WO1989011319A1 - Process for producing concentrates from aqueous liquids - Google Patents

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WO1989011319A1
WO1989011319A1 PCT/AT1989/000049 AT8900049W WO8911319A1 WO 1989011319 A1 WO1989011319 A1 WO 1989011319A1 AT 8900049 W AT8900049 W AT 8900049W WO 8911319 A1 WO8911319 A1 WO 8911319A1
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PCT/AT1989/000049
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Karl Heinz Schubert
Original Assignee
K H S Aromatechnik Karl Heinz Schubert
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0004—Crystallisation cooling by heat exchange
    • B01D9/0013—Crystallisation cooling by heat exchange by indirect heat exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D29/117—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements arranged for outward flow filtration
    • B01D29/118—Filters with filtering elements stationary during filtration, e.g. pressure or suction filters, not covered by groups B01D24/00 - B01D27/00; Filtering elements therefor with bag, cage, hose, tube, sleeve or like filtering elements arranged for outward flow filtration open-ended
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    • B01D29/6469—Regenerating the filter material in the filter by scrapers, brushes, nozzles, or the like, acting on the cake side of the filtering element scrapers
    • B01D29/6476—Regenerating the filter material in the filter by scrapers, brushes, nozzles, or the like, acting on the cake side of the filtering element scrapers with a rotary movement with respect to the filtering element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D9/00—Crystallisation
    • B01D9/0063—Control or regulation

Definitions

  • the invention relates to a method for producing concentrates from water-containing liquids, in particular for beverage production, by freezing out at least some of the water and separating the ice formed from the water from the residual liquid.
  • the desired concentration of the liquid is often not exactly achieved.
  • the method has hitherto not been suitable for many liquids, or only to a limited extent. For example, it has hitherto not been possible to obtain concentrates from milk and other emulsions by the known processes, or an attempt at a corresponding concentration is carried out bought significant quality reductions.
  • concentrates have hitherto been produced almost exclusively by evaporation with heating, which has the consequence, for example in the case of milk concentrates, that the concentrate tastes characteristic of boiled or even slightly burnt-on milk.
  • the object of the invention is to provide a method of the type mentioned at the outset, in which the desired concentration of the liquid is carried out in a continuous process, to which liquids which have hitherto not been suitable or only conditionally suitable for the freezing concentration can also be subjected to it it should be possible to largely automate the process and to achieve the desired or desired concentration under automatic control.
  • the stated object is achieved in that the water-containing liquid is conveyed in a continuous process by means of a conveyor in the longitudinal direction through a pipe or a channel and is firstly cooled in a cooling zone until the water freezes out, after which the liquid is added the ice crystals formed and, where appropriate, at least partially scraped off the tube or channel wall by the conveyor, are guided through a separation zone in which the liquid is drained off and liquid residues adhering to the ice crystals with suction or blowing air through the Ice crystals that are conveyed further are separated, after which the ice crystals are separated out.
  • the decisive advantage of the method according to the invention is that it runs continuously, that the liquid is kept in motion during the cooling and until the separation process by means of the longitudinal conveyor - that is, it is not located directly in a large container - which is why the liquid does not separate takes place, so that even sensitive liquids can be subjected to the concentration and that finally, in a manner to be described, it is possible to intervene relatively easily and automatically in the process sequence in order to achieve the desired concentration of the liquid.
  • there are two separate media namely a concentrate which represents the residual liquid and almost pure water in the form of the ice crystals which are virtually freed from residues of the residual liquid in the air stream, so that practically no valuable constituents of the liquid are lost with the ice crystals .
  • the concentrates obtained, if ready-to-drink beverages are subjected to the concentration, can be stored and shipped in smaller containers and can be diluted with water or water containing CO 2 for use. It should be noted that the shelf life of the beverage concentrates is improved by increasing the alcohol and sugar content compared to the starting product, so that concentrates that contain at least 20% by volume of alcohol can be stored for a very long time with practically no sterilization or the addition of germicidal agents .
  • the method according to the invention can also be used for the concentration of fruit juices, sugar-armal solutions, etc., which are to be subsequently processed into drinks.
  • the method also offers itself as an alternative method in the production of alcoholic beverages with a higher alcohol content, so that, for example, beer or wine concentrates with an increased alcohol content compared to the starting product and an increased proportion of ingredients are produced as a drink by itself or as a new beverage ingredient and can be used.
  • the process according to the invention is also suitable for the production of concentrates from milk and other emulsions if certain process conditions are observed. - H -
  • the process according to the invention is advantageously carried out as a multistage process, the process described being repeated until a desired concentration of the residual liquid is reached. It is possible to feed a system having the described devices two or more times with the more highly concentrated liquid or, which will be more advantageous for the continuity, several plant stages provided with a longitudinal conveyor, cooling zone, separator and separation device for the ice crystals switch. In the case of a multi-stage arrangement, regulation is also easier than in a single-stage system.
