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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Typischerweise
liegen die Mischzone und die Trennzone innerhalb der zuvor beschriebenen Misch/Trennkammer.
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Vorzugsweise werden
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- (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.
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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.
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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.
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In
den anliegenden Zeichnungen zeigt:
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1A ein
schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens zum
Herstellen eines Backprodukts, z. B. eines Crumpets,
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1B ein
schematisches Flussdiagramm einer alternativen Ausführungsform
des Verfahrens zum Herstellen eines Backprodukts,
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2 ein
schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform einer Chargenoperation
einer Behandlungskammer,
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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,
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4 ein
detaillierteres schematisches Flussdiagramm nach 3,
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5 eine
vergrößerte schematische
Darstellung der Mischzone nach 4.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.-%.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.