DE2248425A1 - Agglomerierverfahren - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLfR DR.-ING. SCHÖN WALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH DIPL.-ING. SESJSNG

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 28.9-1972 Pu/Ax

22A8425

GENERAL FOODS CORPORATION 250 North Street, White Plains, New York (U.S.A.).

Agglomerierverfahren

Bei vielen Agglomerierverfahren werden die zu agglomerierenden Teilchen klebrig gemacht und dann miteinander in · Berührung gebracht. Me verschiedensten Möglichkeiten, die zu agglomerierenden Teilchen klebrig zu machen und miteinander in Berührung zu bringen, sind bekannt.

Bei einem gebräuchlichen Agglomerierverfahren wird Wasserdampf, Wasser oder ein Gemisch von Wasserdampf und Luft auf einen Strom von fallenden Teilchen aufgesprüht. Die Agglomerierung findet als Folge der zahlreichen Kollisionen der feuchten klebrigen Teilchen nach dem Durchgang oder während des Durchgangs der Teilchen durch den Sprühnebel statt. Nach der Bildung der Agglomerate erfolgt gewöhnlich ihre Trocknung und Kühlung in einem Luftstrom. Ein solches Verfahren wird in den USA-Patentschriften 3 143 428 und 3 52? 647 beschrieben.

Bei einem anderen Agglomerierverfahren werden Ströme von heißer befeuchteter Luft verwendet, die ein sich bewegendes Bett der Teilchen wenigstens teilweise in den Wirbelzustand überführen. Die Teilchen werden mit heißer feuchter Luft klebrig gemacht, und durch die Kollisionen, die durch die Fluidisation verursacht werden, entstehen die Agglomerate.

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Die Agglomerate werden dann gewöhnlich mit Hilfe von gesonderten Luftströmen getrocknet und gekühlt. Ein solches Verfahren wird in den USA-Patentschriften 3 $06 958* 3 433 644 und 3 471 6o3 beschrieben.

Bei den bekannten Verfahren sind im allgemeinen ziemlich große und umfangreiche Apparaturen erforderlich, um die zwangsläufig bei den Verfahren verwendeten großen Luftströme zu handhaben. Ferner fällt bei diesen Verfahren eine erhebliche Menge an feinem oder nicht agglomeriertem Material an. Sehr häufig muß das zu agglomerierende Gut vorbehandelt werden, bevor es durch den Fall durch einen feuchten Sprühnebel agglomeriert werden kann. Die Vorbehandlung kann aus einer Mahlung und/oder Kühlung der Teilchen bestehen. Bei Verfahren, bei denen Wirbelschichten verwendet werden, besteht das Problem der Rückgewinnung der in den Luftströmen mitgerissenen Teilchen.

Es wurde nun gefunden, daß Teilchen von pulverförmigen Lebens- und Nahrungsmitteln und hierunter auch solche Materialien, die einen verhältnismäßig niedrigen Feuchtigkeitsgehalt von nur 1 bis 5 % aufweisen, ohne Zusatz großer Feuchtigkeitsmengen mit Hilfe eines statischen Bettes agglomeriert werden können.

Gegenstand der Erfindung ist die Agglomerierung von feinteiligem Material nach einem Verfahren, bei dem man ein statisches Bett des Materials in einer Dicke von weniger als etwa 25 mm (<"25,4 mm) mit einer agglomerierenden Atmosphäre während einer solchen Zeit behandelt, daß die Oberflächen des feinteiligen Materials klebrig werden und die Teilchen zu einem verdichteten, aber porösen flächigen Gebilde verschmelzen, das gekühlt vjird und hierdurch ein hartes, starres Gebilde ergibt, und das starre flächige Gebilde zu einer Vielzhal von Agglomeraten zerkleinert, von denen jedes eine Vielzahl von verschmolzenen Teilchen enthält.
Die Agglomerierung kann im allgemeinen bei Zusatz von nicht