  • the cooling temperature in a subsequent process is advantageously reduced compared to the previous process. Before the liquid is subjected to the continuous process, it can be pre-cooled to the vicinity of the fermentation point. The ice separated in the continuous process is also advantageously used for this precooling. In a multi-stage process, the cooling medium used can be passed through the individual stages in countercurrent to the concentrating liquid.
  • the volume can be reduced to 1/5 of the initial volume in a multi-stage process, with an alcohol content of up to 24% by volume depending on the type of beer.
  • an alcohol content of up to 24% by volume depending on the type of beer.
  • the concentration will be selected up to physically possible or economically sensible limits based on the desired properties of the end product.
  • the concentrates can be processed in a bottling plant into appropriately diluted beverages and in Barrels, cans, bottles etc. are packed or even frozen until they reach a firm consistency and shipped in frozen form.
  • the concentrates can also be diluted with water or carbonated water in so-called postraix systems directly at the point at which the beverage is dispensed.
  • the process according to the invention has the advantage that the taste of the concentrate is largely avoided and volatile constituents of the starting liquid, such as alcohol and essential oils, are not lost or are separately collected and later added again have to.
  • the use of energy in the process according to the invention is also less than in the case of evaporation.
  • the method according to the invention is also suitable for the production of concentrates from milk and other emulsions and water-containing liquids, in which a concentration was previously only possible by evaporation.
  • the procedure is preferably such that the homogenized and pasteurized milk, which may have been adjusted to a relatively low fat content, is first pre-cooled to near the freezing point and then compared with the tube wall in a multi-stage process at a low temperature the milk that is passed through is subjected to the concentration process by freezing the water.
  • the cooling temperature is preferably only slight compared to the previous stage, e.g. B. reduced by 1 ° C.
  • the milk concentrate obtained has products obtained by vaporization have significantly improved taste properties.
  • the liquid is passed through a cooling and separating zone through a pipe rising from the inlet to the outlet and receiving the longitudinal conveyor.
  • the advantage of this is that the system requires little space. It is crucial, however, that with the arrangement of the tube mentioned there is hardly any ice separation on the tube wall, since the resulting ice crystals are lighter than the concentrate formed and, due to their buoyancy, tend to close the outlet in the tube to ascend. Such ice crystals can also be easily stripped off the pipe wall. Cooling of the liquid which is as uniform and effective as possible can be obtained or accelerated by passing this liquid through an annular gap " accommodating the longitudinal conveyor " between a standing outer tube and an inner tube, both the outer and the inner tube being cooled ⁇ the.
  • two or more separators with a cooled, standing pipe with longitudinal conveyor and separation zone can be arranged side by side, the ice crystals on each pipe being separated separately, whereas the liquid pre-concentrated in one pipe is fed to the inlet of the next pipe becomes.
  • a screw conveyor is advantageously used as the longitudinal conveyor.
  • parameters that characterize the course of the process e.g. B. the liquid temperature
  • the liquid throughput at the inlet of the cooling zone or cooling zones and at the separation zone or the separation zones, as well as the purity of the separated ice crystals from the liquid under concentration, and the process sequence is determined according to these parameters by adjusting the cooling line ⁇ stung, the throughput and the separation at the separator controlled, the separation also depends on the strength of the air flow passing through, which is then controlled accordingly.
  • the purity of the ice crystals can be monitored simply by determining the electrical conductivity of these crystals or the melt water obtained from them, pure ice crystals having a low electrical conductivity and the conductivity increasing with increasing contamination by the residual liquid. If it is desirable or necessary due to the process ablation, particularly in the case of a rapid process sequence and high final concentration of the liquid, that the ice crystals have to be contaminated by adhering liquid residues, the ice crystals can be replaced by another Lead the separation zone, allow it to melt there on the surface and subject this melt water, which still contains liquid residues, to the concentration again.
  • cooling capacity is usually subject to a certain degree of inertia, fine-grained rules in the course of the process are advantageously regulated, at least predominantly, by adjusting the conveying speed of the longitudinal conveyor.
  • FIG. 2 shows a multi-stage system, likewise in the diagram, the control devices being omitted to simplify the illustration.
  • a feed line 1 is provided, which connects, for example, to a large storage container 2 and via which a liquid to be subjected to the concentration process, for example beer or another drink, is fed to the overall system.
  • a tube 3 with a conveyor screw serving as a longitudinal conveyor, which is driven by a motor 5.
  • the tube 3 first leads through a cooling zone 6, in which the tube 3 and thus the liquid conveyed further in it is subjected to strong cooling.
  • the liquid flowing in via 1 can also be pre-cooled, if necessary using the ice separated from the system.
  • the cooling zone 6 is supplied by a cooling unit 7 via a cooling medium guided in pipes 8.
  • the liquid which now contains ice crystals is passed into a separator 9, in which the tube 3 has perforations 10, II at the top and bottom and a connection leading into a collecting container 12 is present.
