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DE2300468A1 - Verfahren zum gefrierkonzentrieren von fluessigkeiten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum gefrierkonzentrieren von fluessigkeiten und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Publication number
DE2300468A1
DE2300468A1 DE2300468A DE2300468A DE2300468A1 DE 2300468 A1 DE2300468 A1 DE 2300468A1 DE 2300468 A DE2300468 A DE 2300468A DE 2300468 A DE2300468 A DE 2300468A DE 2300468 A1 DE2300468 A1 DE 2300468A1
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DE
Germany
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ice
liquid
cooling medium
crystallizer
direct contact
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Application number
DE2300468A
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English (en)
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DE2300468C2 (de
Inventor
Neophytos Ganiaris
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Struthers Scientific and International Corp
Original Assignee
Struthers Scientific and International Corp
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Publication date
Application filed by Struthers Scientific and International Corp filed Critical Struthers Scientific and International Corp
Publication of DE2300468A1 publication Critical patent/DE2300468A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2300468C2 publication Critical patent/DE2300468C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23B—PRESERVATION OF FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES; CHEMICAL RIPENING OF FRUIT OR VEGETABLES
    • A23B2/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general
    • A23B2/90—Preservation of foods or foodstuffs, in general by drying or kilning; Subsequent reconstitution
    • A23B2/905—Fractionated crystallisation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23F—COFFEE; TEA; THEIR SUBSTITUTES; MANUFACTURE, PREPARATION, OR INFUSION THEREOF
    • A23F5/00—Coffee; Coffee substitutes; Preparations thereof
    • A23F5/24—Extraction of coffee; Coffee extracts; Making instant coffee
    • A23F5/28—Drying or concentrating coffee extract
    • A23F5/30—Drying or concentrating coffee extract by freezing out the water
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PREPARATION OR TREATMENT THEREOF
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    • A23L2/08—Concentrating or drying of juices
    • A23L2/12—Concentrating or drying of juices by freezing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D9/0004—Crystallisation cooling by heat exchange
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D9/0004—Crystallisation cooling by heat exchange
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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN
Case 71IW postfach secrno
Wdfae /'XJUM- MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER. 98 39 21/22
Struthers Scientific + International Corporation 630 Fifth Avenue, New York, N*Y., 7.St.A.
Verfahren zum Gefrierkonzentrieren von Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft das Gefrierkonzentrieren genießbarer Flüssigkeiten, wie Kaffee, Tee und Orangensaft.
Es ist bekannt, Flüssigkeiten in einem indirekten Wärmeaustauscher zu behandeln, d.h., in einem Wärmeaustauscher, in dem die Flüssigkeit eine mit einer Kühlflüssigkeit gekühlte Leitung durchströmt, wobei die Kühlflüssigkeit mit der Flüssigkeit nicht in Berührung kommt. Ein solcher Wärmeaustauscher ist auch ein
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Kristallisator. In dem Kristallisator bildet sich Eis in der Flüssigkeit, und die so erhaltene Eis-Flüssigkeits-Aufschlämmung wird in eine Zentrifuge geleitet, in der das Eis von der konzentrierten Flüssigkeit abgetrennt wird. Die Flüssigkeit kann in , einem zweiten Kristallisator und einer zweiten Zentrifuge weiter konzentriert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, das Gefrierkonzentrieren billiger zu gestalten. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Gefrierkonzentrieren von Flüssigkeiten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in die Flüssigkeit ein Kühlmedium einführt, das verdampfte Kühlmedium abzieht, das gebildete Eis von der Flüssigkeit abtrennt und die so konzentrierte Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch und Eisabtrennung weiter konzentriert.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein großer Teil des Konzentrierens durch die vergleichsweise billige Methode der Direkteinspritzung des Kühlmediums, wie Butan oder einem oder mehreren fluorierten (Halogen-)Kohlenwasserstoffen, bewirkt, während die Endkonzentration in dem teureren indirekten Wärmeaustauscher durchgeführt wird.
