DD236007A1 - Vorrichtung zum roesten von koernigen feststoffen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Roesten von koernigen Feststoffen, die vorzugsweise in der Nahrungsgueterwirtschaft und der chemischen Industrie anwendbar ist, insbesondere zum Roesten von Kaffeebohnen. Ziel ist es, koernige Feststoffe so zu roesten, dass das Endprodukt einen definierten, fuer alle Feststoffteilchen gleichmaessigen Roestgrad besitzt und durch Erhoehung der Ausbeute Einsparungen an Rohprodukt und Energie erzielt werden. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, eine Vorrichtung zum Roesten von koernigen Feststoffen zu schaffen, die es ermoeglicht, jedes Feststoffteilchen definierten Roestbedingungen sowie einer definierten Roestzeit auszusetzen und damit eine verkuerzte Prozessdauer zu realisieren. In der erfindungsgemaessen Vorrichtung sind in einem rechteckigen Apparat, dessen Hoehe vorzugsweise gleichbleibenden Querschnitt aufweist und der als untere und obere Begrenzung jeweils einen geschlossenen Boden besitzt, ein spezieller Anstroemboden angeordnet, der den Apparat in eine obere und eine untere Kammer unterteilt.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Vorrichtung betrifft eine Vorrichtung zum Rösten von körnigen Feststoffen, Sie kann vorzugsweise in der Lebensmittelindustrie und der chemischen Industrie angewendet werden, insbesondere zum Rösten von Kaffeebohnen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits verschiedenartige Vorrichtungen zum Rösten von körnigen Feststoffen im Fluidisationsregime bekannt. Diese Vorrichtungen haben gegenüber den Vorrichtungen, bei denen das Rösten in drehenden Trommeln, Kugein oder Schalen erfolgt, den Vorteil der gleichmäßigeren und schonenden Röstung bei geringen Prozeßtemperaturen und kurzen Röstzeiten. Vorrichtungen, in denen das Rösten im Fluidisationsregime erfolgt, sind seit 60 Jahren bekannt, sie werden auch als Wirbelschichtapparate bezeichnet, Um gleiche Verweilzeiten für alle zu behandelnden Teilchen zu garantieren, arbeiten diese Vorrichtungen zu einem großen Teil im satzweisen Betriebsregime, mit den im Wechsel ablaufenden Arbeitstakten Befüllen, Rösten, Entleeren. Die Effektivität des Röstprozesses und die Qualität des Röstproduktes (z. B. Röstkaffee) ist sowohl von der Intensität der Fluidisation und dem damit verbundenen intensiven Wärme-und Stoffübergang an der Teilchenoberfläche als auch vom schlagartigen und vollständigen Abbruch des Röstvorganges beim Erreichen der gewünschten Parameter des Röstproduktes abhängig.

In der DR-472391 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der oberhalb eines festeingespannten, horizontalen Siebbodens Kaffeebohnen durch ein Heizgas im Schwebezustand gehalten werden. Zum Abschluß des Röstprozesses werden die Kaffeebohnen bei verstärktem Heißgasstrom nach oben aus der Röstkammer hinaustransportiert. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß kein schlagartiger Abbruch des Röstprozesses erreicht werden kann und der Entleerungsvorgang auch bei stark vergrößertem Heizgasstrom eine erhebliche Zeitspanne umfaßt.

In der DE-OS 2531390 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der oberhalb eines festeingespannten, schräg angeordneten Siebbodens Kaffeebohnen durch einen Heizgasstrom im Schwebezustand gehalten werden. Zum Abschluß des Röstprozesses wird der Heizgasstrom unterbrochen und die Kaffeebohnen durch die Schwerkraft aus einer seitlich oberhalb des Siebbodens befindlichen Enleerungsklappe aus der Röstkammer hinaustransportiert. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß auf Grund der einseitig geneigten Siebbodenausführung ein stark unsymmetrisches und inhomogenes Fluidisationsregime erzeugt wird. In der DD-WP 160209 wird eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Anströmboden und eine darunter vorgesehene Heizgasverteilerkammer in einen äußeren und inneren Teil getrennt ist, wobei der innere Teil des Anströmbodens als Klappa ausaeführt ist. Nachteilia bei dieser Vorrichtuha ist derturmarriae Aufbau mit unter der Röstkammer andeordneter Kühlkammer

