DE6906930U - Vorrichtung zum gefriertrocknen von getraenken - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.'We'ickm'ann;'DiPt₁-PHYs. Dr.K.Fincke

Dipl.-Ing. RA.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

9r>lhg. H. Liste

S MÖNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MOHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

Struthers Scientific and International Corp. New York, N. Y., USA
630 Fifth Avenue

Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken wie Kaffee, Milch und Orangensaft.

./' . Flüssige Nahrungsmittel wie Kaffee, Milch und Orangensaft werden zum Zwecke der Lagerung und Konservierung gefriergetrocknet. Da bei der Gefriertrocknung große Mengen an Flüssigkeit verarbeitet werden müssen, das Endprodukt aber nicht zu teuer sein darf, besteht ein Bedarf nach leistungsfähigen Vorrichtungen. Es sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Gefriertrocknung bekannt, die jedoch alle nicht zufriedenstellend arbeiten.

In der US-PS 3 024 117 wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung von flüssigen Nahrungsmitteln, insbesondere ein Verfahren zum Gefrieren von Citrusobstsäften beschrieben. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß der Fruchtsaft nach dem Auftauen wieder in seinen ursprünglichen Zustand überführt wird, d.h. der Wassergehalt wird aus den gesammelten, gefrorenen Teilchen nicht absublimiert, was nachteilig ist, da dadurch keine v/eitere Konzentrierung erreicht wird. --

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In der US-PS 3 2β9 025 wird ein Verfahren zur Gefriertrocknung beschrieben, bei dem das zu trocknende Materialy-wie z.B. Frucht- und Gemüsesäfte, Suppen und Bouillon, Kaffee-Extrakt, Tee und Milch, gefroren und das gefrorene Material in einer Wirbelschichtkammer getrocknet wird. Dieses bekannte Verfahren umfaßt mehrere Verfahrensstufen, und seine Wirtschaftlichkeit ist ungenügend.

In der Literaturstelle Food Technology 1968, Band 22, Seite 952, wird ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Nahrungsmitteln beschrieben, bei dem Gas durch eine Schicht geleitet wird, die sowohl das Nahrungsmittel das gefriergetrocknet werden soll, als auch ein festes, Entwässerungsmittel, das die Feuchtigkeit aufnimmt, enthält. Die Verwendung eines solchen Entwässerungsmittels ist nachteilig, da das Nahrungsmittel mit dem Entwässerungsmittel vermischt sein kann und das Entwässerungsmittel entweder verworfen werden muß oder zu seiner Wiederverwendung regeneriert werden muß.

In der US-PS 2 471 035. wird ein Verfahren zum Gefriertrocknen beschrieben, bei dem ein unter Hochdruck stehender Saft in einer Vakuumkammer eingesprüht wird. Durch die Wasserverdunstung gefrieren die Tröpfchen und werden beim Durchfallen durch den Vakuum gleichzeitig getrocknet. Das Arbeiten unter hohem Druck erfordert komplizierte Vorrichtungen und ist zum Gefriertrocknen größerer Mengen ungeeignet.

In der US-PS 3 313 032 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem Getränke wie Orangensaft in einen Gefrierturm eingesprüht und dort im Gegenstrom zu einem Inertgas, wie z.B. Stickstoff, bei tiefen Temperaturen zum Gefrieren gebracht werden. Dieses bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß die Tröpfchen zerfallen und es oft nicht möglich ist, die

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einmal gebildete Tropfenform aufrechtzuerhalten und ein Granulat zu erzeugen.

Der vorliegenden Neuerung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung zum Gefriertrocknen großer Mengen von Getränken zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht besitzen.

Gegenstand der Neuerung ist somit_&eeine Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken wie Kaffee, Milch und Orangensaft, umfassend einen evakuierbaren Gefrierturm mit Einspritzdüsen, Mittel zum Erzeugen eines gekühlten Inertgasstroms zum Gefrieren und Aufrechterhalten eines Fluidisierbsttes darin sowie Mittel zum Abführen der getrockneten Partikel, die gekennzeichnet ist durch ein in der Einspritzdüse angeordnetes Drehventil für die Erzeugung periodischer Druckpulsationen und eine an den Gefrierturm, in dem ein Fluidisierbett nicht vorgesehen ist, über einen Meßabschnitt angeschlossene Sublimationskammer, welche Tröge enthält, die an drehbaren Trogträgerscheiben über Wellen drehbar aufgehängt sind. . .

Durch das in der Vorrichtung enthaltene Drehventil gelingt es, im Gefrierturm große Tröpfchen zu erzeugen. Damit diese nicht wieder zerfallen, wird anstelle eines Fließbettes im Gefrierturm eine Sublimierkammer eingesetzt, in der die Tröpfchen über eine Meßvorrichtung auf kleine, drehbare Tröge verteilt werden. Dieses Riesenradprinzip j in einer Gefrierkammer ist neu und hat auch nicht nahegelegen. Es gelingt dadurch, die einmal gebildeten Tröpfchen aufrechtzuerhalten, so daß ein fertiges Granulat erhalten werden kann.

