Verfahren zur Trennung von Eis und Konzentrat durch Pressen, insbesondere bei der Einengung von Lösungen durch Ausfrieren von Wasser.
Es ist bekannt, L¯sungen, Emulsionen usw. durch Ausfrieren des Wassers und. anschliessende Trennung von Eis und Konzentrat einzuengen. Die Hauptschwierigkeit bereitet bei dieser Arbeibsweise die vollständige Trennung von Eis'und Konzentrat. Hierfür ist in erster Linie Zentrifugieren oder ein Abtropfenlassen des Konzentrates aus dem Eis mit nachträglicher Waschung und schliesslich auch ein Auspressen der Mischung von Eis und Konzentrat vorgesehlagen wor- den. Praktische Anwendung hat mit Rücksicht auf die hierbei erzielbare Reinheit des Eises von allen diesen Vorschlägen lediglich das Zentrifugieren gefunden.
Diese Arbeitsweise besitzt jedoch den Nachteil, da¯ einer seits Zentrifugen relativ kostspielig sind, an derseits'ihre Leistung-wenn eine praktisch vollständige Abacheidung des Konzentrates vom Eis stattfinden soll-verhältnis- mäBig gering ist. Die Trennung von Eis und Konzentrat mittels Pressen ist. ebenfalls bekannt, sie hat jedoch in die Praxis bisher nur in AusnahmefÏllen Eingang gefunden, weil der den Pressrückstand bildende feste Eisnlock zu viel Konzentrat enthält. Die in d, em Eis eingeschtlossenen : onzentratanteile lassen sich nÏmlich nach dem Pressvorgang nicht mehr wiedergewinnen.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Verfahren zur Trennung von Eis und Konzentrat durch Presse, welches es ermöglicht, die e bisherigen MÏngel zu überwin- den, und es ermöglicht, mit einfachen Hilfs- mitteln und in kontinuierlichem Betrieb ein praktisch r ckstandfreies Eis und ein hoch prozentigest Sonzentrat zu erzeugen.
Das erfindumgsgemässe Verfahren besteht darin, dass während des Pressvorganges ein n Teil des Eises geschmolzen wird. Die hierfür erforderliche Wärmemenge kann. entweder von aussen durch Warmeiibertragung zugeführt oder durch Reibung innerhalb des Pre¯gutes erzeugt werden. Beim Pressen von Eis-Ronzentrat-Gemislehen w erden die Eiskristalle unter der Einwirkung des Druckes zunächst plastisch, wobei sie-vorzugsweise ankristallographischgleichartigen Flachen-miteinander verwachsen wollen.
Die Schmelzung des Eises setzt in erster Linie an den Oberflächen der einzelnen Kristalle ein und hat so ein Herauspressen des zwischen den Kristallen befindlichen Kon zentrates in ausserordentlich günstiger Weise zur Folge. Erst anschliessend wachsen die Eiskristalle unter gleiehzeitiger Verkleine- rung ihrer gesamten BenetzungsoberflÏche zusammen. Falls Wärme zugeführt wird, sei es durch WÏrme bertragung von au¯en, sei es durch innere. Reibung, so erfolgt die Wärmezufuhr vorzugsweise im Gebiet des höchsten Pressdruekes derart, dass auch die Aufsphmelzung des Eises zum grösseren Teil im Gebiet des h¯chsten Pre¯druckes erfolgt.
Eine einfache und zweckmässige Arbeits- weise besteht z. B. in der Umsetzung von mechanischer Arbeit in WÏrme beim Pressen, wodurch die Schmelzleistung unmittel- bar mit der Pre¯leistung gekuppelt wird.
Hierzu ist es meist notwendig, die Pressarbeit durch zusätzliche Mittel zu erhöhen, um die e gewünschte Aufschmelzung eines Teils des Eilses zu erreichen. Sollte in bestimmten Fällen die Pressarbeit diesen Wert übersteigen, so kann sie zum Teil durch Kithl, ung der Presse kompensiert werden.
