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Verfahren zur Einengung von Lösungen durch Ausfrieren des Wassers
Es
ist bekannt, Lössungen, wie Fruchtsäfte, Milch, Fleischextrakt u. dgl., dadurch
in schonender Weise einzuengen, daß man das Nasser in Form von Eis durch .\usfrieren
ausscheidet Alle zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagenen Arbeitsweisen zeigen
nun die Schwierigkeit, daß Einengungen über etwa 50% Trockensubstanzgehalt verhältnismäßig
große Verluste und schlechte Ausbeuten bedingen und mitunter die Erreichung derjenigen
Konzentration, bei der das Konzentrat bei Raumtemperatur unbegrenzt haltbar ist,
im praktischen Betrieb undurchführbar wird.
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Es wurde überraschenderwiese gefunden, daß man wesentlich höhere
Konzentrationen mi geringeren Verlusten und besseren Ausbeuten als bisher erzielen
kann, wenn man insbesondere in der letzten Einengungsstuf.e die Temperatur des Kühlmittels
während des Gefriervorganges nicht wie bisher praktisch konstant hält, sondern entsprechend
der mit der infolge der Einengung fallenden Eisausscheidungstemperatur absinken
läßt. Erfindungsgemäß wird daher die Einengung von I.ösungen durch Ausfrieren des
Wassers mit während des Gefriervorganges absinkender Kühltemperatur durchgeführt.
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I)as neue Verfahren wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert, bei dem das .Nusfrieren des Wassers in ringförmigen Gefrierzellen
erfolgt. Ein Orangensaft, der durch Ausfrieren von Wasser auf die in wirtschaftlicher
Weise nach
den bekannten Verfahren gut erreichbare Konzentration
von etwa 45 Gewichtsprozent gebracht wurde, wird in einen kreisringförmigen Gefrierbehälter
eingefüllt. Das Konzentrat soll bis auf einen Gehalt von etwa 600/0 gebracht werden.
Da die Gleichgewichtstemperatur zwischen Eis und einem Konzentrat von 600/0 bei
etwa 220 liegt, hat man bisher eine derartige Lösung in ein Solbad gebracht, dessen
Temperatur mit Rücksicht auf die Widerstände beim Wärmeübergang: Kühlbadgefrierflüssigkeit
etwa - 260 betrug. Gemäß der Erfindung wird die 450/oige Lösung jedoch zunächst
in ein Kühlbad gebracht, dessen Temperatur nur etwa-14° beträgt. Bei dieser Temperatur
ist Eis in Gleichgewicht mit einem Konzentrat von nur etwa 520/0. Erst wenn bei
dieser Temperatur eine bestimmte Menge Eis ausgeschieden ist und dementsprechend
die Gleichgewichtstemperatur im Innern der Zelle abgesunken ist, wird die Temperatur
des Kühlbades herabgesetzt.
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Man kann dies stetig vornehmen, indem man die Temperatur des Kühllbades
entsprechend der durch die Einengung absinkenden Eisausscheidungstemperatur, das
ist die Gleichgewichtstemperatur zwischen Eis und dem jeweiligen Konzentrat, gleichmäßig
senkt. Für den praktischen Betrieb einfacher dürfte es jedoch sein, die Zelle, nachdem
in einem Kühlbad von beispielsweise 4O eine gewisse Menge Eis ausgeschieden ist,
in ein weiteres Kühlband von beispielsweise etwa 200 zu bringen, hierin einen weiteren
Teil der auszuscheidenden Eismenge auszufrieren und den dann noch verbleibenden
Rest des Eises in einem Bad von -26° auszuscheiden. Mitunter dürfte es auch schon
genügen, wenn man z. B.
