DE2025989A1

DE2025989A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von teilchenförmigen, festen Stoffen

Info

Publication number: DE2025989A1
Application number: DE19702025989
Authority: DE
Inventors: David Teignmouth Banstead Surrey; Starkie Granville Lewis Crawley Sussex; Shore (Großbritannien)
Original assignee: APV Corp Ltd
Current assignee: SPX Flow Technology Crawley Ltd
Priority date: 1969-05-28
Filing date: 1970-05-27
Publication date: 1970-12-03
Also published as: NL7007638A; GB1310507A; CH572197A5; DK130872B; DK130872C; ZA703447B; FR2053906A5; ES380058A1; CH545629A; DE2025989B2; DE2025989C3; US3700468A; BE751047A

Description

^Γ PATENTANWÄLTE ' 2 O 2 5 9 8 9 ^

* DIPL.-ING. F. THIELEKE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRlCKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

1372

The A.P.V.Company Limited Manor Royal, Crawley, Sussex, England

Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von teilchenförmigen. festen Stoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von teilchenförmigen, festen Stoffen, bei denen die Feststoffteilchen durch eine Atmosphäre gefördert werden, deren Temperatur hoch genug ist, um die Wärmebehandlung durchzuführen. Behandelt werden können mit Vorrichtungen bzw. nach einem Verfahren der eingangs genannten Art, schließfähige feste Stoffe, wahlweise mit oder ohne ein flüssiges Medium, wobei die Wärmebehandlung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, die Sterilisation verkleinerter, bzw. teilchenförmiger Nahrungsmittel betrifft.

Ein Hauptproblem bei der Sterilisation fester Stoffe besteht darin, zu gewährleisten, daß die Verweilzeit für alle Feststoffteilchen hinreichend groß ist, um sicherzustellen, daß auch die Kernbereiche der je-

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weils größten Teilchen die Sterilisationstemperatur erreichen. Dieses Ziel wiederum muß jedoch mit der geringstmöglichen Beaufschlagung der Gesamtmasse der Peststoffteilchen mit dem Sterilisationsmedium, im allgemeinen Dampf, erreicht werden, damit die Wärmeanwendung so wirtschaftlich wie nur irgend möglich erfolgt. Eine hohe Wirtschaftlichkeit oder Ausnutzung fc der Aufenthaltszeit ist daher das Ziel.

Nach einem früheren Vorschlag zum kontinuierlichen Kochen von Peststoffteilchen wird eine stationäre Außentrommel, und eine rotierende konische Innentrommel verwendet. Die Innentrommel ist frei von inneren Flügeln oder Einbauten. Sie ist mit Einrichtungen zum Zuführen von Dampf oder anderen Heizgasen ausgerüstet. Die Beeinflussung der Verweilzeit der Peststoffteilchen erfolgt offensichtlich durch Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Innentrommel und zwar in der V/eise, daß die Peststoffteilchen nicht an der Konusfläche herabstürzen, sondern in regelmäßiger, vorgeschriebener V/eise fortschreiten. Diese Vorrichtung arbeitet jedoch nicht völlig befriedigend, wenn sterilisiert werden soll, weil dabei die Verweilzeit der Peststoffteilchen sehr genau gesteuert werden muß, um zu gewährleisten, daß jedes Peststoffteilchen eine beträchtliche oder wesentliche Verweilzeit in dem Sterilisationsmedium durchläuft, welche wiederum so groß ist, daß das betreffende; Teilchen nicht unsterilisiert aus der Vorrichtung austritt und infolgedessen als Kern für eine spä-

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tere Infektion einer Fackung, z.B. einer Dose Fleisch .oder Bohnen wirken kann.

Es wurde früher auch schon vorgeschlagen, Schraubenförderer zu verwenden, um Fleischteilchen durch Kochtanke hindurchzufordern. Dabei wurden jedoch ganz offensichtlich keinerlei Vorkehrungen getroffen, um sicherzustellen, daß eine Standardisierung der Aufenthaltezeit der Teilchen gewährleistet wird. Die verwendeten Förderer wurden mit einem großen Spiel innerhalb der Tanks betrieben, so daß es fraglich war, ob jedes einzelne Teilchen unmittelbar durch Antrieb gefördert wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Feststoffteilchen zu 8chäffen, welche die Wärmebehandlung mit oder ohne ein flüssiges Medium bei Mechanischer Förderung

der Feststoffteilchen durch eine halbe Atmosphäre, z.B. Dampf, durchführen, der auf einer derartig hohen Temperatur gehalten ist, daß die Durchführung der Wärmebehandlung gewährleistet ist. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein solches Verfahren so auszugestalten, daß die geschilderten Kachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermieden werden.