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, körnige Feststoffe so zu rösten, daß das Endprodukt einen definierten, für alle Feststoffteilchen gleichmäßigen Röstgrad besitzt und durch die Erhöhung der Ausbeute, Einsparungen an Rohprodukt und Energie erzielt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Rösten von körnigen Feststoffen zu schaffen, die es ermöglicht, jedes Feststoffteilchen definierten Röstbedingungen sowie einer definierten Röstzeit auszusetzen und damit eine verkürzte Prozeßdauer zu realisieren.

Die Vorrichtung soll die Erzeugung einer fluidisierten durchmischten Feststoffschicht mit Gewährleistung einer definierten Verweilzeit unter Röstbedingungen durch nahezu einheitlichen Entleerungsbedingungen für jedes Feststoffteilchen ermöglichen. Die Vorrichtung soll nun einen minimalen Anteil mechanisch zu steuernder Elemente und eine geringe Störanfälligkeit aufweisen und mechanische Beanspruchungen des Feststoffes nahezu ausschließen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem rechteckigen Apparat, dessen Höhe vorzugsweise gleichbleibenden Querschnitt aufweist und der als untere und obere Begrenzung jeweils einen geschlossenen Boden besitzt, ein spezieller Anströmboden angeordnet ist, der den Apparat in eine untere und eine obere Kammer unterteilt. In die obere Kammer münden ein oder mehrere Guteintrittsstutzen und in die untere Kammer ein oder mehrere Gaseintrittsstutzen. Weiterhin befindet sich in der oberen Kammer eine Einrichtung zur Flüssigkeitseinbringung.

Erfindungsgemäß ist der Anströmboden als ein System starr bzw. beweglich angeordneter perforierter Anströmbodenteile ausgebildet.

Ein starr befestigtes unteres Anströmbodenteil, das aus einem oberen und einem unteren Segment besteht, ist unter einem Winkel α gegenüber der Horizontalen von der Apparatewand mit den Gas-und Guteintrittsstutzen und zwischen diesen beginnend nach unten geneigt bis zur gegenüberliegenden Apparatewand angeordnet und geht dort in den Guteintrittsstutzen über. Die untere Begrenzungsfläche des Gutaustrittsstutzens weist eine gleichbleibende Neigung wie das untere Anströmbodenteil auf.

Ein weiteres starr befestigtes oberes Anströmbodenteil, das von der Apparatewand mit Gut- und Gasaustrittsstutzen und zwischen diesen begin'nend nach, unten geneigt unter einem Winkel β zur Horizontalen in Richtung des unteren Anströmbodenteils führt, endet in einem senkrechten Abstand h₂ über diesen.

Am unteren Rand des starr befestigten oberen Anströmbodenteils ist ein um diesen bewegliches Anströmbodenteil so angeordnet, daß es mit seiner dem senkrechten Abstand vom unteren Anströmbodenteil entsprechenden Länge h₂ bis an dieses heranreicht. Es gehört weiterhin zur Erfindung, daß die Winkel α bzw. β des unteren bzw. oberen Anströmbodenteils gegenüber der Horizontalen einen Wert größer 25° annehmen und der Niveauunterschied ihrer oberen Begrenzungen bis zu 20% ihres Abstandes voneinander beträgt.

Weiterhin ist Bestandteil der Erfindung, daß das obere bzw. untere Segment des unteren Anströmbodenteils, das obere Anström bodenteil und dasjDewegliche Anströmbodenteil Öffnungsverhältnisse kleiner 20% bzw. größer 30%, kleiner 15% und größer 25% aufweisen und sich die Trennlinie des oberen und unteren Segmentes des unteren Anströmbodenteils an der Stelle befindet, für die der senkrechte Abstand vom unteren Anströmbodenteil bis zur unteren Kante des oberen Anströmbodenteils minimal wird.

Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß die untere Begrenzungsfläche des Guteintrittsstutzens gegenüber der Horizontalen unter einem Winkel größer als 30° nach oben aus dem Apparat hinausweist und der Abstand zwischen der oberen Begrenzung des unteren Anströmbodenteils und der unteren Kante der unteren Begrenzungsfläche des Guteintrittsstutzens größer als 20% des .Abstandes der gegenüberliegenden Apparatewände gewählt wird.