Der Vorteil dieses Verfahrens ergibt sieh aus folgendem Beispiel :
Wenn man z. B. einen Apfelsaft von 10 Gewichtsprozent Trockensubstanzgehalt durch Ausfrieren von 60% Wasser auf 25% Trockensubstanzgehalt konzentrieren will, so würde, beim Pressen des Eises ohne teilweise Aufschmelzung ein Gehalt, an Trocken- substanz im Eis von et. 1, 5% zurück- bleiben. Dies. bedeutet einen Gesamtverlust von 9%.
Dieser Verlust kann vermieden werden, wenn ma. n erfindungsgemäss einen Teil des Eises s wÏhrend des Pressvorganges aufschmilzt. Aus der Ausgangslosung werden beim Gefrieren nicht nur die auszuseheidenden 60%, sondern insgesamt z. B. 63-65% Eis ausgefroren. WÏhrend des Pressvorganges wird diese zusätzliche Eismenge wieder auf- geschmolzen und auf diese Weise ein Konzentrat von den gewünschten 25% erhalten.
Daneben kann aber praktisch rückstandfreieg Eis gewonnen werden.
Der Prozentsatz der Eismenge, welche während des Pre¯vorganges aufgeschmolzen werden muss, hängt in erster Linie von der Kerngrösse des Eises ab. Der aufgesehmolzene Anteilt des'Eises'wäscht das an der Ober fläche der Eiskristalle noch haftende Konzentrat ab. Die erforderliehe Menge von Wasoliflüssigkeit wird also von der Grosse der GesamtoberflÏche des Eises abhängen.
Da die gesamte Oberfläche des Eisea, z. B. bei kugelf¯rmigen Eisbrocken, mit sinkendem Teilchendurchmesser wÏchst, ist es verstÏndlich, da¯ die beim Pressvorgang auf zuschmelzende Eismenge mit sinkender Teil- chengrosse verhältnismässig stark ansteigen mu¯, wenn der zu erzielende Effekt ein guter sein soll. Es kann daher beim Pressen von sehr fein zerteiltem Eis notwendig werden. einen relativ hohen Bruchteil des Eises (bis etwa 10 % und mehr) aufzuschmelzen, um ruckstandsfreies Eis zu erhalten.
Beim Pressen von grösseren Eisstücken, welche man beim langsamen Gefrieren verdünnter Losun- gen-, gegebenenfalls durch RekristallisationsvorgÏnge - gewinnt, wird die zu schmelzende Eismenge geringer sein.
Aus den angegebenen Gründen wird also der Gefriervorgang vor der Pressung zweckmϯig so gef hrt, da¯ das Eis in möglichst @ Kristallen anfällt.
Zweckmässig wird der Pressdruck ber den Wert hinaus, bei dem die plastische Verformung des Eises unter den vorliegenden Bedingungen (z. B. Temperatur) beginnt, erstdanngesteigert, wenn die Hauptmenge des Konzentrates abgelaufen ist bezw. wenn im Eis der GehaLt an Konzentrat nur noch gering ist, z. B. unter 10 Gewichtsprozent gesunken ist. Auch diese Ma¯nahme hilft verhindern, da¯ das Konzentrat durch den Pressvorgang allseitig vom Eis umschlossen wird, anstatt abgepresst zu werden.
Wenn man also ein Eis-Konzentrat G'emisch auspressen will, von dem man beispielsweise durch Versuche festgestellt hat, dass bei den vorliegenden Temperaturen die Kristalle bei einem Druck von etwa 10kg/cm2 anfangen zusammenzuwachsen, danu wird der Pre¯druck ber den Wert von 10 kg|om2 erst gesteigert., wenn der Gehalt an Konzen- trat im Eis 20%, vorzugsweise sogar 10% unterschritten hat Die bis zur Gewinnung r ckstandsfreien Eises erforderliche weitere Drucksteigerung beträgt in den meisten Fällen ein Vielfaches der ersten Druckstufe.
