PL208699B1 - Sposób i instalacja do zatężania zawierającej laktozę wodnej cieczy o dużej lepkości - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i instalacja do zatężania zawierającej laktozę wodnej cieczy o dużej lepkości, drogą odparowania i krystalizacji, przy czym laktozę odzyskuje się z cieczy powstałych jako produkt uboczny w przemyśle mleczarskim i przemysłach pokrewnych.

W szczególności wynalazek dotyczy sposobu i instalacji do przetwarzania cieczy zawierających laktozę w prosty do obróbki produkt w postaci cząstek, nie ulegający zbrylaniu i sypki.

W niniejszym opisie i załączonych zastrzeżeniach określenie „ciecze zawierające laktozę” dotyczy roztworów, w których cała laktoza znajduje się w stanie rozpuszczonym, jak również zawiesin kryształów laktozy w roztworze laktozy.

Laktoza jest dwucukrem, który w stanie stałym występuje co najmniej w trzech formach, mianowicie: α-laktozy, krystalizującej z wodnych roztworów, jako monohydrat w temperaturach poniżej 93,5°C, β-laktozy oraz laktozy amorficznej.

Spośród tych trzech postaci korzystną postacią jest monohydrat α-laktozy, ze względu na to, że gdy jest względnie czysty, tworzy stabilne, twarde i niehigroskopijne kryształy.

W zestawieniu z tą postacią, zwłaszcza amorficzna postać laktozy jest higroskopijna i obecność nawet niewielkich ilości postaci amorficznej na kryształach monohydratu α-laktozy może pogorszyć jego właściwości nieulegania zbrylaniu i sypkości.

Laktoza występuje w stężeniu około 5% w krowim mleku, które jest jej podstawowym źródłem.

Niemal wszystkim procesom produkcji sera towarzyszy produkt uboczny, serwatka, która jest wodnym roztworem, zawierająca, poza prawie całą laktozą obecną pierwotnie w mleku, pewne tłuszcze, białka i nieorganiczne sole. Termin „serwatka” jest tu użyty w szerszym sensie, obejmującym serwatkę serową, serwatkę z kazeiny podpuszczkowej, kwaśną serwatkę i słoną serwatkę.

Celem odzyskiwania cennych białek z serwatki czy z mleka często poddaje się je u ltrafilt racji, w której białka uzyskuje się jako retentat, podczas gdy laktoza i większość związków mineralnych pozostają rozpuszczone w wodzie przedostającej się przez membranę filtracyjną. Ten wodny roztwór laktozy ze znacznie zredukowaną zawartością białka jest nazywany po prostu „permeatem”. Jest to źródło laktozy korzystne w wynalazku, choć bierze się pod uwagę również inne produkty związane z serwatką.

Przed zastosowaniem jako substratu w niniejszym wynalazku, taki permeat lub inne produkty związane z serwatką mogą być poddane oczyszczaniu, np. demineralizacji oraz, najlepiej na drodze odparowania pod próżnią, zatęża się je do postaci zawierającej 40 -75% wagowych suchej substancji stałej.

Laktozę stosuje się głównie jako środek słodzący do lodów, wypieków oraz jako składnik karmy dla zwierząt, jednak znacznych ilości używa się również jako pożywki kultur dla mikroorganizmów w przemyśle biotechnologicznym. W przemyśle piekarskim stosuje się ją przede wszystkim w celu uzyskania pożądanego, brązowego koloru skórki chleba.

Chociaż te zróżnicowane dziedziny zastosowań mają różne wymagania co do czystości i wyglądu laktozy, to dla wszystkich tych celów jest pożądane, aby stosować laktozę jako produkt nieprzywierający, niehigroskopijny oraz nie ulegający zbrylaniu o dużej sypkości.

Zaproponowano i zastosowano kilka sposobów przetwarzania laktozy w serwatce lub produktach pochodzących od serwatki w substancje w postaci cząstek.

Jednakże proces względnie szybkiego suszenia na drodze suszenia rozpyłowego prowadzi do powstania cząstek, w których jedynie część laktozy występuje jako monohydrat α-laktozy, podczas gdy pozostała jej część występuje w postaci, która powoduje, że cząstki są kleiste i higroskopijne.

