Pumpbare Eistechnologie - Pumpable ice technology

Die Pumpable Ice ( PI ) -Technologie ist eine Technologie zur Herstellung und Verwendung von Flüssigkeiten oder sekundären Kältemitteln, auch Kühlmittel genannt , mit der Viskosität von Wasser oder Gelee und der Kühlleistung von Eis . Pumpbares Eis ist typischerweise eine Aufschlämmung von Eiskristallen oder -partikeln mit einem Durchmesser von 5 Mikrometern bis 1 cm und wird in Salzlake , Meerwasser , Lebensmittelflüssigkeit oder Gasblasen aus Luft , Ozon oder Kohlendioxid transportiert .

Pumpfähiges Eis, das durch Kunststoffröhrchen geleitet wird

Terminologie

Neben Oberbegriffen wie pumpfähiges Eis , Gelee oder Schlammeis gibt es viele Markennamen für solche Kühlmittel, wie "Deepchill", "Beluga", "optim", "flow", "fluid", "jel", "binary" , „flüssiges“, „maximes“, „geschlagenes“ und „blasenförmiges“ Eis. Diese Marken sind von Produktionsunternehmen für industrielle Eismaschinen in Australien, Kanada, China, Deutschland, Island, Israel, Russland, Spanien, Großbritannien und den USA autorisiert .

Technologischer Prozess

Es gibt zwei relativ einfache Verfahren zur Herstellung von pumpfähigem Eis. Die erste besteht darin, gängige Formen von festem Kristalleis wie Platten-, Röhren-, Schalen- oder Flockeneis durch Zerkleinern und Mischen mit Wasser herzustellen. Dieses Gemisch aus verschiedenen Eis - Konzentrationen und Teilchenabmessungen (Eiskristalle kann in der Länge variiert von 200 & mgr; m bis 10 mm) wird durch Pumpen aus einem geleitet Speichertank zum Verbraucher. Die Konstruktionen, Spezifikationen und Anwendungen aktueller konventioneller Eisbereiter werden in dieser Referenz beschrieben:

Die Idee hinter der zweiten Methode besteht darin, den Kristallisationsprozess innerhalb des Volumens der abgekühlten Flüssigkeit zu erzeugen . Diese Kristallisation im Inneren kann durch Vakuum- oder Kühltechnologien erreicht werden. In der Vakuumtechnologie zwingt ein sehr niedriger Druck einen kleinen Teil des Wassers zum Verdampfen, während das restliche Wasser gefriert und eine Wasser-Eis-Mischung bildet. Die Endtemperatur von pumpfähigem Eis liegt je nach Additivkonzentration zwischen null und –4 °C. Das große Dampfvolumen und ein Betriebsdruck von ca. 6 mbar (600 Pa ) erfordern den Einsatz eines Wasserdampfkompressors mit großem Hubvolumen . Diese Technologie ist wirtschaftlich sinnvoll und kann für Anlagen mit einer Kälteleistung von 1 MW (300 Tonnen Kälte ; 3,5 Mio. BTU/h ) oder größer empfohlen werden .

Die Kristallisation durch Kühlen kann unter Verwendung direkter oder indirekter Systeme erfolgen.

Direkt pumpbare Eistechnologie

Ein Kältemittel wird direkt in die Flüssigkeit eingespritzt

Der Vorteil dieses Verfahrens ist das Fehlen jeglicher Zwischenvorrichtung zwischen dem Kältemittel und der Flüssigkeit. Das Fehlen von Wärmeverlusten zwischen Kältemittel und Flüssigkeit beim Prozess der thermischen Wechselwirkung ( Wärmeübertragung ) kann jedoch Probleme verursachen. Die zu treffenden Sicherheitsmaßnahmen , der zusätzliche Schritt der Kältemittelabtrennung und Schwierigkeiten bei der Kristallherstellung sind weitere Nachteile dieses Verfahrens.

Indirekt pumpbare Eistechnologie

Pumpfähiges Eis mit hoher Konzentration

Bei indirekten Verfahren wird der Verdampfer ( Wärmetauscher- Kristallisator) horizontal oder vertikal montiert. Es hat ein Mantelrohr, das mit einem bis hundert Innenrohren zusammengebaut ist und ein Kältemittel enthält, das zwischen dem Mantel und dem Innenrohr verdampft. Flüssigkeit fließt durch das Rohr mit kleinem Durchmesser. Im Innenvolumen des Verdampfers findet durch Wärmeaustausch mit der kristallisatorgekühlten Wand eine Kühlung , Unterkühlung und Gefrierung der Flüssigkeit statt.

Die Idee ist, durch eine gut polierte Verdampferoberfläche ( dynamischer Kratzwärmetauscher ) und geeignete Mechanismen das Anhaften von Schläuchen an den Eisembryonen zu verhindern und ein Wachstum und eine Verdickung des Eises auf der inneren Kühlfläche zu verhindern. Als Mechanismus zum Entfernen wird normalerweise ein Peitschenstab, eine Schraube oder ein Schaft mit Metall- oder Kunststoffabstreifern verwendet.