Zur Lösung der Torgenannten Aufgabe kennzeichnet sich das

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einleitend genannte Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß die Feststoffteilchen in der Weise gefördert werden, daß ihre Bewegung unmittelbar und genau steuerbar ist.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Verfahren ist bevorzugt für die Sterilisierung anwendbar, wobei eine bevorzugte Ausführungsform des Förderers von einem im wesentlichen waagrecht angeordneten Schraubenförderer gebildet wird, der nur bis zu einer unterhalb seiner Schraubenachse liegenden Höhe mit Feststoffteilchen beladen, bzw. gefüllt ist.

Die Strömung, bzw. der Gutdurchsatz, durch den Förderer kann durch eine Pumpe oder falls die Feststoffteilchen durch eine Pumpe beschädigt werden können, durch eine rotierende oder auf andere Weise arbeitende Dosiereinrichtung innerhalb einer Schwerkraft-Förderstrecke beeinflußt werden.

Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe kennzeichnet sich eine Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß ein Förderer vorgesehen ist, um die Feststoffteilchen durch unmittelbare Einwirkung durch eine Kammer zu bewegen , und daß Einrichtungen vorgesdien sind, um in der Kammer eine Atmosphäre aus einem heißen Gas zu erzeugen und aufrecht zu erhalten.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele aus-

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fUhrlicher erläutert.

Pig. 1 zeigt ein Funktionsschema einer Sterilisationsanlage, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung der Anlage gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung der Anlage gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Sterilisation von Feststoffteilchen.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Sterilisieren von Feststoffteilchen, bzw. eine Sterilisationsanlage, welche die Feststoffteilchen gemeinsam mit oder auch ohne ein flüssiges Medium zu behandeln gestattet.

Eine typische Ausgestaltung der Vorrichtung, bzw. Anlage ist in der Figur 1 wiedergegeben. Ein Druckbehälter 1, der in geeigneter Weise ausgerüstet ist, nimmt einen inneren, rotierenden, perforierten Zylinder 2 auf. Die Feststoffteilchen werden von einer Pumpe 12 aus durch ein Zuführrohr 3_t das in den perforierten Zylinder 2 über eine Drehdiohtung 4 ein-

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mündet, in das Innere des Zylinders 2 eingebracht. Innerhalb des perforierten Zylinders 2 befindet sich eine Förderschrau-r be 5» welche von einer Antriebsmotoreinheit 15 in Rotation versetzt wird. Die Drehgeschwindigkeiten des perforierten Zylinders 2 und der Schraube 5 sind voneinander unabhängig einstellbar. Die Förderschraube 5 arbeitet innerhalb des Zylinders 2 mit dem geringst verwirklichbaren Spiel.

-^ie Förderschraube 5 erfaßt die Feststoffteilchen und transportiert sie in Längsrichtung des perforierten Zylinders 2. Während der dabei vergehenden Zeit nehmen diese Feststoffteilchen dann aus Dampf, der über ein Eintrittsrohr 6a und ein Steuerventil 6 zugeführt wird, Wärme auf. Die Feststoffteilchen fallen am Abgabeende des perforierten Zylinders in einen Austrittsbehälter 7 und werden auf diesem in eine Aufenthaltseinrichtung 13 mittels einer unmittelbar wirkenden Pumpe 8 überführt. Bin Temperaturfühler 9 in dem Zuführbehälter für die Pumpe mißt die Austrittstemperatur der Feststoffteilchen und" steuert über eine Temperatursteuer-Ein- W-■ richtung 10 das Dampfeinlaßventil 6. Ein flüssiges Medium kann über das Zuführrohr 3 gemeinsam mit den Feststoffteilchen eingebracht werden. Bei dieser Art des Vorgehens durchsetzt das flüssige Medium die perforierten Zylinderwandungen des Zylinders 2 filterartig und läuft schließlich am Boden des Druckbehälters 1 entlang zum Abgabebehälter 7 vmd wird im gleichen Zuge, bzw. gemeinsam mit dem Durchsatz der Fest-