Zatem konieczne jest odstawienie produktu na pewien czas, zanim ochłodzony produkt pochodzący z procesu suszenia będzie w stanie tworzyć cząstki o dużej sypkości.

Jednakże nawet po takim sposobie postępowania powstałe cząstki wykazują tendencję do higroskopii i zbrylania.

Ta zasada szybkiego suszenia w połączeniu z późniejszym odstawianiem jest wykorzystywana w procesie FILTERMAT^® (Niro A/S), ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 4351849, jak również w sposobie, ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 5006204 (Cesjonariusz: A/S Niro Atomizer). W tym ostatnim wspomnianym sposobie stosuje się wstępną krystalizację przed suszeniem rozpyłowym, a wysuszony rozpyłowo materiał spoczywa pewien czas na wirującej tarczy przed końcowym suszeniem na złożu fluidalnym.

Inny pomysł wykorzystano w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 6335045, zgodnie z którym koncentrat zawierający laktozę ogrzewa się do temperatury powyżej temperatury

PL 208 699 B1 krystalizacji, po czym poddaje jest rzutowemu procesowi prowadzącemu do koncentratu o wyższej zawartości suchej substancji stałej niż w pierwotnym koncentracie, po czym koncentrat następnie ochładza się dla wywołania krystalizacji. Następnie wykrystalizowany koncentrat można osuszać w suszarce strumieniowo-wirowej. Jednak nawet w tym raczej skomplikowanym procesie wyniki nie zawsze są satysfakcjonujące z punktu widzenia właściwości zbrylania.

W rozważaniach poprzedzających niniejszy wynalazek założono, że przy większej zawartości procentowej laktozy w produkcie w postaci cząstek, występującej w postaci monohydratu a-laktozy, wspomniane wyżej właściwości ulegną poprawie, co okazało się prawdziwe.

Silnie stężone wodne roztwory laktozy mają wysoką lepkość i założono, że może to stanowić istotną przyczynę tego, że krystalizacja monohydratu a-laktozy we wcześniejszych procesach była niepełna.

Wynalazek opiera się na stwierdzeniu, że jest możliwe, przez intensywne mieszanie koncentratu, przy jednoczesnym dalszym zatężaniu przez odparowanie, dzięki pseudoplastycznym i tiksotropowym właściwościom koncentratu, zmniejszenie jego lepkości do poziomu, w którym krystalizacja jest znacznie ułatwiona. Korzystny wpływ tego zmniejszenia lepkości na krystalizację przewyższa wszelki negatywny wpływ na proces krystalizacji wynikający z intensywnego mieszania. Dzięki temu osiąga się powstawanie i wzrost kryształów zachodzące równocześnie z odparowaniem koncentratu. Dzięki temu lepkość obniża się, nie tylko za sprawą wspomnianych pseudoplastycznych i tiksotropowych własności koncentratu, ale również dlatego, że zapobiega się nadmiernej lepkości przy przesyceniu.

Należy zauważyć, że w ogólnym przypadku wpływ mechanicznego mieszania na proces krystalizacji jest w pewnym stopniu nieprzewidywalny. Można odnieść się do publikacji Mulina i Ravena: „Influence of mechanical agitation on the nucleation of some aqueous salt solutions”. Nature, tom 195, str. 35-38 (1962). Zgodnie z tą publikacją, nukleacja, która jest warunkiem wstępnym dla krystalizacji, jest ogólnie wyższa w umiarkowanie mieszanej cieczy niż w warunkach bezruchu, lecz przy wzroście intensywności mieszania nukleacja zmniejszyła się, a dla jeszcze wyższej intensywności znowu wzrosła i na koniec zaobserwowano jej spadek. We wspomnianej publikacji zaproponowano, że ten nieprzewidywalny efekt jest połączonym rezultatem wpływu mieszania na dyfuzję i ścieranie.

