DE69300755T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Benetzen und Auflösen von trockenen Partikeln. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Benetzen und Auflösen von trockenen Teilchen in einer Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Benetzen und Auflösen von Kaffeeteilchen, einschließlich fein verteilten Kaffeepulvers, in Kaffeeflüssigkeit niedriger Temperatur auf eine Art und Weise, die den Feststoffgehalt der Kaffeeflüssigkeit erhöht, während ein Klumpen, ein Schäumen und eine Verschlechterung der Kaffeequalität minimiert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Bei der Herstellung von löslichem Kaffee wird eine erhebliche Menge an getrockneten Kaffeeteilchen produziert, die für einen Verkauf nicht geeignet sind. Zum Beispiel führen konventionelle Trocknungsverfahren, wie z.B. Sprühtrocknen oder Gefriertrocknen, zur Erzeugung erheblicher Mengen an Kaffeefeinstoffen, die typischerweise eine Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,5 mm haben und kommerziell unerwünscht sind. Solche Kaffeefeinstoffe werden üblicherweise wieder verarbeitet, so daß sie, obwohl sie nicht in den im Handel erhältlichen löslichen Kaffeeprodukten enthalten sind, wiedergewonnen werden, um die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens zu verbessern. Das heißt, die Kaffeefeinstoffe werden typischerweise der Kaffeeflüssigkeit, die verarbeitet wird, wieder zugesetzt, um die Kaffeeteilchen in der Flüssigkeit zu benetzen und aufzulösen und dadurch die Gesamtmenge an löslichen Feststoffen in der Kaffeeflüssigkeit, die einem Trocknungsprozeß unterzogen wird, zu erhöhen. Aufgrund ihrer geringen Teilchengröße und ihres hygroskopischen Charakters sind die Kaffeefeinstoffe jedoch, wenn sie Kaffeeflüssigkeit oder anderen wäßrigen Medien zugesetzt werden, nur schwer zu benetzen und aufzulösen. Die feinen hygroskopischen Teilchen lösen sich, wenn sie mit der Kaffeeflüssigkeit oder anderen wäßrigen Medien in Kontakt gebracht werden, nicht auf, sondern sie neigen dazu, nasse Klumpen zu bilden, die eine gummiartige äußere Oberfläche und ungelöstes Pulver im Inneren aufweisen. In der Vergangenheit war es gewöhnlich erforderlich, die Kaffeeflüssigkeit auf eine erhöhte Temperatur von ungefähr 90ºC zu erhitzen, um ein Benetzen und ein Auflösen der Feinstoffe in der zähflüssigen Kaffeeflüssigkeit zu erreichen. Ein Erhitzen der Kaffeeflüssigkeit auf derartige erhöhte Temperaturen ist jedoch der Qualität des resultierenden löslichen Kaffeeprodukts abträglich. Außerdem konnte, auch mit einem derartigen Erhitzen, aufgrund der Unfähigkeit, alle Klumpen aufzubrechen und aufzulösen, bei kommerziellen Operationen eine vollständige Auflösung der Kaffeefeinstoffe selten erreicht werden. Außerdem neigt das Zufügen von Kaffeefeinstoffen zur Kaffeeflüssigkeit oder anderen wäßrigen Medien dazu, aufgrund inkorporierter eingeschlossener Luft ein unerwünschtes Schäumen hervorzurufen. Demnach haben die Vorrichtungen und die Verfahren, die bis jetzt verwendet wurden, um Kaffeefeinstoffe in konzentrierter Kaffeeflüssigkeit zu verarbeiten, dazu geneigt, sehr schaumige, teilweise gelöste Lösungen zu erzeugen, die relativ große Mengen an Klumpen aus nassem Pulver enthielten. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Benetzung und Auflösung von Teilchen wird in der DE-A-2264169 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 2 zum Benetzen und Auflösen fein verteilter trockener Teilchen, wie z.B. Körnern oder Feinstoffen aus getrocknetem Kaffee, in einer Flüssigkeit, speziell in konzentrierter Kaffeeflüssigkeit. Die Vorrichtung beinhaltet einen Auflösungstank mit einer Flüssigkeits-Einspeiseinrichtung und einer Ableiteinrichtung, die von der Einspeiseinrichtung entfernt angeordnet ist, um einen bestimmten Spiegel der Kaffeeflüssigkeit im Tank aufrechtzuerhalten. Wenigstens ein Paar, und vorzugsweise zwei oder mehr Paare, gegenläufig rotierender Trommeln sind im Tank montiert, wobei die Trommeln teilweise in die Flüssigkeit eintauchen. Die Trommeln eines jeden Paares gegenläufig rotierender Trommeln sind nahe benachbart montiert, so daß ein enger Spalt zwischen den gegenläufig rotierenden Trommeln geschaffen wird. Es wird eine Antriebsvorrichtung bereitgestellt, um die Trommeln in Richtung auf den Spalt zwischen dem Paar aus gegenläufig rotierenden Trommeln zu rotieren. Eine Solubilisierschiene ist tangential in unmittelbarer Nachbarschaft eines nach oben rotierenden Abschnitts einer jeden Trommel montiert, und zwar unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Tank, so daß ein Spalt zwischen der Schiene und der Oberfläche der angrenzenden Trommel definiert wird, wobei der Spalt in Richtung der Rotation der Trommel konvergiert.