Indirekte pumpbare Eistechnologien produzieren pumpbares Eis aus 5 bis 50 Mikrometer Kristallen und haben eine Reihe von Vorteilen: Sie können 1.000 kg Kristalleis mit dem geringen Energieaufwand von 60 bis 75 kWh produzieren statt 90 bis 130 kWh, die für die normale Produktion benötigt werden Wassereis (Platten-, Flocken-, Muschelarten). Weitere Verbesserungen sollen zu einem spezifischen Energieaufwand für die Eisproduktion von 40 bis 55 kWh pro 1.000 kg reines Eis und einer hohen spezifischen Eiskapazität pro Flächenwert an der Verdampferkühlfläche (bis zu 450 kg/(m ² · h)).

Kommerzielle Verdampfer vom Doppelrohrtyp, die in der Lebensmittel- und Fischindustrie verwendet werden, haben einen Innendurchmesser des Innenrohrs und eine Länge im Bereich von 50–125 mm und 60–300 cm. Für das Entwachsungsschmieröl werden häufig Verdampfer mit folgenden Abmessungen verwendet: Innendurchmesser des Innenrohrs beträgt 150–300 mm; die Länge beträgt 600–1.200 cm.

Manchmal kann der durch den Verdampfer fließenden Flüssigkeit ein Gas zugesetzt werden. Es zerstört die Flüssigkeit laminar Schicht auf der gekühlten Oberfläche des Wärmetauschers-Kristallisator, steigt Strömungsturbulenz und verringert die durchschnittliche Viskosität des pumpbaren Eis.

Dabei werden unterschiedliche Flüssigkeiten wie Meerwasser, Saft, Solen oder Glykollösungen von Zusatzstoffen mit mehr als 3–5 % Konzentration und einem Gefrierpunkt von weniger als −2 °C verwendet.

Typischerweise umfasst die Ausrüstung für die Produktion, Ansammlung und Bereitstellung von pumpfähigem Eis eine Eismaschine , einen Vorratstank , einen Wärmetauscher , Rohrleitungen, Pumpen sowie elektrische und elektronische Geräte und Geräte.

Pumpbaren Eis mit maximaler Eis - Konzentration von 40% kann direkt aus der Eismaschine zum Verbraucher gepumpt werden. Die letztendlich mögliche Eiskonzentration von pumpfähigem Eis im Speicher beträgt 50 %. Der maximale Wert der Kühlenergie von pumpbarem Eis, das sich in einer homogenen Phase im Speicher ansammelt, beträgt etwa 700 kWh, was einem Volumen von 10–15 m ³ eines Speichers entspricht. Ein Mischer mit hoher Scherkraft verhindert die Ablösung von Eis aus der gekühlten Flüssigkeit und hält die Eiskonzentration über die Zeit unverändert und unabhängig von der Tankhöhe. Pumpfähiges Eis wird aus dem Vorratstank zu einer Verbrauchsstelle transportiert, die Hunderte von Metern entfernt sein kann. Das praktische Verhältnis zwischen der benötigten elektrischen Leistung des Tauchmotorrührwerksmotors (kW) und der „gekneteten“ pumpbaren Eismenge (m ³ ) beträgt 1:1.

In den Tanks mit einem Volumen größer als 15 m ³ wird pumpfähiges Eis nicht gemischt und die Kälteenergie des gespeicherten Eises wird nur durch einen Wärmeübergang von Flüssigkeit genutzt, die zwischen einem Speichertank und den Kälteverbrauchern zirkuliert. Zu den Nachteilen bestehender Eisspeicher gehören:

Das chaotische, unkontrollierbare Aufwallen von Eisgraten, die durch ungleichmäßige Besprengung mit warmer Flüssigkeit entstehen. Diese Flüssigkeit wird vom Wärmetauscher in den Vorratstank zur weiteren Kühlung durch direkten Kontakt mit der Eisoberfläche geleitet. Die Lösung wird ungleichmäßig im Raum gesprüht. Außerdem ist die Angebotsrate nicht konstant. Daher schmilzt das Eis ungleichmäßig. Dadurch ragen die Eisspitzen über die Eisoberfläche, was zur Zerstörung der Sprühvorrichtungen führt. In diesem Fall ist es erforderlich, den Lösungsstand im Vorratstank zu reduzieren, um ein Zerbrechen der Sprühvorrichtungen zu vermeiden.

Im Tank angesammeltes Eis wird zu einem großen Brocken. Die warme Flüssigkeit, die aus der Klimaanlage kommt , kann Kanäle bilden, durch die die Flüssigkeit ungekühlt in das System zurückkehren kann. Dadurch wird das angesammelte Eis nicht vollständig genutzt.