W większości komercyjnych procesów krystalizacji, gdzie pożądane są względnie duże kryształy, tak jak w przemyśle cukrowym, krystalizację prowadzi się przy raczej łagodnym mieszaniu krystalizacyjnego medium, np. przy użyciu tak zwanych krystalizatorów kołyskowych. Intensywne mieszanie jest postrzegane jako szkodliwe, nie tylko wskutek ścierania, ale również dlatego, że może powodować powstawanie zbyt wielu zarodków kryształów, co prowadzi do zbyt małych i niejednorodnych kryształów.

Jednakże, jak wspomniano powyżej, okazało się, że dzięki pseudoplastycznym i tiksotropowym właściwościom koncentratu laktozy przy odparowywaniu osiąga się korzystny wynik krystalizacji stosując mechaniczne mieszanie o wysokiej intensywności ścinania.

Zgodny z wynalazkiem sposób zatężania zawierającej laktozę wodnej cieczy o dużej lepkości, drogą odparowania i krystalizacji, charakteryzuje się tym, że (a) wprowadza się zawierającą laktozę wodną ciecz, o zawartości suchej substancji stałej 40-75% wag., do strefy, w której poddaje się ją następującym, jednoczesnym operacjom: (i) stopniowemu ogrzewaniu w temperaturze powyżej 40°C, lecz poniżej maksymalnej temperatury krystalizacji monohydratu a-laktozy z cieczy; (ii) usuwaniu pary odparowanej z cieczy; i (iii) mechanicznemu mieszaniu, które jest w stanie wywołać ułatwiający krystalizację spadek lepkości cieczy z kryształami wytworzonymi i rozproszonymi w niej; aby stopniowo zatężyć i jednocześnie spowodować krystalizację mieszanej cieczy i (b) odprowadza się powstałą zawiesinę ze strefy określonej w części (a), przy całkowitej zawartości ciała stałego powyżej 75% do ochłodzenia i ewentualnego rozdrobnienia oraz późniejszego suszenia.

W tym sposobie osiąga się optymalne warunki dla krystalizacji monohydratu a-laktozy.

Mieszanie mechaniczne silnie obniża lepkość cieczy poddawanej odparowaniu, dzięki czemu cząsteczki laktozy w nieznacznie tylko przesyconej cieczy łatwo dyfundują do powierzchni kryształów i zarodków, ułatwiają wzrost kryształów, co oznacza, że zawartość rozpuszczonej laktozy i, co za tym idzie, stopień przesycenia cieczy, zmniejsza się.

Również stopniowe odparowanie i jednoczesna krystalizacja zapewnia istnienie optymalnych warunków dla krystalizacji przez dłuższy czas i w szerokim zakresie temperatury cieczy.

Powyższa czynność „usuwania pary odparowanej z cieczy” powinna być interpretowana w szerszym sensie, jako obejmująca nie tylko czynne kroki, takie jak przyłożenie zmniejszonego lub zwiększonego ciśnienia, ale również przez zwykłe zapewnienie upustu takiej pary.

PL 208 699 B1

Sposób korzystnie prowadzi się go jako proces ciągły, przy czym zawierającą laktozę wodną ciecz wprowadza się na jednym końcu podłużnej, zasadniczo poziomej strefy; ogrzewa nie w operacji (i) prowadzi się przez dostarczenie czynnika grzewczego do płaszcza otaczającego co najmniej część strefy; parę odparowaną z cieczy usuwa się w operacji (ii) oczyszczając strefę przez przepuszczenie przez nią strumienia powietrza; mieszanie w operacji (iii) prowadzi się przez obracanie zasadniczo poziomego wału zawierającego elementy mieszące dla wymieszania całkowitej objętości cieczy obecnej w strefie; i odprowadza się zawiesinę z końca podłużnej strefy, przeciwnego do wspomnianego końca.

W typowej postaci realizacji sposobu, zawierającą laktozę wodną ciecz, stosowaną jako substrat, wybiera się z grupy obejmującej koncentraty permeatu uzyskanego przez ultrafiltrację słodkiej lub kwaśnej serwatki bądź mleka, koncentraty serwatki lub demineralizowanej serwatki, roztwór macierzysty z odzysku laktozy i brei laktozowej.