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Eine konzentrierte Lösung des Materials, das gefriergetrocknet werden soll, wird im Oberteil eines Behälters oder-einer Kolonne in die Form relativ gleichförmiger Tröpfchen oder kleiner Teilchen überführt. Ein zirkulierender Strom eines gekühlten Gases wird durch die Kolonne geleitet, um die fallenden, flüssigen Teilchen unter Bildung von Klümpchen ("Prills") .zu gefrieren. Diese Klümpchen werden gesammelt und durch Sublimation ihres gefrorenen Flüssigkeitsgehaltes gefriergetrocknet.

Nachfolgend wird die vorrichtung anhand der Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, die die Teile der Gefriertrocknungsvorrichtung im Vertikalschnitt zeigt?

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Klümpchen-Gefriertrocknungstrog, der aufgehängt zwischen Fragmenten von drehbar befestigten Trogträgerscheiben gezeigt ist, wobei bei dem Trog ein Mittelstück herausgeschnitten ist;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig.2; und

Fig. 4 einen Vertikallängsschnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 1 durch das Klümpchen-Gefriertrocknungsgehäuse.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung beschrieben.

Gemäß Fig. 1 wird eine Lösung, die gefriergetrocknet werden soll, z.B. Kaffee, durch die Beschickungsleitung 10 in einen herkömmlichen Kristallisator 11 eingeführt, der eine Kristallisationskammer 12 aufweist, die von einem Kühlmittel 13 in einem Mantel 14 umgeben ist. Das Kühlmittel 13 tritt in den Mantel 14 durch die Leitung 15 ein und wird durch die Leitung 16 abgezogen. Das Kühlmittel 13 kühlt die Kaffee-

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lösung ab, wobei darin Kristallwachsturn bewirkt wird. Die so gebildete Kaffeelösung und Kristallaufschlämmung gelangt durch die"L~eitung 17 in-die Zentrifuge 18, worin Eiskristalle durch die Leitung 19 entfernt werden. Konzentrierte und abgekühlte Kaffeelösung tritt durch die Leitung 21 in den Flüssigkeitslagertank 20 ein. Gewünsentenfalls kann bis zu diesem Punkt jedes vielstufige Gefrierkonzentrierungssystem verwendet werden.

Aus dem Behälter 20 wird die Kaffe^lösung durch die Leitung 23 in die Einspritzdüse ("Prilling-Kopf") 22 eingespeist. Ein durch den Motor 25 angetriebenes Drehventil 24 unterbricht periodisch den Flüssigkeitsstrom durch die Leitung 23, um in der Einspritzdüse 22 periodische Druckpulsationen.zu bewirken. Die Druckpulsationen können von 2 bis 30/sec variieren. Öffnungen 26 im Boden der Einspritzdüse 22 erlauben die Bildung von gleichmäßigen und ziemlich großen Tröpfchen 27 aus Kaffeelösung, die in dem Gefrierturm 28 nach unten fallen.

Eine Leitung oder ein Rohr 30 führt vom Oberteil des Gefrierturms 28 zum Gebläse 29, das ein Gas durch die Leitungen 31 und 32 und durch die Wicklung 33 treibt. Die Wicklung bzw. Schlange 33 ist in einem Mantel 34 angeordnet, in den durch die Leitung 35 Kühlmittel eingeführt wird, das durch die Leitung 36 daraus abgezogen wird. Somit fließt in dem Gefrierturm 28 ein Gas aufwärts und wird abgezogen, gekühlt und zurückgeleitet. Dieses Gas, vorzugsweise Stickstoff, der inert ist, gefriert die fallenden Tröpfchen 27 unter Bildung von kleinen, kugelförmigen Perlen oder Klümpchen 37 aus Kaffeelösung, die sich am Boden des Gefrierturms 28 ansammeln. Das zum Gefrieren der Klümpchen 37 verwendete Gas liegt vorzugsweise bei Atmosphärendruck vor, wenngleich der Druck dieses Kühlmittelgases variiert werden kann.

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Die Leitung 40 führt aus der Sublimationskammer 41 zu einer geeigneten Vakuumquelle. Die Leitung 42 erstreckt sich-vom Boden des Gefrierturms 28 zu einem kalten, isolierten Trichter 43 für die gefrorenen Klümpchen 37. Wenn die Ventile 45 und 44 in den Vakuumleitungen 47 und 46 nacheinander geöffnet und geschlossen werden, wird in dem Vakuumreservoir 48 ein Vakuum erzeugt, das seinerseits ein Vakuum in dem Meßabschnitt 49 für die Klümpchenbeschickung erzeugt. Wenn das Ventil 50 geöffnet ist, wird in dem Trichter 43 zumindest ein partielles Vakuum erzeugt und gefrorene Klümpchen gleiten abwärts und füllen den Meßabschnitt 49. Dann wird das Ventil 50 geschlossen. Das partielle Vakuum in dem Trichter 43 kann dazu verwendet werden, um Klümpchen aus dem unteren Teil des Gefrierturms 28 in den Trichter 43 zu ziehen, wie es in herkömmlichen Luftventil-Zuführungsanlagen der Fall ist. Es können auch andere Vorrichtungen, z.B. mechanische Fördergeräte, verwendet werden, um Klümpchen aus dem Gefrierturm 28 zum Trichter 43 zu führen. Wenn das Ventil 50 geöffnet ist, füllen Klümpchen 37 in der beschriebenen Weise den Meßabschnitt 49. Das Ventil 50 kann dann geschlossen und das Ventil 53 in die Leitung 54 geöffnet werden, um den Trögen 55 Klümpchen zuzuführen.