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stoffteilchen auf Sterilisationstemperatur erhitzt. Alternativ zu dieae;:. Vorgehen kann aber auch ein Teil des flüssigen Mediums oder auch die Gesamtmenge des flüssigen Iüediums unter Druck 'iler eine Zuführrohrlei tung .11 eingepumpt werden, wobei es jedoch vorteilhaft ist, wenn das flüssige Ledium lere its zuvor in einer. Wärmeaustauscher oder'durch "Dampfinjektion auf Sterilisntionste::.reratur erhitzt wurde. Es ( i'ibt zahlreiche Einrichtungen, die eine derartige Aufgabe ::ur Erhitzung f-üsji_f-er I..e1i'en orfül I en können, so daß eine ausführlichere Betrachtung an diener Steile nicht erfcrderlici. ift, denn solche Einrichtungen l.ilden nicht Teil oder Gegenstand ,1er vorliegenden Erfindung.

Um konstante Aufenthalts- oder.Verweilzeiten der Feststoffteilchen in der Vorrichtung zu gewährleisten, mui der Arfceits- pegel, d.h. die Höhe der Oberfläche des Gutes in Förderer

unterhalb einer zentralen Achse 16 gehalten werden, welche die Achse des Schraubenförderers 5 darstellt. Wenn diese Forderung erfüllt ist, wird die Verweilzeit der Teilchen ausschließlich durch die Steigung des Schraubenförderers 5 und durch dessen Drehgeschwindigkeit bestimmt. Es ist daher wichtig, daß die. Relativgeschwindigkeiten der Zuführpumpe 12 und des Schraubenförderers 5 in geeigneter Weise gesteuert werden, mn diesen Gutstand zu gewährleisten. Die Forcier- oder Zuführpumpe 12 und die Abgabepumpe 8 dienen als Druckschleusen der Sterilisationsvorrichtung.

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Falls die Natur der Feststoffteilchen eine Förderung durch Pumpen verbieten, weil die Teilchen sonst zerstört wurden, (z.B. bei Früchten) dann empfiehlt es sich» die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung zu verwenden, welche für diese Art Sterilisationsgut geeigneter ist. Es ist eine rotierende, ventilartige Dosiereinrichtung 17 gezeigt, die in einer Schwerkraft-Förderstrecke 17a angeordnet ist und die die Förder- bzw. Zuführpumpe 12 ersetzt. Das Rohr 17a ist in einfachster Ausführung ein Fallrohr. Die Zuführhöhe der Feststoffteilchen wird durch die Drehgeschwindigkeit der Dosiereinrichtung 17 bestimmt. Auch diese Dosiereinrichtung 17 dient gleichzeitig als Druckschleuse, welche den Druck der Atmosphäre innerhalb des Druckbehälters aufrecht zu erhalten gestattet. Auch bei dieser Weiterbildung der Vorrichtung kann das flüssige Kedium entweder bei niedriger Ausgangstemperatur eingepumpt werden, so daß es sich mit den Feststoffteilchen nach Eintritt durch eine Zuführeinrichtung 18 unterhalb der Dosiereinrichtung mischt. Alternativ dazu kann aber auch in der V/eise gearbeitet werden, daß wenigstens ein Teil des flüssigen Mediums vorerwärmt, bzw. bereits auf Sterilisationstemperatur erhitzt wird und erst danach über die bereits erwähnte Zuführleitung 11 eingepumpt wird, um sich mit den Feststoffteilchen zu mischen, die in die Aufenthalts- oder ^erweileinrichtung eintreten. Zur Entlüftung der Dosiereinrichtung 17 dient eine Entlüftungseinrichtung 17b. Eine in gleicher Weise wie diese Do-

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siereinrichtung 17 ausgebildete weitere Einrichtung kann an Stelle der Austritts- oder Abgabepumpe 8 in Pig. I verwendet werden.