Korzystnie, ogrzewanie w operacji (i) zwiększa temperaturę cieczy do 50-90°C.

Korzystnie, usuwanie pary w etapie (ii) zachodzi dzięki utrzymywaniu obniżonego ciśnienia w tej strefie.

Korzystnie, mieszanie w operacji (iii) prowadzi się z taką intensywnością, aby uzyskać szybkość ścinania 200-3500 s^-1 w cieczy, korzystniej 300-3000 s^-1, a najkorzystniej 400-2500 s^-1.

W opisanym wyżej ciągłym procesie ogrzewanie najkorzystniej jest prowadzić przez dostarczanie pary do wspomnianego płaszcza. Jeżeli przetwarzaną cieczą jest koncentrat permeatu pochodzący bezpośrednio z konwencjonalnej wyparki, to zawartość w nim suchej fazy stałej może na ogół wynosić 55-60%, a jego temperatura zazwyczaj 65°C.

Przy przejściu przez strefę zawartość całkowitej suchej substancji stałej wzrasta do np. 87%, a ilość wykrystalizowanego monohydratu α-laktozy do 85% laktozy.

Dzięki wcześniejszemu intensywnemu mieszaniu tej pseudoplastycznej i tiksotropowej masy, w czasie odbierania jej ze strefy, formuje ona papkę, która nadal nadaje się do transportu, np. przez przepompowanie.

Wspomniane powyżej chłodzenie i ewentualne rozdrabnianie oraz późniejsze suszenie obejmuje korzystnie przepuszczenie mieszaniny przez przenośnik mający powierzchnie chłodzące, a następnie przez urządzenie rozdrabniające i suszące.

Jednakże chłodzenie można przeprowadzać jako chłodzenie naturalne lub chłodzenie wymuszone.

Zgodna z wynalazkiem instalacja do zatężania zawierającej laktozę wodnej cieczy o dużej lepkości do postaci cząstek o dużej sypkości charakteryzuje się tym, że ma pierwsze urządzenie mające podłużny, cylindryczny, poziomy korpus o zasadniczo kolistym przekroju poprzecznym, wlot dla zawierającej laktozę cieczy na jednym końcu korpusu, obrotowy poziomy wał umieszczony osiowo w korpusie, łopatki promieniowo rozchodzące się od wału w kierunku cylindrycznej ściany korpusu, płaszcz grzewczy otaczający co najmniej częściowo korpus, wejście i wyjście odpowiednio na każdym końcu korpusu do usuwania pary oraz wylot w korpusie dla zawierającej laktozę papki w okolicy końca przeciwnego do wspomnianego końca, urządzenie chłodzące, podłączone do tego końca oraz urządzenie rozdrabniające i suszące połączone z urządzeniem chłodzącym.

Urządzenie określone w punkcie (a) poprzedniego akapitu może być zasadniczo podobne do aparatu ujawnionego w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 3425135. W dokumencie tym aparat jest opisywany jako aparat do przetwarzania substancji stałych i wszystkie przykłady przedstawiają ich suszenie.

Czas przebywania w takim aparacie można regulować przez ustawienie łopatek ze skokiem do tyłu. Dzięki temu można uzyskać wystarczający czas potrzebny do niemal całkowitej krystalizacji w sposobie według wynalazku. Aparat o podobnej konstrukcji ujawniono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US 5271163, gdzie jest on opisany jako odpowiedni dla płynnych materiałów. Jednakże ten ostatni aparat wyróżnia się tym, że ma środki do wprowadzania gazu przez dysze w obracających się częściach, dla rozproszenia traktowanej substancji na ścianach korpusu. Wydaje się, że w tym dokumencie nie wspomniano o żadnym zastosowaniu pokrewnym krystalizacji laktozy.

Korzystnie, łopatki są rozmieszczone w odstępach obustronnie na wale i mają tak dobrane wymiary, że główna powierzchnia wewnętrznej ściany korpusu otoczonego płaszczem grzewczym jest okresowo mijana przez krawędź łopatki w odległości 5-25 mm.

