherweise sammeln sich die restlichen Essigsäuretröpfchen auf dem Boden 25 der Kammer 23. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Boden 25 beheizt, um die Verdampfung der gesammelten restlichen Essigsäuretröpfchen zu fördern. Alternativ oder in Kombination mit dem beheizten Boden werden die restlichen Essigsäuretröpfchen kontinuierlich oder periodisch durch einen Ablauf 30 aus der Kammer 23 abgezogen.
  • Die Misch/Trennkammer 23 ist aus irgendeinem zweckmäßigen Material hergestellt, ist gut isoliert, und ist so konstruiert, dass sie einen positiven Druck, z. B. zwischen etwa 0,136 MPa und 0,239 Mpa (zwischen etwa 5 psig und 20 psig) hält. Die Kammer 23 ist mit einem Temperaturfühler (nicht dargestellt) ausgestattet, der mit dem Temperaturregler 26 verbunden ist, der wiederum mit dem Heizer 4 verbunden ist. Der Temperaturregler 6 stellt den Heizer 4 so ein, dass er die Temperatur des in die Vorkammer 12 zugeführten Kohlendioxids so anhebt, dass eine gewünschte Temperatur, z. B. 60°C (140°F) in der Misch/Trennkammer 23 aufrechterhalten wird. Die Kammer 23 ist auch mit einem Druckfühler und einem Druckentlastungsventil ausgestattet (die beide nicht dargestellt sind). Die Kammer 23 kann auch mit einem Druckfühler (nicht dargestellt) ausgestattet sein, der eine Information an die Pumpe 7 und/oder den Massenströmungsdosierer 5 geben kann.
  • Trotz der Wirksamkeit der Auslegung der Mischzone gelangt gewöhnlich eine kleine Menge restlicher Tröpfchen der Essigsäure in die Trennzone der Kammer 23. Das Gemisch aus gasförmigem Kohlendioxid und Essigsäure und restlicher Essigsäuretröpfchen befindet sich unter einem positiven Druck und verteilt daher durch das gesamte Innenvolumen der Kammer 23 (natürlich mit Ausnahme der Mischzone, die selbst unter positivem Druck sowohl des von der Zerstäubungsdüse ausgestoßenen Gemischs als auch des aus der Vorkammer ausgestoßenen Kohlendioxid steht). Dieser positive Druck drängt gegebenenfalls die gasförmige, von einer wesentlichen Menge restlicher Tröpfchen freie Essigsäure durch eine Einlassöffnung 27, in und durch eine Auslassleitung 28, und gegebenenfalls aus der Kammer 23 heraus. Da die Einlassöffnung 27 der Austragsleitung 28 im oberen Abschnitt gelegen ist, vorzugsweise nahe der Decke 29 der Kammer 23, haben sich die meisten, wenn nicht alle, der restlichen Essigsäuretröpfchen aus dem gasförmigen Gemisch aufgrund des Schwerkrafteinflusses abgeschieden. Diese Tröpfchen kondensieren auf den inneren Wänden der Kammer 23 und der äußeren Wände der Auslassleitung 28, und sammeln sich gegebenenfalls auf dem Boden 25.
  • Weil die Verdampfung flüssiger Essigsäure mit gasförmigem Kohlendioxid auf einer kontinuierlichen Basis durchgeführt wird, während das Aufbringen des gasförmigen Gemischs aus Kohlendioxid und dampfförmiger Essigsäure auf das verderbliche Produkt auf Char genbasis stattfindet, wird der Puffertank 31 verwendet. Das gasförmige Gemisch, das aus der Austrittsleitung 28 ausgetragen wird, wird durch eine Leitung 32 auf kontinuierlicher Basis in den Puffertank 31 überführt. Die Leitung 32 ist mit einem Druckfühler (nicht dargestellt) ausgestattet, der eine Druckinformation an den Druckregler 33 liefert, der wiederum Information an das Rückschlagventil 11 zuführt. Wenn der Druck in der Leitung 32 sich über einen vorgegebenen Einstellpunkt aufbaut, wird diese Information zum Druckregler 33 gegeben, der wiederum das Rückschlagventil 11 schließt, wodurch die Strömung von Kohlendioxid in die Mischkammer 12 gestoppt wird.