Wegen der hohen Viskosität der konzentrierten Flüssigkeit ist die Durchführung des gesamten Konzentrierens in einem einfachen oder doppelten Di-rektkontakt-Kuhlungssystem nicht möglich. Die hohe Viskosität würde eine beträchtliche überführung von Kühlmedium zusammen mit der ausströmenden konzentrierten Flüssigkeit
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verursachen, dem Rühren der Flüssigkeit entgegenwirken und die
Kristallisationsgeschwindigkeit herabsetzen.
In der ersten Konzentrierungsstufe mittels Direktkontakts ist es wünschenswert, den Gehalt der Aufschlämmung an Eiskristallen auf 15 bis 25 Gewichtsprozent, vorzugsweise auf 18 bis 22 Gewichtsprozent und insbesondere auf etwa 20 Gewichtsprozent, zu halten. So kann bei der Behandlung von frischem Orangensaft von 10 bis
12°Brix (10 bis 12 Prozent Zuckergehalt) die Direktkontakt-Stufe so ausgelegt werden, daß ein Konzentrat von 20 bis 4-0°Brix, z.B. von 30 bis 32°Brix, erhalten wird. In der zweiten, indirekten
Wärmeaustausch-Stufe kann dann ein Konzentrat von 40 bis 65°Brix hergestellt werden.
Das Endprodukt kann gewünschtenfalls gefroren und durch Absublimieren des Wassers bei niedrigen !Temperaturen und Drücken gefriergetrocknet werden. Dieses Vorgehen hat den Vorteil, daß
sämtliche Spuren des direkten Kühlmediums, die in die Flüssigkeit überführt worden sein können, entfernt werden.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Kaffeelösungen ist wegen der Schaumbildung etwas schwierig, es sind jedoch verschiedene Methoden zur Überwindung dieser Schwierigkeit bekannt.
Das Beispiel erläutert die Erfindung, wobei auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen wird.
Beispiel
In Fig. 1 ist ein Fließbild eines erfindungsgemäßen Systems dar-
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gestellt. In den Fig. 2 und 3 sind zwei Methoden zur Schaumbehandlung dargestellt.
In Fig. 1 wird die zu konzentrierende Flüssigkeit durch eine Leitung 10 in einen Beschickungsbehälter 11 und von dort durch eine Leitung 12 in einen Direktkontakt-Kristallisator 13 eingespeist, der mit einem mittels eines Motors 15 angetriebenen Faddelrührer 14 versehen ist. Eine Zerstäuberleitung 18 wird -über eine Leitung 19 mit flüssigem Butan aus einem Behälter 20 beschickt. Das aus dem Direktkontakt-Kristallisator 13 austretende Butan wird in einem Hauptkompressor 22 komprimiert und in einen Direktkontakt-Kondensator 24 eingespeist, in dem das Kühlmittel kondensiert wird, wobei das Eis schmilzt. Das- Butan wird dann in einen Hilfskompressor 25 eingespeist und in einem Kondensator 26 kondensiert. Das kondensierte Butan wird als Flüssigkeit in den Behälter 20 zurückgeführt.
Die Eis-Flüssigkeits-Aufschlämmung aus dem Direktkontakt-Kristallisator 13 wird bei 28 in eine Zentrifuge 29 eingespeist. Das Eis aus der Zentrifuge wird über eine Leitung 30 in einen Behälter 31 eingespeist, aus dem es in den Direktkontakt-Kondensator 24 gepumpt wird. Etwas V/asser aus dem Direktkontakt-Kondensator 24 wird zum Waschen des Eises über eine Leitung 33 in die Zentrifuge und von dort über eine Leitung 34 in den Beschickungsbehälter 11 eingespeist. Ferner wird etwas Wasser aus dem Direktkontakt-Kondensator 24 über eine Leitung 38 in einen Behälter 31 eingespeist. Das restliche Wasser v/ird über eine Leitung 51 als Abwasser abgelassen oder einem Verdampfer zur Zurückgewinnung der Feststoffe zugeführt. Die Mutterlauge aus
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der Zentrifuge 29 wird über eine Leitung 4-0 in einen Behälter und dann zu einem kleinen Teil in den Beschickungsbehälter 11 eingespeist. Der größere Teil der Mutterlauge wird über eine Leitung 42 in einen indirekten Wärmeaustauscher oder Kristallisato\c 44- eingespeist. Dieser Kristallisator wird mit Butan aus dem Behälter 4-6 gekühlt. Das Butan wird mittels eines Kompressors 4-^ des Hilfskompressors 25 und des Kondensators 26 zurückgeführt. Die Eis-Flüssigkeits-Aufschlämmung aus dem Kristallisa-
tor 44- wird in eine Zentrifuge 48 eingespeist oder kann zum Teil auch bei 4-9 zurückgeführt werden. Das Eis aus der Zentrifuge 48 wird über eine Leitung 52 in den Beschickungsbehälter 11 zurückgeführt. Die konzentrierte !Flüssigkeit aus der Zentrifuge 48 wird in einen Produktbehälter 50 eingespeist.