Korzystnie, urządzenie chłodzące jest zaprojektowane jako przenośnik śrubowy mający co najmniej jedną śrubę i zaopatrzony w płaszcz chłodniczy i/lub pusty wał (wały) śruby do przyjmowania czynnika chłodniczego.

PL 208 699 B1

Korzystnie, urządzenie rozdrabniające i suszące wybiera się spośród mieszanego złoża fluidalnego i suszarki bębnowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie postać instalacji według wynalazku, odpowiedniej do prowadzenia sposobu według wynalazku, fig. 2 - schematycznie alternatywną, odpowiednią postać szczegółów instalacji z fig. 1.

W urządzeniu 1 pokazanym na fig. 1 ciecz jest ogrzewana i mieszana oraz podlega odparowaniu i krystalizacji.

Urządzenie to obejmuje cylindryczny, podłużny korpus 2, a w nim wał 3 obracany za pomocą silnika 4. Z wału rozchodzą się na zewnątrz łopatki aż do samej ściany korpusu, jednak łopatki nie stykają się z korpusem.

W pokazanej postaci wał 3 jest umieszczony osiowo, aby wszystkie łopatki znajdowały się w tej samej odległości od ścian korpusu 2.

Korpus jest co najmniej częściowo otoczony płaszczem grzewczym 6, który w pokazanej postaci jest podzielony na dwie sekcje.

Do płaszcza grzewczego przez wloty 7 jest doprowadzany czynnik grzewczy, taki jak gorąca woda lub para wodna, np. o temperaturze 50-150°C, a skondensowaną wodę i wszelki nadmiar pary wodnej odprowadza się przez wyloty 8.

W przeciwieństwie do tego, co pokazano na rysunku, najkorzystniej będzie, aby wewnętrzna ściana płaszcza grzewczego leżała w jednej linii z cylindryczną ścianą korpusu 2.

Korpus zawiera wlot 9 dla koncentratu stosowanego jako materiał wejściowy oraz wylot 10 dla papki zawierającej kryształy monohydratu α-laktozy, powstałej w urządzeniu 1 w trakcie prowadzenia sposobu.

Urządzenie ma dodatkowo wejście 11 i wyjście 12 podłączone do wentylatora 13 dla zapewnienia ciągu, dzięki któremu przefiltrowane powietrze atmosferyczne dostaje się do wnętrza korpusu przez wejście 11, przelatuje przez korpus, oczyszczając go, i wydostaje się przez wyjście 12 i wentylator 13.

Zatem w przedstawionej postaci para wodna otrzymana z odparowania w korpusie jest usuwana przez przedmuchanie powietrzem o temperaturze otoczenia. Jednakże możliwe byłoby uzupełnienie lub zastąpienie ogrzewania za pomocą płaszcza grzewczego 6 przez przepuszczanie strumienia umiarkowanie ogrzanego powietrza przez korpus.

W czasie pracy urządzenia, przy prowadzeniu sposobu według wynalazku, ciekły substrat wprowadza się wlotem 9, a wał 3 z łopatkami 5 jest obracany za pomocą silnika 4.

Wewnątrz korpusu 2 ciecz jest poddawana mieszaniu o dużym ścinaniu przez łopatki i jest odrzucana na zewnątrz dzięki sile odśrodkowej, tworzy zatem mieszany pierścień wzdłuż wewnętrznej powierzchni korpusu i płaszcza grzewczego 6. Dzięki temu uzyskuje się skuteczne przenoszenie ciepła powodujące wzrost temperatury i wywołujące odparowanie cieczy. Wał 3 również może być ogrzewany.

Łopatki są rozstawione na rotorze tak, że wszystkie obszary ogrzewanych wewnętrznych ścian korpusu ulegają oddziaływaniom okresowo w czasie, gdy łopatki się obracają.

W postaci pokazanej na fig. 2 łopatki 5' na wale 3' są rozmieszczone we wzajemnie przesuniętych rzędach dla zapewnienia jednakowego oddziaływania na wszystkie obszary ogrzewania wewnętrznych ścian korpusu.

