DE69114510T2

DE69114510T2 - Konzentrator des fallenden filmtyps.

Info

Publication number: DE69114510T2
Application number: DE69114510T
Authority: DE
Inventors: Kenzo Masutani; Yoshiharu Sakai
Original assignee: Hisaka Works Ltd
Current assignee: Hisaka Works Ltd
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2011-06-28
Also published as: EP0548360B1; JP3179097B2; BR9106893A; WO1993000143A1; US5538593A; DE69114510D1; EP0548360A4; EP0548360A1

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films, und sie betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Konzentrieren einer Rohflüssigkeit, die im starken Maße konzentriert werden soll, ohne an Aroma zu verlieren oder deren Qualität zu beeinträchtigen, wie hitzeempfindliche Flüssigkeiten einschließlich Obst (Drangen, Ananas, Mandarinen usw.), Gemüse (Zwiebeln, Tomaten usw.) Extrakte von Tieren (Hühnerfleisch, Rindfleisch, Schweinefleisch usw.) und Meeresprodukte (Garnelen, Austern, Fisch, Krabben usw,).
Wenn eine hitzeempfindliche Flüssigkeit konzentriert wird, ist es notwendig, die Wärmekontaktzeit mit dem Dampfheizelement zu verkürzen. Folglich ist es wünschenswert, die Rohflüssigkeit, die der Konzentrier- Vorrichtung zugeführt wird, nach einem einzigen Durchlauf als konzentrierte Flüssigkeit zu entnehmen. Die Autoren der vorliegenden Erfindung haben bereits früher eine Maschine zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films entwickelt, die für das Konzentrieren einer hitzeempfindlichen Flüssigkeil geeignet ist, und diese international unter W090/09220 angemeldet.
Diese Anmeldung bot jedoch noch Raum für Verbesserungen bei der Konzentrierung von Rohflüssigkeiten, die ein hoheres Maß an Konzentration benötigen. Das heißt wenn eine Rohflüssigkeit im stärkeren Maße Konzentrierungsverfahren gearbeitet, und die Feuchtigkeit in der Rohflüssigkeit wird stufenweise durch die Konzentrier-Vorrichtung verdampft und abgeführt, und in den späteren Schritten wird die Konzentration größer, und das flüssige Volumen der Rohflüssigkeit verringert sich, und im abschließenden Schritt wird das flüssige Volumen außerordentlich gering, und auf der Heizoberfläche bildet sich eine trockene Menge, was manchmal zum Versengen oder zur Verschlechterung der Qualität der Flüssigkeit führt. Als Gegenmaßnahme dazu kann in Betracht gezogen werden, einen Teil des Konzentrats zurückzuführen, um nur im abschließenden Schritt das flüssige Volumen zu vergrößern, aber in diesem Fall verliert die hitzeempfindliche Flüssigkeit an Aroma, und ihre Qualität wird beeinträchtigt, und es verringert sich auch die Effektivität dar Konzentrierung.
GB-A-1084292 und GB-A-2089666 legen jeweils eine Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films offen, um eine Rohflüssigkeit durch erhitzten Dampf zu konzentrieren wozu Rohflüssigkeit-Platten und Dampfplatten abwechselnd schichtweise angeordnet werden. Die Weite des Erhitzungsdurchgangs für die Rohflüssigkeit verringert sich vom Einlaß der Rohflüssigkeit bis zum Auslaß der konzentrierten Flüssigkeit allmählich.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese Punkte zu verbessern, und es ist eines ihrer Hauptziele, eine Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films zu schaffen, die in der Lage ist, durch einen einzigen Durchlauf ein hohes Maß an Konzentration zu erreichen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films zum Konzentrieren einer Rohflüssigkeit durch erhitzten Dampf geschaffen, die abwechselnd schichtweise angeordnete Rohflüssigkeit-Platten und Dampfplatten umfaßt, wobei jede Rohflüssigkeit-Platte einen Rohflüssigkeit-Einlaß (12), der im oberen Teil der Rohflüssigkeit-Platte (10) gebildet wird, einen Konzentrat-Auslaß, der im unteren Teil der Rohflüssigkeit-Platte gebildet wird, und eine Rohflüssigkeit Passage, die sich vom Rohflüssigkeit-Einlaß zum Konzentrat-Auslaß erstreckt, aufweist, wobei jede Dampfplatte einen Einlaß für erhitzten Dampf, Ablaßöffnungen und eine Passage für erhitzten Dampf umfaßt, die sich vom Dampfeinlaß bis zu den Ablaßöffnungen erstreckt, wobei die weite sowohl der Erhitzungspassage als auch der Passage für erhitzten Dampf in der Fließrichtung des erhitzten Dampfes allmählich verringert wird dadurch gekennzeichnet, daß eine Passage für verdunsteten Dampf gebildet wird, die sich von einem Zwischenpunkt der Rohflüssigkeit-Platte unter wenigstens einer Seite der Rohflüssigkeit- Passage bis zum Konzentrat - Auslaß erstreckt, um die Abtrennung des aus der Rohflüsssigkeit verdunsteten Dampfes von der konzentrierten Flüssigkeit zu ermöglichen.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen,
Fig. 1 eine Vorderansicht der Rohflüssigkeit-Dampfplatte bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Dampfplatte in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist;
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht auf der Linie vii-vii von Fig. 2 ist;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Darstellung ist, die schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zum Konzentrieren zeigt, die durch abwechselnd schichtweise Anordnung von Rohflüssigkeit-Platten und Dampfplatten gebildet wird, und
Fig. 5 ein Fließschema eines Beispiels einer Konzentrier-Anlage unter Anwendung der Heizplatten nach der Erfindung ist.
