NO171952B - Fremgangsmaate og innretning til pelletering - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til pelletering av forstoffer, hvor det materiale eller den materialblanding som skal pelleteres blir kondisjonert i en reaksjonsbeholder under forhøyet temperatur før pelleteringen, hvor materialet i reaksjonsbeholderen komprimeres under påvirkning av et transportørelement, slik at det ved utløpsenden av reaksjonsbeholderen innstiller seg et arbeidstrykk som utøves mot materialet eller materialblandingen, og hvor dette trykk som utøves mot denne materialmengde, deretter ved ekspansjon senkes til et redusert ekspansjonstrykk som er mindre enn dette trykk, spesielt atmosfæretrykk.

Det er kjent at støv- og pulverformede og lignende stoffer kan overføres til former som er lettere å lagre og bedre å anvende ved at de pelleteres. For dette formål blir utgangsmaterialet f.eks. trykket gjennom boringer i matriser hvor det motsetter seg bevegelsen som følge av friksjon, således at materialet blir fortettet. Etter gjennomgangen blir de strenger som er fremstilt på denne måte, avskåret til ønsket lengde ved hjelp av kniver som beveger seg i forhold til matrisen, slik at det oppnås pellets. På denne måte kan f.eks. melformede og pulverformede stoffer som er mindre egnet til å fore dyr med, forarbeides til pellets som er fordelaktig å bruke som for.

Før pelleteringen blir det ofte foretatt en kondisjonering. Hovedformålet med kondisjoneringen er den fordelaktige påvirkning av de fysiologiske egenskaper av foret resp. dettes bestanddeler, dvs. fordøyeligheten for dyrene. For at pelleteringsprosessen skal være vellykket, må det også oftest på forhånd foretas en kondisjonering som har avgjørende inn-flytelse på fortetningsprosessen, bestanddelenes sammen-presningsevne, fastheten av pelletene og dermed forkvaliteten (IFF-rapport nr. 1 "Das Pelletieren von Mischfutter", utgitt av Forschungsinstitut Futtermitteltechnik der Internationalen Forschungsgemeinschaft Futtermitteltechnik e.V. (IFF), Frickenmiihle, 3300 Braunschweig-Thune) .

Kondisjoneringen eller forberedelsen skal utligne ulik råvarefuktighet i blandingen, partiklenes elastisitet skal forbedres, motstanden under formgivningen (fortetningen) skal reduseres, det skal oppbygges adhesjonskrefter ved hjelp av fuktighetsbroer, fastheten skal delvis endres og klebeegen-skaper skal opparbeides.

Den tilsvarende kondisjonering som utføres også for andre materialer enn forstoffer, består oftest i en oppvarming og en fuktighetstilførsel. Ved den såkalte korttidskondisjonering ligger gjennomløpstiden for stoffet gjennom kondisjoneringsinnretningen vanligvis på under 1 minutt, idet kondisjoneringen skjer f.eks. i en blandingsskrueinnretning. Ved langtidskondi-sjonering foretas blandingen først, idet kondisjoneringen deretter skjer i en større beholder hvori materialet beveges forholdsvis lite. Oppholdstiden ved langtidskondisjoneringen er minst 10 minutter, men kan også utgjøre et multiplum av dette. Deretter blir det ofte også foretatt en korttidskondisjonering før innføringen i pelletpressen.

I alle disse tilfellene består det under kondisjoneringsprosessen hovedsakelig atmosfæretrykk. Selv når materialet sam-menpresses fysisk ved hjelp av skruepresser eller lignende, står stoffet alltid mer eller mindre uhindret i forbindelse med den omgivende atmosfære.

En ytterligere ulempe ved de tidligere kjente kondisjonerings-innretninger består i at gjennomstrømningsmengden gjennom kondisjoneringsinnretningen ikke uten videre kan tilpasses de varierende arbeidshastigheter av pelletpressen. Ved plutselig høyere ytelse av pelletpressen burde også gjennomstrømnings-hastigheten gjennom kondisjoneringsinnretningen bli øket, noe som medfører mindre oppholdstid for materialet i denne. Denne mindre oppholdstid kan imidlertid ikke uten videre utlignes ved høyere temperatur eller fuktighet, fordi dampen ved øket damptilførsel delvis ville unnvike før den trenger inn i materialet eller kan inngå i en vekselvirkning med dette.

Hensikten med oppfinnelsen er å skaffe en fremgangsmåte som kan utføres enklere, og som gir pellets hvis mål nøyaktig tilsvarer ønskede mål.

Løsningen ifølge oppfinnelsen består i at kondisjoneringen utføres ved temperaturer på inntil 170°C, spesielt 150°C, og at pelleteringen foretas etter ekspansjonen.