• Oberhalb des Auflösungstankes ist eine Einspeiseinrichtung angeordnet, zu der ein Bunker, in dem Kaffeeteilchen, wie z.B. Körnchen oder Pulver, gelagert werden, und eine geneigte Rüttel-Zufuhrbodeneinrichtung gehören, von welcher die Teilchen in einem Schleier aus Teilchen nach unten fallen, und zwar praktisch über die gesamte axiale Länge einer der Trommeln in jedem Paar aus gegenläufig rotierenden Trommeln.
• Ein Auflösungsfilter ist in Verbindung mit der Ableitleitung aus dem Auflösungstank montiert, um ein vollständiges Auflösen möglicher Pulverklumpen zu bewirken, die in der Lösung, die aus dem Auflösungstank abgeleitet wird, zurückbleiben können. Der Auflösungsfilter weist eine zylindrische Filtereinrichtung auf, die aus einer Vielzahl keilförmiger Elemente gebildet wird, die an ihren Basen eng aneinandergrenzend befestigt sind und so einen engen Spalt zwischen angrenzenden Keilen bilden, die vom spitzen Ende der Keile oder stromaufwärts bis zur Basis der Keile oder stromabwärts immer enger werden. Jegliche pulverförmigen Klumpen in der Flüssigkeit, die in den Auflösungsfilter einströmen, werden während der Passage durch den engen Spalt zwischen den unteren Teilen der aneinandergrenzenden Keile zerlegt und aufgelöst. Der Flüssigkeitsstrom, der aus dem Filter austritt, umfaßt Kaffeeflüssigkeit mit einem erhöhten Gehalt an Feststoffen, die frei von nicht aufgelösten Klumpen oder von nicht aufgelöstem Pulver ist und die bei der Herstellung lösiicher Kaffeeprodukte mit konventionellen Verfahren weiterverarbeitet werden kann.
• Beim Betrieb der Vorrichtung verursacht die Rotation der teilweise im Körper aus Flüssigkeit im Auflösungstank eingetauchten Trommeln, daß ein dünner Flüssigkeitsfilm von der Oberfläche der Trommeln getragen wird, wenn sie aus der Flüssigkeit auftauchen. Kaffeeteilchen aus dem Bunker werden von dem Rüttel-Zufuhrboden als ein fallender Schleier aus Teilchen auf eines der Paare der gegenläufig rotierenden Trommeln im Auflösungstank abgegeben, wo die Pulverteilchen zunächst durch den Flüssigkeitsfilm auf der Trommeloberfläche benetzt werden. Aufgrund der geringen Teilchengröße des Pulvers und ihrer hygroskopischen Natur neigt ein Teil der benetzten Teilchen dazu, Klumpen aus nassem Pulver auf der Oberfläche der Trommel zu bilden, wobei die Klumpen eine gummiartige äußere Oberfläche und ungelöstes Pulver im Inneren aufweisen. Das benetzte Kaffeepulver und die Klumpen aus nassem Pulver werden auf der Oberfläche der Trommeln in den Spalt zwischen den aneinandergrenzenden gegenläufig rotierenden Trommeln getragen, wo die Pulverklumpen während der Passage durch den Spalt zusammengepreßt, geknetet und zerdrückt werden, so daß die meisten der Klumpen aufgebrochen werden und das Kaffeepulver vollständiger benetzt wird. Die benetzten Teilchen, die durch den Spalt strömen, werden bei der fortgesetzten Rotation der Trommeln in den Körper aus Flüssigkeit im Auflösungstank getragen und lösen sich in der Flüssigkeit auf, so daß der Gehalt an Feststoffen in der Kaffeeflüssigkeit erhöht wird. Beim Rotieren der Trommeln an der untergetauchten Solubilisierschiene vorbei werden jegliche verbliebenen Pulverklumpen in den konvergierenden Spalt zwischen der Peripherie der Trommeln und der Solubilisierschiene getragen, wo die Pulverklumpen an den Schienen zerrieben werden, so daß jegliche Klumpen zerlegt werden, wobei das Pulver in der Kaffeeflüssigkeit aufgelöst wird. Die Kaffeeflüssigkeit, die aus dem Auflösungstank strömt, weist einen erhöhten Gehalt an Feststoffen auf und ist im wesentlichen frei von Klumpen aus nassem Pulver.
• Mögliche Spuren von Klumpen aus nassem Pulver, die in der Flüssigkeit zurückbleiben können, werden entfernt, indem die Flüssigkeit, die aus dem Auflösungstank strömt, durch das zylindrische Solubilisierfilter geleitet wird, in welchem die Flüssigkeit durch den konvergierenden Spalt zwischen angrenzenden Keilen geleitet wird. Jegliche Klumpen aus nassem Pulver, die in der Flüssigkeit zurückgeblieben sind, werden einem Zerdrücken und einem Zerkleinern unterworfen, wenn sie durch den konvergierenden Spalt strömen, so daß die Klumpen in der Flüssigkeit zerkleinert und aufgelöst werden. Flüssigkeit, die aus dem Solubilisierfilter strömt, ist frei von Klumpen.