Eine uneffektive Nutzung des Speichervolumens führt zu einer Verringerung des erreichbaren Maximums der Eiskonzentration und einer Unfähigkeit, das gesamte Arbeitsvolumen des Speichertanks zu füllen.

Forschung und Entwicklung zur Überwindung dieser Nachteile sind im Gange und sollen zur Massenproduktion billiger, zuverlässiger und effizienter Speichertanks führen. Diese Tanks sollen höhere Eiskonzentrationen gewährleisten und die volle Nutzung des gespeicherten Kältepotentials ermöglichen.

Anwendungen

Viele Eishersteller, Forschungszentren und Erfinder arbeiten an pumpbaren Eistechnologien. Aufgrund ihrer hohen Energieeffizienz, reduzierten Größe und geringen Kältemittelfüllmengen gibt es viele Anwendungen für diese Technologie.

Auswahl

Es gibt verschiedene pumpfähige Eisbereiter-Designs und viele spezielle Anwendungsgebiete. Die Auswahl wird durch von den Herstellern entwickelte Computerprogramme erleichtert.

Ein Kunde, der die pumpbare Eistechnologie einsetzen möchte, sollte wissen:

Erforderliche maximale/minimale Kühlleistung (TR)
Energieverbrauchsprofil (TR•h) der Anlage über 24 h, eine Woche, eine Saison und ein Jahr
Temperaturbereiche der zu kühlenden Produkte (Wasser, Saft, Flüssigkeit, Lebensmittel und Fisch)
Temperaturverhältnisse des Klimas am Standort des Kunden
Designbeschränkungen bei der Geräteplatzierung
Eigenschaften des Stromversorgungssystems
Absichten und Pläne der zukünftigen Expansion

Bei der Auslegung von Lagertanks sind mehrere Merkmale zu berücksichtigen:

Anwendungsziel des PIT-Systems: Das Aufbringen von pumpfähigem Eis für den direkten Kontakt mit einem gekühlten Produkt erfordert die Installation von Lagertanks mit einem Mischer. Um die Neigung des Eises, in Eisbergform zu gefrieren, zu überwinden und Eis über eine Distanz von 100 m bis 200 m durch die Rohre zu pumpen, muss kontinuierlich gemischt werden. Für pumpfähige Eisanwendungen in thermischen Energiespeichersystemen ist kein Mischen erforderlich.
Platzangebot: Zur Bestimmung der Bauart (senkrecht oder waagerecht) und der Anzahl der Lagertanks sind Standortabmessungen und zulässige Höhen zu berücksichtigen.
Erforderliche täglich und wöchentlich gespeicherte Energie: Die Kosten der Speichertanks sind ein wesentlicher Faktor bei den Gesamtkosten einer pumpbaren Eisanlage. Typischerweise werden Lagertanks mit einem um 10–20 % höheren Speicherenergiewert ausgelegt als für die Produktion erforderlich. Außerdem ist zu bedenken, dass eine 100%ige Eiskonzentration im Tank nicht möglich ist.

Die Wandstärke der Verdampfer wird in der Regel bestimmt, um sicherzustellen:

Hoher nachhaltiger Wärmeübergangsfluss während des Prozesses
Zugfestigkeit des Innenrohres ausreichend, um dem Außendruck standzuhalten
Zugfestigkeit des Außenrohres ausreichend für den Innendruck
Genug Platz für Korrosion
Verfügbarkeit von Ersatzteilen

Verdampfer sind in der Regel billiger, wenn sie einen kleineren Manteldurchmesser und eine lange Rohrlänge haben. Somit ist der Verdampfer von pumpbaren Eisbereitern typischerweise so lang wie physikalisch möglich, während er die Produktionskapazitäten nicht überschreitet. Es gibt jedoch viele Einschränkungen, einschließlich des verfügbaren Platzes am Kundenstandort, an dem der pumpbare Eisbereiter verwendet werden soll.

Wartung und Service

Ein pumpfähiger Eisbereiter hat vorausschauende Wartungs- und Reinigungsanforderungen. Die Betriebsbedingungen der jeweiligen Geräte bestimmen die Serviceintervalle und Servicearten.

Die ordnungsgemäße Wartung der Kühlung eines pumpbaren Eisbereiters verlängert seine Lebensdauer, und eine routinemäßige Wartung kann die Wahrscheinlichkeit eines Notfallservices aufgrund eines Ausfalls größerer Komponenten verringern, z. und Kältemittelleckage.