Es ist weiterhin Bestandteil der Erfindung, daß sich das Öffnungsverhältnis des oberen Segmentes des unteren Anströmbodenteils in Richtung der oberen Begrenzung verringert.

Erfindungsgemäßfunktioniert die Vorrichtung so, daß Röstgas durch die Gaseintrittsstutzen in die untere Kammer und von dort entsprechend den Öffnungsverhältnissen der Anströmbodenteile durch diesen in die obere Kammer strömt und den Apparat durch den Gasaustrittsstutzen verläßt. Die Gutein- und Gutaustrittsstutzen sind pneumatisch gegenüber der Umgebung abgesperrt. Der Röstprozeß wird mit der Einfüllung des zu röstenden Feststoffes durch die Guteintrittsstutzen in die obere Kammer der Vorrichtung eingeleitet. Der Feststoff gelangt zwischen das obere Segment des unteren Anströmbodenteils, das obere Anströmbodenteil und das bewegliche Anströmbodenteil und wird durch das Röstgas fluidisiert. Dabei nimmt das bewegliche Anströmbodenteil seine Arbeitslage ein, in der es die Fläche zwischen der unteren Kante des oberen Anströmbodenteils und dem unteren Anströmbodenteil verschließt.

Die Intensität der Fluidisierung und die damit verbundene Feststoff bewegung in der Schicht wird von den gewählten Öffnungsverhältnissen der Anströmbodenteile bestimmt. Am Ende des Röstprozesses erfolgt über die Einrichtung zur Flüssigkeitseinbringung die Zugabe von Flüssigkeit in die obere Kammer, so daß die fluidisierten Feststoffe an der Oberfläche mit einer definierten Flüssigkeitsmenge beaufschlagt werden.

Der Austrag der Feststoffe aus der oberen Kammer wird mit der Lageveränderung des beweglichen Anströmbodenteils dadurch erreicht, daß es um seine als Drehachse ausgebildete obere Kante in Richtung der Apparatewand mit Gutaustritts- und Gasaustrittsstutzen bewegt wird und der Feststoff aus der oberen Kammer durch die freie Fläche zwischen der unteren Kante des oberen Anströmbodenteils und dem unteren Anströmbodenteil gelangt. Auf Grund des Neigungswinkels des unteren Anströmbodenteils rutscht der Feststoff auf der Oberseite des unteren Segmentes zum Gutaustrittsstutzen und verläßt den Apparat.

Nach Rückstellung des beweglichen Anströmbodenteils in die Anfangsstellung, kann die nächste Feststoff-Charge geröstet werden.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll mit dem in Fig. 1 dargestellten Wirbelschichtapparat zum Rösten von Kaffeebohnen näher erläutert werden. Der Apparat besitzt die Abmessungen a = 800 mm, b = 1600 mm und h = 2500 mm. Die perforierten Anströmbodenteile 9,11 und 13 sind gegenüber der Horizontalen unter einem Winkel von 45° angeordnet. Die Offnungsverhältnisse für das obere Segment 14 und das untere Segment 15 des unteren Anströmbodenteils 9 betragen <Pi4 = 15% und cpi5 = 65% bzw. die des oberen Anströmbodenteils 11 und des beweglichen Anströmbodenteils 13 cpn = 10% und <pi3 = 30%. ·

Der Apparat besitzt unterhalb des Anströmbodens 3 zwei Gaseintrittsstutzen 8, die in die untere Kammer 5 münden, oberhalb des Anströmbodens 3 einen Guteintrittsstutzen 6 sowie einen Gasaustrittsstutzen 12, die in die obere Kammer 4 münden. In Verlängerung des unteren Segmentes 15 des unteren Anströmbodenteils 9, ist der Gutaustrittsstutzen TO angeordnet.