So z. B. ist es häufig notwendig, den Druek bis zu mehreren 100 kg/cm2 zu steigern, um r ckstandsfreies Eis durch den kombinierten PreB-und Waschvorgang zu gewinnen, während die Hauptmenge des Konzentrates schon bei wesentlich geringeren Drücken ab- gefangen werden kann. Hierdurch gewinnt man den Vorteil, da¯ die Hauptmenge des Konzentrates in unverd ! iinnter Form anfällt, was bei der Erzielung von. H¯chstkonzentraten besonders bedeutungsvoll ist. Lediglich ein Rest des Konzentrates wird dann durch das beim Aufschmelzen eines Teils des Eises im letzten Teil des Fressvorganges entstehende Wasser verd nnt Dieser Teil wird zweckmϯig gesondert aufgefangen und z.
B. dem Einengungsverfahren wieder zugeführt.
Wenn besondere Abflussöffnungen für das Konzentrat vorgesehen sind, sollen diese derartige Abmessungen haben, daB das Eis bei dem Druck, unter dem es an diesen Stellen steht, nicht infolge seiner Plastizität durch diese Öffnungen austreten kann. Um ho, Drücke anwenden zu können, ohne die Abfil, uBöffnungen zu eng wählen zu müssen, wird dabei die Stelle höchsten Druckes von den Stellen, an denen das Konzentrat ab. fliesst, entfernt gehalten. Hierdurch kann man den Vorteil erzielen, da¯ das im Gebiet höchsten Druckes ausgepresste Konzentrat durch Gebiete niederen. Druckes abflieBt und dort als Waschflü'ss'igkeit wirkt.
Zweck. mϯig wird in bestimmten FÏllen das von der Hauptmjenge des Konzentrates befreite Eis von der Erreichung des Eochstdruckes bis nahe an den Schmelzpunkt angewÏrmt.
Ferner wird zweckmässig in bestimmten FÏllen bei der Gewinnung von Hochkonzentraten der unter kleinem Druck stehende Teil des PreBgubes gekühlt und der unter grösserem. Druck stehende Teil des Pr, eBgutes beheizt.
Zweckmässig geht, um mit Sicherheit zu verhindern, daB Konzenbrat von zusammen wachsenden Eis'teilohen eingesohlossen wird, die Druckstsigenmg nicht schneller vor sich als der Ablauf des Konzentrates Man wird also bei dünnen Schichten, in denen das Konzentrat kurze Ablaufwege hat, den Pressdruck verhÏltnismϯig schnell steigern k¯n nen, wÏhrend bei der Pressung dickerer Schichten, die Drucksteigerung zweckmässig g wesentlich langsamer erfolgen soll.
Das Eis'wird, insbesondere wenn nur r noch geringe Mengen an Konzentrat vor- handen sind und das Zusammenwachsen der plastisch gewordenen ! Kristalle stattfinden soll, zweckmässig möglichst bis in die Nähe des Schmelzpunktes unter dem jeweiligen Druck aufgewÏrmt Da der Druck, bei dem das Eis plastisch wird, mit sinkender Temperatur stark steigt, kann man so mit geringeren Pre¯dr cken auskommen.
Falls das zu pressende Eis zusÏtzlich gek hlt werden soll, so soll. niemals den Stellen des Konzentrataustrittes aus dem Pressgut, sondern stets nur den Stellen relativ h¯heren Druckes KÏlte zugef hrt werden. Andernfalls würde das von den SteiHen hoheren Druckes zu den Stellen mittleren Druckes abfliessemde Konzentrat dort wieder anfrie- ren. Die Nichtbeachtung dieser Vorschrift d rfte die bisherigen Mi¯erfolge bei der Durchführung von Pressverfahren bedingt haben, da man, um Schmelzverliwste zu ver meidien, im allgemeinen die Pre¯k¯rbe von au¯en her,
also an den Stellen des Konzen tratablaufes gekühlt und so dem Abfluss des Konzentra. tesl Schwierigkeiten bereitet hat.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann beispielsweise mit einer Schneckenpresse ausgeübt werden, welche sich besonders für einen kontinuierlichen Betrieb eignet. Es ist jedoch selbstverständlichmöglich,Pressen anderer Ausführung zur Ausübung des erfindungsgemässen Verfahrens zu verwenden.