Mögliche Probleme, die durch die Nichtwartung des luftgekühlten pumpbaren Eisbereiters verursacht werden, sind:

Ausfall der Lüftermotoren durch verschmutzte Spulen, die den Luftstrom einschränken
Ausfall des Thermostats durch hohe Stromaufnahme aufgrund verschmutzter Kondensatorspulen
Ausfall des Kältekompressors durch verschmutzte Verflüssigerschlange und übermäßigen Kopfdruck
Verengung des Kapillarrohrs (Dosiergerät) durch Überhitzung und Verschmutzung des Kältemittelöls
Kabelbrand und Ausfall aufgrund zu hoher Stromstärke durch hohen Kopfdruck und verschmutzte Kondensatorspulen
Erhöhter Stromverbrauch durch längere Laufzeiten durch verschmutzte Kondensatorschlangen
Verschmutzung und Verstopfung der Kondenswasserleitung.

Beim pumpbaren Eisbereiter wird die Flüssigkeitsbehandlung verwendet, um Partikel bis zu einer Größe von 1 µm zu entfernen und die Verschmutzung der Wärmeübertragungsfläche der Verdampfer zu minimieren. Plattenwärmetauscher müssen auch regelmäßig demontiert und gereinigt werden. Die richtige Behandlung der Flüssigkeit, bevor sie in den pumpbaren Eisbereiter oder den Plattenwärmetauscher gelangt, trägt dazu bei, die Bildung von Kalk zu begrenzen, wodurch Reinigungszeiten und vorbeugende Wartungskosten reduziert werden. Eine falsche Dimensionierung des Flüssigkeitsfiltersystems führt zu kostspieligen frühen Wechseln und schlechter Leistung.

Abwasserbehandlung

Zur Reinigung (Aufhellung) von Sedimenten in Abwässern können pumpbare Eistechnologien empfohlen werden. Dabei wird ein Verfahren aus Einfrieren und Weiterschmelzen mit anschließender Trennung von flüssiger und fester Phase verwendet. Dieses Verfahren führt zu einer Variation der physikalisch-chemischen Struktur von Sedimenten und wird durch Umverteilung jeglicher Form der Verbindung von Feuchtigkeit mit festen Partikeln des Sediments realisiert. Es benötigt kein chemisches Reagenz. Das Einfrieren des Sediments fördert eine Erhöhung der freien Wassermenge des Sediments und verbessert die Effizienz der Sedimentfällung. Der größte Teil der Feuchtigkeit kann unter allen Bedingungen diffundieren. Wenn die Kristallwachstumsgeschwindigkeit 0,02 m/h nicht überschreitet, bleibt Feuchtigkeit Zeit, um von den Kolloidzellen zur Kristalloberfläche zu wandern, wo sie gefroren wird. Nach dem Auftauen kann aufgehelltes Wasser für industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen verwendet werden. Die konzentrierten Sedimente werden Pressfiltern zugeführt, um ihren Feuchtigkeitsgehalt weiter zu senken.

Meerwasserentsalzung

Die bestehenden kommerzialisierten Entsalzungsverfahren sind mehrstufige Entspannungsverdampfung , Dampfkompression, Mehreffektverdampfung, Umkehrosmose und Elektrodialyse . Theoretisch hat das Einfrieren einige Vorteile gegenüber den oben genannten Methoden. Sie beinhalten einen geringeren theoretischen Energiebedarf, ein minimales Korrosionspotential und wenig Ablagerungen oder Ausfällungen . Nachteilig ist, dass das Einfrieren eine mechanisch aufwendige Handhabung von Eis-Wasser-Gemischen bedeutet, sowohl in der Bewegung als auch in der Verarbeitung. In den letzten 50 Jahren wurde eine kleine Anzahl von Entsalzungsstationen gebaut, aber das Verfahren war bei der Gewinnung von Süßwasser für kommunale Zwecke kein kommerzieller Erfolg. Pumpbare Eismaschinen bieten aufgrund des hocheffizienten Kristallisationsprozesses eine kostengünstige Alternative. Aktuelle Modelle verfügen jedoch nicht über die erforderliche Kapazität für industrielle Entsalzungsanlagen, kleinere Modelle reichen jedoch für den kleinen Entsalzungsbedarf aus.