  • the collecting container 12 is connected to a vacuum pump 13, which generates a negative pressure in it, so that air enters through the perforation 10 and with this air also the air
  • Pipe 3 liquid provided it does not flow through the perforation 11 by itself, from the ice crystals and is also sucked into the container 12. It has been indicated that the container 12 can have a pipe connection 1 a for a subsequent plant or process stage, in which the process described at a lower cooling temperature is repeated. From the separation zone 9, the tube 3 leads with the screw conveyor 4 to an outlet 1 for the separated ice crystals.
  • quantity sensors 15, 16 are provided for the quantity of liquid flowing through.
  • At least the cooling zone 6 has temperature sensors 17 at the inlet and outlet for determining the inlet and outlet temperature of the liquid.
  • a conductivity sensor 18 is provided in the outlet 14, which determines the electrical conductivity of the ice crystals or the melt water formed from them.
  • the sensors 15 to 18 are connected to a central control unit 19 which determines control signals for the motor 5 or the vacuum pump 13 and possibly the cooling unit 7 from the parameters determined via the sensors 15 to 18.
  • this cooling unit 7 it is possible to make a regulation in that this cooling unit 7 has a larger supply of a cooling medium, for. B. a brine, cools.
  • the brine is kept at a predetermined low temperature.
  • the cooling temperature for the liquid passed through the cooling zone can be additionally determined or influenced.
  • the system parts 7, 8, which are also present, and the control device 19 with the sensors 15 to 18 have not been shown.
  • the system has three successive stages 20, 21, 22, to which further stages can be connected if necessary.
  • a reservoir 23 with a subsequent inflow line 24 is again provided for the liquid to be subjected to the concentration.
  • the line 24 opens into an upright tube 25 of the stage 20, which in its lower region is immersed in a cooling zone 26 and at the lower end Exception of the opening to the tube 24 and a sealed opening for the passage of a tube 27 open towards the cooling zone 26 is closed.
  • the liquid is guided in the annular gap 28 between the tubes 25 and 27.
  • the tube 27 is flowed through by the cooling medium or forms an evaporator of a cooling unit in the case of evaporative cooling.
  • the cooling unit and other cooling line connections were not shown.
  • a screw conveyor 29 is provided, which is driven by a motor 30 and conveys the liquid or the ice crystals that form from the bottom up through the tube 25.
  • the cooling zone 26 is a separator zone 31, in the area of which the tube 25 again has perforations 32.
  • the separator zone 31 has an inlet 33 and an outlet 34- for sucked or blown air.
  • stage 31 When the separator zone 31 is reached, the greater part of the liquid first flows through the perforation 32 into a connecting pipe 35, which leads to the inlet of the next system stage 21, which is constructed in exactly the same way as the stage 20.
  • the outlet pipe 35a of stage 21 leads to the inlet of stage 22 and the outlet pipe 35b of stage 22 to the inlet of a further stage or to a collecting container for the concentrated liquid.
  • 33-34 air is blown over the ice crystals conveyed further upwards by means of the conveyor 29, so that they are melted on the surface and residues of the still adhering liquid to be concentrated are separated with the melt water and be fed into line 35.
  • the conveyor 29 finally throws the ice crystals into an outlet 36, from where they are directed to a collector and, if necessary, used to cool the liquid in the container 23 or through the line 24 become.
  • the temperature of the liquid at the lines 24, 35, 35a, 35b and optionally at the inlet of the separator zone 31 is recorded.
  • the electrical conductivity of the 36 crystals removed is also recorded.
  • Quantity sensors similar to the sensor 16 are also present and connected to the common control device.

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Description

Verfahren zum Herstellen von Konzentraten aus wasserhal¬ tigen Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kon¬ zentraten aus wasserhaltigen Flüssigkeiten, insbesondere für die Getränkeerzeugung, durch Ausfrieren wenigstens eines Teiles des Wassers und Abscheiden des aus dem Wasser gebil- deten Eises von der Restflüssigkeit.