Die Erfindung betrifft im weiteren eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentansprueh I. Diese Vorrichtung ist erfindungsgemÏ? so eingerichtet, da? dem Eis Wärme oder KÏlte zugef hrt werden kann. Es können Heiz-oder Kühleinriehtun- gen vorgesehen sein, die mit fl ssigen oder gasförmigen Medien betrieben werden, es können auch elektrische Heizvorrichtungen Anwendung finden. Sehliesslieh kann eine WärmeeinwirkungaufdasPressgutdurch Widerstände, die den Weg des Pressgutes h, emmen, oder durch Rührwerke, deren Reibung Wärme erzeugt, erfolgen.
Auch durch willk rliche Erh¯hung des Pre?druckes durch Drosselung einer Ausfluss Öffnung für das Eis und die dadurch bewirkte Erhöhung der Wal, karbeit kann eine Wärmezufuhr erzielt werden.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausf hrungsform der ebenfalls Gegenstand der Erfindung bildenden Vorrichtung, die zur Ausübung des Verfahrens dient, dargestellt.
Vier Säulen 1 sind durch drei Platten 2, 3 und 4 miteinander verbunden. An der Platte 2 ist ein Motor 5 mit dem Getriebekasten 6 befestigt. Aus dem Getriebekasten 6 ragt ein Regel, rad 7, das mit dem zugeh¯rigen Kegelrad 8 kämmt. Das Kegelrad 8 sitzt fest. auf der vertikalen Achse 9. Auf dieser sitzt ferner das Stirnrad 10, das über die RÏder 11 und 12 den Förderkonus 13 antreibt, der auf der Welle 14 sitzt. Dureh das F¯rderband 15, das ber die Walze 16 lÏuft, gelangt das Pre?gut 17 (Konzentrat und Eis) in den Trog 18.
Die auf dem Förder- konus 13 befestigten Schaufeln 19 rühren das Pressgut und bringen dasselbe in den Ein- gang'1 des konischen Trichters 20. In diesem Trichter wird durch eine Förder- schnecke21,welche auf der Welle 9 fest- sitzt, das Pre?gut nach unten geschraubt.
Der Trichter 20 ist auf der Platte 3 be festigt. Die NVelle 9 ist in den Platten 3 und 3' gelagert. Die Welle 9 weist eine Bohrung 9'auf, in welchedie Zu-bezw. Abflussleitungen 22 und 23 einer Heiz-bezw. Kühl einrichtungeinmunden.DieLeitungenwer- den durch eine Stopfbüchse 24 mit der Welle 9 dicht verbunden.
Die Welle 9 endigt unten im LagerderPlatte3.ÜberdssrPlatte 3 ist somit nur die Zuführungaeinrichtung für das Pressgut angeordnet,welchedurch den Motor 5 selbständigundunabhängigangetrieben wird. Zwisehen den Platten 3 und 4 vollzieht eich der Press-und Trennvorgang von Eis und Konzentrat. Durch den Motos 26 wird ber da;?Getriebe27dieWelle 28 angetrie- ben. Dieselbe iet in den Platten 4 und 3 gelagert.
Die Welle 28 ist die eigentliche Press- w-e11. Diese ist a. uf ihrer obern Partie a mit einem eingängigen Schneckengang 29 von trapezförmigem Quersehnitt versehen. Die untere Partie b weist als Beispiel f r eine m¯gliche ErhöhungderReibungsarbeit eine mehrgängigeSchnecke29'vondemselben Querschnitt auf. Diese Sehneeke der Schnek- kenpresse hat jedoeh h geringere Steigung als die obere Schnecke.