In Fig. 1 bezeichnet die Zahl 10 eine Rohflüssigkeit-Platte, die eine Heißdampf-Passage 11, einen Rohflüssigkeit-Einlaß 12, einen Konzentrat-Auslaß 13 und Ablaßpassagen 14 umfaßt.
Die Heißdampf-Passage 11 hat eine Öffnung, die im oberen mittleren Teil der Rohflüssigkeit-Platte 10 gebildet wird, und wird von einer Dichtung 15a umschlossen.
Der Rohflüssigkeit-Einlaß 12 öffnet sich wenig oberhalb der Mitte der Längsrichtung der Rohflüssigkeit-Platte 10 auf der Mittellinie in der Breitenrichtung der Rohflüssigkeit-Platte 10 und macht etwa 1/5 bis 1/9 dur Breite der Rohflüssigkeit-Platte 10 aus und wird von einer Dichtung 15b von annähernd U-Form umschlossen. Diese U-förmige Dichtung 15b bildet eine Vorwärm-Passage 16 für die Rohflüssigkeit, die aus dem Rohflüssigkeit-Einlaß 12 eintritt, und ist dafür vorgesehen, die Rohflüssigkeit von der oberen Öffnung bis zu den Dispersionsteilen 17 auf beiden Seiten gleichmäßig zu dispergieren.
Der Konzentrat-Auslaß öffnet sich im unteren mittleren Teil der Rohflüssigkeit-Plafte 10 und sein unterer Umfang wird von einer Dichtung 15c umschlossen, die annähernd U-Form hat.
Von oberhalb der Rohflüssigkeit-Vorwärm-Passage 16 bis zum Konzentrat-Auslaß 13 über die Dispersionsteile 17 an beiden Seiten wird eine Rohflüssigkeit-Erhitzungspassage 18 gebildet. Diese Rohflüssigkeit- Passage 18 wird von einer Dichtung 15d umschlossen, und das untere Ende dieser Dichtung 15d reicht nicht so weit wie die U-förmige Dichtung 15c, die den unteren Umfang des Konzentrat-Auslaßes 13 umschließt.
Die Weite der Rohflüssigkeit-Passage 18 nimmt vom Rohflüssigkeit- Einlaß 12 hin zum Konzentrat-Auslaß 13 allmählich ab. Demzufolge wird die Dichtung 15d, welche die Rohflüssigkeit-Passage 18 umschließt, im Breitenabstand nach unten enger.
Die Ablaßpassagen 14 öffnen sich auf beiden Seiten unterhalb der Rohflüssigkeit-Platte 10 an einer Stelle unter dem Konzentrat-Auslaß 13, und sie werden von Dichtungen 15e umschlossen.
Der Umfang der Rohflüssigkeit-Platte 10 wird von einer rahmenförmigen Dichtung 15f umschlossen, und diese rahmenförmige Dichtung 15f wird mit den anderen Dichtungen 15a, 15c, 15d, 15e in Reihe gebildet.
