DE2337549C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefrier- v> trocknen flüssiger oder halbflüssiger Produkte, z, B. von Kaffee-Extrakt, in einem Vakuumbehälter, der in eine Gefrierkammer und eine dieser durch eine Trennwand benachbarte Trocknungskammer mit ihr gegenüber niedrigerem Kammerdruck unterteilt ist, die beide das .is Produkt auf einem Endlosförderer nacheinander durchläuft.

Es ist bekannt, daß das flüssige Produkt durch eine Düse in einen sich kegelig erweiternden und unter einem Vakuum stehenden Raum der Gefrierkammer eingesprüht wird (DT-OS 20 08 098). Dabei gefrieren die versprühten Flüssigkeitströpfchen in der in der Gefrierkammer unter einer auf niedrige Temperatur gehaltenen Atmosphäre schlagartig und fallen als gefrorener Schnee auf den am unteren Ende angeordneten Endlosförderer, der das gefrorene Produkt in die benachbarte Trocknungskammer transportiert. Auf diese Weise ist es unvermeidlich, daß bei den gewählten Druck- und Temperaturverhältnissen in den Kammern aus der Gefrierkammer in die Trocknungskammer ein gleichbleibender Strom eines zu einem wesentlichen Teil unkondensierbaren Gases dringt, welches unbedingt mittels einer besonderen Pumpeinrichtung aus der Trocknungskammer entfernt werden muß. Es liegt auf der Hand, daß die Verwendung zusätzlicher Pumpeinrichtungen die Gefriertrocknungsanlage selbst verteuert sowie die Betriebskosten erhöht.

Es ist weiterhin bekannt, das zu trocknende Produkt zunächst unter Normaldruck auf einen Endlosförderer anzufrieren und dann das gefrorene Produkt in einer fio Trocknungskammer dem Vakuum auszusetzen, wobei keine Flüssigkeiten oder Gase aus der Gefrierkammer in die unter Vakuum stehende Trocknungskammer gelangen (US-PS 32 18 731). Bei dieser bekannten Ausführung soll dies einerseits durch das Zusammenwir- ^fi5 <en des Endlosförderers mit entsprechend ausgebilde- :en Dichtungen und andererseits durch das auf dem Transportband angefrorene Produkt selbst erfolgen.

Abgesehen davon, daß eine gasdichte Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Endlosförderei praktisch nicht vollständig durchführbar ist, ist auch ein« solche gasdichte Abdichtung durch das gefroren« Produkt am Eingangsende des Gehäuses nicht zufrie denstellend gelöst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zum Gefriertrocknen flüssiger oder halbflüssiger Produkte so zu verbessern, daß ohne die Verwendung von das Verfahren verteuernder Pumpeinrichtungen das Entfernen von unkondensierbaren Gasbestandteilen aus der TrocknungsKammer gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren wie eingangs beschrieben das Einfrieren und Anfrieren des Gutes auf dem Transportband in einer Wasserdampfatmosphäre erfolgt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird vorteilhaft eine Vorrichtung verwendet, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Aufrechterhaltung der Wasserdampfatmosphäre in der Gefrierkammer in ihrem unteren Bereich ein oben offener Wassersammelbehälter angeordnet ist, der eine Wasserzuleitung und eine das Wasser im Behälter auf einem vorgewählten Niveau haltende Schwimmersteuerung sowie im Wasserraum eine Widerstandsheizung aufweist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insberondere darin, daß durch die angegebenen verfahrenstechnischen Maßnahmen auf einfache und kostensparende Weise das unvermeidlich von der Gefrierkammer durch den Bandspalt in die Trocknungskammer dringende und im wesentlichen unkondensierbare Bestandteile aufweisende (ias ohne Verwendung einer Pumpstation aus der Trocknungskammer entfernt werden kann. Darüber hinaus können auch aus dem zu trocknenden Produkt keine flüchtigen Bestandteile entweichen, so daß die Anteile an Duft- und Geschinackstoffen beim Endprodukt nach dem Gefriertrocknen erhalten bleiben.