• Die Vorrichtung und das Verfahren dieser Erfindung bewirken ein Auflösen hygroskopischer Teilchen, einschließlich fein verteilten Kaffeepulvers in kalter Kaffeeflüssigkeit, auf eine Weise, durch die ein Klumpen, ein Schäumen und eine Verschlechterung der Kaffeequalität minimiert werden. Die Temperatur der Kaffeeflüssigkeit wird während der Passage durch den Auflösungstank vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5ºC bis 15ºC aufrechterhalten, aber sie kann von ungefähr 5ºC bis 60ºC reichen. Es können höhere Temperaturen eingesetzt werden, aber sie werden im allgemeinen nicht bevorzugt, da höhere Temperaturen der Kaffeequalität abträglich sind. Typischerweise wird der Gehalt an Feststoffen in der Kaffeeflüssigkeit während der Passage durch den Auflösungstank um ungefähr 3-5% oder mehr erhöht.
BESCHRELBUNG DER ZEICHNUNGEN
• FIG. 1 ist eine schematische Darstellung des Systems zum Benetzen und Auflösen von Teilchen gemäß der vorliegenden Erfindung.
• FIG. 2 ist eine Querschnittsansicht des Solubilisierfilters, der im System zum Benetzen und Auflösen dieser Erfindung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Das folgende bezieht sich auf die Fig. 1. In dieser Figur wird ein System zum Benetzen und Auflösen hygroskopischer Kaffeeteilchen in Kaffeeflüssigkeit dargestellt. Zwar wird die Erfindung besonders im Hinblick auf das Auflösen von Kaffeefeinstoffen beschrieben, die typischerweise eine Teilchengröße von weniger als ungefähr 0,5 mm in der Kaffeeflüssigkeit besitzen, aber es versteht sich, daß das System und das Verfahren dieser Erfindung zum Benetzen und Auflösen anderer teilchenförmiger Materialien in Flüssigkeiten verwendet werden können. Zum Beispiel können das System und das Verfahren dieser Erfindung verwendet werden, um normale gefriergetrocknete Kaffeekörnchen, die typischerweise Teilchengrößen von ungefähr 0,5 bis 2,5 mm aufweisen, die in kommerziellen Gefriertrocknungsschritten hergestellt werden und die aus bestimmten Gründen kommerziell nicht akzeptabel sind, in Kaffeeflüssigkeit zu benetzen und aufzulösen. Ganz allgemein kann die Erfindung zum Benetzen und Auflösen hygroskopischer Teilchen in einer wäßrigen Flüssigkeit verwendet werden.
• Das System dieser Erfindung beinhaltet eine Einspeiseinrichtung 11, einen Auflösungstank 12, der unterhalb der Einspeiseinrichtung angeordnet ist, und einen Auflösungsfilter 13, der in Verbindung mit der Ableiteinrichtung des Auflösungstanks montiert ist. Die Einspeiseinrichtung 11 beinhaltet einen Bunker 15, in dem die Kaffeefeinstoffe gelagert werden. Der Bunker 15 hat an seiner Basis einen Auslaß 16 für die Abgabe der Kaffeefeinstoffe sowie eine Rührwalze 17, die quer zum Bunker, angrenzend an den Auslaß, montiert ist, um ein Zusammenkleben der Kaffeefeinstoffe im Bunker zu verhindern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Bunker 15 eine rechteckige Form mit einer Länge von ungefähr 1 Meter. Eine Verteilungsschiene 18 ist an der Basis des Bunkers am Auslaß 16 angebracht, um eine gleichmäßige Abgabe der gepulverten Feinstoffe aus dem Bunker zu erleichtern. Quer über der Basis des Bunkers und angrenzend an den Auslaß 16 und unterhalb desselben befindet sich eine längliche Dosierwalze 19, deren axiale Länge sich parallel zur Länge des Auslasses 16 erstreckt, auf welche die gepulverten Feinstoffe, die aus dem Bunker abgegeben werden, über im wesentlichen die axiale Länge der Dosierwalze abgelagert werden. Die Dosierwalze 19 und die Rührwalze 17 werden von einem gemeinsamen Antriebsmotor (nicht gezeigt) mittels konventioneller Zahnrad- und Kettenantriebe angetrieben, um die Geschwindigkeit der Einspeisung des Pulvers in das System festzulegen.
• Eine geneigte Rüttel-Zufuhrbodeneinrichtung 20, die im wesentlichen so breit ist wie die axiale Länge der Walze 19, ist unter der Dosierwalze 19 angebracht, so daß sie die gepulverten Teilchen, die aus der Walze kommen, empfängt. Eine oder mehrere Rütteleinheit(en) 21 ist bzw. sind an der Unterseite des Zufuhrbodens 20 am oberen oder Einspeisende des Bodens angebracht. Bei der Ausführungsform, die in der Fig. 1 dargestellt ist, ist ein zweiter geneigter Zufuhrboden 22 an der Unterseite des Bodens 20 angrenzend an das Auslaßende des Bodens 20 angebracht, wobei sich der Boden 22 entgegengesetzt zur Richtung des Bodens 20 erstreckt, aber ungefähr unter dem gleichen Winkel wie derjenige, unter dem der Zufuhrboden 20 angebracht ist. Eine Reihe von Öffnungen 23 sind über die Breite des Zufuhrbodens 20 angebracht, wobei die Öffnungen 23 einen Abstand voneinander haben, der gleich oder etwas größer ist als die Breite der Öffnungen 23. Auf diese Weise tritt ungefähr die Hälfte der Teilchen, die von der Dosierwalze 19 auf den Boden 20 fallen, die Öffnungen 23 auf dem zweiten Zufuhrboden 22, von welchem sie abgegeben werden, während die andere Hälfte der Teilchen zwischen den Öffnungen entlanggleitet und vom unteren Ende des Bodens 20 abgegeben wird.