Unter der Dichtung 15d, welche die Rohflüssigkeit-Passage 18 umschließt, wird eine Vielzahl von Auslaßöffnungen 40 für verdunsteten Dampf gebildet, und unter beiden Seiten oder unter einer Seite der Rohflüssigkeit-Erhitzungspassage 18 wird ei ne Verdunstungsdampf-Passage 41 gebildet. Diese Verdunstungsdampf-Passage 41 steht mit dem Konzentrat- Auslaß 13 in Verbindung.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, wird die Vielzahl der Verdunstungsdampf- Auslaßöffnungen 40 unter der Dichtung 15d gebildet, welche die Rohflüssigkeit-Passage 18 umschließt, und die Verdunstungsdampf-Passage 41 wird unter beiden Seiten oder unter einer Seite der Rohflüssigkeit-Passage 18 gebildet, in welcher der verdunstete Dampf, der bei der Konzentration der Rohflüssigkeit zur Verminderung von deren flüssigem Volumen erzeugt wird, aus der Vielzahl der Verdunstungsdampf-Auslaßöffnungen 40 in die Verdunstungsdampf-Passage 41 unter beiden Seiten oder unter einer Seite der Rohflüssigkeit-Passage 18 abgeschieden werden kann, so daß eine Zunahme der Fließgeschwindigkeit des Konzentrats verhindert wird. Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht, welche die Ausführung der Vielzahl von Verdunstungsdampf Auslaßöffnungen 40 zeigt, die unter der Dichtung 15d gebildet werden, wobei die Dichtung 15d durch eine Schraffur gekennzeichnet wird.
In Fig. 2 bezeichnet die Zahl 20 eine Dampfplatte, die einen Heißdampf-Einlaß 21, eine Rohflüssigkeit-Passage 22, eine Konzentrat- Passage 23 und Ablaßöffnungen 24 umfaßt. Der Heißdampf-Einlaß 21 öffnet sich in der Mitte des oberen Teils der Dampfplatte 20, und seine obere Hälfte wird von einer Dichtung 25a umschlossen.
Die Rohflüssigkeit-Passage 22 öffnet sich wenig oberhalb der Mitte der Längsrichtung der Dampfplatte 20 auf der Mitteilinie in der seitlichen Richtung der Dampfplatte und macht etwa 1/5 bis 1/9 der Größe der seitlichen Richtung der Dampfplatte 20 aus, und sie wird von einer ringfürmigen Dichtung 25b umschlossen. Ebenfalls oberhalb der Rohflüssigkeit-Passage 22 ist eine Dichtung 25c befestigt, um ein Biegen oder Verformen der Platten 10, 20 zu verhindern, diese entspricht der Dichtung 15b zur Bildung der Rohflüssigkeit-Vorwärm-Passage 16 für die Rohflüssigkeit-Platte 10.
Die Konzentrat-Passage 23 öffnet sich in der Mitte des unteren Teils der Dampfplatte 20 und wird von einer ringförmigen Dichtung 25d umschlossen.
Die Ablaßöffnungen 24 öffnen sich auf beiden Seiten des unteren Teils der Dampfplatte 20 an einer Position unterhalb der Konzentrat- Passage 23. Die Ablaßöffnungen 24 werden von einer Reihe von rahmenförmigen Dichtungen 25e umschlossen, welche die Heißdampf-Passage 26 einschließen, in welcher der erhitzte Dampf vom Heißdampf-Einlaß 21 über die Dampfplatte 20 nach unten zu den Ablaßöffnungen 24 strömt.
Die Weite der Heißdampf-Passage 26 nimmt vom oberen Teil zum unteren Teil der Rohflüssigkeit-Platte 10 allmählich ab. Demzufolge wird die Dichtung 25e, welche die Heißdampf-Passage 26 umschließt, im Breitenabstand nach unten enger.
Die Dampfplatte 20 wird von einer rahmenförmigen Dichtung 25f umschlossen, aber diese rahmenförmige Dichtung 25f reicht nicht bis zu der Dichtung 25e, welche die Heißdampf-Passage 26 umschließt.
Position und Größe des Heißdampf-Einlaßes 21, der Rohflüssigkeit- Passage 22, der Konzentrat-Passage 23 und der Ablaßöffnungen 24 der Dampfplatte 20 sind auf die Position und Größe der Heißdampf-Passage 11, des Rohflüssigkeit-Einlaßes 12, des Konzentrat-Auslaßes 13 und der Ablaßöffnungen 24 der Rohflüssigkeit-Platte 10 abgestimmt.
Das untere Ende der Dichtung 25e, welche die Heißdampf-Passage 26 umschließt wird abgeschnitten, um auf die gleiche Form wie die Dichtung 15d in Fig. 1 gebracht zu werden.
Es können Dichtungen von einheitlicher Stärke verwendet werden, ohne daß die Stärke der Dichtungen variiert zu werden braucht.
Bei den vorstehend beschriebenen Rohflüssigkeit-Platten 10 und Dampfplatten 20 beträgt das Schlankheitsverhältnis etwa 9:1.