Ein Beispiel der Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gefriertrocknungsanlage gemäß den Giundsätzen der vorliegenden Erfindung, bei der bestimmte Teile, einschließlich eines dampferzeugenden Systems aus Gründen der Klarheit weggelassen wurden,

Fig. 2 einen schematischen lotrechten Längsschnitt durch einen in der Anlage nach Fig. 1 verwendeten Vakuun.behälter,

F i g. 3 einen lotrechten Schnitt durch den Vakuumbehälicr, längs der Linie 3-3 in F i g. 2,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus Fig. 3 im vergrößerten Maßstab, der in genaueren Einzelheiten eine Anordnung zur Verteilung eines zu trocknenden Produktes auf ein endloses in einem Vakuumbehälter untergebrachtes Transportband zeigt,

F i g. 5 einen Schnitt durch einen Teil des Produktverteilers längs der Linie 5-5 in F i g. 4,

F i g. 6 einen Schnitt durch eine Kühltrommel, die am Auslaßende der Trocknungskammer längs der Linie 6-6 in F i g. 2 im Vakuumbehälter angeordnet ist,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Auffrieren des Produktes auf dem Endlosförderer im Gefrierteil im Vakuurubehälter längs der Linie 7-7 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist eine Gefriertrocknungsanlage 20 dargestellt einschließlich eines Vakuumbehälters 22. in

welchem das Verfahren nach der Erfindung durchgeführt werden kann.

Wie genauer in Fig. 2 gezeigt wird, hat der Vakuumbehälier 22 einen Mantel 2j. der durch eine isolierte, vertikal angeordnete Trennwand 26 in eine Gefrierkammer 28 und in eine Trocknungskammer 30 geteilt ist.

Im Vakuumbehälter sind in senkrechtem Abstand übereinander mehrere Hndlosförderer angeordnet. Drei solcher Endlosförderer 32, 34 und 36 werden in Fig. 2 gezeigt.

Jeder der drei Endlosförderer hat ein endloses Transportband 35J, welches Muterialirag- und Rücklauftrum 40 und 42 aufweist und um Rollen 44 und 46 an gegenüberliegenden F.nden des Endlosförderers gelegt ist. Eine oder beide Rollen werden durch einen entsprechenden Antrieb (nicht gezeigt) angetrieben, um das Transportband durch den Vakuumbehälier in der durch Pfeil 4Sgezeigten Richtung /u regen.

Die Trume 40 und 42 jedes Endlosförderers erstrecken sich durch Öffnungen 50 und 52 in der Trennwand 2Ci. Oberhalb und unterhalb des Rücklauftrums 42 des Transportbandes 38 sind flexible Dichtungen 54 in jeder Öffnung 52 angebracht, um das Strömen von Gasen /wischen der Gefrier- und Trocknungskammer 28 und 30 zu vermindern.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 5 wird das zu trocknende Produkt in flüssiger oder halhfliissiger Form von einem Eingabebehälter 56 durch einen Hanptdurch-IaB i8 in den Vakuumbehäher 22 eingefühlt. Ein Ventil 60 im Hauptdurchlaß steuert Menge und Geschwindigkeit, mit welcher das Produkt in den Vakuumbehälter strömt.

Vom Hauptdurchlaß fließt das Produkt in einen von drei sich in Längsrichtung erstreckenden Durchlässen 61, 62 und 64. Wie am besten in F i g. 2 gezeigt, ist einer der Durchlässe über dem Materialträgertrum 40 für jeden der drei Endlosförderer 32, 34 und 36 angeordnet. Ventile 66, 68 und 70 in den Durchlässen teilen das Produkt unter die drei Durchlässe auf.

Unter Bezungnahmc auf Fig. 3 überspannen sich quer erstreckende Kopirohrc 72, 74 und 76 den Materialtragtrum 40 der drei Endlosförderer. Sie sind mit den Enden der Durchlässe 6t, 62 und 64 verbunden, die dem Hauptdurchlaß 58 gegenüberliegen. An den Unterseiten der Kopirohre sind Auslaßlöcher oder Öffnungen 78 (siehe Fig.4 und 5) vorgesehen. Das Produkt fließt aus den Durchlässen in die Kopfrohre und dann durch diese öffnungen auf den Materialtragtrum 40 der Transportbänder, um darauf Schichten 80 des Produkts zu bilden.