• Der Auflösungstank 12, der die Form eines Sammelbeckens hat, das so eingerichtet ist, daß es einen Körper aus der Flüssigkeit 24 aufnehmen kann, wie z.B. kalte konzentrierte Kaffeeflüssigkeit, ist unter dem unteren oder Auslaßende der Böden 20 und 22 montiert. Zumindest ein Paar von gegenläufig rotierenden Trommeln ist im Tank montiert, wobei sich die Trommeln im wesentlichen über die Breite des Tanks erstrecken und eine axiale Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich der Breite des Zufuhrbodens ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Paare von gegenläufig rotierenden Trommeln 25a-25b und 26a-26b im Tank montiert, wobei der untere Teil jeder Walze im Körper aus Flüssigkeit 24 im Tank untergetaucht ist. Ein relativ enger Spalt 27, typischerweise in der Größenordnung von ungefähr 6-12 mm Breite, befindet sich zwischen den Trommeln eines jeden gegenläufig rotierenden Paares. Die Trommelpaare werden in den Richtungen rotiert, die durch die Pfeile in der Fig. 1 angegeben sind, und zwar durch einen Antriebsmotor (nicht gezeigt), der außerhalb des Tanks angeordnet ist, und mit Hilfe eines konventionellen Getriebes, so daß alle Trommeln mit der gleichen Geschwindigkeit rotieren, typischerweise von 5 bis 25 rpm. Eine dünne, im wesentlichen kontinuierliche Schicht aus Flüssigkeit haftet der Oberfläche der Trommeln an, wenn sie aus dem Körper aus Flüssigkeit rotiert werden, wobei die Flüssigkeitsschicht auf den Trommeln beibehalten wird, wenn diese durch den Spalt rotieren. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Maschendraht oder ein Gewebe, wie z.B. ein Drahtgewebe von 6 Mesh, auf die Oberfläche der Trommeln montiert, um die Bildung und die Zurückhaltung der Flüssigkeitsschicht auf die Oberfläche der Trommeln zu erleichtern.
• Die Paare der gegenläufig rotierenden Trommeln sind so im Tank angeordnet, daß die Kaffeefeinstoffe, die aus dem Zufuhrboden 20 abgegeben werden, auf der Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche der Trommel 26a abgelagert werden, und daß die Kaffeeteilchen, die aus dem zweiten Zufuhrboden 22 abgegeben werden, auf der Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche der Trommel 25b abgelagert werden, wobei die Feinstoffe im wesentlichen über der axialen Längen der Trommeln abgelagert werden. Die Teilchen, die auf der Flüssigkeitsschicht der Trommeln abgelagert werden, werden durch die Flüssigkeit benetzt und neigen dazu, nasse Klumpen auf der Oberfläche der Trommeln zu bilden. Die fortgesetzte Rotation der Trommeln trägt die benetzten Teilchen und die Klumpen durch den Spalt 27, in welchem die Teilchen weiter benetzt und die Klumpen zusammengepreßt, geknetet und zerdrückt werden, so daß die Klumpen aufgebrochen werden, wobei die benetzten Teilchen dann im Körper aus Flüssigkeit aufgelöst werden.
• Eine Solubilisierschiene 28 ist in unmittelbarer Nachbarschaft jeder der Trommeln, angrenzend an einen nach oben rotierenden Teil der unteren Hälfte der Trommeln, montiert, wobei jede der Solubilisierschienen im Flüssigkeitskörper im Auflösungstank 12 untergetaucht ist. Jede der Solubilisierschienen ist tangential zu einer Trommel montiert und erstreckt sich parallel zur axialen Länge und über die gesamte axiale Länge der Trommel, so daß ein konvergierender Spalt zwischen der Solubilisierschiene und der angrenzenden Trommel definiert wird, der in Richtung der Rotation der Trommeln konvergiert. Dieser Spalt, der am oberen Ende der Solubilisierschiene eine Breite in der Größenordnung von ungefähr 3 mm bis 6 mm hat, dient dazu, die Pulverklumpen, die im Flüssigkeitskörper im Tank vorhanden sind, zusammenzupressen, zu zerdrücken, zu konditionieren und sie aufzulösen. Die Solubilisierschiene kann eine feste Platte sein, oder sie kann mit einer Reihe von Perforationen versehen sein, die sich über die Schiene erstrecken.