Der Guteintrittsstutzen 6 mündet in einem Abstand bi = 300 mm über der oberen Kante des oberen Segmentes 14 unter einem Winkel von 45° in die obere Kammer 4. Das untere Anströmbodenteil 9 ist unter einem Winkel a = 45° und das obere Anströmbodenteil 11 unter einem Winkel β = 45° gegenüber der Horizontalen eingebaut, wobei das bewegliche Anströmbodenteil 13 die Höhe h₂ = 200mm besitzt und die oberen Kanten des oberen Anströmbodenteils 11 und des oberen Segmentes 14 sich niveaugleich in gleicher Höhe an den Stirnwänden befinden.

über dem Anströmboden 3 ist eine Einrichtung zur Flüssigkeitseinbringung 7 angeordnet.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Vorrichtung zum Rösten von körnigen Feststoffen, ausgeführt als rechteckiger Apparat mit über der Höhe vorzugsweise gleichbleibendem Querschnitt, der als untere und obere Begrenzung jeweils einen geschlossenen Boden besitzt und der durch einen Anströmboden in eine obere und untere Kammer unterteilt wird, wobei oberhalb des Anströmbodens ein oder mehrere Guteintrittsstutzen sowie eine Einrichtung zur Flüssigkeitseinbringung und unterhalb des Anströmbodens Gaseintrittsstutzen angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Anströmboden (3) aus einem System starr bzw. beweglich angeordneter perforierter Anströmbodenteile gebildet wird, wobei ein starr befestigtes unteres Anströmbodenteil (9), bestehend aus einem oberen Segment (14) und einem unteren Segment (15), von der Apparatewand mit Gas- und Guteintrittsstutzen (8; 6) und zwischen diesen beginnend, zur Horizontalen unter einem Winkel α nach unten geneigt bis zur gegenüberliegenden Apparatewand angeordnet ist und direkt in einen Gutaustrittsstutzen (10) übergeht, dessen untere Begrenzungsfläche eine gleichgerichtete Neigung wie das untere Anströmbodenteil (9) aufweist, ein ebenfalls starr befestigtes oberes Anströmbodenteil (11), das von der Apparatewand mit Gut- und Gasaustrittsstutzen (10; 12) und zwischen diesen beginnend, zur Horizontalen unter einem Winkel β nach unten geneigt in Richtung des unteren Anströmbodenteils (9) führt und in einem senkrechten Abstand hi2 über diesem endet sowie einem um den unteren Rand des oberen Anströmbodenteils (11) beweglich angeordneten Anströmbodenteils (13), das einedem senkrechten Abstand vom unteren Anströmbodenteil (9) entsprechende Länge h₂ besitzt.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Winkel α bzw. β des unteren bzw. oberen Anströmwinkels (9; 11) gegenüber der Horizontalen jeweils einen Wert größer 25° annehmen.
3. 3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Niveauunterschied zwischen den oberen Begrenzungen des unteren und oberen Anströmbodenteils (9; 11) im Bereich der Apparatewände bis zu 20% ihres Abstandes voneinander beträgt.
4. 4. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich die Trennlinie zwischen dem oberen Segment (14) und dem unteren Segment (15) des unteren Anströmbodenteils (9) an der Stelle befindet, für die der Abstand vom unteren Anströmbodenteil (9) bis zur unteren Kante des oberen Anströmbodenteils (11) minimal wird.
5. 5. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungsverhältnisse des oberen Segmentes (14) bzw. des unteren Segmentes (15) des unteren Anströmbodenteils (9) Werte kleiner 25% bzw. größer 30% annehmen.
6. 6. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß sich das Öffnungsverhältnis des oberen Segmentes (14) des unteren Anströmbodenteils (9) in Richtung seiner oberen Kante verringert.
7. 7. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Öffnungsverhältnisse des oberen Anströmbodenteils (11) bzw. des beweglichen Anströmbodenteils (13) Werte kleiner als 15% bzw. größer ais 25% besitzen.
8. 8. Vorrichtung nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß die untere Begrenzungsfläche des Guteintrittsstutzens (6) gegenüber der Horizontalen unter einem Winkel größer als 30° nach oben aus dem Apparat hinausweist, und der Abstand zwischen der oberen Kante und der unteren Begrenzungsfläche des Guteintrittsstutzens (6) größer als 20% des Abstandes der gegenüberliegenden Apparatwände gewählt wird.