Es ist bekannt, daß bei der Abkühlung wasserhaltiger Flüs¬ sigkeiten, z. B. von Bier, Wein, Fruchtsäften, Zuckerlö¬ sungen usw. ein Teil des in der Flüssigkeit enthaltenen Was- sers zu Eis erstarrt, während der Rest der Flüssigkeit noch seinen flüssigen Aggregatszustand beibehält. Trennt man die¬ ses Eis vom Rest der Flüssigkeit ab, so bleibt ein Konzen¬ trat mit geringerem Wassergehalt, aber erhöhtem Anteil an den übrigen Ausgangsbestandteilen, auch des allenfalls vor- handenen Alkohols zurück. Ein Verfahren der eingangs ge¬ nannten Art wird bisher im wesentlichen als diskontinuier¬ liches Verfahren ausgeführt, wobei die zu konzentrierende Flüssigkeit in einem Behälter bis zur Eisabscheidung gekühlt und dann z. B. in einer Zentrifuge vom gebildeten Eis ge- trennt wird. Bei dieser Vorgangsweise ergibt sich ein großer Anlagenau wand und es ist eine Steuerung und Überwachung des Verfahrens durch das Bedienungspersonal notwendig. Die ange¬ strebte Konzentration der Flüssigkeit wird häufig nicht ge¬ nau erreicht. Überdies ist das Verfahren bisher für viele Flüssigkeiten nicht oder nur bedingt geeignet. Z. B. ist es bisher nicht möglich, nach den bekannten Verfahren Konzen¬ trate aus Milch und anderen Emulsionen zu gewinnen oder es wird der Versuch einer entsprechenden Konzentrierung durch erhebliche Qualitätsminderungen erkauft. Hier erfolgt die Herstellung von Konzentraten bisher fast ausschließlich durch Eindampfen unter Erwärmung, was etwa bei Milchkonzen¬ traten zur Folge hat, daß das Konzentrat charakteristisch nach gekochter bzw. sogar leicht angebrannter Milch schmeckt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs ge¬ nannten Art anzugeben, bei dem die angestrebte Konzentration der Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Vorgang vorgenom¬ men wird, dem auch bisher für die Gefrierkonzentration nicht oder nur bedingt geeignete Flüssigkeiten unterworfen werden können, wobei es möglich sein soll, das Verfahren weitgehend zu automatisieren und die gewünschte bzw. angestrebte Kon- zentration unter selbsttätiger Steuerung zu erreichen.
Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß die wasserhaltige Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Vor¬ gang mittels eines Förderers in Längsrichtung durch ein Rohr oder einen Kanal gefördert und dabei zunächst in einer Kühl¬ zone bis zum Ausfrieren des Wassers gekühlt wird, wonach die Flüssigkeit mit den gebildeten und gegebenenfalls mittels des Förderers wenigstens zum Teil von der Rohr- oder Kanal¬ wandung abgestrei ten Eiskristallen durch eine Abscheide- zone geführt wird, in der die Flüssigkeit abgeleitet und an den Eiskristallen haftende Flüssigkeitsreste unter Durchsau¬ gen oder Durchblasen von Luft durch die weitergeförderten Eiskristalle abgetrennt werden, wonach die Eiskristalle aus¬ geschieden werden.
Der entscheidene Vorteil des er indungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß es kontinuierlich abläuft, daß die Flüs¬ sigkeit während der Abkühlung und bis zum Abscheidevorgang mittels des Längsförderers in Bewegung gehalten wird - sich also nicht unmittelbar in einem großem Behälter befindet - weshalb keine Entmischung der Flüssigkeit stattfindet, so daß auch empfindliche Flüssigkeiten der Konzentration unter¬ worfen werden können und daß schließlich in noch zu beschreibender Weise relativ einfach regelnd und automatisch in den Verfahrensablauf eingegriffen werden kann, um die gewünschte Konzentration der Flüssigkeit zu erreichen. Nach Durchführung des Verfahrens liegen zwei getrennte Medien vor, und zwar ein die Restflüssigkeit darstellendes Konzen¬ trat und nahezu reines Wasser in Form der im Luftstrom von Rückständen der Restflüssigkeit nahezu befreiten Eis- kristalle, so daß mit den Eiskristallen praktisch keine wertvollen Bestandteile der Flüssigkeit verlorengehen. Wenn kohlensäurehältige Getränke dem Verfahren ausgesetzt werden, kann es zu einem Abscheiden des ursprünglich in Lösung vor¬ handenen C02 kommen. Die erhaltenen Konzentrate können, wenn trinkfertige Getränke der Konzentration unterworfen werden, in kleineren Gebinden aufbewahrt und versandt sowie für den Gebrauch mit Wasser bzw. C02-hältigem Wasser wieder verdünnt werden. Dabei ist zu beachten, daß die Lagerfähigkeit der Getränkekonzentrate sich durch die Erhöhung des Alkohol- und Zuckergehaltes gegenüber dem Ausgangsprodukt verbessert, so daß Konzentrate, die mindestens 20 Vol-% Alkohol enthalten, praktisch ohne Sterilisation oder die Zugabe keimtötender Mittel sehr lange Zeit lagerfähig bleiben. Das erfindungs¬ gemäße Verfahren kann auch für die Konzentration von Frucht- saften, Zucker-Arbmalösungen usw., die nachträglich zu Ge¬ tränken verarbeitet werden sollen, eingesetzt werden. Das Verfahren bietet sich auch als alternatives Verfahren bei der Herstellung alkoholischer Getränke mit höherem Alkohol¬ gehalt an, so daß etwa Bier- oder Weinkonzentrate mit ge- genüber dem Ausgangsprodukt erhöhtem Alkoholgehalt und einem erhöhten Anteil an Inhaltsstoffen als Getränk für sich oder als neue Getränkezuτat hergestellt und eingesetzt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch für die Her¬ stellung von Konzentraten aus Milch und anderen Emulsionen geeignet, wenn bestimmte Verfahrensbedingungen eingehalten werden . - H -
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft als mehr¬ stufiges Verfahren ausgeführt, wobei der beschriebene Vor¬ gang bis zum Erreichen einer gewünschten Konzentration der Restflüssigkeit wiederholt wird. Es ist dabei möglich, eine die beschriebenen Einrichtungen aufweisende Anlage zwei- oder mehrmals mit der höher konzentrierten Flüssigkeit zu beschicken oder, was für die Kontinuität vorteilhafter sein wird, mehrere mit Längsförderer, Kühlzone, Abscheider und Abtrenneinrichtung für die Eiskristalle versehene Anlagen- stufen hintereinander zu schalten. Bei mehrstufiger Anord¬ nung wird auch eine Regelung leichter als bei einer ein¬ stufigen Anlage möglich. Vorteilhaft wird die Abkühltempe¬ ratur bei einem Folgevorgang gegenüber dem vorhergehenden Vorgang herabgesetzt. Bevor man die Flüssigkeit dem kon- tinuierlichen Verfahren unterzieht, kann man sie schon bis in die Nähe des Ge rierpunktes vorkühlen. Für diese Vorküh¬ lung wird vorteilhaft auch das im kontinuierlichen Verfahren abgeschiedene Eis eingesetzt. Im mehrstufigen Verfahren kann man das verwendete Kühlmedium im Gegenstrom zu der konzen- trierenden Flüssigkeit durch die einzelnen Stufen leiten.