• Flüssigkeit, vorzugsweise kalte konzentrierte Kaffeeflüssigkeit, wie z.B. Kaffeeflüssigkeit mit einem Gehalt an Feststoffen von ungefähr 35% - 45% und einer Temperatur von ungefähr 5ºC bis 15ºC, wird in der Zuführungsleitung 30 in den Auflösungstank 12 gepumpt und zu den Verteilungsleitungen 31 und 32 im Tank geleitet. Die Verteilungsleitung 31 ist oberhalb der Trommel 25a über der Länge der Trommel montiert und weist entlang ihrer Länge eine Reihe von Öffnungen auf, die die eingeleitete Flüssigkeit gleichmäßig über der axiale Länge der Trommel verteilen. Die Verteilungsleitung 32, die oberhalb der Trommel 26b montiert ist, erstreckt sich ebenfalls über die Länge der Trommel und weist ebenfalls eine Reihe von Öffnungen auf, die die eingeleitete Flüssigkeit über die axiale Länge der Trommel 26b verteilen. Ein Durchflußmesser (nicht gezeigt) ist vorzugsweise in der Zuführungsleitung 30 angebracht, um die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms in den Auflösungstank zu messen und zu steuern.
• Eine einstellbare Überlaufsperre 33 ist über die Breite des Auflösungstanks 12 und angrenzend an eines seiner Enden montiert, um einen festgelegten Flüssigkeitsspiegel im Tank aufrechtzuerhalten. Vorzugsweise wird der Flüssigkeitsspiegel bei oder leicht unterhalb des horizontalen Mittelpunkts der Trommeln aufrechterhalten. Eine Flüssigkeits-Auslaßleitung 34 ist an der Basis des Auslaßtanks 12, und zwar an dem Ende des Tanks, das an die Überlaufsperre 33 angrenzt, angebracht, um Flüssigkeit aufzunehmen, die über die Sperre 33 fließt.
• Konzentrierte Flüssigkeit, die aufgelöste Kaffeefeinstoffe enthält, und die aus dem Tank 12 ausgeleitet wurde, wird durch die Leitung 34 zum Solubilisierfilter 13 geleitet, in welchem jegliche Klumpen aus nassem Pulver oder Teile derartiger Klumpen, die noch in der Flüssigkeit übriggeblieben sind, zerdrückt, zerkleinert und aufgelöst werden. In der Fig. 2, auf die sich das folgende bezieht, kann man sehen, daß der Solubilisierfilter 13 eine zylindrische Hülle 35 enthält, die an ihrem unteren und oberen Ende durch die Deckel 36 und 37 verschlossen ist, wobei beide Deckel eine Öffnung 38 bzw. 39 aufweisen, die sich durch sie hindurch erstreckt. Die Leitung 34 ist an der Öffnung 38 am Deckel 36 befestigt, um konzentrierte Flüssigkeit, die aus dem Tank 12 abgeleitet wurde, in den Solubilisierfilter 13 zu leiten. Konzentrisch innerhalb der Hülle 35 ist ein röhrenförmiger Filter 40 montiert, der aus einer Vielzahl von Metallkeilen 41 besteht, die in enger Nachbarschaft zueinander an der Basis der Keile in einer koplanaren Beziehung befestigt sind und einen Zylinder bilden, wobei die Basis der Keile die äußere Oberfläche des Zylinders und die Spitze der Keile die innere Oberfläche des Zylinders bilden. Wie in der Fig. 2 gezeigt ist, wird eine konvergierende Spalte 42 zwischen aneinandergrenzenden Keilen gebildet, wobei die Spalte an der Basis der Keile eine Breite von ungefähr 0,075 mm bis 0,20 mm aufweist. Der Filter 40 ist an seinem oberen Ende an der inneren Oberfläche des Deckels 36 befestigt und an seinem unteren Ende durch die Platte 45 verschlossen. Konzentrierte Flüssigkeit aus dem Auflösungstank 12, die in das Innere des röhrenförmigen Filters 40 geleitet wird, fließt durch die konvergierende Spalte 42 zwischen aneinandergrenzenden Keilen 41 des Filters nach außen in die ringförmige Kammer 43, die zwischen dem Filter und der zylindrischen Hülle 35 gebildet wird, von wo aus sie durch die Leitung 44 ausgeleitet wird. Beim Strömen der Flüssigkeit durch die enge konvergierende Spalte 42 werden jegliche Klumpen aus nassem Pulver, die in der Flüssigkeit vorhanden sind, zusammengepreßt, zerdrückt, zerkleinert und in der Flüssigkeit aufgelöst. Die Flüssigkeit, die aus dem Solubilisierfilter abgegeben wird, ist frei von Klumpen aus nassem Pulver und wird in weiteren konventionellen Verarbeitungsschritten, wie z.B. Gefriertrocknen oder Sprühtrocknen der Kaffeeflüssigkeit, zur Erzeugung löslicher Kaffeeprodukte eingesetzt.
• Es wird jetzt ein typischer Einsatz des Systems beschrieben werden, um die Durchführung dieser Erfindung zu veranschaulichen, bei welcher Kaffeefeinstoffe in konzentrierter Kaffeeflüssigkeit niedriger Temperatur gelöst werden, und zwar in dem System, das in der Fig. 1 dargestellt ist. Aufgrund ihrer viskösen Natur neigt die konzentrierte Flüssigkeit dazu, sehr schaumige, teilweise gelöste Lösungen zu bilden, wenn sie in früheren Benetzungs- und Auflösungssystemen für die Wiedergewinnung von Kaffeefeinstoffen eingesetzt wird.
