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Dokumentenidentifikation DE19607792A1 04.09.1997
Titel Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltige Lebensmittelzubereitungen
Anmelder Sperling, Thomas, Dipl.-Ing., 01309 Dresden, DE
Erfinder Sperling, Thomas, Dipl.-Ing., 01309 Dresden, DE
DE-Anmeldedatum 01.03.1996
DE-Aktenzeichen 19607792
Offenlegungstag 04.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.1997
IPC-Hauptklasse A23L 3/005
IPC-Nebenklasse A23L 3/36   B01D 53/28   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Herstellung und Kühlung von wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen unter Nutzung der Vakuumkühlung mit Adsorption des Wasserdampfes an ein geeignetes Adsorptionsmittel, sowie der Energierückgewinnung durch teilweise Nutzung der Kondensations- und Adsorptionswärme des Wasserdampfes in einem geeigneten Sorptionsbehälter. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß sie nur aus einem Behälter, der Produktkontakt hat, und einem weiteren Sorptionsbehälter besteht.

Beschreibung[de]

Bekannt sind Verfahren zur Herstellung von wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen durch Sterilisation in einem Behälter und anschließender Kühlung, unterstützt durch Vakuumkühlung. Dabei werden die Lebensmittel direkt oder indirekt erhitzt und danach, durch Absenken des Druckes mittels Vakuumpumpen und Verdampfung von Wasser direkt und indirekt durch Mantelkühlung des Behälters gekühlt. Technisch aufwendig ist die Ausführung von Behältern, die sowohl im Mantel beheiz- und kühlbar sind. Deshalb werden die Produktionsanlagen meist in einer Heiz- und einer Kühlstufe, also mehrstufig ausgeführt. Bei der Vakuumkühlung wird der entstehende Wasserdampf durch einen Kondensator gefördert und soll dort vollständig niedergeschlagen werden. Der Kühleffekt der Vakuumkühlung ist neben den prokuktspezifischen physikalischen und chemischen Parametern des zu kühlenden Stoffsystems limitiert durch die Wirksamkeit des Kondensators und die Förderleistung der Vakuumpumpe. Zum Erreichen niedriger Temperaturen müssen korrespondierend niedrige Drücke erreicht werden. Für die Kühlung einer wasserhaltigen Lebensmittelzubereitung durch Vakuumkühlung auf 10°C muß beispielsweise bis zum Erreichen eines Druckes von ca. 12 hPa evakuiert werden. Bei diesem Druck entstehen aus einem Kilogramm Wasser ca. 106 m³ Wasserdampf, welcher abgepumpt werden müßte. Bei einer Kühlzeit von 10 min entspricht dies für den stationären Fall überschlägig einer Förderleistung von 3200 m³/h, bezogen auf eine Ansatzgröße von 50 kg Lebensmittelzubereitung mit 10% Verdampfungsanteil. Diese Förderleistung ist mit den herkömmlichen Anlagen zur Vakuumerzeugung nicht zu erreichen. Aus diesem Grund wird der Wasserdampfstrom durch einen Kondensator geleitet und niedergeschlagen. Die industriell eingesetzten Röhrenkondensatoren werden beispielsweise mit Kühlsole gekühlt, welche die Kondensationsenergie des Wasserdampfes aufnimmt und abführt. In der DE-OS 43 13 618 A1 ist eine Anlage beschrieben, die ohne Röhrenkondensatoren arbeitet, aber keine vollständige Kondensation des Wasserdampfes gewährleisten kann. Nicht kondensierter Dampf gelangt in das Vakuumpumpensystem und verringert dessen Leistung. Neben dem Nachteil der ungenügenden Kondensation des Dampfes wird außerdem noch Energie zur Kühlung der Kühlsole aufgewendet, um den Dampf teilweise zu kondensieren. Diese Energie geht dem technischen System als Bilanzraum vollständig verloren und kann nicht technisch genutzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Produktionsverfahren zu entwickeln, mit welchem niedrige Temperaturen und Drücke mit der Vakuumkühlung erreicht werden. Dazu soll der Wasserdampf fast vollständig kondensiert bzw. adsorbiert werden. Weiterhin soll die Kondensationsenergie des Wasserdampfes und die Adsoqtionsenergie technisch genutzt werden. Bin solches Verfahren soll in einer Produktionsanlage zur Herstellung von wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen angewendet werden, die apparativ nur aus einem Behälter mit Produktkontakt besteht, welcher gleichzeitig Koch- und Kühlbehälter ist. Das Kühlverfahren soll ohne eine herkömmliche Kälteanlage funktionieren. Dadurch und durch die Reduzierung des Verfahrens auf einen Produktbehälter, sollen die Anlagenkosten für eine Produktionsanlage reduziert werden. Der Einsatz einer solchen Anlage soll auch die dezentrale Produktionsweise für Lebensmittelzubereitungen für kleinere Mengen ermöglichen.