Prozesse der Konzentration von Nahrungsflüssigkeit und Saft

Gegenwärtig werden Umkehrosmose- und Vakuumverdampfungstechnologien verwendet, um Säfte und andere Lebensmittelflüssigkeiten zu konzentrieren. In kommerziellen Betrieben wird Saft normalerweise durch Verdampfen konzentriert. Seit 1962 ist der thermisch beschleunigte Kurzzeitverdampfer (TASTE) weit verbreitet. TASTE-Verdampfer sind effizient, hygienisch, leicht zu reinigen, haben eine hohe Kapazität, sind einfach zu bedienen und relativ kostengünstig. Andererseits kommt es durch die Hochtemperatur-Dampfbehandlung zu einer gewissen Hitzeschädigung des Produkts. Diese Behandlung führt zu Produktqualitäts- und Aromaverlusten. Wegen des niedrigen Wertes des Filmkoeffizienten zwischen Dampf und behandeltem Saft ist die Wärmeübertragung zwischen ihnen sehr ineffizient. Es führt zum umständlichen Bau von TASTE-Anlagen. Die Alternative besteht darin, Saft und Lebensmittelflüssigkeit durch einen Kühl- und Gefrierprozess zu konzentrieren. In diesem Fall werden Kristalle von reinem Wasser aus dem Saft , Wein oder Bier durch Kristallisation entfernt. Das Aroma , die Farbe und der Geschmack bleiben im konzentrierten Medium. Die Qualität von gefrierkonzentrierten Produkten kann mit keiner anderen Technologie erreicht werden. Die Hauptvorteile im Vergleich zu anderen Gefriertechniken sind der geringe Energieaufwand und die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Phasenübergangs von flüssigem zu festem Eis einzustellen, was wiederum die Produktion von reinen Wassereiskristallen erhöht und die Trennung von konzentriertem Saft oder Lebensmitteln vereinfacht Flüssigkeits- und Eiskristalle.

Herstellung von gefrorenen Lebensmittelflüssigkeiten

In den 1990er Jahren erfreuten sich tiefgekühlte kohlensäurehaltige Getränke und gefrorene Getränke ohne Kohlensäure großer Beliebtheit.

Die Herstellung (Prozess- und Kühlgeräte) von fast allen gefrorenen kohlensäurehaltigen Getränken und gefrorenen Getränken ohne Kohlensäure ist wie die Herstellung von pumpfähigem Eis organisiert.

Gefrorene kohlensäurehaltige Getränke

Gefrorene Cola

Die Maschine für gefrorene kohlensäurehaltige Getränke wurde Ende der 1950er Jahre von Omar Knedlik erfunden .

Für die Herstellung von gefrorenen kohlensäurehaltigen Getränken wird eine Mischung aus aromatisiertem Sirup, Kohlendioxidgas (CO2) und gefiltertem Wasser verwendet. Typischerweise beträgt die Anfangstemperatur der Mischung 12–18 °C. Das kohlensäurehaltige Gemisch wird in den Verdampfer der Apparatur eingespeist, gefriert dann an der Innenfläche des zylindrischen Verdampfers und wird von den mit 60 bis 200 U/min rotierenden Schaufeln - Mischern - abgeschabt. Im Innenvolumen des Kristallisators wird ein leichter Überdruck (bis 3 bar) aufrechterhalten, um die Auflösung des Gases in der Flüssigkeit zu verbessern. In modernen Geräten für gefrorene kohlensäurehaltige Getränke gibt es einen konventionellen Kältekreislauf mit einem Kapillarrohr oder einem thermostatischen Expansionsventil und normalerweise einem Luftkondensator . Kältemittel wird entweder direkt in den Hohlraum eines Zweiwandverdampfers oder in den auf der Außenfläche des Kristallisators gewickelten Spiralverdampfer zugeführt. Die Verdampferwand besteht aus Edelstahl SS316L, der gemäß den Anforderungen der US-amerikanischen Food and Drug Administration für den Kontakt mit Lebensmitteln zugelassen ist . Die Verdampfertemperatur beträgt −32 bis −20 °C. Die Hersteller geben die Stundenkapazität von gefrorenen kohlensäurehaltigen Getränken nicht an, aber der Energieaufwand für die Herstellung von 10,0 kg gefrorener kohlensäurehaltiger Getränke kann 1,5–2,0 kWh betragen.

Nach dem Mischen und Einfrieren im Kristallisator-Mischer wird das gefrorene kohlensäurehaltige Getränk durch die Düse in Tassen ausgestoßen. Das Endprodukt ist eine dicke Mischung aus suspendierten Eiskristallen mit relativ wenig Flüssigkeit. Die Qualität von gefrorenen kohlensäurehaltigen Getränken hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Konzentration, Größe und Struktur der Eiskristalle. Die Konzentration des Eiswassergemisches wird nach dem Phasendiagramm der Lösung genau bestimmt und kann bis zu 50 % erreichen. Die maximale Kristallgröße beträgt 0,5 mm bis 1,0 mm. Die Anfangstemperatur der Kristallisation der Mischung hängt von der Anfangskonzentration der Inhaltsstoffe im Wasser ab und liegt zwischen –2,0 °C und –0,5 °C. Die Endtemperatur des Produkts variiert je nach Hersteller zwischen −6,0 °C und −2,0 °C.

In Indien wurde Interesse an gefrorenen kohlensäurehaltigen Getränken festgestellt. Die indische Regierung verbietet die Zugabe von Eis aus kommunalem Wasser zu Getränken wegen der Wahrscheinlichkeit einer bakteriologischen Kontamination. Die Verwendung eines kohlensäurehaltigen Getränks in Form von gefrorener Cola bot eine Methode zur Herstellung eines eisgekühlten Getränks in Indien.