Bei der Herstellung eines Konzentrates aus Bier läßt sich in einem mehrstufigen Verfahren eine Reduktion des Volumens auf 1/5 des Ausgangsvolumens erreichen, wobei je nach Biersorte ein Alkoholgehalt bis zu 24 Vo.1-% auftritt. Wenn man in der ersten Stufe in der Kühlzone eine Wandtemperatur von -18°C wählt, kann man diese Temperatur bis zur letzten Stufe bis zum -25βC absenken. Trotz der hohen Konzentration gehen keine wertbestimmenden Bestandteile des Ausgangsproduktes (Restextrat, Alkohol, Hopfenbittersto fe, Aromastoffe usw.) verloren. Bei der Herstellung von Konzentraten wird man die Konzentration bis an physikalisch mögliche bzw. wirtschaft¬ lich sinnvolle Grenzen heran jeweils aufgrund der ge¬ wünschten Eigenschaften des Endproduktes wählen. Bei Ge- tränken können die Konzentrate in einem Abfüllbetrieb zu entsprechend verdünnten Getränken verarbeitet und in Fässern, Dosen, Flaschen usw. verpackt bzw. sogar bis zu Erreichen einer festen Konsistenz tiefgekühlt und in tief¬ gekühlter Form versandt werden. Man kann die Konzentrate auch in sogenannten Postraix-Anlagen unmittelbar an der Aus- gabestelle des Getränkes mit Wasser oder kohlensäurehalti¬ gem Wasser verdünnen.
Gegenüber der bekannten Herstellung von Konzentraten durch Eindampfen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Geschmacksbeeinträchtigungen des Konzentrates weit¬ gehend vermieden und flüchtige Bestandteile der Ausgangs¬ flüssigkeit, etwa Alkohol und ätherische Öle, nicht verlo¬ rengehen bzw. gesondert aufgefangen und später wieder zugesetzt werden müssen. Der Energieeinsatz ist beim erfin- dungsgemäßen Verfahren überdies geringer als beim Ein¬ dampfen.
Es wurde schon darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich auch für die Herstellung von Konzentraten aus Milch und anderen Emulsionen und wasserhaltigen Flüssig¬ keiten eignet, bei denen bisher eine Konzentration nur durch Eindampfen möglich war. Bei der Herstellung eines Milchkon¬ zentrates wird vorzugsweise so vorgegangen, daß die gege¬ benenfalls auf einem relativ niedrigen Fettgehalt einge- stellte, homogenisierte und pasteurisierte Milch zunächst bis in die Nähe des Gefrierpunktes vorgekühlt und dann in einem mehrstufigen Verfahren bei geringer Untertemperatur der Rohrwandung gegenüber der durchgeleiteten Milch dem KonzentrationsVorgang durch Ausfrieren des Wassers unterwor- fen wird. In jeder Stufe wird dabei vorzugsweise die Abkühl¬ temperatur gegenüber der vorhergehenden Stufe nur geringfü¬ gig, z. B. um 1°C herabgesetzt. Dadurch sowie durch die ständige Weiterförderung der der Konzentration unterworfenen Milch in kleinen Portionen mittels des Förderers wird die Bildung von Fett- oder Eiweißklumpen im Konzentrat vermie¬ den. Das erhaltene Milchkonzentrat hat gegenüber durch Ein- dampfung erhaltenen Produkten wesentlich verbesserte Ge- schmackseigenschaften.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens wird die Flüssigkeit durch ein vom Ein¬ laß zum Auslaß ansteigendes, den Längsförderer aufnehmendes Rohr durch Kühl- und Abscheiderzone geleitet. Dabei ergibt sich der Vorteil des geringen Platzbedar es der Anlage. Ent¬ scheidend ist aber, daß es bei der genannten Anordnung des Rohres kaum zu einer Eisabscheidung an der Rohrwandung kommt, da die entstehenden Eiskristalle leichter als das ge¬ bildete Konzentrat sind und schon durch ihren Auftrieb das Bestreben haben, im Rohr gegen den Auslaß zu aufzusteigen. Solche Eiskristalle lassen sich auch leicht von der Rohrwan- düng abstreifen. Eine möglichst gleichmäßige und wirksame Abkühlung der Flüssigkeit kann dadurch erhalten bzw. be¬ schleunigt werden, daß diese Flüssigkeit durch einen den Längsförderer aufnehmenden Ringspalt" zwischen einem stehend angeordneten Außenrohr und einem Innenrohr geleitet Wird, wobei sowohl das Außen- als auch das Innenrohr gekühlt wer¬ den.