Die Grundlinie des Trapezes des trapezförmigenQuerschnittesliegt an der Schneekenwelle. Um die Welle 28 herum ist der Presskorb angeordnet, derselbe bestehtausScheiben 30, die im obern Teil des Pre?korbes mit einem maximalen Abstand von 0, 5 mm und in der Zone des höchsten Druckes mit maximal 0, 2 mm Abstand aufeinandergeschichtet sind. Die Bohrung dieses durch die Scheiben 30 gebildeten Zylinders ist nicht zylindrisch. Sie ist in d)erZonedesVordruckes a weiter als in der Zone des Mitteldruckes b und verengt sich in der Zone c des Hochdruckes derart, dass Drücke bis zu 300 kg/cm2 und mehr entstehen können.
Das Volumen des Pressraumes wird dabei gegen Ende der Schnecke unter Berücksichtigung der Volumenabnahme des PreBgutes stÏrker vermindert als im ersten Teil der Schnecke.DerForm der Bohrung istauchdieäussereForm'derSchnecken- gänge der Welle 28 angepaBt.
Einige der Seheiben 30 haben Nasen 30', welche zwischen Unterbrüche der Schneckengänge grei- fen und als Abstreifer dienen, um zu verhin- dern, da? der Brei von Eis und Konzentrat von der Welle mitgenommen wird und ein fachmitdieserumläuft. Diese mechanische Widerstände bildenden Abstreifer, die im Weg des Pressgutes vorgesehen sind, üben eine walkende Wirkung auf das Pressgut aus underzeugenWärme. Die PartiecdesPress- korbes is nur bis ungefähr auf halbe Hohe mit DurchlÏssen zwischendenScheiben30 versehen. Der untere TeiL ist dicht.
Um die Scheiben 30 herum ist ein Ab spritzbleeh 31angeordnet, an dem stufenweise Sammelbleche 32 mit Ablaufrohren 33 angebrachtsind.DerringförmigeZwisehen- raum zwischen der Welle 28 und dem Press- korb ist t nach unten durch einen verschiebbaren Konus 34, der durch den Hebel 35 be wegt werden kann, derart verschliessbar, dass der Aus'gangsquerschnittfürdas Eis ver grössert oder verkleinert werden, kann.
Das ausgepresste Eis gleitet auf der Rutschbahn 36 ab.IndieobeninderPlatte 3 endigende W ell'e 28, welche wie die Welle 9 hohl ist, führen Kühl-bezw.Heizrohre 36'und 37, die durch die Stopfbüchsen 38 mit der Weld, e 28 verbunden sind. Die Welle 28 weist zwei bis dicht unter die Platte 3 führende konzen trische Ringräume auf. Durch den innern RingraumströmtdasHeiz-bezw.Kühl- medium nach oben und durch den Ïu?ern Ringraum nach unten. Die Daufbahn des Mediums ist oben durch Pfeile 40 angedeutet.
WÏhrend des Durchflie?ens der Welle 28 gibt das durch 36'strömendeMediumWärme bezw. KÏlte an das Eis während des Pieds- vorganges ab.
Der Vorgang beim Betrieb der beschrie- benen, eine Schneckenpresseaufweisenden Vorrichtung ist folgender :
Das Pre?gut 17, ein Gemisch von Konzentrat und Eis gelangt durch das Forder- band 15 in den Trog 18. Die R hrschaufeln 19 sorgen für eine gleichmässige Beschickung der Pressvorrichtung mit dem Gemisch von Eis und Konzentrat, das bei A in den koni schen Trichter 22 gelant. Die Förder- schnecke 21 schraubt sich'das Pressgut nach unten.
Durch Kühlen, oder Erwärmen der telle 9 und'derandiesersitzendenSchnecke vermittelst des durch die Leitungen 22 und 23 zuzuführenden bezw. abzuführenden Kühl-bezw.Heizmediumskanndie Tempe raturdesEise'sauf die zur Trennung von Konzentrat und Eis günstigste Temperatur gebrachtwerden,dieinderNähedesjewei- ligen Schmelzpunktes des Eises liegt, welcher dergewünschtenKonzentrationentspricht.
Das Pressgut gelangt nun in den Presszylin- der. Im Raumo)erfolgtdurch'dieeingängige Schnecke die Vorpressung'des Pressgutes, die Hauptmenge des Konzentrates entweicht zwischen den Scheiben 30, die hier einen Abstand bis zu höchstens 0, 5mmhaben und sammelt sich im obersten Sammelblech 32.
