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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von lagerfähigem, rasch löslichem
Milch-und Magermilchpulver Die Erfindung betrifft die Herstellung von lagerfähigem,
rasch löslichem Milch- und Magermilchpulver und insbesondere von fettfreien festen
Trockenmilchbestandteilen sowie eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung.
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Flüssige Magermilch ist im Handel infolge der großen Mengen von Rückstandsmagermilch,
der das Fett bei der Butterherstellung entzogen worden ist, in beträchtlichen Mengen
verfügbar. Wegen der leichten Verderblichkeit und des ungewöhnlich großen Bedarfs
an Lagerraum, den sie im flüssigen Zustand erfordern würde, ist es allgemeine Praxis
geworden, den Magermilchüberschuß zwecks bequemer Lagerung und Haltbarmachung der
fettfreien festen Bestandteile der Milch in Trockenpulver umzusetzen.
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Trockenmilchpulver, unter dem im folgenden insbesondere lagerfähiges,
rasch lösliches Milch- und Magermilchpulver verstanden werden soll, findet einen
zunehmend großen Absatz wegen des relativ niedrigen Preises, des hohen Nährwertes
der fettfreien festen Bestandteile der Milch und der Bequemlichkeit, Milchpulver
in raumsparender Form ohne die Gefahr des Sauerwerdens aufzubewahren.
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Das bisher auf dem Markt befindliche trockene Magermilchpulver weist
den Nachteil auf, daß es in Wasser nicht rasch löslich ist; die meisten handelsüblichen
Magermilchpulver sind infolge der Gegenwart eines großen Gewichtsanteils wasserfreien
Milchzuckers in hohem Maße hygroskopisch. Bei Vermischung von Milchpulver mit Wasser
bildet sich eine teigförmige Außenwand, die jedem weiteren Eindringen von Feuchtigkeit
widersteht, so daß in der Mitte ein Kern oder Klumpen ungelösten Pulvers verbleibt.
Die entstehende Stückigkeit ist schwer zu beseitigen, wenn man das Wasser und das
Milchpulver nicht auf maschinelle Weise kräftig miteinander vermengt.
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Wegen ihres hygroskopischen Charakters hat die Trockenmagermilch in
Pulverform das Bestreben, Feuchtigkeit aus der Luft zu absorbieren, wenn eine damit
gefüllte Packung eine Zeitlang offenstehen bleibt; es erfolgt dann im allgemeinen
ein Zusammenbacken und Hartwerden des Pulvers.
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Es ist bekannt, zur Vermeidung dieser Nachteile Trockenmilchpulver
unter Bildung von Klümpchen feuchter Luft auszusetzen und diese Klümpchen dann teilweise
zu trocknen. Bei diesem bekannten Verfahren werden nacheinander folgende Verfahrensschritte
durchgeführt: a) Ausstoßung von Pulverteilchen in eine Kammer, b) Einleitung von
Dampf und Luft in dieselbe Kammer, c) Durchfallen der Teilchen infolge ihrer Schwere
durch den Boden der Kammer, d) Absetzenlassen der Teilchen in der Kammer für die
Dauer von etwa zwei Stunden, um die Umsetzung von wasserfreiem Milchzucker in ein
Monohydrat zu ermöglichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren
zum Herstellen von lagerfähigem, rasch löslichem Milch- und Magermilchpulver zu
verbessern und eine Vorrichtung zu schaffen, die einfacher ist und wirtschaftlicher
arbeitet als die bisherigen Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verfahren.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß
man die Milchpulverteilchen einem räumlichbeschränkten Luftstrom von wenigstens
60% relativer Feuchtigkeit bei Temperaturen von etwa 50 bis 80° C unter Bildung
von Agglomeraten aussetzt, die feuchte Luft abzieht, das erhaltene Erzeugnis mit
warmer Luft trocknet und das erhaltene Milchpulver kühlt.
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Das neue Verfahren bietet den großen Vorteil, daß ein Minimum an chemischer
Umsetzung in den Teilchen erfolgt und daß diese lediglich auf solche Weise zuMolekülschwärmenzusammengefaßtwerden,
welche die schnelle Löslichkeit in Wasser erleichtern. Die Molekülschwärme widerstehen
der üblichen Tendenz hygroskopischer Teilchen zur Klumpenbildung in
sehr
starkem Maße. Daher werden erfindungsgemäß die Teilchen der verhältnismäßig feuchten
Luft nur so lange ausgesetzt, bis sie klebrig, jedoch nicht hydratisiert werden.