Bei der Durchführung eines mehrstufigen Verfahrens können zwei oder mehrere Abscheider mit gekühltem, stehendem Rohr mit Längsförderer und Abscheidezone nebeneinander angeordnet werden, wobei die Eiskristalle an jedem Rohr gesondert abge¬ schieden werden, wogegen die in einem Rohr vorkonzentrierte Flüssigkeit jeweils den Einlaß des nächsten Rohres zugeführt wird.
Vorteilhaft wird als Längsförderer ein Schneckenförderer verwendet.
Um eine weitgehend automatische Regelung des Verfahrensab- laufes zu ermöglichen, werden für den Ablauf des Verfahrens kennzeichnende Parameter, z. B. die Flüssigkeitstemperatur an mehreren Stellen des Durchlaufweges, die Flüssigkeits¬ durchsatzmengen am Einlaß der Kühlzone bzw. Kühlzonen und an der Abscheidezone bzw. den Abscheidezonen sowie die Reinheit der abgeschiedenen Eiskristalle von der der Konzentration unterliegenden Flüssigkeit erfaßt und der Ver ahrensablauf wird nach diesen Parametern durch Einstellung der Kühllei¬ stung, der Durchsatzmenge und der Abtrennung am Abscheider geregelt, wobei die Abtrennung auch von der Stärke des durchtretenden Luftstromes abhängt, der dann entsprechend geregelt wird. Die Reinheit der Eiskristalle kann einfach dadurch überwacht werden, daß der elektrische Leitwert die¬ ser Kristalle bzw. des aus ihnen gewonnenen Schmelzwassers bestimmt wird, wobei reine Eiskristalle einen niedrigen elektrischen Leitwert haben und sich der Leitwert mit zu- nehmender Verunreinigung durch die Restflüssigkeit erhöht. Falls es aufgrund des Verfahrensablau es besonders bei ra¬ schem Verfahrensablauf und hoher Endkonzenträ ion der Flüs¬ sigkeit erwünscht oder notwendig ist, eine gewisse Verun¬ reinigung der Eiskristalle durch anhaftende Flüssigkei ts- reste in Kauf zu nehmen, kann man die Eiskristalle durch eine weitere Abscheidezone führen, dort oberflächlich ab¬ schmelzen lassen und dieses noch Flüssigkeitsreste ent¬ haltende Schmelzwasser neuerlich der Konzentration unterwer¬ fen.
Es empfiehlt sich, von Haus aus die Kühlleistung so einzu¬ stellen, daß die in einem Durchlauf gewünschte Konzentra¬ tion aufgrund dieser Kühlleistung in einer entsprechenden Flüssigkeitsmenge vorgenommen werden kann. Feinstufige Re- gelungen beim Verfahrensablauf werden, da die Kühlleistung meist einer gewissen Regelungsträgheit unterliegt, vorteil¬ haft zumindest vorwiegend durch Einstellung der Förderge¬ schwindigkeit des Längs örderers geregelt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten An- lagen veranschaulicht. Es zeigen
Fig. 1 eine einstufige Anlage mit den zugehörigen Regelein¬ richtungen im Schema und
Fig. 2 eine mehrstufige Anlage, ebenfalls im Schema, wobei zur Vereinfachung der Darstellung die Regeleinrich¬ tungen weggelassen wurden.
Nach Fig. 1 ist eine Zuleitung 1 vorgesehen, die beispiels¬ weise an einen großen Vorratsbehälter 2 anschließt und über die der Gesamtanlage eine dem Konzentrationsver ahren zu un¬ terwerfende Flüssigkeit, beispielweise Bier oder ein sonstiges Getränk, zugeführt wird. Innerhalb der Anlage ist ein Rohr 3 mit einer als Längsförderer dienenden Förder¬ schnecke - vorgesehen, die von einem Motor 5 angetrieben wird.