Szybkość ścinania w miejscach największego oddziaływania jest określana przez prędkość obwodową łopatki, która na ogół wynosi 5-15 m/s, podzieloną przez odległość od zewnętrznej krawędzi łopatki do wewnętrznej ściany naczynia, która na ogół wynosi 5-25 mm. Szybkość ścinania wytwarza-1 -1 -1 na przez łopatki na ogół wynosi 200-3500 s^-1, korzystniej 300-3000 s^-1, a najkorzystniej 400-2500 s^-1.

Ustawienie łopatek 5, szybkość wprowadzania materiału wejściowego przez wlot 9 i możliwość zmieniania usytuowania korpusu na inne niż poziome mogą być wykorzystane do uzyskania wymaganego czasu przebywania wewnątrz korpusu.

Przeprowadzone próby wykazały, że czas przebywania 12-15 min byłby wystarczający.

W chwili osiągania przez ciepłą papkę wylotu 10 krystalizacja jest właściwie zakończona, a kryształy monohydratu α-laktozy mogą stanowić na ogół 80-90% laktozy o zawartości wolnej wilgoci 8-18%.

Na tym poziomie papka nadaje się do transportowania/przepompowywania, ale gdy jej próbka ochłodzi się bez mieszania, takie efekty znikną dzięki pseudoplastyczności i tiksotropii i próbka stwardnieje.

Dlatego też papkę odprowadzaną przez wylot 10 kieruje się do urządzenia chłodzącego 14, które w przedstawionej postaci stanowi przenośnik dwuśrubowy mający płaszcz chłodniczy 15. Korzyst6

PL 208 699 B1 nie to urządzenie chłodzące ma również puste wały śrubowe (niepokazane) do wprowadzania czynnika chłodniczego.

W urządzeniu chłodzącym 14 materiał poddawany procesowi ochładza się do temperatury np. 20-40°C i głównie z termoplastycznych przyczyn lepkość znacząco wzrasta i tworzy się zbita, nie poddająca się pompowaniu masa.

Jednakże razem z urządzeniem 1 może być zbudowane urządzenie chłodzące stanowiące sekcję mającą płaszcz chłodniczy zamiast płaszcza grzewczego oraz, ewentualnie, oddzielne urządzenie do mieszania.

W przedstawionej postaci masę tę przenosi się do urządzenia 16 rozdrabniającego i suszącego, którym może być aparat ze złożem fluidalnym mający płytę 17 do rozprowadzania gazu oraz mieszadło 18 do rozdrabniania masy otrzymanej z urządzenia chłodzącego 14. Powietrze suszące wprowadza się przez wentylator 20, przez grzałkę 19, a następnie wprowadza w stan fluidalny i suszy materiał w złożu utworzonym powyżej płyty 17. Wylot 21 działa jak przelew, a produkt odprowadza się przez ten wylot.

Ewentualnie, wykrystalizowane końcowe lub pośrednie produkty można zawracać do wlotu 9 urządzenia 1 lub do wlotu urządzenia chłodzącego, zarówno gdy stanowi ono sekcją urządzenia 1, mającą płaszcz grzewczy, jak i gdy stanowi oddzielne urządzenie chłodzące.

Otrzymane w wyżej opisany sposób substancje poddano różnym badaniom, pokazującym ich przewagę nad zwykłymi produktami, zwłaszcza ich właściwości niezbrylania i dużą sypkość. By dodatkowo wyjaśnić postać wynalazku, przedstawia się następujący, nieograniczający przykład.

P r z y k ł a d

Pilotowa instalacja użyta w tym przykładzie stanowiła małą wersję urządzenia wyprodukowanego pod nazwą ROSINAIRE™. Jest to aparat zaprojektowany pierwotnie do suszenia włókien i innych substancji stałych. Zasadniczo jest on skonstruowany jak urządzenie 1 na rysunku.

Poziomy korpus urządzenia miał średnicę wewnętrzną 254 mm, a odległość od zewnętrznej krawędzi łopatek do wewnętrznej ściany korpusu wynosiła w przybliżeniu 6 mm.

Wał z łopatkami obracał się z prędkością odpowiadającą prędkości obwodowej łopatek w przy-1 bliżeniu 9 m/s, co odpowiada szybkości ścinania 1500 s^-1.