Der in der Einspritz-Stufe, d.h. im Direktkontakt-Kristallisator 13» gebildete Schaum kann durch Kühlen vermindert werden.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Behandlung des Schaums im Direktkontakt-Kristallisator 13 dargestellt. Der Kristallisator enthält hierbei in seinem oberen Teil eine Wärmeaustauscherleitung 51» die auf einer Temperatur gehalten wird, die einige Grade unterhalb der Temperatur des Schaums und der Flüssigkeit liegt. Wenn z.B. die Temperatur der Flüssigkeit 52 und des Schaums 53 -31330C beträgt, kann die Temperatur der Wärmeaustauscherleitung 51 -5»56 bis -4,44°C betragen.
In Fig. 3 ist eine andere Anordnung dargestellt, mit der ähnliche Ergebnisse erzielt werden. Der Schaum steigt in einem Turm 56 hoch und wird mittels einer Sprühdüse 57 mit Butan besprüht, dessen"Temperatur unterhalb der Temperatur des Schaums im Turm
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56 liegt. Das Butan aus dem Schaum wird mittels eines Kollektors
58 gesammelt und kann in eine Kammer 26 oder über eine Leitung '
59 in die Zerstäuberleitung 18 zurückgeführt werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zum Gefrierkonzentrieren von Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß man in die Flüssigkeit ein Kühlmedium einführt, das verdampfte Kühlmedium abzieht, das gebildete Eis von der Flüssigkeit abtrennt und die so konzentrierte Flüssigkeit durch indirekten Wärme-
    - austausch und Eisabtrennung weiter konzentriert.
    2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Flüssigkeit nach dem Behandeln mit dem Kühlmedium in einer ersten Eisabtrenn-Stufe zentrifugiert, die erhaltene Flüssigkeit durch indirekten Wärmeaustausch behandelt und in einer zweiten Eisabtrenn-Stufe zentrifugiert.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
    einen man die zu behandelnde Flüssigkeit in/"Beschickungsbehälter einspeist, in den mindestens eine der nachstehend aufgeführten Flüssigkeiten, nämlich Eis-Waschwasser aus der ersten Eisabtrenn-Stufe, Eis-Waschwasser aus der zv/eiten Eisabtrenn-Stufe und Mutterlauge aus der ersten Eisabtrenn-Stufe, eingespeist wird.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man Eis und verdampftes Kühlmedium in einem Direktkontakt-Kondensator miteinander in direkten Kontakt bringt.
    5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Direktkontakt-Kondensator Eis aus der ersten Eisabtrenn-Stufe einspeist.
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    6. Verfahren nach Anspruch 4- und 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das aus dem geschmolzenen Eis entstandene Wasser aus dem Direktkontakt-Kondensator zum Teil in eine Zentrifuge und zum Teil in einen Vorratsbehälter für das gewaschene Eis einspeist.
    7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man sowohl in der direkten Kühlstufe als auch in der indirekten Wärmeaustausch-Stufe dasselbe Kühlmedium verwendet und das in beiden Stufen verdampfte Kühlmedium zurückgewinnt.
    8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kaffee enthaltende Flüssigkeit konzentriert.
    9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß man Orangensaft konzentriert.
    10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß man in der direkten Kühlstufe eine Eis-Flüssigkeits-Aufschlämmung mit einem Eiskristallgehalt von Vp bis 25 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 18 bis 22 Gewichtsprozent herstellt.