Gefrorene Getränke ohne Kohlensäure

Gefrorener Orangensaft

Zunächst wurden gefrorene kohlensäurehaltige Getränke aus Frucht-, Gemüsesäften oder Getränken auf Kaffee-, Tee- oder Joghurtbasis hergestellt. Es wird an der Herstellung von gefrorenem Wein und Bier geforscht.

Maschinen für gefrorene Getränke ohne Kohlensäure unterscheiden sich von Maschinen für gefrorene kohlensäurehaltige Getränke dadurch, dass sie weder einen kleinen Überdruck im Arbeitsvolumen des Verdampfers, noch eine Kohlendioxidgasquelle oder speziell geschultes Personal benötigen. Ansonsten ist das Design moderner Gefrierautomaten für kohlensäurehaltige Getränke ähnlich wie bei gefrorenen kohlensäurehaltigen Getränken. Gefrorene Getränke ohne Kohlensäure haben oft eine geringere Eiskonzentration und mehr flüssiges Wasser als gefrorene kohlensäurehaltige Getränke. Maschinen für gefrorene Getränke ohne Kohlensäure sind weniger kompliziert und billiger als Geräte für gefrorene kohlensäurehaltige Getränke, was sie häufiger macht.

Eis

Der Eiscreme- Produktionsmarkt ist in den 1990er Jahren stetig gewachsen und hat einen Wert von mehreren Milliarden US-Dollar.

Die acht größten Eiscrememärkte der Welt sind die USA, China, Japan, Deutschland, Italien, Russland, Frankreich und Großbritannien. Die wichtigsten Wettbewerber in der Branche sind Unilever und Nestle , die zusammen über ein Drittel des Marktes kontrollieren. Die fünf Länder mit dem größten Eiskonsum sind die USA, Neuseeland, Dänemark, Australien und Belgien.

Das moderne Design der industriellen Eiscreme-Gefrierschränke gewährleistet ein hohes Maß an Maschinen-Bediener-Schnittstelle und eine Top-Qualität des produzierten Eises. Der Herstellungsprozess der Eiscreme-Produktion umfasst Pasteurisierung, Homogenisierung und Reifung der Eiscreme-Mischung. Die vorbereitete Mischung gelangt in den industriellen Doppelrohr-Kratzkristallisator – Wärmetauscher, in dem die Prozesse des Vorgefrierens und des Rührens von Eiscreme durchgeführt werden. Ein Kältemittel verdampft und zirkuliert kontinuierlich in einem Behältermantel. Normalerweise beträgt die Anfangstemperatur einer Eismischung 12–18 °C. Nach dem Einschalten eines Gefrierschranks sinkt die Verdampfungstemperatur eines Kältemittels auf einen Bereich von −25 bis −32 °C. Die Endtemperatur der behandelten Mischung in den Kratzfroster beträgt ca. −5 °C, bei einer Eiskonzentration von ca. 30–50 %, je nach Rezeptur. Während des Gefrierprozesses bilden sich Eiskristalle an der inneren kühlen Oberfläche der Kristallisatorwand. Sie werden von Klingen entfernt, in die Masse eingemischt und setzen ihre Temperatur weiter herab und verbessern die Wärmeübertragung innerhalb des Produkts.

Es gibt auch rotierende Dasher, die helfen, die Mischung zu peitschen und Luft in die Mischung einzubringen. Das gefrorene Produkt geht dann zum Verteiler.

Die Qualität von Eiscreme und ihre glatte Textur hängen von der Struktur ihrer Eiskristalle und ihren Abmessungen sowie von der Viskosität der Eiscreme ab. Wasser gefriert aus einer Flüssigkeit in seiner reinen Form als Eis. Die Konzentration der verbleibenden Flüssigzuckermischung erhöht sich durch die Wasserentfernung, wodurch der Gefrierpunkt weiter gesenkt wird. Somit kann die Struktur von Eiscreme als teilweise gefrorener Schaum mit Eiskristallen und Luftblasen beschrieben werden, die den größten Teil des Raumes einnehmen. Winzige Fettkügelchen flocken aus und umgeben die Luftbläschen in Form einer dispergierten Phase. Proteine und Emulgatoren wiederum umgeben die Fettkügelchen. Die kontinuierliche Phase besteht aus einer konzentrierten, nicht gefrorenen Zuckerflüssigkeit.

Der endgültige durchschnittliche Durchmesser der Eiskristalle hängt von der Gefriergeschwindigkeit ab. Je schneller dies ist, desto stärker wird die Keimbildung gefördert und desto größer ist die Anzahl kleiner Eiskristalle. Normalerweise betragen die Eiskristallabmessungen im Gefrierschrank nach einer Kühlbehandlung etwa 35–80 µm.