Der unverzügliche Transport der Molekülschwärme in verhältnismäßig trockener Luft
verhindert eine chemische Änderung der Teilchen, die sich zu Molkülschwärmen zusammengeschlossen
haben.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses neuen Verfahrens. Sie ist durch folgende Teile gekennzeichnet: eine im wesentlichen
horizontale Rohr- oder Gehäuseanordnung, an deren einem Ende in Kombination mit
einem Dampfrohr ein Gebläse, das Feuchtluft in die Anordnung einbläst, und an deren
anderem Ende eine Sammelkammer für die behandelten Milchpulverteilchen angeordnet
ist und die ferner eine zwischen Einlaß- und Auslaßöffnung der Rohr- oder Gehäuseanordnung
befindliche Aufgabevorrichtung für die in Richtung des Luftstromes mitgeführten
Milchpulverteilchen aufweist, wobei diese Anordnung vorzugsweise aus drei hintereinandergeschalteten
Rohren bzw. langgestreckten Gehäusen besteht, von denen das erste, das die Aufgabevorrichtung
enthält, mit Feuchtluft, das zweite mit warmer, trockener Luft und das dritte, an
dessen Auslaß sich die Sammelkammer befindet, mit kühler Luft mit Hilfe entsprechender
Gebläse beschickt wird.
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Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung
des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung.
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Wie man aus dieser Darstellung ersieht, besteht die erste Stufe der
Vorrichtung nach der Erfindung aus einem Befeuchtungsrohr, das aus hygienischen
Gründen vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl besteht und an dem einen Ende in einen
Sammelbehälter 11 und am anderen Ende in ein Gebläse 12 einmündet. Zwischen
dem Sammelbehälter 11 und dem Gebläse 12 befindet sich in der Nähe des letzteren
eine Aufgabevorrichtung 13 für das Trockenmilchpulver. Diese Aufgabevorrichtung
kann, wie in der Zeichnung dargestellt, ein Trichter sein, oder es kann der untere
Teil eines Sammelbehälters sein, in welchen Trockenmilchpulver am Ende einer handelsüblichen
Milchtrocknungsanlage aufgenommen wird, oder kann ein Leitkanal mit Schneckenaufgabe
sein, der zur Lieferung von Milchpulver an das Befeuchtungsrohr dient. Das Gebläse
12 ist vorzugsweise in Zentrifugalbauart ausgebildet und zur Lieferung einer konstanten
Luftzufuhr an das Befeuchtungsrohr 10 geeignet und hat an einer Seite eine Öffnung
14, die als Lufteinlaß dient. Ein Dampfrohr 15 ist in der Nähe der Öffnung 14, auf
diese gerichtet, angeordnet und mit einem Regelventil 16 versehen, um die
Dampfströmung durch das Rohr 15 zu regulieren.
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Die Sammelkammer 11. ist vorzugsweise in Zyklonbauart ausgebildet
und hat umgekehrt konische Form sowie einen Luftaustritt 17 an seiner Oberseite,
um das Entweichen von Luft zu ermöglichen. Das Befeuchtungsrohr 10 steht im wesentlichen
tangential zu der Sammelkammer 11 in der Nähe seines oberen Teiles in Verbindung
so daß der Luft und dem von dem Befeuchtungsrohr 10 in der Sammelkammer 11 geforderten
Erzeugnis eine Kreisbahnbewegung darin gegeben wird.
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Die Länge des Befeftigungsrohres 10 hängt von der Menge des zu behandelnden
Erzeugnissen sowie auch von der Geschwindigkeit der hindurchströmenden Luft und
des hindurchlaufenden Erzeugnisses ab. Es ist gefunden worden, daß die Rohrlänge
zwischen dem Milchpulvertrichter 13 und der Sammelkammer 11 angenähert 7,5 m betragen
sollte, obgleich auch ein zufriedenstellender Betrieb mit Befeuchtungsrohrlängen
von 3,0 bis 9,15 m erreicht wurde. Der Durchmesser des Befeuchtungsrohres 10 hängt
weitgehend von dem Volumen des zu verarbeitenden Produktes ab. Es wurde aber gefunden,
daß ein Durchmesser von 30 cm zweckmäßig ist, um 910 kg Trockenprodukt pro Stunde
zu verarbeiten.