Eine Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films wird dadurch geschaffen, daß abwechselnd schichtweise die so gebildete Rohflüssigkeit-Platte 10 und die Dampfplatte 20 angeordnet werden, wie das in Fig. 4 cezeigt wird, und daß an den beiden Enden Stirnplatten 31, 32 angeordnet werden.
Erhitzter Dampf wird vor einer Heißdampf-Zuführöffnung 33 über einer der Stirnplatten 31 zugeführt, und Rohflüssigkeit wird von einer Rohflüssigkeit-Zuführöffnung 34 zugeführt, die sich in Längsrichtung wenig über der Mitte befindet. Infolgedessen steigt die Rohflüssigkeit vom Rohflüssigkeit-Einlaß 12 jeder Rohflüssigkeit-Platte 10 durch die Vorwärm- Passage 16 nach oben und fließt mittels der Dispersionsteile 17 an beiden Seiten in einem dünnen Film über die Rohflüssigkeit-Passage von oben nach unten und wird am Konzentrat-Auslaß 13 abgegeben. Dagegen fließt der erhitzte Dampf in einem dünnen Film vom Heißdampf-Einlaß 21 jeder der Dampfplatten längs der Heißdampf-Passage 26 und wird aus den Ablaßöffnungen 24 abgegeben.
Im Ergebnis dessen wird die Rohflüssigkeit in der Vorwärmpassage 16 jeder Rohflüssigkeit-Platte 10 durch den erhitzten Dampf, der an beiden Seiten vorbeigeführt wird, vorgewärmt und in der Passage 18 erhitzt um konzentriert zu werden, und sie wird aus dem Konzentrat-Auslaß 13 abgegeben.
Im Verfahren der Konzentrierung der Rohflüssigkeit wird die Feuchtigkeit in der Rohflüssigkeit als Dampf verdampft, und entsprechend verringert sich das Flüssigkeitsvolumen, und wenn die weite der Rohflüssigkeit-Passage 18 von oben nach unten einheitlich ist, könnte auf der Heizfläche ein trockener Abschnitt gebildet werden, da sich jedoch die weite der Rohflüssigkeit-Erhitzungspassage 18 von oben nach unten allmählich verengt wird die Bildung eines trockenen Abschnitts durch die Heizfläche verhindert.
Auf der anderen Seite strömt der erhitzte Dampf durch die Heißdampf- Passage 26 jeder der Dampfplatten 20 und erhitzt die Rohflüssigkeit, die an beiden Seiten herabläuft, um dabei zu kondensieren, und wird abschließend als Abfluß durch die Ablaßöffnungen 24 abgegeben.
Da der erhitzte Dampf kondensiert wird, um sein Volumen zu verringern wird auch die weite der Heißdampf-Passage 26 nach unten allmählich verringert.
In Fig. 4 bezeichnet die Zahl 35 eine Konzentrat-Auslaßöffnung, und 36 ist eine Abfluß-Auslaßöffnung.
Fig. 5 zeigt ein Fließschema einer Konzentrier-Anlage unter Anwendung der Heizplatten der Erfindung, bei der die Rohflüssigkeit von einem Tank 50 zuerst von einer ersten Pumpe 51 über einen ersten Vorwärmer 52 und einen zweiten Vorwärmer 53 einer ersten Konzentrier-Vorrichtung 54 zugeführt und konzentriert wird und durch einen ersten Abscheider 55 in Gas und Flüssigkeit getrennt wird. Das von dem Gas durch den ersten Abscheider 55 abgetrennte Konzentrat wird durch eine zweite Pumpe 56 einer zweiten Konzentrier-Vorrichtung 57 zugeführt, um weiter konzentriert zu werden, und wird von der dritten Konzentrier-Vorrichtung 60 in unkondensierten Dampf und kondensierten Abfluß durch einen dritten Abscheider 70 getrennt. Der kondensierte Abfluß wird durch einen vierten Abfluß-Abscheider 71 in unkondensierten Dampf und kondensierten Abfluß getrennt und von einer dritten Abfluß-Pumpe 72 als Vorwärmquelle in den ersten Vorwärmer 52 eingeführt und dann abgeleitet. Der unkondensierte Dampf im dritten Abfluß-Abscheider 70 wird zusammen mit dem abgetrennten Dampf vom dritten Abscheider 61 einer Kühlvorrichtung 73 zugeführt und gekühlt und in den vierten Abfluß-Abscheider 71 eingeführt. Im vierten Abfluß-Abscheider 71 erfolgt die Trennung in unkondensierten Dampf und kondensierten Abfluß wobei der kondensierte Abfluß durch die dritte Abflußpumpe 72 als Vorwärmquelle in den ersten Vorwärmer 52 eingeführt und dann abgeleitet wird. Der unkondensierte Dampf wird durch eine Wassereinspritzvorrichtung 74 in einen Wassertank 75 eingeführt.