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mehr als 1,5 Gew.-^ V/asser zu den Teilchen erreicht werden. Hierdurch ist es möglich, das Verfahren gemelß der Erfindung mit minimaler Trocknung durchzuführen ο Da ferner der Jeuchtigkeitszusatz so gering und keine Wirbelschichtbildung zur Begünstigung der Agglomerierung, notwendig ist, kann sowohl die Agglomerierung als auch die Trocknung im allgemeinen in der gleichen Kammer stattfinden»

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann chargenwoise oder kontinuierlich durchgefülirt werden» Bei einem typischen kontiiiuxerlichen Verfahren könnte man das statische Bett auf einem endlosen Förderer, z„B„ einem nicht-porösen Metallband oder eiaem Metallsieb, durch eine Verschmelzungszone bewegen»

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders gut geeignet für die Agglomerierung von Materialien, die bei Einwirkung einer heißen feuchten Atmosphäre plastische Eigenschaften zu haben pflegen, so daß die sich berührenden Teilchen miteinander verschmelzen könneii» Der hier ge- ■ brauchte Ausdruck "verschmelzen¹.¹ ist gleichbedeutend mit Schmelzen, Schweißen oder Verkleben der Teilchen an den verschiedenen Berührungspunkten diesel¹ Teilchen, wenn die Oberflächentemperatur übex* den thermoplastischen Punkt erhöht wird.

Wesentlich bei diesem Verfahren ist die Tatsache, daß dann, wenn das statische Bett von Teilchen durch Verschmelzung agglomeriert wird, das Bett sich zu einem verhältnismäßig dichten, harten flächigen Gebilde verdichtete Die Bedingungen v/erden jedoch, so geregelt, daß das flächige Material einen porösen Charakter behält und nicht zu einer massiven Platte schmilzt. Das verschmolzene flächige Material kann anschließend zu Agglomerate]! dor verschied er: st en Größen gemahlen werden, wobei jedes-Agglomerat- stark und hart irA: und eine Vielzahl von "verschmolzenen Teilchen enthält.

Es ist zweckmäßig, aber nicht notwendig-,-- die Höhe dos

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statischen Bettes so einzustellen, daß eine Dimension der endgültigen Agglomerate fixiert ist. Normalerweise breiten sich die Schichten bis zu einer Höhe von weniger als 25,4 mm aus. Hierdurch ist es möglich, das verschmolzene flächige Gebilde in üblichen Mühlen leicht zu mahlen. Darüber hinaus gestattet die Verwendung dünner Schichten eine kurze Verweilzeit in der Agglomerierzone. Bei Anwendung eines kontinuierlichen Verfahrens ist es nicht zweckmäßig, mit statischen.Schichten einer Dicke von mehr als etwa 19 nun zu arbeiten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist besonders vorteilhaft für die Agglomerierung von löslichem Kaffee, da festgestellt wurde, daß übliches sprühgetrocknetes Kaffeepulver zu harten Agglomeraten geformt werden kann, die stückigem gefriergetrocknetem Kaffee ähneln. Andere geeignete pulverförmige Materialien oder Gemische von Materialien, z.B. von Zucker und pulverförmig«! Getränkemischungen, lassen sich ebenfalls gemäß der Erfindung leicht agglomerieren.

Das pulverförmige Ausgangsmaterial kann aus einem freifließenden Pulver oder körnigen Material bestehen und hat im allgemeinen eine Korngröße von 20 bis 350 ^u. Vorzugsweise sollten die Teilchen nicht so klein sein, daß sie eine dicht gepackte, nicht-poröse statische Schicht bilden.