Die Erfindung löst diese Aufgaben auf folgende Weise:

Der Kochbehälter ist über eine Rohrleitung mit einem Adsoiptionsbehälter verbünden. Das Adsorptionsmittel befindet sich in dem Adsorptionsbehälter und kann ein Zeolith sein. Zeolithe sind kristalline Alumosilikate mit vom Zeolithtyp abhängigen, definierten Hohlräumen und sehr großen inneren Oberflächen mit bis zu 1000 m2/g. Dies ermöglicht die Adsorption von Wasserdampf und anderen Stoffen. Zur Adsorption von Wasserdampf geeignete Zeolithe können ca. 15-20% ihrer eigenen Masse an Wasser aufnehmen. Für den Einsatz im beschriebenen Adsorptionsbehälter wird ein hydrophiler Zeolith, beispielsweise vom Na-4-A-Typ gewählt. Der Adsorptionsbehälter erfüllt die Aufgabe eines Kondensators mit dem Vorteil, daß der Wasserdampf aufgrund der großen Reaktivität des Adsorptionsmittels vollständig adsorbiert wird und die Kondensations- und Adsorptionsenergie teilweise technisch genutzt werden kann.

Beispiel

Beschrieben wird ein Arbeitszyklus des Verfahrens.

Die Komponenten der Anlage sind in Fig. 1 dargestellt. Zur schlüssigen Erklärung wird die Zyklusbeschreibung an folgender Stelle begonnen. Die Lebensmittelzubereitung liegt fertig, in dem nach dem Stand der Technik ausgeführten doppelwandigen und vakuumdichten Kochbehälter 1 nach der Sterilisation mit ca. 95°C vor und ist zur Kühlung bereit. Das Adsorptionsmittel im Adsorptionsbehälter 2 ist desorbiert und zur Adsorption von Wasserdampf bereit. Über die Vakuumpumpe 3 wird mit Verbindung 4 der Adsorptionsbehälter evakuiert und zur Verbesserung des erreichbaren Vakuums wird das System durch einen Vakuumdampfstrahler 5 unterstützt. Mit Öffnen des Ventils 6 wird der Kochbehälter evakuiert und die Lebensmittelzubereitung beginnt nach Erreichen des mit der Temperatur korrespondierenden Siededampfdruckes des Behälterinhaltes zu sieden. Der entstehende Wasserdampf gelangt in den Adsorptionsbehälter und,wird dort beispielsweise an einen Zeolithen adsorbiert. Dieser heizt sich hierdurch auf, während sich die Lebensmittelzubereitung durch die Verdampfung des Wassers abkühlt. Die entstehende Kondensationswärme des Wasserdampfes und die Adsorptionswärme wird von geeigneten Wärmeübertragungseinbauten im Adsorptionsbehälter, zum Beispiel an einen Wasserstrom zur Heißwasserbereitung abgeführt. Dargestellt mit Wassereingang 7 und Wasserausgang 8. Es werden Temperaturen im Zeolithbett von bis zu 130°C erreicht. Nach Erreichen der gewünschten Abfülltemperatur der Lebensmittelzubereitung wird der Kühlprozeß durch Schließen von Ventil 6 abgebrochen. Der Beladungszustand des Adsorptionsmittels kann durch das Gewicht des Zeolithbehälters zum Beispiel über eine Kraftmeßdose 9 abgegriffen werden. Der Kochbehälter wird über das Ventil 10 mit Sterilluft belüftet und das fertige Produkt kann den Kochbehälter über das Ventil 11 verlassen. Jetzt ist der Zeolith im Adsorptionsbehälter mit Wasser beladen und im Kochbehälter werden die Ausgangsstoffe für die folgende Lebensmittelzubereitung durch die Arbeitsöffnung 12 eingebracht. Es schließt sich die Desorption des Zeolithen durch Aufheizen, beispielsweise mit Dampf über die Dampfanschlüsse 13 und 14 an. Eine Alternative bietet die Ausführung der Desorption durch eine Mikrowellenerhitzung der Zeolithschüttung. Das Wasser wird dabei aus dem Zeolithen als Wasserdampf ausgetrieben und von einem saugseitig angeschlossenen Brüdenverdichter 15 über die Verbindung 16 komprimiert und dem Prozeß zum Aufheizen der Lebensmittelzubereitungsausgangstoffe direkt über die Verbindung 17 oder indirekt über die Verbindung 18 zugeführt. Zusätzlich wird über die Verbindung 19 und 20 dem Heizmantel des Kochbehälters Dampf zur Sterilisation zugeführt. Nachdem die Sterilisationszeit abgeschlossen ist steht die Kochung zur Kühlung bereit und der Zyklus ist geschlossen und kann von vorn beginnen. Der ganze Prozeß der Wärme- und Stoffübertragung wird durch homogene Durchmischung mit Rührorganen 21 unterstützt.