Fig. 5 ist ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung in einer dreistufigen Konzentrier-Anlage, bei der die Heizquelle der Konzentrier- Vorrichtung der ersten Stufe die ausschließliche Wärmequelle ist, während die Wärmequellen der zweiten und der folgenden Konzentrier-Vorrichtungen durch Dampf gebildet werden können, der von der Rohflüssigkeit der vorhergehenden Konzentrier-Vorrichtung abgetrennt wird. In diesem Fall kann die Erfindung bei allen Konzentrier-Vorrichtungen oder nur bei der (den) letzteren Konzentrier-Vorrichtung(en) angewendet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films zum Konzentrieren einer Rohflüssigkeit durch erhitzten Dampf, die abwechselnd schichtweise angeordnete Rohflüssigkeit-Platten (10) und Dampfplatten (20) umfaßt wobei jede Rohflüssigkeit-Platte einen Rohflüssigkeit-Einlaß (12), der im oberen Teil der Rohflüssigkeit-Platte (10) gebildet wird, einen Konzentrat-Auslaß (13) der im unteren Teil der Platte (10) gebildet wird, und eine Rohflüssigkeit-Passage (18), die sich vom Rohflüssigkeit-Einlaß bis zum Konzentrat-Auslaß erstreckt, aufweist, wobei jede Dampfplatte (20) einen Einlaß (21) für erhitzten Dampf, Ablaßöffnungen (24) und eine Passage (26) für erhitzten Dampf umfaßt, die sich vom Dampfeinlaß (21) bis zu den Ablaßöffnungen (24) erstreckt, wobei die weite sowohl der Erhitzungspassage (18) als auch der Heißdampf-Passage (26) in der Fließrichtung der Flüssigkeit allmählich verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Passage (41) für verdunsteten Dampf gebildet wird, die sich von einem Zwischenpunkt der Rohflüssigkeit-Platte (10) unter wenigstens einer Seite der Rohflüssigkeit-Passage (18) bis zum Konzentrat-Auslab (13) erstreckt, um die Abtrennung des aus der Rohflüsssigkeit verdunsteten Dampfes von der konzentrierten Flüssigkeit zu ermöglichen.

2. Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Dichtung (15d), welche die Rohflüssigkeit-Passage (18) umschließt und in Reihe mit einer Dichtung (15f) gebildet wird, die längs des Außenumfangs der Platten angeordnet ist und die Verdunstungsdampf-Passage (41) umschließt.

3. Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Dampfauslaßöffnungen (40) in der Dichtung (15d) gebildet wird, welche die Rohflüssigkeit-Passage (18) umschließt, um die Passage (18) mit der Verdunstungsdampf-Passage (41) zu verbinden.

4. Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohflüssigkeit-Platte (10) eine Vorwärmpassage (16) zum Durchfließen durch die Rohflüssigkeit langs der Mittellinie in der Längsrichtung der Platte (10) und Dispersionsteile (17) an beiden Seiten aufweist, um die Rohflüssigkeit zur rechten und zur linken Seite zu einem gleichmäßigen dünnen Film vom oberen Ende der Vorwärmpassage (16) zu dispergieren, und daß es die Rohflüssigkeit-Passage (18) der durch die Dispersionsteile (17) dispergierten Rohflüssigkeit erlaubt, gleichmäßig in einem dünnen Film zu fließen.

5. Vorrichtung zum Konzentrieren eines nach unten fließenden dünnen Films, die eine Vielzahl von Konzentrier-Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 umfaßt, die in mehreren Stufen paarweise mit Abscheidern zum Abtrennen der konzentrierten Flüssigkeit vom verdampften Dampf angeordnet sind, wobei die Rohflüssigkeit nacheinander, in einem Durchlauf, von der ersten Stufe bis zur letzten Stufe geführt wird, in einem System mit Mehrfachwirkung der abgetrennte Dampf in der vorhergehenden Stufe als Heizmittel für die nachfolgende Konzentrierstufe verwendet wird, eine Dampfeinspritzvorrichtung verwendet wird, um das Hei zmedi um der ersten Konzentrier-Vorrichtung zuzuführen, und die Rohflüssigkeit, die in die erste Konzentrier-Vorrichtung eingeführt wird, durch den kondensierten Abfluß des Heizmediums vorgewärmt wird, der in den einzelnen Stufen von den Konzentrier-Vorrichtungen erzeugt wird.