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Ein Ventil oder Schieber 18 ist an dem konisch ausgebildeten
Unterteil der Sammelkammer 11 vorgesehen. Wenn die Luft von dem Befeuchtungsrohr
10 aus der Sammelkammer 11 durch den Austritt 17 am Oberteil entweicht, hat das
schwerere Erzeugnis die Tendenz, in das Ventil 18 zu fallen, aus dem es in das Trocknungsrohr
19 ausgestoßen wird. Der Luftaustritt 17 ist mit dem Gebläse 12 auf der der Öffnung
14 gegenüberliegenden Seite verbunden und führt die feuchte Luft von der Sammelkammer
11 zu dem Gebläse 12 zwecks erneuter Verwertung in dem Befeuchtungsrohr 10 wieder
zurück.
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Ein Lufterhitzer 20 und ein Gebläse 21, das durch den Erhitzer 20
Luft ansaugt, sind mit dem Trocknungsrohr 19 in der Nähe des Ventils 18 verbunden.
Der Lufterhitzer 20 kann nach Art eines Dampfschlangen- oder Gasofens ausgebildet
sein, obgleich beliebige Erwärmungsvorrichtungen verwendet werden können, welche
die Temperatur von hindurchströmender Luft auf etwa 150° C erhöhen.
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Von der dem Gebläse 21 entgegengesetzten Seite des Ventils 18 führt
das Trocknungsrohr 19 zu einem Sammelbehälter 22, der im Aufbau dem Sammelbehälter
11 entspricht und an seinem oberen Teil mit einem Luftausströmrohr 23 versehen ist.
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Das Trocknungsrohr 19 hat zwischen dem Ventil 18 und dem Sammelbehälter
22 vorzugsweise eine Länge von etwa 9,15 m, und es hat sich als vorteilhaft erwiesen,
ein Rohr mit einem Durchmesser von angenähert 15 ein zu verwenden, obgleich natürlich
Länge und Durchmesser des Trocknungsrohres 19 innerhalb ziemlich weiter Grenzen
geändert werden können.
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Ein Drehschieber 24 befindet sich an dem konischen Unterteil des Sammelbehälters
22 und liefert von dort Pulver in ein Kühlrohr 25, das in einen Sammelbehälter 26
mündet.
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An der dem Sammelbehälter 26 entgegengesetzten Seite des Drehventils
24 ist das Kühlrohr 25 mit einem Gebläse 27 verbunden, das Luft aus einem Luftkühler
28 saugt und vorzugsweise in Zentrifugalbauart ausgebildet ist. Der Luftkühler 28
besteht normalerweise aus einer umschlossenen Kammer mit darin befindlichen Kühlschlangen
und -rippen der üblichen Bauart (nicht dargestellt), durch welche die Luft strömen
muß, um in das Gebläse 27 einzutreten.
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Das Kühlrohr kann angenähert 4,57 m lang sein und einen Durchmesser
von etwa 10 cm haben, obgleich diese Abmessungen erforderlichenfalls geändert werden
können.
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Der Sammelbehälter 26 hat einen Luftaustritt 29 an seinem Oberteil
und einen Drehschieber 30 an seinem Unterteil, in den das Produkt gelangt, nachdem
es in der vorher beschriebenen Anlage behandelt worden ist.
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Im Betrieb wird das Gebläse 12 angelassen, und das Dampfventil
16 wird geöffnet, um Dampf durch
die Öffnung 14 und durch
das Gebläse 12 an das Befeuchtungsrohr 10 zu liefern. Die Dampfströmung soll derart
eingestellt werden, daß in der durch das Befeuchtungsrohr 10 strömenden Luft eine
so hohe Feuchtigkeit erreicht wird, daß das in das Rohr 10 eingeführte und durch
dieses strömende Pulver ausreichend Feuchtigkeit aus der Luft absorbiert, um die
Teilchen klebrig werden zu lassen und Schwärme zu bilden. Die erforderliche Feuchtigkeitsmenge
hängt natürlich von dem Trocknungsgrad des dem Befeuchtungsrohr 10 zugeführten Milchpulvers
ab, dessen Menge mit Bezug auf die durch das Rohr 10 strömende Luft, den Abmessungen
des Rohres 10 sowie der Geschwindigkeit und Temperatur der hindurchströmenden Luft.