Das pulverförmige Material wird zunächst als Schicht auf eine ünteilage abgelegt. Die Unterlage kann eine poröse oder nicht-poröse Oberfläche sein und entweder endliche (z.B. eine Schale) oder unendliche Länge (z.B. endloses Band) haben. Die Unterlage wird dann entweder in eine Behandlungszone gestellt oder durch eine Behandlungszone geführt, in der eine agglomerierende, Feuchtigkeit enthaltende Atmosphäre und erhöhte Temperatur auf die statische Schicht zur Einwirkung kommen. Die kohditiönierende

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Atmosphäre kann aus einem Gemisch Von Wasserdampf und Heißluft bestehen, jedoch können auch andere erhitzte Gase mit kondensierbaren Flüssigkeiten verwendet werden. Die Temperatur hängt von den bekannten Eigenschaften der Schicht in !Relation zur Feuchtigkeitsinenge ab, die verwendet wird, um die Verschmelzung zu erzielen.

Die Aggloiaerierung der statischen Schicht zu einem verschmolzenen flächigen Gebilde kann bei einer minimalen vom pulverförciigen Material aufgenommenen Wassermenge stattfinden. Im allgemeinen wird weniger als 1,5 Gew.-% Feuchtigkeit dem pulverförmigen Material in der Agglomerierzone zugesetzt. Da der Wasserzusatz gering ist, ist , eine minimale Trocknung erforderlich, so daß es möglich ist, in einer einzigen Kammer sowohl die Agglomerierung als auch die Trocknung aufgrund eines Unterschiedes in den Bedingungen innerhalb der Kammer vorzunehmen.

Die konditionierende Atmosphäre wird vorzugsweise durch den gesamten Behandlungsraxun umgewälzt. Es muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Geschwindigkeit der Atmosphäre gering, im allgemeinen unter 30 m/Minute gehalten wird, so daß die Ruhelage des pulverförmigen Materials nicht gestört wird. Bei Verwendung einer porösen Oberfläche läßt man die Atmosphäre vorzugsweise durch die statische Schicht, die auf einem porösen Träger aufliegen kann, nach unten streichen. Es ist jedoch möglich, mit aufwärts gerichteter oder seitlicher Strömung der konditionierenden Atmosphäre zu arbeiten, solange die stillliegenden Teilchen nicht aufgerührt werden.

Bei Anwendung der Erfindung zur Agglomerierung von pulverförmigem Kaffee mit niedrigem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 5 Gew.-% erwies sich ein Wasserdampf-Heißluft-Gemisch mit einer Temperatur von 93 bis 14-9°C und einer relativen Feuchtigkeit von 10 bis 50 % als zweckmäßig. Me bevorzugten Bedingungen für andere Materialien können unterschiedlich sein, jedoch lassen sich diese Bedingungen

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vom Fachmann ohne weiteres ermitteln.

Die statische Schicht wird in der Behandlungsatmospliäre während einer solchen Zeit gehalten, daß die gewünschte Verschmelzung stattfindet. Die verschmolzene Schicht der Teilchen kann dann gekühlt und durch eine geeignete Mühle geführt werden, wo das starre, verschmolzene flächige Gebilde auf die gewünschte Größe zerkleinert wird. Zu den Faktoren, die die Dichte, den Härtegrad und die Farbe des verschmolzenen flächigen Gebildes bestimmen, gehören physikalische Unterschiede in der Größe der Ausgangsteilchen, Feuchtigkeit und Temperatur der Behandlungsatniosphäre, Schichthöhe und Behandlungsdauer.

Spezielle Ausführungsformen der Erfindung werden in den folgenden Beispielen beschrieben.