Der nächste Schritt in diesem neuen Verfahren besteht im Auffrieren des Produktes auf das Materialtragtrum 40 des Transportbandes, auf welches es aufgetragen ist. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu tun. Die als Beispiel dargestellte Vorrichtung (s.F i g. 1, 2, 3 und 7) umfaßt drei Sammelbehälter 82, die Seitenwände 84 und Stirnwände 86 und eine oben offene Seite aufweisen, jeder dieser Sammelbehälter ist unterhalb und in unmittelbarer Nähe des Materialtragtrums 40 jedes der drei Endlosförderer 32, 34 und 36 angeordnet.

Ein geeignetes Kühlmittel, wie Flußspathydrat, Lithiumchoridsole oder -lösung wird in einer Kühleinheit 88 abgekühlt. Das Kühlmittel fließt von der Kühleinheit durch eine Zuflußleitung 90 in ein sich quer erstreckendes Endrohr 92, das im Boden jedes Sammelbehälters 82 angeordnet ist. Wie am besten in

Fig. 7 erkennbar, fließt das Kühlmittel dann an den offenen Enden des Endrohres aus und läuft in Berührung mit der Unterseite des Materialtragxrums 40 des Transportbandes um, wodurch dessen Temperatur verringert wird und das Frieren des Produktes und Anhaften am Transportband verursacht wird. Das Kühlmittel strömt dann über die Seitenwände 84 des Sammelbehälters in Auffangbehälter 94. Von hier wird wieder durch Rückführleitungen 96 in den Umlauf gebracht (von denen nur eine in Fig. 1 gezeigt ist), und zwar in die Kühletnheit 88. wo es von neuem gekühlt wird und wieder in Umlauf gebracht werden kann.

Es ist wichtig, den Druck in der Gefrierkammer 28 hoch genug zu halten, so daß flüchtige Stoffe nicht aus dem Produkt entweichen, während es aufgestrichen und an die Endlosförderer 32, 34, 36 angefroren wird. Falls dies nicht geschieht, können geschmack- und aromaerzeugende und/oder andere erwünschte Bestandteile aus dem Produkt verlorengehen, wodurch sich eine unerwünschte Minderung seiner Güte ergibt.

Außerdem wird das Produkt augenblicklich beim Ausfließen aus den Kopfrohren in kleine Teile verwandelt, wenn der erforderliche Mindestdruck in der Gefrierkammer nicht aufrechterhalten wird. Wie oben erwähnt, bleiben diese Kleinteile nicht an den Endlosförderern hängen, sondern sammeln sich an den Innenflächen des Gehäuses 24, an der Trennwand 26 und an anderen Teilen der Gefrierkammer, was die Wirksamkeit des Arbeitsganges herabsetzt oder diesen völlig zum Erliegen bringt.

Der DrL."k wird in der Gefrierkammer 28 auf der gewünschten Höhe gehalten, indem in demselben eine Wasserdampfatmosphäre aufrechterhalten wird. Eine Vorrichtung hierfür zeigt F i g. 2 mit einem Wassersammelbehälter 98. der oben offen isi. Der Wassersammelbehälter wird in den unteren Bereichen der Gefrierkammer angeordnet. Wasser wird durch eine Leitung iOO zum Wassersainmelbehälter geführt, durch eine Schwimmersteuerung 102 üblicher Bauart auf einem vorgewählten Niveau gehalten und mit kontrollierter Menge und Geschwindigkeit verdampft. Dazu dient eine übliche Widerstandsheizung 104 im Wasserraum.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, wird das am Materialtragtrum 40 der drei Endlosförderer angefrorene Produkt durch die Trennwand 26 in die Trocknungskammer 30 des Vakuumbehälters transportiert. Diese Kammer wird auf einen Druck unterhalb des Wertes von 4,6 mm Hg absolut gehalten; ein typischer Wert beträgt 1,5 mm Hg.

Die Heizkörper 106 und 108 sind an den gegenüberliegenden Seiten jedes Materialtragtrums 40 in der Trocknungskammer 30 angeordnet, um das Produkt mit Strahlungswärme zu beschicken.