    11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man Orangensaft von 10 bis 12°Brix einsetzt und ein Konzentrat aus der direkten Kühlstufe von 20 bis 40°Brix, vorzugsweise von 30 bis 32°Brix, und aus der indirekten Wärmeaustausch-Stufe von 40 bis 65°Brix herstellt.
    12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das-Konzentrat aus der-indirekten Wärmeaustausch-Stufe
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    gefriert und gefriertrocknet.
    13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man den in der direkten Kühlstufe gebildeten Schaum durch K,ühlen des Schauras vermindert·
    ,14. Verfahren nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schaum durch Kühlen des Raumes über dem Schaum abkühlt.
    15· Verfahren nach Anspruch I3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Schaum durch Besprühen mit einer rasch verdampfenden kalten Flüssigkeit abkühlt.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß man als Sprühflüssigkeit eine Flüssigkeit einsetzt, die identisch ist mit dem in die direkte Kühlstufe eingespritzten Kühlmedium. .
    17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kühlmedium Butan oder einen oder mehrere (Halogene-Kohlenwasserstoffe einsetzt.
    18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 17» bestehend aus einem Direktkontakt-Kristallisator (erster Kristallisator), einer Einrichtung zum Einspeisen der Flüssigkeit in den Direktkontakt-Kristallisator und anschliessend in einen Indirektkontakt-Kristallisator (zweiter Kristaliisator), einer Einrichtung zum Einspritzen eines Kühlmediums in die Flüssigkeit im Direktkontakt-Kristallisator und einer Einrichtung zum Zuführen eines Kühlmediums in den-Indirektkontakt-Kristallisator.
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    19* Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine erste Zentrifuge zum Abtrennen des Eises von der Flüssigkeit aus dem ersten Kristallisator und eine zweite Zentrifuge zum Abtrennen des Eises von der Flüssigkeit aus dem zweiten Kristallisator.
    20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Be- ' schickungsbehälter, eine Einrichtung zum Einspeisen von Flüs-
    / sigkeit in den Beschickungsbehälter und eine Einrichtung zum Einspeisen mindestens einer der nachstehend aufgeführten Flüssigkeiten, nämlich Eis-Waschwasser aus der ersten Zentrifuge
    und Mutterlauge aus der ersten Zentrifuge, in den Beschickungsbehälter.
    21. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 20, gekennzeichnet durch einen Direktkontakt-Kondensator, eine Einrichtung zum Einspeisen des verdampften Kühlmediums in den Kondensator, eine Einrichtung zum Einspeisen von Eis in den Kondensator und eine Einrichtung zum Kondensieren des Kühlmediums aus: dem Kondensator.
    22* Vorrichtung nach Anspruch 19 und 21, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Einspeisen von Eis aus der ersten Zentrifuge in den Direktkontakt-Kondensator.
    2J. Vorrichtung nach Anspruch 19, 21 und 22, gekennzeichnet durch einen Eis-Vorratsbehälter, eine Einrichtung zum Einspeisen von Wasser aus dem Direktkontakt-Kondensator zum Teil in die .erste Zentrifuge und zum Teil in den Eis-Vorratsbehälter und eine Einrichtung zum Einspeisen von Eis aus der ersten Zentrifuge in den-Eis-Vorratsbehälter.
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    24. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 23, gekennzeichnet durch dasselbe Kühlmedium für den ersten und den zweiten Kristallisator und durch Einrichtungen zum Kondensieren des verdampften Kühlmediums aus beiden Kristallisatoren.
    25. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, gekennzeichnet durch einen ersten Kristallisator mit einer Kühleinrichtung in seinem oberen Teil.
    26. Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 24, gekennzeichnet durch einen ersten Kristallisator mit einer Einrichtung zum Versprühen von Kühlmedium auf den auf der Flüssigkeit befindlichen Schaum.
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DE2300468A 1972-01-05 1973-01-05 Verfahren zum Gefrierkonzentrieren wäßriger Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired DE2300468C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB36472A GB1372282A (en) 1972-01-05 1972-01-05 Freeze concentration

Publications (2)

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DE2300468A1 true DE2300468A1 (de) 1973-07-12
DE2300468C2 DE2300468C2 (de) 1982-04-29

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CA (1) CA1044506A (de)
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ES (2) ES410348A1 (de)
FR (1) FR2167661B1 (de)
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