Bezugszeichenliste

1 Kochbehälter

2 Adsorptionsbehälter

3 Vakuumpumpe

4 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung

5 Vakuumdampfstrahler

6 Ventil

7 Wassereingang

8 Wasserausgang

9 Kraftmeßdose

10 Ventil

11 Ventil

12 Arbeitsöffnung

13 Dampfanschluß

14 Dampfanschluß

15 Brüdenverdichter

16 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung

17 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung

18 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung

19 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung

20 Verbindung, vorzugsweise Rohr- oder Schlauchverbindung

21 Rührorgane


Anspruch[de]
  1. 1. Adsorptionskühlverfahren für wasserhaltigen Lebensmittelzubereitungen dadurch gekennzeichnet, daß Vakuumkühlung mit Adsorption des Wasserdampfes an ein geeignetes Adsorptionsmittel, sowie der Energierückgewinnung durch teilweise Nutzung der Kondensations- und Adsorptionswärme des Wasserdampfes in einem geeigneten Sorptionsbehälter eingesetzt wird, die Anlage im wesentlichen nur aus einem Behälter, der Produktkontakt hat und einem weiteren Sorptionsbehälter nach Fig. 1 besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Produktes ausschließlich durch Vakuumkühlung erreicht wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der entstehende Wasserdampf an ein Adsorptionsmittel möglichst vollständig adsorbiert wird.
  4. 4. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

    daß das Adsorptionsmittel ein Zeolith ist.
  5. 5. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zeolith vom Typ Na-4-A ist.
  6. 6. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel nach der Beladung durch Adsorption desorbiert wird.
  7. 7. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsmittel nach der Desorption dem nächsten Adsorptions- Desorptions-Zyklus unterworfen werden kann.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption durch Vakuum unterstützt wird.
  9. 9. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum durch die Saugseite eines Brüdenverdichters bereitgestellt wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption durch Zufuhr von Wärmeenergie durchgeführt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Desorptionstemperatur zwischen 70°C und 400°C angewendet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß eine Desorptionstemperatur von 160°C bis 200°C angewendet wird.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Desorption durch Mikrowellenerhitzung durchgeführt wird.
  14. 14. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf der Desorption zur Erhitzung der Lebensmittelzubereitung durch Direktdampfinjektion genutzt wird.
  15. 15. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf der Desorption zur indirekten Erwärmung der Lebensmittelzubereitung im Doppelmantel genutzt wird.
  16. 16. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die frei werdende Kondensations- und Adsorptionsenergie in Form von Wärme technisch genutzt wird.
  17. 17. Verfahren und Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensations- und Adsorptionsenergie zur Brauchwassererwärmung genutzt wird.
  18. 18. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kochbehälter mit Sterilluft zum Vakuumabbau beaufschlagbar ist.
  19. 19. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kochbehälter mit einem Heizmantel versehen ist.
  20. 20. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kochbehälter mit Direktdampfinjektionsdüsen versehen ist.
  21. 21. Anlage nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsapparat geeignete Wärmeübertragungseinbauten besitzt.






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