Fischerei und Lebensmittelindustrie

Wanne gefüllt mit pumpbarem Eis aus Meerwasser

Fisch gekühlt durch pumpbares Eis

Auf der Pumpable-Eis-Technologie basierende Geräte können in Kühlprozessen in der Fischerei- und Lebensmittelindustrie eingesetzt werden. Im Vergleich zu festem Süßwassereis sind die Hauptvorteile folgende: Homogenität , höhere Kühlraten von Futter und Fisch. Pumpfähiges Eis fließt wie Wasser und verhindert Gefrierverbrennungen und physische Schäden am gekühlten Objekt; es erhöht die Lebensmittelqualität und ermöglicht eine längere Haltbarkeit . Die pumpbare Eistechnologie entspricht den Vorschriften für Lebensmittelsicherheit und öffentliche Gesundheit ( HACCP und ISO ). Pumpbares Eis hat einen geringeren spezifischen Energieaufwand im Vergleich zu bestehenden Technologien, die herkömmliches Süßwasser-Festeis verwenden.

Supermärkte

Für die Luftkühlung von Supermarkttheken (Vitrinen) sind Kühlsysteme mit Pumpable-Ice-Technologie attraktiv. Für diese Anwendung wird pumpbares Eis als Kühlmittel durch die bereits vorhandenen Rohrleitungen zirkuliert und ersetzt umweltschädliche Kältemittel wie R-22 ( Freon ) und andere Fluorchlorkohlenwasserstoffe (HCFC). Gründe für die Verwendung der pumpbaren Eistechnologie für diese Anwendung sind die folgenden:

Pumpbare Eiswärmeübertragungsraten führen zu kompakten Geräten. Das Gerät ist kleiner als das anderer Anbieter von Kühlgeräten gleicher Kapazität. Es nimmt weniger Bodenfläche ein, hat ein geringeres Volumen und Gewicht;
Die pumpbare Eisstruktur führt zu wesentlich besseren Parametern dieses Kühlmediums. Größere Kapazitäten können berechnet werden, sei es pro Durchgang der Lösung durch den Verdampfer, pro vom Gerät belegter Grundfläche oder pro Gewichtseinheit des Geräts;
Mit der pumpbaren Eistechnologie ist es einfach, eine konstante Temperatur in Supermarktvitrinen oder -schränken aufrechtzuerhalten;
Die Pumpable-Eis-Technologie ermöglicht eine flexiblere Gestaltung des Kühlsystems, sodass die Lebensmittelschränke je nach erhöhten oder verringerten Anforderungen einfach neu angeordnet werden können;
Auf der Pumpable-Eis-Technologie basierende Schauschränke benötigen im Vergleich zu Direktverdampfungs- und Kältemittelpumpen- Zirkulationssystemen weniger Kühlleitungen, weniger Arbeitsaufwand bei der Installation und geringere Kosten zum Auffinden von Lecks ;
Aufgrund der hohen Effizienz der Pumpable-Eis-Technologie erfolgt der Wärmeübertragungsprozess mit einer sehr geringen Kältemittelfüllung in der Kühlanlage;
Im Gegensatz zu Direktexpansionssystemen erzeugen Vitrinen und Vitrinen auf Basis der Pumpable-Eis-Technologie keine Wärme, da keine Luftkondensatoren unter den Vitrinen benötigt werden. Daher wird die Luft um die Schränke herum nicht erwärmt;
Mit der pumpbaren Eistechnologie wird weniger Energie zum Abtauen von Supermarktvitrinen und -schränken benötigt.

Herstellung von Eiswein

Breite Perspektiven für pumpbare Eisverbrauchsanzeige eröffnen für die Herstellung von speziellen Weinen erinnern an „Eiswein“ (Deutsch Eiswein ). Im Vergleich zur bestehenden Technologie zur Eisweinherstellung erfordert die Pumpable Ice-Technologie keine Wartezeit von einigen Monaten zum Einfrieren der Trauben . Frisch gepresste Trauben werden in einem speziellen Behälter geerntet, der an die pumpbare Eismaschine angeschlossen ist. Durch diese Maschine wird der Saft gepumpt, aus dem eine Mischung aus Eis (in Form von winzigen, reinen Eiskristallen) und einem etwas konzentrierten Saft kommt. Flüssigeis kehrt in den Sammelbehälter zurück, in dem eine natürliche (nach archimedischem Gesetz ) Trennung von Eis und Saft stattfindet. Der Zyklus wird viele Male wiederholt, bis die Zuckerkonzentration 50–52 ° Brix erreicht . Dann findet ein Fermentationsprozess statt, der zu diesem alkoholischen Getränk führt.