Die Zwischenräumezwischen!denScheiben bilden die Abflussoffnungen für das Konzen trat,wobeidieDimensionendieserÖffnun- gen wenigstens in einer Richtun (vertikal) 0, 5 mm nicht übersteigen. Da sieh der Quer- schnitt des Raumes zwischen Presskorb und der Welle 28 nach unten verengt und der Ausgang des Eis, durch den Konus 35 noch verkleinert werden kann, erhöht sich der Druck auf dasPressgut in den untern Partien 'desPresskorbes,wodurchdas.Konzentrat bis auf einen kleinen Rest in dias zweite Sammelblech 32 fliesst. Das bei verschiedenen Druck- stufen. anfallende Konzentrat wird also ber die Sammelbleche 32 gesondert aufgefangen.
Zweckmässig erfolgt nach Ablauf von mindestens, 70 Gewichtsprozent des Konzentrates die Drucksteigerung von 3/4 des Enddruckes auf den Enddruck und eine weitere Aufschmelzung von Eis durch zusÏtzliche Er wärmung.
In dem Raum b, in dem die erhöhte Fressung stattfindet, findet eine Schnecke mitgeringerer Steigung Anwendung, die bei erh¯htem WÏrmebedarf mehrgÏngig aus oeführt werden kann. Der Abstand der Scheiben 30 verringert sich in dieser Zone.
Die Schneckengängesindunterbrochen, so da? die Nasen 30' der Scheiben 30 bis auf den Sehaft der Welle 28 vorgreifen k¯nnen und das Pressgut hindern, sieh mit der Welle 28 zu drehen. Durch diese in den Weg des Pressgutes eingeschalteten Nasen sind Wider stände gebildet, die eine Walkwirkung er zeugen, die an den Ber hrungsflÏchen von Maschinenteilenund'demEisWärme erzeugt, so dass ? das Eis an diesen Stellen teilweise schmilzt und also'währenddesPress- vorganges ein Teil de.-Eises geschmolzen wird.
Genügt diese Reibung nicht, um die gewünschteAbsehmelzungvon Eis zu erzielen, so kann durch Drosseln des Eisausganges : der Druck und damit die Menge der erzeugtenReibungswärmeerhöhtwerden.
Es kann aber auch durch die Leitung 36'der WelLe 28 direkt WÏrme zugeführt werden.
Wird a.berdurchdenDruck und die Reibung schon zu viel Wärmeerzeugt,sodass mehr Schmelzwasserentsteht,alsgewünschtwird, dann kann das Pre?gut durch K hlung der Welle enbspreehend gekühltwerden, indem der Welle 28 durch die Leitung36'Kühl- flüssigkeit zugeführt wird. Aus diesem Grunde erfolgt die WärmebeeinfLussung zweckmässiger von der Welle aus, da eine K hlung vom Presskorb aus ein Zufrieren der Konzentratabläufe zur Folge hätte.
Da der unterste Teil. des. Presskorbes ohne Ausflussöffnungen für das Konzentrat ist, steigt das Schmelzwasser im Gegenst. rom zum Eis in diesen Teil des Presskorbes'hoch, wobei das Schmelzwasser den Rest Konzentrat, der dem Eis noch anhaftet, abwäseht, so da? ein Gemisch von Schmelzwasser und Konzentrat durch die untersten Schlitze des Press- korbes, die nur nach bis zu 0, 2 mm breit sind, entweicht. Im Gebiet hohen Druckes über- steigenalsodie Dimensionen der AulsfluB- Öffnungen für das Konzentrat wenigstens in einer Richtung den Wert von 0, 2 mm nicht.
Die AufsehmelzungdesEises zum Zwecke der Waschungdesselbenerfolgt,daher in der r Zone des gr¯?ten Druckes, und das durch die Waschung verwÏsserte Konzentrat kann im unt-ersten Abflussrohr 35 gesondert aufgefan- gen werden.