  • Der Puffertank 31 ist so ausgelegt, dass er einen positiven Druck des gasförmigen Gemischs aus Kohlendioxid und verdampfter Essigsäure hält, und dieser Druck ist natürlich niedriger als derjenige in der Leitung 32, so dass das gasförmige Gemisch kontinuierlich aus der Misch/Trennkammer 23 in den Puffertank 31 strömt. Wenn die Behandlungskammer oder Haube 34 ein gasförmiges Gemisch zur Behandlung eines verderblichen Produkts (nicht dargestellt) benötigt, wird das gasförmige Gemisch aus dem Puffertank 31 durch eine Leitung 35 in die Behandlungskammer 34 geleitet. Die Überführung resultiert sowohl aus dem Schub des positiven Drucks im Tank 31 als auch dem Sog des Vakuums in der Behandlungskammer 34. Ein Regler (nicht dargestellt) steuert die Menge des vom Puffertank 31 zur Behandlungskammer 35 überführten gasförmigen Gemischs. Typischerweise ist der Puffertank 31 so ausgelegt, dass er einen Druck des gasförmigen Gemischs aus Kohlendioxid und verdampfter Essigsäure mit einem Volumen von mindestens 10 mal demjenigen des in die Behandlungskammer 34 eingesaugten Volumens hält. Typischerweise fällt der Druck im Puffertank niemals unter 0,122 MPa (3 psig) während des Zyklus der Behandlungskammer. Der Puffertank und alles Leitungswerk zwischen dem Puffertank und der Behandlungskammer wird auf einer Temperatur deutlich oberhalb der Verdampfungstemperatur der Essigsäure gehalten.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Behandlungskammer auf atmosphärischem Druck betrieben, d. h. ohne ein Vakuum. Produkte, die weniger porös als ein Crumpet (oder einfach nicht porös) sind, haben wahrscheinlich wenig Vorteil von dem Aufbringen eines Konservierungsstoffs unter Vakuumbedingungen. Für solche Produkte kann die Kammer auf umgebungs- oder atmosphärischem Druck betrieben werden, und das Überführen des Gemischs aus Essigsäure und Kohlendioxid aus dem Puffertank in die Behandlungskammer erfolgt hauptsächlich, wenn nicht ausschließlich, durch den im Puffertank aufrechterhaltenen positiven Druck.

Claims (11)

  1. Gerät zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit zur Bildung eines gasförmigen, im wesentlichen tröpfchenfreien Gemischs, wobei das Gerät umfasst: a) eine Quelle (1) des Gases, b) eine Quelle (13) der Flüssigkeit, c) eine Zerstäubungsdüse (20), d) eine Vorkammer (12), e) eine Öffnungsplatte (21) und f) eine Misch/Trennkammer (23), wobei die Zerstäubungsdüse (20) in Strömungsverbindung sowohl mit der Quelle (1) des Gases als auch der Quelle (13) der Flüssigkeit steht, die Vorkammer (12) (i) in Strömungsverbindung mit der Quelle (1) des Gases steht, und (ii) mit der Misch/Trennkammer (23) in Strömungsverbindung steht und von dieser durch die Öffnungsplatte (21) getrennt ist, und die Zerstäubungsdüse (20) durch die Vorkammer (12) und die Öffnungsplatte (21) hindurch verläuft und in offener Verbindung mit der Misch/Trennkammer (23) steht.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Misch/Trennkammer einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt umfasst, wobei der obere Abschnitt eine obere Wand (29) mit einer Eintrittsöffnung aufweist, die mit der Öffnungsplatte (21) versehen ist, und wobei der untere Abschnitt eine Bodenwand (25) mit einer Austrittsöffnung aufweist.
  3. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Austrittsöffnung gegenüber einer Leitung (28) abgedichtet ist, die in den oberen Abschnitt der Kammer (23) verläuft.