Die Transportbänder können aus Metall, wie Edelstahl oder Bronze, oder Kunststoff wie Mylar od. dgl., bestehen. Die Oberseiten der Produktschichten werden durch direkte Bestrahlung durch die Heizkörper 106 aufgeheizt. Wenn die Bänder aus Metall bestehen, beheizen die Fleizkörper 108 die Unterseite des Materialtragtrums durch Strahlung, und Wärme wird durch das Trum in die Schichten des Produktes übertragen. Wenn die Bänder aus Mylar oder ähnlichem Material bestehen, geht die Strahlungsenergie von den Heizkörpern 108 durch die Bänder hindurch an die Unterseiten der Produktschichten.

Bei dem oben erwähnten niedrigen Drücken wird das im Produkt enthaltene Wasser direkt aus dem gefrorenen Zustand in den Dampfzustand übergeführt,

und zwar bei Temperaturen von — 12,2° C oder höher.

Ein üblicher Erhitzer 110 ist (s.Fig. 1), mit den Heizkörpern durch eine Leitung 112 verbunden. Die Rückführleitung für das Wärmeübertragungsmittel ist 114.

Das getrocknete Produkt wird gekühlt, vom Endlosförderer abgenommen und aus dem Vakuumbehälter ausgelassen. Es kann durch Abschrecken der Rollen 46 am Auslaßende der Endlosförderer 32, 34 und 36 gekühlt werden, so daß die Wärme aus dem Produkt abgeleitet wird, wenn das Materialtragtrum 40 der Transportbänder um die Rollen herumgeführt wird.

Wie in Fig.6 gezeigt, haben die Rollen 48 einen zylindrischen Mantel 122, der von einer zentrisch gelegenen Welle 124 durch Endscheiben 126 gehalten wird. Die Welle 124 ist in Lagern 128 drehbar gelagert, die an Geriistteilen des Vakuumbehälters angebracht sind und allgemein mit der Bezugszahl 130 bezeichnet sind.

Innerhalb jeder Rolle ist eine spiralförmige Schlange 132 mit dem Mantel 122 wärmeleitend verbunden, wobei sich die Spule im wesentlichen von einem zum anderen Ende der Rolle erstreckt.

Ein Kühlmittel wird von einer Kältemaschine (die nicht gezeigt ist, aber vom gleichen Typ sein kann wie die Einheit il8) durch eine Zufuhrleitung 134 und durch eine umlaufende Kupplung 136 zu einem Durchlaß 138 in der Welle 124 jeder Rolle geführt. Von diesem Durchlaß fließt das Kühlmittel durch die Schlange 132, durch einen Durchlaß 140 am entgegengesetzten Ende der Welle, durch eine umlaufende Kupplung 142 und durch eine Rücklaufleitung 144 zurück in die Kühleinheit.

Das gekühlte Produkt wird von den Endlosförderern 32, 34 und 35 getrennt, wie etwa durch Abstreifmesser 146,148 und 150, und durch Zweigleitungen 152,154 und 156 für das Produkt in den Hauptdurchlaß 158 geleitet.

Unterhalb des Durchlasses 158 sind zwei Schüttrichter 160 und 162 angeordnet. Eine drehbare Weiche 164 kann aus d;r in ausgezogenen Linien gezeichneten Stellung in die mil gestrichelten Linien gezeichnete Stellung verschwenkt werden, um das getrocknete Produkt aus dem Durchlaß 158 wahlweise in einen der beiden Schüttrichter zu leiten.

Vom Schüttrichter fließt das Produkt durch ein umlaufendes Drehkreuzventil 166 oder 168 oder eine andere Vorrichtung, die in der Lage ist. den Vakuumbehälter von der Umgebung zu isolieren, in ein oder zwei Überführungsleitungen 170 und 172, die durch Vakuumleitungen 174 und 176 evakuiert werden können. Von der Überführungsleitung fließt das Produkt durch ein zweites Drehkreuzventil 178 oder 180 in eine Leitung 182 oder 184 zur Überführung in eine Verpackungsoder andere "Verarbeitungsstation. Es ist notwendig, aus dem Vakuumbehälter ständig den Wasserdampf zu entfernen, der in der Trocknungskammer 30 aus dem Produkt verdampft sowie auch den Wasserdampf, der aus der Gefrierkammer 28 durch die Trennwand 26 infolge des Druckunterschieds zwischen diesen beiden Kammern in die Trocknungskammer fließt. Das System, das in der Vorrichtung 20 der F i g. 1 für diesen Zweck angewendet wird, schließt einen Kondensator 186 ein, der mit dem Vakuumbehälter 22 durch eine Leitung 188 und mit einer Vakuumpumpe 190

ίο durch eine Leitung 192 verbunden ist.