Das Rohr 3 führt zunächst durch eine Kühlzone 6, in der das Rohr 3 und damit die in ihm weiter beförderte Flüssigkeit einer starken Kühlung unterworfen wird. Auch die über 1 zu- laufende Flüssigkeit kann, allenfalls unter Verwendung des aus der Anlage abgeschiedenen Eises gut vorgekühlt werden. Die Kühlzone 6 wird von einem Kühlaggregat 7 über ein in Rohren 8 geführtes Kühlmedium versorgt. Nach Verlassen der Kühlzone 6 wird die nun Eiskristalle enthaltende Flüssigkeit in einen Abscheider 9 geführt, in dem das Rohr 3 oben und unten Perforierungen 10, II aufweist und ein in einen Sam¬ melbehälter 12 führender Anschluß vorhanden ist. Der Sam¬ melbehälter 12 steht mit einer Vakuumpumpe 13 in Verbindung, die in ihm einen Unterdruck erzeugt, so daß Luft durch die Perforierung 10 eintritt und mit dieser Luft auch die im
Rohr 3 befindliche Flüssigkeit, soferne sie nicht von selbst durch die Perforierung 11 abfließt, von den Eiskristallen ab und ebenfalls in den Behälter 12 gesaugt wird. Es wurde angedeutet, daß der Behälter 12 einen Rohranschluß la für eine folgende Anlagen- bzw. Verfahrensstufe aufweisen kann, in der der beschriebene Vorgang bei niedrigerer Kühltempe- ratur wiederholt wird. Aus der Abscheidezone 9 führt das Rohr 3 mit dem Schneckenförderer 4 zu einem Auslaß 1 für die abgeschiedenen Eiskristalle.
Vor dem Einlaß der Kühlzone 6 und im Einlaß des Behälters 12 sind Mengenfühler 15, 16 für die durchströmende Flüssig¬ keitsmenge vorgesehen. Zumindest die Kühlzone 6 besitzt am Ein- und Auslaß Temperaturfühler 17 zur Bestimmung der Ein- und Austrittstemperatur der Flüssigkeit. Im Auslaß 14 ist ein Leitwertfühler 18 vorgesehen, der den elektrischen Leit¬ wert der Eiskristalle bzw. des aus ihnen gebildeten Schmelz¬ wassers ermittelt. Die Fühler 15 bis 18 stehen mit einer zentralen Steuereinheit 19 in Verbindung, die aus den über die Fühler 15 bis 18 ermittelten Parametern Steuersignale für den Motor 5 bzw. die Vakuumpumpe 13 und gegebenenfalls das Kühlaggregat 7 ermittelt. Beim Kühlaggregat 7 ist es möglich, dadurch eine Regelung vorzunehmen, daß .dieses Kühl¬ aggregat 7 einen größeren Vorrat eines Kühlmediums, z. B. eine Sole, abkühlt. Die Sole wird auf einer vorbestimmten Tieftemperatur gehalten. Durch Regelung der Umlaufgeschwin¬ digkeit dieser Sole in den Rohren 8 und durch die Kühlzone 6, etwa durch Einstellung der Drehzahl einer Umwälzpumpe, kann die Abkühltemperatur für die durch die Kühlzone ge¬ führte Flüssigkeit zusätzlich bestimmt bzw. beeinflußt wer- den.
In Fig. 2 wurden die ebenfalls vorhandenen Anlagenteile 7, 8 und die Steuereinrichtung 19 mit den Fühlern 15 bis 18 nicht dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besitzt die Anlage drei aufeinanderfolgende Stufen 20, 21, 22, an die im Bedarfsfall noch weitere Stufen anschließen können. Für die der Konzentration zu unterwer ende Flüssigkeit ist wieder ein Vorratsbehälter 23 mit anschließender Zuflu߬ leitung 24 vorgesehen. Die Leitung 24 mündet in ein stehend angeordnetes Rohr 25 der Stufe 20, das in seinem unteren Be¬ reich in eine Kühlzone 26 eintaucht und am unteren Ende mit Ausnahme der Öffnung zum Rohr 24 und einer abgedichteten Öffnung zur Durchführung eines gegen die Kühlzone 26 offenen Rohres 27 geschlossen ist. Die Flüssigkeit wird im Ringspalt 28 zwischen den Rohren 25 und 27 geführt. Das Rohr 27 wird, ebenso wie die Kühlzone 26, vom Kühlmedium durchströmt oder bildet bei Verdamp ungskühlung einen Verdampfer eines Kühl¬ aggregates. Die Kühlaggregats- bzw. sonstige Kühlleitungs- anschlüsse wurden nicht dargestellt.
Im Ringspalt 28 ist ein Schneckenförderer 29 vorgesehen, der von einem Motor 30 angetrieben wird und die Flüssigkeit bzw. die sich bildenden Eiskristalle von unten nach oben durch das Rohr 25 fördert.
Oben schließt an die Kühlzone 26 eine Abscheiderzone 31 an, in deren Bereich das .Rohr 25 wieder Perforierungen 32 auf¬ weist. Die Abscheiderzone 31 besitzt einen Einlaß 33 und einen Auslaß 34- für durchgesaugte oder durchgeblasene Luft.