  4. Gerät nach Anspruch 2, wobei die Bodenwand (25) weiter mit einem Ablauf (30) ausgestattet ist.
  5. Gerät nach Anspruch 1, das zusätzlich einen Puffertank (31) aufweist, wobei der Puffertank (31) seinerseits (i) ein Gehäuse (ii) eine Eintrittsöffnung, und (iii) eine Austrittsöffnung aufweist, und der Puffertank mit der Kammer durch eine Leitung (329 verbunden ist, die von der Austrittsöffnung der Kammer zur Eintrittsöffnung des Puffertanks verläuft.
  6. Gerät nach Anspruch 5, das zusätzlich eine Behandlungskammer (34) aufweist, wobei die Behandlungskammer (34) ihrerseits (i) eine Haube (34) mit einer Eintrittsöffnung und (ii) eine Basis aufweist, und wobei die Behandlungskammer mit dem Puffertank durch eine Leitung (35) verbunden ist, die von der Austrittsöffnung des Puffertanks zur Eintrittsöffnung der Haube verläuft.
  7. Verfahren zum Mischen eines Gases und einer Flüssigkeit zur Bildung eines im wesentlichen tröpfchenfreien gasförmigen Gemischs, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Aufteilen des Gases in einen ersten Gasstrom und einen zweiten Gasstrom, b) Mischen des ersten Gasstroms mit der Flüssigkeit in einer Zerstäubungszone unter Bedingungen, unter welchen die Flüssigkeit durch das Gas zerstäubt wird, um ein zerstäubtes Gemisch zu bilden, das eine Gaskomponente und eine Flüssigkeitskomponente aufweist, wobei die Flüssigkeitskomponente in zerstäubter Form vorliegt, c) Mischen des zerstäubten Gemischs mit dem zweiten Gasstrom in einer Mischzone unter Bedingungen, unter denen die Flüssigkeitskomponente des zerstäubten Gemischs im wesentlichen verdampft wird, um ein verdampftes Gemisch des Gases und verdampfter Flüssigkeit zu bilden, wobei das verdampfte Gemisch Restmengen der Flüssigkeit in Tröpfchenform enthält, d) Schwerkrafttrennung der restlichen Tröpfchen von dem verdampften Gemisch in einer Trennzone, und e) Rückgewinnen des von einer wesentlichen Menge restlicher Tröpfchen freien verdampften Gemischs aus der Trennzone.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Gas Kohlendioxid und die Flüssigkeit Essigsäure ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchen der erste Gasstrom 10 Gewichsprozent des Gases bildet und der zweite Gasstrom 90 Gewichtsprozent des Gases bildet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Misch- und Trennzonen auf einer Temperatur von mindestens 60°C (140°F) gehalten werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei (A) die Misch- und Trennschritte b) bis d) in einer Misch/Trennkammer durchgeführt werden, wobei die Kammer umfasst: i) ein Gehäuse mit einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt, wobei der obere Abschnitt eine obere Wand, die mit einer Eintrittsöffnung ausgestattet ist und der untere Abschnitt eine Bodenwand aufweist, die mit einer Austrittsöffnung ausgestattet ist, ii) eine Austragsleitung zum Entfernen des verdampften, von einer wesentlichen Tröpfchenmenge freien Gemischs aus dem Gehäuse, wobei die Austragsleitung gegenüber der Austrittsöffnung abgedichtet ist und in den oberen Abschnitt des Gehäuses verläuft und damit in offener Verbindung steht, (B) und wobei die Kammer auf einer Temperatur oberhalb der Verdampfungstemperatur der Gase in dem verdampften Gemisch gehalten wird, (C) das verdampfte Gemisch im oberen Abschnitt des Gehäuses in einer Mischzone angrenzend an die Eintrittsöffnung erzeugt wird, (D) die Tröpfchen durch Schwerkraft von dem verdampften Gemisch in einer Trennzone der Kammer abgeschieden werden, wobei die Tröpfchen sich im unteren Abschnitt des Gehäuses ansammeln und das von einer wesentlichen Tröpfchenmenge freie verdampfte Gemisch durch die Trennzone der Kammer zirkuliert, und (E) das von einer wesentlichen Tröpfchenmenge freie verdampfte Gemisch aus dem Gehäuse durch die Austragsleitung und die Austrittsöffnung abgeführt wird.
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