• Bei dieser exemplarischen Ausführungsform wird eine konzentrierte Kaffeeflüssigkeit mit einem Feststoffgehalt zwischen 39% und 41% und einer Temperatur von ungefähr 8ºC bis 10ºC in den Auflösungstank 12 durch eine Zuführungsleitung 30 und Verteilungsleitungen 31 und 32 gepumpt, durch welche die Flüssigkeit auf die Oberflächen rotierender Trommeln 25a und 26b gesprüht wird. Die Überlaufsperre 33 ist so angeordnet, daß sie den Flüssigkeitsspiegel im Tank leicht unterhalb des horizontalen Mittelpunkts der Trommeln hält. Die Trommeln, von denen eine jede einen Durchmesser von 15,24cm und eine axiale Länge von ungefähr 1 m hat, sind so angeordnet, daß der Spalt 27 zwischen den gegenläufig rotierenden Trommeln 9,5 mm breit ist. Die Rotation der Trommeln im Flüssigkeitskörper im Tank führt dazu, daß eine dünne Schicht aus Flüssigkeit der Oberfläche der Trommel anhaftet, wenn sie durch den Flüssigkeitskörper rotiert wird, wobei die Flüssigkeitsschicht auf der Trommeloberfläche verbleibt, wenn diese den Spalt 27 passiert.
• Kaffeefeinstoffe mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 75 bis 120 um, die im Bunker 15 gelagert werden, werden auf die Dosierwalze 19 abgegeben, die mit ungefähr 3 rpm rotiert, so daß es zu einer Einspeisgeschwindigkeit des Pulvers in das System von ungefähr 54 kg pro Stunde kommt, sowie auf die Rüttel-Zufuhrbodeneinrichtung 20. Öffnungen 23, die sich über die Breite des Zufuhrbodens erstrecken, haben einen Durchmesser von ungefähr 10 mm und sind durch einen Abstand von ungefähr 15 mm getrennt, so daß ungefähr die Hälfte der Kaffeefeinstoffe, die sich auf dem Zufuhrboden 20 nach unten bewegen, durch die Öffnungen auf den zweiten Zufuhrboden 22 fällt, während die verbleibenden Kaffeefeinstoffe zwischen den Öffnungen gleiten und auf dem Boden 20 zurückgehalten werden. Die Kaffeefeinstoffe werden von den Enden der Böden 20 und 22 als ein fallender Schleier aus Teilchen auf die Flüssigkeitsschicht auf der Oberfläche der Trommeln 25b und 26a über im wesentlichen der axialen Länge der Trommeln abgegeben. Beim Kontakt mit der Flüssigkeitsschicht werden die Teilchen benetzt. Aufgrund der hygroskopischen Natur der Kaffeefeinstoffe neigen die benetzten Teilchen dazu, nasse, klebrige Klumpen auf der Oberfläche der Trommeln zu bilden. Die fortgesetzte Rotation der Trommeln in Richtung der Pfeile, wie in Fig. 1 gezeigt ist, trägt die Teilchen in die Spalte 27 zwischen den aneinandergrenzenden gegenläufig rotierenden Trommeln, wo die nassen Klumpen zusammengepreßt, geknetet und zerdrückt werden, so daß die meisten Klumpen aufgebrochen werden.
• Die benetzten Teilchen und verbleibende Teile der Klumpen werden durch die fortgesetzte Rotation der Trommeln in den Flüssigkeitskörper getragen, wo praktisch alle Teilchen in der Flüssigkeit aufgelöst werden. Nasse Klumpen aus nicht gelösten Kaffeefeinstoffen, die in der Flüssigkeit zurückbleiben, werden in den konvergierenden Spalt zwischen den Trommeln und den Solubilisierschienen 28 getragen. Wenn die Klumpen aus nassem Pulver den engen Spalt (ungefähr 5 mm) passieren, werden sie zusammengepreßt und zerdrückt, so daß im wesentlichen alle nassen Klumpen aufgebrochen, konditioniert und aufgelöst werden. Kaffeeflüssigkeit, die über die Überlaufsperre 33 läuft und aus dem Tank 12 weggetragen wird, hat typischerweise einen Feststoffgehalt, der ungefähr 3% bis 5% oder mehr über demjenigen der Flüssigkeit liegt, die in den Tank eingeleitet wurde, wobei die Temperatur der Flüssigkeit während der Passage durch den Tank nur um wenige Grad ansteigt.
• Die Flüssigkeit, die Tank 12 verläßt, wird zum Filter 13 gepumpt, in welchem sie durch den röhrenförmigen Filter 40 fließt, der aus Keilen gebildet wird, die eine Spalte von ungefähr 0,076 mm bis 0,15 mm zwischen den Basen der aneinandergrenzenden Keile aufweisen. Die in der Flüssigkeit möglicherweise vorhandenen geringen Mengen an nassen Klumpen werden zerdrückt, zerkleinert und aufgelöst, wenn die Flüssigkeit durch die Spalten im Keilfilter fließt. Konzentrierte Kaffeeflüssigkeit, die vom Filter 13 abgegeben wird, wird in einen Vorratstank für die anschließende Verarbeitung bei der Herstellung getrockneten löslichen Kaffees gepumpt.
• Die Abstimmung aller Trommeln und Walzen im System wird durch ein Getriebe kontrolliert, in welchem ein einziger Antriebsmotor alle Trommeln und Walzen durch Zahnräder und Kettenantriebe antreibt. Das Anordnen und Aufeinanderabstimmen der verschiedenen Getriebe ist für einen Maschinenbau-Fachmann kein Problem.
• Somit stellt die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfahren zum Benetzen und Auflösen von Kaffeeteilchen in kalter konzentrierter Kaffeeflüssigkeit bereit, wobei ein Schäumen, ein Vorkommen nasser Klumpen in der Flüssigkeit und eine Beeinträchtigung der Kaffeequalität vermieden werden.