Eine Alternativlösung für die Ausbildung der neuen Vorrichtung, welche eine Pumpe 8 überflüssig macht, zeigt die Fig. Bei dieser Ausführung wird der Abgabebehälter 7 unmittelbar ™ in ein Aufenthaltsrohr 13 entleert. Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung wird der Druck innerhalb der Kammer durch eine Druckreduzier-Einrichtung am Austrittsende gewährleistet, wobei es sich dabei entweder um eine unmittelbar wirkende Pumpe oder eine ventilartig wie die Dosiereinrichtung ausgebildete Einrichtung handeln kann.

Es können unterschiedliche Einrichtungen und Methoden zur Steuerung des Wärmebehandlungsvorganges angewendet werden. λ So kann beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der rotierenden Einrichtungen innerhalb des Druckbehälters 1 so verändert werden, daß eine exakte Verweilzeit für die unterschiedlichsten Feststoffteilchen erzielt werden kann, um diese auf Sterilisationstemperatur zu erwärmen. Die Temperatursteuereinrichtung 10 überwacht die Zufuhr von Dampf und sorgt dadurch für die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur an der Eintrittsstelle in die Aufenthaltseinrichtung 13.

Es kann notwendig werden, viskoelastische Agenzien in das

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Sterilisationsgut einzuleiten, um den Vorschub von stopfenartigen Ballungen in dem Verweil- oder Aufenthaltsrohr zu fördern. Solche Zusätze können zusammen mit dem flüssigen Medium durch die Zuführrohrleitung 11 oder aber auch vor Sterilisieren in den Behälter eingeleitet werden.

Die Vorrichtung ist vollständig umschlossen und kann durch Zirkulation heißen Druckwassers vor der Inbetriebnahme sterilisiert werden. Es eignet sich dabei eine Druckwassersterilisation bei einer Wassertemperatur von 138° und einer zeitlichen Dauer von 20 Minuten» Es kann alternativ dazu auch mit Dampf sterilisiert werden»

Es wird nun auf Figur 4 Bezug genommen. Es ist zu sehen, daß an Stelle der unmittelbaren Einleitung der Feststoffteilchen in das Eintrittsende des Zylinders 2 eine andere Zuführung gewählt wird. Bei der bisher erläuterten Zuführung der Feststoffteilchen können sich Schwierigkeiten dadurch einstellen, daß die Feststoffteilchen unter Umständen nicht sofort durch die Förderschraube 5 erfaßt werden. In Figo 4 ist der Zylinder 2 an seinem Sintrittaende 2a in einer Hohlkammer 2O₉ die eine Verlängerung des Zylinders 2 darstellt, und Bestandteil eines Endstückes 21 des Druckgefäßes 1 bildet, drehbar unter gleichzeitiger Aufnahme des Druckes gelagert. Die Hohlkammer 20 umschließt einen Innenraum 22, der eine unmittelbare Verlängerung des Innenraumes

des Cylinders 2 darstellt und die Förderschraube 5 ist bis in diesen Innenraurr. 22 hinein verlängert. Die Welle 16 der Förderschraube 5 ist in einem Lager 23 im Endstück 21 des Druckbehältern 1 gelagert. Das Zuführrohr 3 mündet über eine Öffnung 24 in der Hohlkammer 2C ein, wobei ein umfänglicher Spalt 25 zwischen dem Außenumfang dieses Zuführrohres 3 und der Hohlkanir.er .·( iir. Bereich der Eintrittsöffnung 24 dafür j[ s;rgt, dai ier Innenraum 22 ir.it dem Innenraum des Druckbe-

häjters 1 vertunden ist. ■

Der Zylinder . ist bei dieser Ausführung über den größten Teil seiner Länge nicht perforiert, sondern erst im Bereich seines Atgabeendes, bzw. des Abgabeendes der Förderschraube ir.it groii besessenen Schlitzen 16. versehen, die als Austrittscder Abgabeöffnungen wirken, durch die die Feststoffteilchen unter SchwerkrafteinfluQ in den Abgabebehälter 7 hinein fallen. Diese groien Schlitze 26 diener aber auch ale Eintrittsöffnungen für den im Druckbehälter 1 befindlichen Dampf. ^Auf der Schraubenwelle 16 ist eine Abdichtplatte 28 angeordnet, um Druckverluste aus dem Inneren des Druckbehälters 1 über ein Lager 29a zu vermeiden oder zumindest klein zu halten. Im lager 29a ist das andere Ende der Förderschraubenachse gelagert. Dieses Lager ist in einer Antriebsplatte 29 des Zylinders 2 aufgenommen.