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Die Feuchtigkeit kann dadurch geprüft werden, daß eine (nicht dargestellte)
Öffnung in dem Befeuchtungsrohr 10 in der Nähe der Sammelkammer 11 vorgesehen wird,
durch die nasse und trockene Kugelthermometer zur Durchführung der Untersuchungen
eingeführt werden können.
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Die Einstellung des Ventils 16 zur Erhöhung oder Verringerung der
in das Befeuchtungsrohr 10 eingeleiteten Dampfmenge kann im besonderen, wenn die
Anlage neu ist, am besten dadurch erfolgen, daß man die gesamte Anlage in Betrieb
setzt und dann die Feuchtigkeits- und Verklumpungskennwerte des am Drehschieber
30 von dem letzten Sammelbehälter 26 ausgetragenen Produktes nachprüft.
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Nachdem das Gebläse 12 in Betrieb gesetzt worden ist, müssen der Lufterhitzer
20 und das Gebläse 21 angelassen werden. Die Luft wird vorzugsweise auf angenähert
150° C erwärmt, obgleich die Geschwindigkeit der durch das Rohr strömenden Luft
eine Temperaturänderung erfordern kann. Strömt beispielsweise die Luft schneller
durch das Rohr, dann kann eine höhere Temperatur notwendig sein, während bei langsamerem
Luitdurchfluß oder bei größerer Rohrlänge eine- geringere Temperatur benötigt wird.
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Der Luftkühler 28 und das Gebläse 27 werden dann in Betrieb gesetzt,
und das Haupterfordernis für die von dem Gebläse 27 in das Kühlrohr 25 ausgestoßene
Luft ist, daß die Temperatur niedrig genug ist, um die Temperatur des hindurchlaufenden
Pulvers unter 45° C zu verringern. Im Winter, wenn Kühlluft von außen leicht zur
Verfügung steht, kann der Luftkühler wegfallen, falls kalte Außenluft durch das
Gebläse 27 in das Kühlrohr 25 eingeleitet wird.
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Sind die Gebläse 12, 21 und 27 und die Dampfleitung 1.5, der Lufterhitzer
20 und der Luftkühler 28 in der beschriebenen Weise reguliert worden, um die bevorzugten
Bedingungen in den Rohren 10, 19 und 25 herzustellen, dann wird Trockenmilchpulver
von der Quelle 13 in das Befeuchtungsrohr 10 eingeführt, wo das Pulver infolge seines
hydroskopischen Charakters Feuchtigkeit aus der feuchten Luft in dem Befeuchtungsrohr
10 absorbiert und in die Sammelkammer 11 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von angenähert
14% austritt. Wenn die Pulverteilchen durch das Befeuchtungsrohr 10 verlaufen und
ihren Feuchtigkeitsgehalt vergrößern, werden sie in geringem Maße klebrig, und verschiedene
Teilchen suchen sich zwecks Bildung von Schwärmen zusammenzukleben. Es wurden mit
der Vorrichtung nach der Erfindung Schwärme aus dem Befeuchtungsrohr mit 8 bis 1801o
Feuchtigkeit ausgestoßen, aber es hat sich gezeigt, daß das Verfahren am besten
bei 14% Feuchtigkeit arbeitet. Normalerweise wird das Verfahren nach der Erfindung
so durchgeführt, daß die Temperatur in dem Befeuchtungsrohr 10 88° C beträgt, während
sich eine zufriedenstellende Schwarmbildung bei Temperaturen zwischen 24 und 93°
C gezeigt hat, wenn der Prozentsatz der relativen Feuchtigkeit genau eingestellt
ist, so daß eine günstige Schwarmbildung auftritt. Bei 14% Feuchtigkeit jedoch sind
Milchschwärme nicht in wirtschaftlich erwünschter Form vorhanden, da sie mit soviel
Feuchtigkeit nicht abgesondert bleiben und die Aufbewahrungseigenschaft nachteilig
beeinflußt wird.
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Infolgedessen werden die Schwärme durch das Trocknungsrohr 19 geschickt,
in dem der Feuchtigkeitsgehalt durch warme Luft auf etwa 3 bis 4% reduziert wird.
Das in den Sammelbehälter 22 ausgestoßene Produkt ist dann jedoch so warm, daß das
darin enthaltene Eiweiß unlöslich zu werden sucht, wenn es nicht rechtzeitig abgekühlt
wird. Demgemäß wird das Produkt direkt in das Kühlrohr 24 geschickt, wo es angenähert
auf Raumtemperatur oder eine etwas höhere Temperatur, jedoch vorzugsweise unterhalb
45°C abgekühlt wird.