Thermische Energiespeichersysteme

Pumpbarer Eisbereiter und Vorratstank in einem Keller des Supermarkts Olimpic in Zypern installiert

Ein pumpbare-Eis-basiertes Thermal Energy Storage System (TESS) in zentralen wassergekühlten Klimaanlagen verwendet werden , um zu eliminieren Spitzenbedarf Lasten in kritischen Zeiten. Dies reduziert die Betriebskosten von Gebäuden, den Bedarf an neuen Kraftwerken und modernen Übertragungsleitungen , den Energieverbrauch und die Umweltverschmutzung der Kraftwerke sowie die Treibhausgasemissionen . Die Idee ist, pumpfähiges Eis während der Schwachlastzeiten mit dem niedrigsten kWh-Tarif herzustellen und zu akkumulieren. Das gespeicherte pumpbare Eis wird während der mittleren oder hochtariflichen Stunden verwendet, um die den Gebäuden zugeführten Geräte oder Luft zu kühlen. Der Return on Investment (ROI) beträgt 2–4 Jahre. Im Vergleich zu statischen und dynamischen Eisspeichersystemen ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient (OHTC) bei der Herstellung von pumpfähigem Eis mehr als zehn- oder hundertmal höher (effizienter) als der gleiche Koeffizient für die oben genannten TESS-Typen. Dies erklärt sich durch das Vorhandensein unterschiedlichster thermischer Widerstände zwischen dem siedenden Kältemittel am Verdampfer und Wasser/Eis in den Lagertanks statischer und dynamischer Eisspeicher. Der hohe OHTC-Wert, basierend auf der Pumpable-Eis-Technologie, bedeutet eine Verringerung des Bauteilvolumens, eine Erhöhung der maximal erreichbaren Eiskonzentration im Volumen eines Lagertanks und letztendlich eine Senkung des Gerätepreises. Auf der pumpbaren Eistechnologie basierende TESS wurden in Japan, Korea, den USA, Großbritannien und Saudi-Arabien installiert.

Medizin

Für medizinische Anwendungen wurde ein schützendes Kühlverfahren entwickelt, das auf der Umsetzung einer entwickelten Spezialeissuspension basiert. In diesem Fall kann pumpbares Eis intraarteriell, intravenös, laparoskopisch entlang der äußeren Oberflächen von Organen oder sogar über den Endotrachealtubus injiziert werden. Es wird bestätigt, dass pumpbares Eis Organe selektiv kühlen kann, um ischämische Schäden nach einem Schlaganfall oder Herzinfarkt zu verhindern oder zu begrenzen. Abgeschlossene medizinische Tests an Tieren simulierten Zustände, die laparoskopische Verfahren der Nieren im Krankenhaus erfordern. Die Ergebnisse französischer und US-amerikanischer Forschung müssen noch von der US-amerikanischen Food and Drug Administration genehmigt werden . Vorteile der pumpbaren Eistechnologie in medizinischen Anwendungen sind:

Pumpfähiges Eis lässt sich leicht durch schmale Katheter pumpen und bietet so eine hohe Kühlleistung und eine schnelle und gezielte Kühlung der Organe ;
Pumpfähiges Eis kann während der Operation eine schützende Kühlung und ein Temperaturmanagement der Zielorgane bieten;
Pumpfähiges Eis hilft Opfern von medizinischen Notfällen wie Herzstillstand und Schlaganfall.

Skigebiete

Skigebiete haben ein starkes Interesse an der Schneeproduktion, auch wenn die Umgebungstemperatur bis zu 20 °C beträgt. Die Abmessungen und der Leistungsaufwand bekannter Beschneiungsanlagen hängen von Feuchtigkeits- und Windverhältnissen ab. Diese Beschneiungsanlage basiert auf dem Gefrieren von Wassertröpfchen, die in die Luft gesprüht werden, bevor sie die Bodenoberfläche erreichen, und erfordert eine Umgebungstemperatur von weniger als -4 °C.

Pumpfähiges Eis, das mit der Vakuum-Eis-Maker-Technologie (VIM) hergestellt wird, ermöglicht es professionellen Skifahrern, ihre Trainingszeiten vor und nach der Wintersaison (bis in den späten Herbst und frühen Frühling) zu verlängern. Der pumpbare Eisprozess ist wie folgt organisiert. Eine Salzlösung wird im VIM einem sehr geringen Druck ausgesetzt. Ein kleiner Teil davon verdampft durch die Vakuumkräfte in Form von Wasser, während die restliche Flüssigkeit zu einem Gemisch erstarrt. Durch die spezielle Konstruktion des Radialverdichters wird der Wasserdampf kontinuierlich aus dem VIM abgesaugt, verdichtet und einem Verflüssiger zugeführt. Ein handelsüblicher Kaltwassersatz liefert Kühlwasser mit 5 °C, um den Wasserdampf zu kondensieren. Das Flüssig-Eis-Gemisch wird aus dem Gefriervolumen in den Eiskonzentrator gepumpt, in dem sich Eiskristalle von der Flüssigkeit trennen. Das hochkonzentrierte Eis wird aus dem Konzentrator extrahiert. In österreichischen und schweizerischen Skigebieten wurden VIMs installiert .

Siehe auch

Verweise

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