W przemysłowym zastosowaniu przewiduje się użycie zasadniczo większych urządzeń, mają-1 cych średnicę wewnętrzną 1-2 m i szybkość ścinania 300-800 s^-1.

Substrat stanowił demineralizowany koncentrat permeatu o zawartości wolnej wilgoci 45% i temperaturze 65°C.

Ten substrat był dostarczany przez wlot 9 z natężeniem 130 kg/h. Parę o temperaturze 109°C wprowadzano przez wlot 7, a powietrze z otoczenia o temperaturze około 30°C przez wejście 11.

Powietrze to, o temperaturze 64°C, było usuwane razem z parą wodną, odparowaną z koncentratu permeatu, przez wyjście 12.

Ustawienie łopatek i ilość substratu wprowadzanego do urządzenia były dobrane tak, aby uzyskać czas przebywania w jego wnętrzu około 4 min.

W czasie przemieszczania się przez urządzenie koncentrat permeatu poddawany był ogrzewa-1 niu i jednocześnie dużej szybkości ścinania (1500 s^-1, jak wyjaśniono wyżej), a przepływ powietrza przez urządzenie stanowił skuteczny sposób usuwania pary wodnej z intensywnie mieszanej cieczy, dzięki czemu uzyskano wystarczające odparowanie przy temperaturze znacznie niższej od temperatury wrzenia koncentratu.

To odparowanie wywoływało wzrost stężenia laktozy, powodujący powstawanie kryształów i ich wzrost. To powstawanie i wzrost kryształów było wspomagane zmniejszeniem się lepkości zawiesiny, dzięki czemu doświadczano jedynie umiarkowanego przesycenia. Stanowi to różnicę w porównaniu z innymi procesami obejmującymi odparowanie wodnych roztworów laktozy, w których nie podejmowano żadnych specjalnych czynności mających na celu wykorzystanie pseudoplastycznych i tiksotropowych właściwości do zmniejszania lepkości przez zastosowanie dużej szybkości ścinania.

W chwili osiągania wylotu 10 ilość wolnej wilgoci w zawiesinie kryształów była już zredukowana do 13%, a jej temperatura wynosiła 64°C. 85% laktozy występowało na tym poziomie jako krystaliczny monohydrat α-laktozy. Ilość papki wychodzącej w ciągu godziny przez wylot 10 wynosiła 83 kg/godzinę, przy zawartości 87% ciał stałych.

Substancję tę skierowano do urządzenia chłodzącego 14.

Aby symulować chłodzenie za pomocą płaszcza chłodniczego 15, chłodzenie uzyskano przez wprowadzenie ciekłego azotu do urządzenia chłodzącego 14 razem z substancją z wylotu 10. Dzięki

PL 208 699 B1 temu ta ostatnia była chłodzona do temperatury 30°C i przenoszona do aparatu mieszającego ze złożem fluidalnym do suszenia, aby zmniejszyć ilość wolnej wilgoci do 2%.

Produkt końcowy otrzymano w ilości 75 kg/godzinę, jako wykazujący sypkość, niehigroskopijny materiał w postaci cząstek.

Claims (13)