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Wenn die Anlage in Betrieb gesetzt worden ist und das Trockenmilchpulver
von der Quelle 13 an das Befestigungsrohr 10 geliefert wird, ist es wesentlich,
eine Kontrolle der Kennwerte des durch das Ventil 18 ausgetragenen Erzeugnisses
vorzunehmen, um sich zu vergewissern, daß die Anlage einwandfrei eingestellt ist
und die gewünschten Molekülschwärme erzeugt. Wenn das Produkt am Ventil 18 staubförmig
ist und die Schwärme ziemlich klein sind, so bedeutet dies, daß die Feuchtigkeit
der durch das Befeuchtungsrohr 10 strömenden Luft zu gering ist. Das Dampfventil
16 muß dann verstellt werden, um mehr Dampf in das Befeuchtungsrohr 10 zu schicken.
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Umgekehrt würde es, wenn das Produkt an dem Ventil 18 mit zu hoher
Feuchtigkeit und somit in mäßig langen, teigigen Schwärmen herauskommt, ein Anzeichen
dafür sein, daß die durch das Befeuchtungsrohr 10 verlaufende Luft zu feucht war.
In diesem Falle würde es erforderlich sein, die Dampfströmung zu dem Rohr 10 durch
teilweises Schließen des Ventils 16 zu verringern.
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Falls die Molekülschwärme hohen Feuchtigkeitsgehalt besitzen, wenn
sie durch den Drehschieber 30 austreten, aber sonst etwa die gewünschte Größe zu
haben scheinen, kann es erforderlich sein, .die Wärmeabgabe des Lufterhitzers 20
zu vergrößern, so daß der Trocknungseffekt in dem Trocknungsrohr 19 erhöht wird.
Wenn aber die Schwärme die richtige Größe haben, jedoch zuwenig Feuchtigkeit aufweisen
und geringfügig angesengt sind, kann der Erhitzer 20 auf zu große Leistung eingestellt
sein, in welchem Falle dann die Temperatur herabgesetzt werden müßte.
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Die Geschwindigkeit der durch das Trocknungsrohr 19 und das Kühlrohr
25 strömenden Luft soll gerade groß genug sein, um die schwarmartig gebildeten,
nicht fetten festen Milchbestandteile od. dgl. mitzuführen oder zu befördern, soll
aber nicht so groß sein, daß die Molekülschwärme aufgebrochen werden.
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Die Erfindung ist in der obigen Beschreibung an Ausführungsbeispielen
des Verfahrens und der Vorrichtung erläutert worden. Jedoch können selbstverständlich
zahlreiche Abwandlungen an der Anlage und in den Einzelheiten des Verfahrens durchgeführt
werden,
ohne von der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise wurde das zu behandelnde Produkt
durch fettfreie feste Trockenmilchbestandteile veranschaulicht, obgleich sowohl
die Vorrichtung als auch das Verfahren in Verbindung mit Trockenvollmilch und mit
anderen verhältnismäßig hygroskopischen Produkten sowie mit aus feinen Teilchen
bestehenden Erzeugnissen verwendet werden kann, die stärker benetzbar sein können,
wenn sie sich in Schwarmbindung befinden.
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Es wurde gezeigt, daß der Dampf aus dem Dampfrohr 15 in die Öffnung
14 an der Seite des Gebläses 12 eintritt, aber der Dampf kann natürlich direkt in
das Befeuchtungsrohr nahe dem Austritt des Gebläses 12 und auch an zahlreichen Stellen
längs dem Befeuchtungsrohr eingeleitet werden.
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Die warme Ausströmtrocknungsluft entweicht bei 23 in die Atmosphäre,
obgleich sie auch zu der Ansaugöffnung 14 des Gebläses 12 gerichtet sein kann, um
Wärme an das Befeuchtungsrohr 10 abzugeben.
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In der schematischen Darstellung der Anlage wurde schnelles Trocknen
feuchter Molekülschwärme veranschaulicht, wodurch hygroskopische, leicht dispergierbare,
trockene Produktschwärme guten Geschmacks erzeugt werden.
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Es wird bemerkt, daß sowohl die Vorrichtung als auch das Verfahren
vielseitig sind und Änderungen unterworfen sein können, ohne daß der Rahmen der
Erfindung verlassen zu werden braucht.