Die Sublimationskammer 41 weist, wie zusätzlich aus Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, zwei Wellen 56 und 57 auf, die Endwände 58 und 59 durch elektrisch isolierte Buchsen 60 und 61 durchdringen. Die Welle 56 wird mittels eines geeigneten Motors 62 zur langsamen Rotation angetrieben. Trogträgerscheiben 63 und 64 sind an den inneren Enden der Wellen 57 und 56 befestigt. Paare von Trogträgerwellen 65 und 66 erstrecken sich von im Abstand angeordneten Stellen um die Peripherie der Trogträgerscheiben 63 und 64 nach innen. Tröge 55 aus Kunststoff oder dergl. sind an jedem Paar von Wellen 65 und 66 mittels ihrer Endwände 67 und 68 drehbar aufgehängt.

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Das Ventil 53 in der Leitung 54 wird, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, geöffnet, um jeden Trog 55 mit Klümpchen zu füllen, wenn dieser unter ein sich seitlich öffnendes Ende der Leitung 54 gelangt. Da jeder Trog 55 mit Klümpchen sich dreht, verstreicht eine geeignete Zeitspanne, die Vakuumtrocknung oder sonstige Sublimation der Klümpchen erlaubt. Ein Federarm 70 erfaßt die sich vorbeibewegenden Träge 55 und entleert die getrockneten Klümpchen in einen Produkttrichter 71i der im Boden der Sublimationskammer 41 gebildet ist.

Zur Unterstützung der Sublimation der Klümpchen in den Trögen kann ein Heizelement 75 mit niedriger Kapazität in Form von Wicklungen 76 in den Unterteil bzw. auf den Boden jedes Trogs 55 gelegt 'werden, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Die Enden 77 und 78 jedes Elements 75 enden in elektrischen Kontakten 79 und 80 aus Federmaterial, die eine elektrische Verbindung mit den Wellen 65 bzw. 66 herstellen. Strom wird so jedem Element 75 durch die Leitungen 81 und 82 und durch die Kontakte 83 und 84 zugeführt, die den Strom zu den Wellen 57 bzw. 56 und den Scheiben 63 und 64 leiten.

Zur Entfernung des Produktes, sublimierten oder gefriergetrockneten Kaffeeklümpchen, werden die Ventile 90 und 91 in den Leitungen 92 und 93 nacheinander geöffnet und geschlossen, um ein Vakuum in dem Vakuumreservoir 94 und in dem Produktlieferungsabschnitt 97 zu erzeugen. Das Ventil 96 wird geöffnet, um das Produkt in den Produktabschnitt 97 fallen zu lassen, und wird dann geschlossen. Das Ventil 95 kann dann geöffnet werden, um das Produkt aus der Leitung 98 herausfallen zu lassen.

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Gemäß der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform sind Feuchtigkeitskondensierungsplatten 100 und 101 gekühlt," um Feuchtigkeit zu kondensieren, die aus den Klümpchen sublimiert. Kühlmittel tritt in die Platten 100 und 101 durch die Leitungen 102 und 103 ein und verläßt sie durch die Leitungen 104 und 105. Wenn eine Menge Feuchtigkeit auf diesen Platten 100 und 101 kondensiert und gefroren ist, kann in die Platten für eine kurze Zeitspanne ein warmes, fließfähiges Medium eingeführt werden, um sie von den darauf gebildeten Eiskristallen freizuschmelzen, wobei diese in die Eistrichter 109 und 110 fallengelassen werden. Dieses Eis wird durch aufeinanderfolgendes Öffnen und Schließen der Ventile 111 und 112 bzw. 113 und 114 entfernt, die auf jeder Seite der Eisentfernungsabschnitte 115 und 116 angeordnet sind.

Claims (1)

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   Vorrichtung zum Gefriertrocknen von Getränken wie Kaffee, Milch und Orangensaft, umfassend einen evakuierbaren Gefrierturm mit Einspritzdüsen, Mittel zum Erzeugen eines gekühlten Inertgasstromes zum Gefrieren und Aufrechterhalten eines Fluidisierbettes darin sowie Mittel zum Abführen der getrockneten Partikel, gekennzeichnet durch ein in der Einspritzdüse (22) angeordnetes Drehventil (24)*für die Erzeugung periodischer Druckpulsationen und eine an den Gefrierturm (28), in dem ein Fluidisierbett nicht vorgesehen ist, über einen Meßabschnitt (49) angeschlossene Sublimationskammer (41), welche Tröge (55) enthält, die an drehbaren Trogträgerscheiben (63, 64) über Wellen (65, 66) drehbar aufgehängt sind.

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