Die Vakuumpumpe 190, die ebenfalls dazu verwendet wird, den Vakuumbehälter 22 bei Inbetriebnahme des Systems leeivupumpen. zieht den angesammelten Wasserdampf aus dem Vakuumbehälter 22 durch die

is Leitung 188 und aufwärts durch den Kondensator 186.

Sonstige mit dem Wasserdampf vermischte, nicht kondensierbare Gase werden durch die Pumpe über Leitungen 192 und 193 aus der Anlage herausgeführt.

Ein Kälteabsorbiermittel wie Lithiumchloridsole wird durch das obere Ende des Kondensators 186 durch eine Leitung 194 eingepumpt und strömt durch ihn herunter, absorbiert und kondensiert den Dampf, der bestimmungsgemäß nach oben durch den Kondensator strömt. Das Absorbiermittel wird daher hinter dem Kondensator 186 durch eine Rückführleitung 1% zu einem Solekühler 198 wieder in Umlauf gegeben, um seine Temperatur herabzusetzen, bevor es wieder durch die Leitung 194 in den Kondensator strömt.

Um das Absorbiermiltel auf einer gewünschten Konzentration zu halten, wird ein Teil des verdünnten Absorbiermittels, das aus dem Kondensator 186 herauskommt, aus der Leitung 196 durch Leitung 200, durch eine Schlange 202 in einen Wärmeaustauscher 204 und durch Leitung 206 zu einer Konzentriereinheit für Absorbiermittel oder einem Wiedererhitzer 207 abgeleitet, in diesem wird das überschüssige Wasser aus dem Absorbiermittel herausgekocht (dieser Dampf kann zur Geirierkammer 28 im Vakuumbehälter 22 geführt v/erden, um wenigstens einen Teil des benötigten Wasserdampfes, falls gewünscht, zu liefern). Die Wärme wird durch Umlauf eines Wärmeübertragungsmittels, flüssig oder gasförmig, durch die Konzentriereinheit vom Flüssigkeitserhitzer 110 mittels der Leitungen 208 und 210 geliefert

Das konzentrierte Absorbiermitte! fließt in eine Leitung 211 und durch eine Schlange 212 im Wärmeaustauscher 204, die in wärmeleitender Beziehung zur Schlange 202 angeordnet ist. Das Absorbiermittel in der Schlange 202 gibt Wärme ab, an das verdünnte Absorbiermittel das durch die Schlange 202 fließt, wodurch die Temperatur des v/iederkonzentrierten Absorbiermittels verringert und eine angemessene Wärmemenge an das verdünnte Absorbiermittel abgegeben wird, das zur Konzentriereinheit für Absorbiermittel 207 strömt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gefriertrocknen flüssiger oder halbflüssiger Produkte, z. B. von Kaffee-Extrakt, in einem Vakuumbehälter, der in eine Gefrierkammer und eine dieser durch eine Trennwand benachbarte Trocknungskammer mit ihr gegenüber niedrigerem Kammerdruck unterteilt ist, die beide das Produkt auf einem Endlosförderer nacheinander durchläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfrieren und Anfrieren des Gutes auf dem Transportband in einer Wasserdampfatmosphäre erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt vordem Einfrieren auf das Transportband gelangt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung der Wasserdampfatmosphäre in der Gefrierkammer (28) in ihrem unteren Bereich ein oben offener Wassersammelbehälter (98) angeordnet ist, der eine Wasserzuleitung (100) und eine das Wasser im Behälter auf einem vorgewählten Niveau haltende Schwimmersteuerung (102) sowie im Wasserraum eine Widerstandsheizung (104) aufweist.