Der Zylinder 2 wird von einem Antriebsmotor 30, der mit ver-

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änderbarer Geschwindigkeit arbeitet, über ein Ritzel 31 angetrieben, welches in einen umfänglichen, außen verzahnten Zahnring 32 eingreift, der an der Antriebsplatte 29-angeordnet ist. Die Schraubenachse 16 wird von einem Antriebsmotor 33 über Zahnräder 34 und 35 angetrieben, wobei der Antriebsmotor 33 ebenfalls mit einstellbarer Geschwindigkeit arbeitet.

Innerhalb des Wesens der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche Lotivikationen möglich. Der Zylinder 2 kann beispielsweise bei der Ausführung der Vorrichtung, die in den Figuren 1 bis 3 erläutert ist, auch unperforiert ausgebildet sein und lediglich soviel Durchlaßöffnungen besitzen, daß eine hinreichende Zuführung von Dampf möglich ist und daß ein freier Ein- und -"-ustritt von Flüssigkeit möglich ist.

Ebenso müssen der innere Zylinder 2 und die Förderschraube nicht unbedingt gegensinnig in Rotation versetzt werden, um zu vermeiden, dai die Feststoffteilchen an den Zylinderwandungen über die Schraube hinweg mitgenommen werden.

Die Arbeitsweise kann außerdem auch ohne Temperaturfühler gesteuert werden, indem beispielsweise ausschließlich ein vorbestimmter Dampfdruck aufrechterhalten wird.

Patentansprüche 009848/1894

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von teilchenförmigen, festen Stoffen, bei dem die Feststoffteilchen durch eine Atmosphäre gefördert werden, deren Temperatur hoch genug ist, um die Wärmebehandlung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet , daß die Feststoffteilchen so gefördert werden, daß ihre Bewegung unmittelbar und genau steuerbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Feststoffteilchen von einem im wesentlichen waagrecht angeordneten Schraubenförderer, der nur bis zu einer unterhalb der Schraubenachse liegenden Höhe mit Feststoffteilchen gefüllt ist, gefördert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen sterilisiert werden.

4.Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch •gekennzeichnet , daß den Feststoff teilchen vor der Wärmebehandlung ein flüssiges Medium hinzugefügt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichne t , daß den Peststoffteilchen vor dem Zuführen zu einer Aufenthaltsstation ein viskcelastisches Agens hinzugefügt wird.

6. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Peststoff in Teilchenform, dadurch gekennzeichnet, daß ein Förderer (5) vorgesehen ist, um die Peststoffteilchen unmittelbar und genau steuerbar durch eine Kammer (2) zu führen und daß Einrichtungen (6, 6a) vorgesehen sind, um in der Kammer eine Atmosphäre aus heißem Gas zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge~ kennzeic.hnet , daß der Förderer als Schraubenförderer (5) ausgebildet ist und mit kleinem Spiel in einem Zylinder (2) arbeitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) gegensinnig zum Schraubenförderer (5) drehbar ist»

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet j daß sich der Förderer (5) am Beschickungsende in eine Ruhekammer (20) erstreckt, welche eine Verlängerung des Zylindsrinnenraumes bildet und mit

einem Einlaßrohr (3) zum Zuführen von Peststoffteilchen in die Ruhekaramer (20), ausgerüstet ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinder (2) in einem Druckgefäß (1) arbeitet, welches zur Bildung der heißen Atmosphäre mit Dampf oder einem anderen heißen Gas beschickbar ist und daß der Zylinder (2) durch Schlitzung oder andere Haßnahmen durchlässig ausgebildet ist, um das Eintreten der heißen Atmosphäre in den Zylinder zu ermöglichen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (26) des Zylinders (2) am Abgabeende als Austritteöffnungen für die Peststoffteilchen dienen.

v/KS 009849/1894

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