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20 oder 300/0 der insgesamt auszuscheidenden Eismenge bei einer Temperatur
von -14 bis 160 und den gesamten Rest des Eises unmittelbar bei einer Kühltemperatur
von etwa 260 ausfriert, wie folgender Vergleichsversuch gezeigt hat: Eine mit einem
Konzentrat von etwa 45 0/o gefüllte Gefrierzelle wurde zunächst bei I 5 bis -I60
Soletemperatur behandelt, bis etwa 20°/o Eis ausgeschieden waren. Hierauf wurde
die Zelle in einen Gefrierbehälter übergeführt, dessen Temperatur 260 betrug. Eine
zweite genau gleiche Zelle wurde mit der gleichen Menge Lösung gefüllt und in der
bisher üblichen Weise unmittelbar bei einer Soletemperatur von 260 behandelt, wobei
in beiden Fällen etwa die gleichen Eismengen insgesamt ausgefroren wurden.
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Die Trennung von Eis und Konzentrat erfolgte durch Zentrifugieren,
der Inhalt beider Zellen wurde die gleiche Zeit gesc!hlewdért. Es ergab sich, daß
die gemäß der Erfindung behandelte Zelle ein Konzentrat lieferte, dessen Trockensubstanzgehalt
um 25 ovo höher lag als das Konzentrat, welches aus der in üblicher Weise behandelten
Zelle stammte, was bei den hdhen erreichten Einengungen (6I gegen 590/0) von beträchtlichem
Einfluß auf den Wert des Konzentrates und seine Haltbarkeit z. B. im Tropenklima
sein kann.
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Die in der gleichen Schleuderzeit anfallende Menge des Konzentrates
war bei dem neuen Verfahren um etwa I50/o größer. Bei Berücksichtigung der höheren
Konzentration dieses Konzentrates ergibt sich eine Vergrößerung der Ausbeute an
Trockensubstanz von etwa 20°/o. Dementsprechend war der Rückstand an Trockensubstanz
im Eis bei dem neuen Verfahren um etwa 300/0 niedriger als bei der bisher üblichen
Arheitsweise.
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Die Vorteile des neuen Verfahrens, daß sowohl die Konzentration der
gewonnenen Dicksäfte wie die Ausbeute verbessert wird, dürften darin begründet sein,
daß bei der neuen Arbeitsweise wesentlich größere und hesser ausgebildete Kristalle
als bisher erhalten werden. Wenn man nach der bisher üblichen Arbeitsweise eine
Lösung von etwa 450/0 Trockensubstanzgehalt in ein Bad von -26° brachte, so lag
die Kühltemperatur weit unter der Eisausscheidungstemperatur, wodurch die Entstehung
eines sehr dichten Gefüges sehr kleiner Kristalle begünstigt wird, welches für die
Trennung von Eis und Konzentrat besondere Schwierigkeiten bietet. Wenn man dagegen
nach der neuen ArbeitsN-eise während des ganzen Gefriervorganges die Differenz zwischen
der Temperatur des Kühlbades und der Eisausscheidungstemperatur im Innern der Zelle
weitgehend konstant und auf einem verhältnismäßig niedrigen Wert hält, dann entstehen
große und gleichmäßig gut ausgebildete Eiskristalle, deren Abtrennung vom Konzentrat
wesentlich wirksamer durchgeführt werden kann.
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Die neue Arbeitsweise ist von besonderem Vorteil bei der Einengung
schon angereicherter Lösungen, da unter diesen Umständen die Anderung der Eisausscheidungstemperatur,
d. h. der Gleichgewichtstemperatur zwischen Eis und Konzentrat, während der Einengung
am stärksten ist. Trotzdem lassen sich die Vorteile des neuen Verfahrens bis zu
einem gewissen Grad auch ausnutzen, wenn man schon in der ersten Stufe einer Kälteeinengung
die Kühltemperatur während des Gefriervorganges absinken läßt.
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Das Verfahren läßt sich in gleicher Weise bei Verfahren anwenden,
hei denen die Eisausscheidung z. B. unter Bewegung der auszufrierenden Lösung erfolgt.
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PATENTAXSEBRI7CHE I. Verfahren zur Einengung von Lösungen durch Ausfrieren
des Wassers und anschließende mechanische Trennung der flüssigen von den kristallisierten
Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Küh Isoletemperatur während des Gefriervorganges
entsprechend der mit der Einengung der Lösung fallenden Eisausscheidungstemperatur
gesenkt wird.