1. Sposób zatężania zawierającej laktozę wodnej cieczy o dużej lepkości, drogą odparowania i krystalizacji, znamienny tym, że (a) wprowadza się zawierającą laktozę wodną ciecz, o zawartości suchej substancji stałej 40-75% wag., do strefy, w której poddaje się ją następującym, jednoczesnym operacjom: (i) stopniowemu ogrzewaniu w temperaturze powyżej 40°C, lecz poniżej maksymalnej temperatury krystalizacji monohydratu α-laktozy z cieczy; (ii) usuwaniu pary odparowanej z cieczy; i (iii) mechanicznemu mieszaniu, które jest w stanie wywołać ułatwiający krystalizację spadek lepkości cieczy z kryształami wytworzonymi i rozproszonymi w niej; aby stopniowo zatężyć i jednocześnie spowodować krystalizację mieszanej cieczy i (b) odprowadza się powstałą zawiesinę ze strefy określonej w części (a), przy całkowitej zawartości ciała stałego powyżej 75% do ochłodzenia i ewentualnego rozdrobnienia oraz późniejszego suszenia.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prowadzi się go jako proces ciągły, przy czym zawierającą laktozę wodną ciecz wprowadza się na jednym końcu podłużnej, poziomej strefy; ogrzewanie w operacji (i) prowadzi się przez dostarczenie czynnika grzewczego do płaszcza otaczającego co najmniej część strefy; parę odparowaną z cieczy usuwa się w operacji (ii) oczyszczając strefę przez przepuszczenie przez nią strumienia powietrza; mieszanie w operacji (iii) prowadzi się przez obracanie poziomego wału zawierającego elementy mieszące dla wymieszania całkowitej objętości cieczy obecnej w strefie; i odprowadza się zawiesinę z końca podłużnej strefy, przeciwnego do wspomnianego końca.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że zawierającą laktozę wodną ciecz, stosowaną jako substrat, wybiera się z grupy obejmującej koncentraty permeatu uzyskanego przez ultrafiltrację słodkiej lub kwaśnej serwatki bądź mleka, koncentraty serwatki lub demineralizowanej serwatki, roztwór macierzysty z odzysku laktozy i brei laktozowej.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że ogrzewanie w operacji (i) zwiększa temperaturę cieczy do 50-90°C.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że usuwanie pary w etapie (ii) zachodzi dzięki utrzymywaniu obniżonego ciśnienia w tej strefie.

6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że mieszanie w operacji (iii) prowadzi się z taką intensywnością, aby uzyskać szybkość ścinania 200-3500 s^-1 w cieczy.

7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że mieszanie w operacji (iii) prowadzi się z taką intensywnością, aby uzyskać szybkość ścinania 300-3000 s^-1 w cieczy.

8. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że mieszanie w operacji (iii) prowadzi się z taką intensywnością, aby uzyskać szybkość ścinania 400-2500 s^-1 w cieczy.

9. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że chłodzenie i ewentualne rozdrabnianie oraz późniejsze suszenie obejmuje przepuszczenie mieszaniny przez przenośnik mający powierzchnie chłodzące, a następnie przez urządzenie rozdrabniające i suszące.

10. Instalacja do zatężania zawierającej laktozę wodnej cieczy o dużej lepkości do postaci cząstek o dużej sypkości, znamienna tym, że ma pierwsze urządzenie (1) mające podłużny, cylindryczny, poziomy korpus (2) o kolistym przekroju poprzecznym, wlot (9) dla zawierającej laktozę cieczy na jednym końcu korpusu, obrotowy poziomy wał (3) umieszczony osiowo w korpusie, łopatki (5) promieniowo rozchodzące się od wału (3) w kierunku cylindrycznej ściany korpusu (2), płaszcz grzewczy (6) otaczający co najmniej częściowo korpus, wejście (11) i wyjście (12) odpowiednio na każdym końcu korpusu do usuwania pary oraz wylot (10) w korpusie dla zawierającej laktozę papki w okolicy końca przeciwnego do wspomnianego końca, urządzenie chłodzące (14), podłączone do tego końca oraz urządzenie (16) rozdrabniające i suszące połączone z urządzeniem chłodzącym.

11. Instalacja według zastrz. 10, znamienna tym, że łopatki (5) są rozmieszczone w odstępach obustronnie na wale (3) i mają tak dobrane wymiary, że główna powierzchnia wewnętrznej ściany korpusu otoczonego płaszczem grzewczym jest okresowo mijana przez krawędź łopatki w odległości 5-25 mm.

PL 208 699 B1

12. Instalacja według zastrz. 10, znamienna tym, że urządzenie chłodzące (14) jest zaprojektowane jako przenośnik śrubowy mający co najmniej jedną śrubę i zaopatrzony w płaszcz chłodniczy (15) i/lub pusty wał (wały) śruby do przyjmowania czynnika chłodniczego.

13. Instalacja według zastrz. 10, znamienna tym, że urządzenie rozdrabniające i suszące wybiera się spośród mieszanego złoża fluidalnego i suszarki bębnowej.