Claims (16)

1. Eine Vorrichtung zum Benetzen und Auflösen von fein verteilten trockenen Teilchen in einer Flüssigkeit, die umfaßt

einen Auflösungstank (12) mit einer Flüssigkeits-Zuführeinrichtung (30, 31, 32) und einer -Ableiteinrichtung (34), einer Staueinrichtung (33) in dem genannten Tank zwischen der genannten Zuführeinrichtung und der Flüssigkeitsableiteinrichtung, um in dem genannten Tank einen Körper aus einer Flüssigkeit (14) mit einem vorgegebenen Flüssigkeitsspiegel zu bilden,

wenigstens ein Paar von axial ausgerichteten gegenläufig rotierenden Trommeln (25a, 25b, 26a, 26bd), die in dem genannten Tank montiert sind und teilweise in den genannten Flüssigkeitskörper eintauchen, wobei die Trommeln eines jeden der genannten Paare nahe benachbart montiert sind, so daß zwischen ihnen ein Walzenspalt (27) gebildet wird,

eine Einrichtung zum Rotieren einer jeden Trommel eines jeden der genannten gegenläufig rotierenden Paare auf den Walzenspalt zu,

eine Solubilisierschiene (28), die tangential im wesentlichen parallel und in unmittelbarer Nähe eines nach oben rotierenden Abschnitts einer jeden Trommel montiert ist, wobei die genannte Schiene unter dem Spiegel des Flüssigkeitskörpers angeordnet ist, und wobei die genannte Schiene sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge der Trommel erstreckt, so daß ein konvergierender Spalt zwischen der Schiene und der Oberfläche der angrenzenden Trommel gebildet wird,

eine Einspeiseinrichtung (11), die oberhalb des Auflösungstanks montiert ist, um die trockenen Teilchen auf eine der Trommeln eines jeden gegenläufig rotierenden Paars abzulegen, und

eine zylindrische Filtereinrichtung (13) mit einer Vielzahl von konvergierenden Spalten (42) in Verbindung mit der Flüssigkeitsableiteinrichtung aus dem Tank, die Flüssigkeit aus dem Tank aufnimmt und die Flüssigkeit durch die konvergierenden Spalte hindurchleitet, um jegliche feste Teilchen in der Flüssigkeit zu zerlegen und aufzulösen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Staueinrichtung eine einstellbare Überlaufsperre (33) aufweist, die quer zu dem Auflösungstank (12) in der Nähe eines seiner Enden montiert ist, um in dem genannten Tank einen Flüssigkeitsspiegel (14) aufrechtzuerhalten, der ausreicht, daß die genannten Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) teilweise eintauchen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zwei Paare von gegenläufig rotierenden Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) in dem Tank (12) montiert sind, wobei die Trommeln in beiden Paaren von Trommeln in enger Nachbarschaft montiert sind und in einer Richtung auf den Walzenspalt (27) zwischen den Trommeln zu rotieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der Walzenspalt (27) zwischen den Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) von beiden Paaren von Trommeln eine Weite zwischen etwa 6 mm bis 12 mm aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Einspeiseinrichtung (11) so montiert ist, daß die trockenen Teilchen über im wesentlichen die gesamte axiale Länge einer der Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) eines jeden Paares von gegenläufig rotierenden Trommeln abgelegt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Flüssigkeitszuführeinrichtung Verteilungsleitungen (31, 32) einschließt, die über den Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) montiert sind, um Flüssigkeit auf der Oberfläche von einer der Trommeln eines jeden Paars von gegenläufig rotierenden Trommeln über im wesentlichen die ganze axiale Länge der Trommel zu verteilen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Solubilisierschiene (28) angrenzend an jede der Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) montiert ist, wobei jede Solubilisierschiene tangential zu einem nach oben rotierenden Abschnitt der angrenzenden Trommel angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die genannte Filtereinrichtung (13) eine Vielzahl von Keilelementen (41) aufweist, die in enger Nachbarschaft zueinander in einer koplanaren Anordnung bezüglich der Basis der Keile angeordnet sind und zu einer Zylinderform ausgeformt sind, wobei die Basis der Keile die Außenoberfläche des Filters bildet und die Spitzen der Keile die Innenoberfläche des Filters bilden, so daß zwischen benachbarten Keilen ein konvergierender Spalt (42) gebildet wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die genannte Einspeiseinrichtung (11) einen Bunker (15) zur Bevorratung trokkener Teilchen aufweist, wobei der genannte Bunker einen Auslaß (16) zur Abgabe der trockenen Teilchen aufweist, eine Dosierwalze (19), die angrenzend an und unterhalb des genannten Auslasses montiert ist, um die Abgabemenge der aus dem Bunker abgegebenen Teilchen zu steuern, eine geneigte Rüttel- Zufuhrbodeneinrichtung (20), die unterhalb der Dosierwalze angeordnet ist und die trockenen Teilchen aufnimmt, die aus der Dosierwalze abgegeben werden, wobei das Ende des von der Dosierwalze entfernten Zufuhrbodens so angeordnet ist, daß ein Schleier von trockenen Teilchen über im wesentlichen die gesamte axiale Länge von einer der genannten Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) eines Paars von gegenläufig rotierenden Trommeln abgeschieden wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die genannte Zufuhrbodeneinrichtung einen ersten geneigten Zufuhrboden (20) mit einem Aufnahmeende aufweist, das unterhalb der genannten Dosierwalze angeordnet ist, sowie ein Abgabeende, das oberhalb einer Trommel eines der Paare von gegenläufig rotierenden Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) in dem Auflösungstank (12) angeordnet ist, sowie einen zweiten geneigten Zufuhrboden (22), der an der Bodenfläche des genannten ersten Zufuhrbodens in der Nähe von dessen Abgabeende montiert ist und sich in einer Richtung erstreckt, die der des ersten Zufuhrbodens entgegengesetzt ist, wobei der genannte zweite Zufuhrboden ein Abgabeende aufweist, das oberhalb einer Trommel des anderen Paars von gegenläufig rotierenden Trommeln angeordnet ist, wobei der genannte erste Zufuhrboden eine Vielzahl von beabstandeten Öffnungen (23) über die Breite des Bodens oberhalb des genannten zweiten Zufuhrbodens aufweist, so daß ein Teil der trockenen Teilchen, die von dem ersten Zufuhrboden getragen werden, durch die genannten Öffnungen auf den zweiten Zufuhrboden fällt und von diesem abgegeben wird, und so daß der Rest der trockenen Teilchen zwischen den beabstandeten Öffnungen hindurchläuft und vom Ende des ersten Zufuhrbodens abgegeben wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Öffnungen (23) in dem ersten Zufuhrboden (20) voneinander in einem Abstand angeordnet sind, der wenigstens der Breite der Öffnungen gleich ist.