Beispiel 1

Sprühgetrockneter Instantkaffee mit einer Teilchengrößenverteilung zwischen 40 und 325 μ und einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3 % wurde gleichmäßig zu einer Schicht von 18 mm Höhe auf einer porösen Schale ausgebreitet. Die Schale wurde in einen Trockner gestellt, worauf feuchte Heißluft mit einer Temperatur von 127°C und einer relativen Feuchtigkait von 18 % mit einer Geschwindigkeit von etwa 24,4 m/Sek. von oben nach unten auf die Schicht geblasen wurde. Nach 20 Minuten wurde die Schale aus dem Trockner genommen und der Abkühlung überlassen. Das Kaffeematerial hatte nun die Form eines harten, verschmolzenen flächigen Gebildes, das eine Dicke von 12,7 mm und eine verhältnismäßig helle Farbe hatte. Das verschmolzene Flächengebilde wurde gemahlen und mit Sieben einer Maschenweite von 2,83 mm und 0,42 mm gesiebt. Die Teilchen, die das Sieb mit der Maschenweite von 2,83 mm passierten und auf dem Sieb mit der Maschenweite von 0,42 mm zurückgehalten wurden, hatten ein Schüttgewicht von 0,2 g/cm*. Sie waren hart, hellfarbig und glichen

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handelsüblichem gefriergetrocknetem Kaffee.

Beispiel 2

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Der in Beispiel 1 beschriebene sprühgetrocknete Kaffee wurde kontinuierlich wie folgt agglomeriert: Eine 12,7 dicke Kaffeeschicht wurde auf der Oberseite eines endlosen Metallbandes mechanisch ausgebreitet. Dies wurde erreicht, indem, man den Kaffee hinter einem Damm, der im Abstand von 12,7 nun von der Oberfläche des Bandes angeordnet war, auf das Band fallen ließ. Das Band mit der darauf befindlichen, 12,7 mm hohen Kaffeeschicht wurde durch ein Gehäuse mit offenem Ende geführt, in das ein Gemisch aus Wasserdampf und Heißluft von einem Ende eingeführt wurde. Das Band ließ man durch das andere Ende des Gehäuses austreten. Das Gemisch von Wasserdampf und Heißluft wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 18,3 m/Sek. bei einer Temperatur von 121°C und einer relativen Feuchtigkeit von 12 % eingeführt. Zusätzliche Wärme wurde durch Kondensa*- tion von Wasserdampf unter dem Band zugeführt. Der Kaffee wurde in 2 Minuten durch das Gehäuse geführt. Während dieser Zeit verschmolz die statische Kaffeeschicht auf dem Band zu einem Flächengebilde. Das Flächengebilde aus verschmolzenem Kaffee wurde, während es sich noch auf dem Band befand, über einen Abschnitt geführt, in dem es durch Leitungswasser, das unter dem Band umgewälzt wurde, ge?dihlt wurde. Das verschmolzene und gekühlte Flächengebilde wurde vom Band genommen und auf die gewünschte Teilchengröße zerkleinert.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Agglomerierung von feintelligem Material durch Behandlung in einer heißen feuchten Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem Material eine statische Schicht einer Dicke von weniger als etwa 25 mm bildet, die Schicht mit einer Feuchtigkeit enthaltenden agglomerierenden Atmosphäre bei erhöhter Temperatur während einer solchen Zeit behandelt, daß die Oberflächen des feinteiligen Materials klebrig werden und die Teilchen zu einem verdichteten, Jedoch porösen flächigen Gebilde verschmelzen, das verschmolzene flächige Gebilde unter Bildung eines harten, starren Materials kühlt und dieses Material zu einer Vielzahl von Agglomeraten zerkleinert, von denen Jedes eine Vielzahl von verschmolzenen Teilchen enthält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als agglomerierende Atmosphäre feuchte Heißluft verwendet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man feuchte heißluft mit einer Temperatur von 93 bis 149⁰C und einer relativen Feuchtigkeit zwischen 10 % und 50 % verwendet.
4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man dem feinteiligen Gut während der Agglomerierung weniger als 1,5 Gew.-% Feuchtigkeit zufügt.
5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die statische Schicht auf einer endlosen Unterlage in einer Höhe von weniger als etwa 19 mm bildet und die Schicht durch eine Agglomerierzone führt.
6. 6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß man als feinteiliges Material löslichen Kaffee mit einem Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von weniger als

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   % behandelt.

   7« Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als feinteiliges Material ungemahlenen sprühgetrockneten Kaffee behandelt.

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