Beim Erreichen der Abscheiderzone 31 fließt zunächst der größere Teil der Flüssigkeit über die Perforierung 32 in ein Anschlußrohr 35 ab, das zum Einlaß der nächsten Anlagenstufe 21 führt, die vollkommen gleich wie die Stufe 20 aufgebaut ist. Das Auslaßrohr 35a der Stufe 21 führt zum Einlaß der Stufe 22 und das Aulaßrohr 35b der Stufe 22 zum Einlaß einer weiteren Stufe oder zu einem Sammelbehälter für die kon¬ zentrierte Flüssigkeit. Innerhalb der Stufe 31 wird über 33 - 34 Luft über die mittels des Förderers 29 weiter nach oben geförderter Eiskristalle geblasen, so daß diese ober- flächlich zur Abschmelzung gebracht und Reste der noch an¬ haftenden, zu konzentrierenden Flüssigkeit mit dem Schmelz¬ wasser abgeschieden und in die Leitung 35 geleitet werden. Der Förderer 29 wirft schließlich die Eiskristalle in einen Auslaß 36, von wo sie zu einem Sammler geleitet und gege- benenfalls bei der Kühlung der im Behälter 23 befindlichen bzw. durch die Leitung 24 geführten Flüssigkeit eingesetzt werden. Wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wur¬ de, wird die Temperatur der Flüssigkeit an den Leitung 24, 35, 35a, 35b sowie gegebenenfalls jeweils am Einlaß der Ab¬ scheiderzone 31 erfaßt. Der elektrische Leitwert der über 36 abgeführten Eiskristalle wird ebenfalls erfaßt. Auch Mengen¬ fühler analog zum Fühler 16 sind vorhanden und mit der ge¬ meinsamen Steuereinrichtung verbunden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Verfahren zum Herstellen von Konzentraten aus wasser¬ haltigen Flüssigkeiten, insbesondere für die Getränkeerzeu¬ gung, durch Ausfrieren wenigstens eines Teiles des Wassers und Abscheiden des aus dem Wasser gebildeten Eises, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserhaltige Flüssigkeit in einem kontinuierlichen Vorgang mittels eines Förderers (4, 29) in Längsrichtung durch ein Rohr (3, 25) oder einen Kanal ge¬ fördert und dabei zunächst in einer Kühlzone (6, 26) bis zum Ausfrieren des Wassers gekühlt wird, wonach die Flüssigkeit mit dem gebildeten und gegebenenfalls mittels des Förderers (4, 29) wenigstens zum Teil von der Rohr- oder Kanalwandung abgestreif en Eiskristallen durch eine Abscheiderzone (9,
31) geführt wird, in der die Flüssigkeit abgeleitet und an den Eiskristallen haftende Flüssigkeitsreste unter Durchsau- gen oder Durchblasen von Luft durch Per orationen (10, 11,
32) der Rohr- oder Kanalwandung abgetrennt werden, wonach die Eiskristalle ausgeschieden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Vorgang bis zum Erreichen einer gewünschten
Konzentration der Restflüssigkeit wiederholt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Abkühltemperatur bei einem Folgevor- gang gegenüber dem vorhergehenden Vorgang herabgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch ein vom Einlaß (24) zum Auslaß (35) ansteigendes, den Längsförderer (29) aufnehmendes Rohr (25) geleitet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch einen den Längsförderer (29) auf¬ nehmenden Ringspalt (28) zwischen einem stehend angeordneten Außenrohr (25) und einem Innenrohr (27) geleitet wird, wobei sowohl das Außen- als auch das Innenrohr gekühlt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere, je ein gekühltes Rohr (25) mit Längs örderer (29) und Abscheidezone aufweisende Abscheiderstufen (20, 21, 22) stehend nebeneinander ange- ordnet und die Eiskristalle an jeder Stufe gesondert abge¬ schieden werden, wogegen die in einer Stufe (20, 21, 22) vorkonzentrierte Flüssigkeit jeweils den Einlaß der nächsten Stufe (21, 22) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Längsförderer ein Schneckenförderer (4, 29) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ablauf des Verfahrens kenn¬ zeichnende Parameter, z. B. die Flüssigkeitstemperatur an mehreren Stellen des Durchlaufweges, die Flüssigkeitsdurch¬ satzmengen am Einlaß der Kühlzone (6, 26) und an der Ab¬ scheidezone (9, 31) sowie die Reinheit der abgeschiedenen Eiskristalle von der der Konzentration unterliegenden Flüs¬ sigkeit erfaßt und der Verfahrensablauf nach diesen Parame¬ tern durch Einstellung der Kühlleistung, der Durchsatzmenge und der Abtrennung am Abscheider (9, 31) geregelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter der Reinheit der Eiskristalle der elektri¬ sche Leitwert dieser Kristalle bzw. des aus ihnen gewonnenen Schmelzwassers bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensablauf zumindest vorwie- gend durch Einstellung der Fördergeschwindigkeit des bzw. der Längsförderer (4, 29) geregelt wird.
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