12. Verfahren zum Benetzen und Auflösen von fein verteilten trockenen Teilchen in einer Flüssigkeit, das umfaßt

Ausbilden eines Flüssigkeitskörpers (14) in einem Tank (12),

Montieren von wenigstens einem Paar von gegenläufig rotierenden Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) in dem Tank, wobei die Trommeln teilweise in den Flüssigkeitskörper eintauchen und wobei die Trommeln eines jeden gegenläufig rotierenden Paars parallel und in enger Nachbarschaft zueinander montiert sind, so daß ein Walzenspalt (27) zwischen den gegenläufig rotierenden Trommeln gebildet wird,

Rotieren der Trommeln auf eine Weise, daß beide Trommeln in jedem gegenläufig rotierenden Paar in eine Richtung auf den genannten Walzenspalt (27) zu rotieren, so daß eine Schicht von Flüssigkeit an der Oberfläche einer jeden Trommel haftet, während diese aus dem genannten Flüssigkeitskörper herausrotiert, Ablegen einer Schicht von trockenen Teilchen auf der Flüssigkeitsschicht der Oberfläche einer rotierenden Trommel in einem jeden gegenläufig rotierenden Paar, so daß die Teilchen benetzt werden und feuchte Pulverklumpen auf der Oberfläche der Tommeln bilden,

Weitertragen der befeuchteten Teilchen und der nassen Pulverklumpen auf der Oberfläche der Trommeln durch den genannten Walzenspalt hindurch, um im wesentlichen alle Pulverklumpen zusammenzudrücken, zu kneten und aufzubrechen, sowie in den Flüssigkeitskörper, um die befeuchteten Teilchen darin aufzulösen,

Rotieren einer jeden der genannten Trommeln auf einen konvergierenden Spalt zu, der von einer stationären Schiene (28) gebildet wird, die in dem Flüssigkeitskörper tangential zu einem nach oben rotierenden Abschnitt einer jeden der Trommeln montiert ist, so daß im wesentlichen alle nassen Pulverklumpen während des Durchtritts durch den konvergierenden Spalt abgeschabt und zerlegt werden und in der genannten Flüssigkeit aufgelöst werden,

Entfernen der flüssigen Lösung, die die aufgelösten Teilchen enthält, aus dem Tank,

Hindurchleiten der aus dem Tank entfernten Flüssigkeit durch eine Vielzahl von konvergierenden Spalten (42) in einem zylindrischen Filter (13), so daß jegliche restliche Pulverklumpen in der Flüssigkeit infolge eines Durchtritts durch die Spalten abgeschliffen, geschert und zerlegt werden, wobei die Teilchen in der Flüssigkeit aufgelöst werden, und

Abführen von Flüssigkeit, die frei von Pulverklumpen ist, aus dem genannten Filter.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die trockenen Teilchen Kaffeefeinstoffe mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 75 bis 120 um aufweisen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei der die Flüssigkeit eine konzentrierte Kaffeeflüssigkeit mit einem Feststoffgehalt von etwa 25 % oder mehr und einer Temperatur von etwa 5 ºC bis 60 ºC ist, wobei der Feststoffgehalt der Flüssigkeit während des Zeitraums, für den die Flüssigkeit in dem genannten Tank (12) verweilt, um etwa 3 bis 5 % oder mehr und die Temperatur der Flüssigkeit um etwa weniger als 10 ºC erhöht werden.

15. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem zwei Paare von gegenläufig rotierenden Trommeln (25a, 25b, 26a, 26b) in dem Tank (12) vorhanden sind, wobei die Pulverteilchen auf eine Trommel eines jeden Paars abgelegt werden, so daß die nassen Pulverklumpen, die auf der Oberfläche der Trommeln gebildet werden, in den Walzenspalt (27) von beiden Paaren von Trommeln überführt werden, um die Pulverklumpen von beiden Paaren von Trommeln zusammenzudrücken, zu kneten und aufzubrechen.

16. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die aus dem Tank (12) abgeleitete Flüssigkeit durch konvergierende Spalten mit einer Weite von etwa 0,075 mm bis 0,20 mm hindurchgeführt wird.