Materialet blir altså komprimert i reaksjonsbeholderen ved hjelp av transportørelementet, f.eks. via en transportør- eller presskrue, slik at det tildannes en materialpropp. Innelukket damp som enten tilføres utenfra eller som oppstår pga. den innelukkede fuktighet ved oppvarming, kan ikke eller bare vanskelig unnvike fra denne materialpropp. På denne måte kan dette damptrykk eventuelt bli betraktelig høyere enn atmosfæretrykket. Temperaturen på materialet kan derfor bli vesentlig høyere enn 100°, uten at reaksjonsbeholderen må lukkes hermetisk, noe som ville hindre eller umuliggjøre den kontinuerlige transport av materiale gjennom denne beholder. Herunder kan det uten videre oppnås temperaturer på 170°C, spesielt opp til 150°C. Fortrinnsvis gjennomføres kondisjoneringen ved temperaturer på ca. 120°C.

Den nødvendige varme kan skaffes utenfra ved utvendig oppvarming av reaksjonsbeholderen, ved hjelp av varmeinnretninger i reaksjonsbeholderen, ved hjelp av friksjonsvarmen under transporten og/eller ved at materialet i det komprimerte området tilføres et fluid i gass- eller væskeform som står under trykk, spesielt vanndamp.

Materialets fuktighetsandel under kondisjoneringen er hensiktsmessig på ca. 10-3 0 vektprosent.

I det komprimerte område har materialet et hovedsakelig konstant trykk.

Bare ved beholderens utløp finner det sted en reduksjon av det trykk som utøves mot det materiale som befinner seg der. Det trykk som utøves mot materialet blir altså redusert bare ved det materiale som forlater eller har forlatt reaksjonsinn-retningen, mens trykkene i reaksjonsbeholderen beholder de opprinnelige verdier, slik at prosessen skjer kontinuerlig.

Ifølge en spesielt enkel utførelsesform benyttes det en reaksjonsbeholder med én eller flere utløpsåpninger. Utløps-åpningen kan f.eks. være én utløpsåpning av en ekstruderer med forholdsvis lite tverrsnitt, slik at det ved utløpet pga. materialtransporten dannes en propp, som til tross for kontinuerlig arbeidsmåte muliggjør at materialet her holdes på et større trykk og dermed en høyere temperatur.

Dersom det angår en ekstruder og det ønskes flere utløps-åpninger, kan disse være boringer i en matrise som materialet strømmer ut av.

Dersom det anvendes en reaksjonsbeholder med én eller flere utløpsåpninger med variabelt tverrsnitt, kan kondisjoneringsprosessen samtidig være optimalt tilpasset pelletpressens arbeidshastighet og/eller andre arbeidsparametre. Slike parametre er strømforbruket for driften av pressen, temperaturen, ekspansjonsgraden, pelletkvaliteten eller andre parametre.

Også når utløpstverrsnittet ikke kan forandres, f.eks. ved en vanlig ekstruderer, kan det selvfølgelig oppnås en styring eller regulering av pelletkvaliteten ved variasjon av andre parametre.

Utløpstverrsnittet kan enten innstilles for hånd eller reguleres automatisk, idet den automatiske regulering skjer avhengig av de ovennevnte parametre eller andre parametre.

Ved en fordelaktig utførelsesform anvendes det en såkalt ekspander.

En slik ekspander er gjort kjent i en annen forbindelse (DE-PS 35 29 229, DE-OS 35 44 298), slik at det ikke er nødvendig med en nærmere beskrivelse av denne ekspanders detaljer. Innholdet av det ovennevnte Offenlegungsschrift som beskriver ekspanderen, skal hermed uttrykkelig gjøres til en del av beskrivel-sen i forbindelse med denne patentsøknad.

Den tidligere kjente ekspander har to formål, nemlig f.eks. forberedelse av oljefrø eller oljefrukter for ekstraksjon av matolje. Ekspanderens oppgave er herunder hovedsakelig fremstilling av mellomprodukter, som skal videreforarbeides først etter mellomlagring og muligens lang tid. Ved den kjente ekspander er det altså først nødvendig å avkjøle og tørke mellomproduktene. For etterfølgende viderebearbeidelse må materialet da først oppvarmes og fuktes.

Under denne kondisjonering skal det oppnås en fortetning til oppnåelse av en høyere løsgodsvekt og en bedre celleoppløsning resp. celleoppbrytning for oppnåelse av en bedre ekstraksjon.

Overraskende kan den kjente ekspander også benyttes til kondisjonering av materialer for pressing av pellets, også umiddelbart før pressingen selv om hensikten med kondisjoneringen der er en helt annen. Ved den kondisjoneringsprosess som foretas før pressingen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal styrken endres ved varmebehandling, råfibrene skal mykgjøres og proteinene skal delvis oppløses for å utløse bindingskrefter. Ifølge oppfinnelsen ble det herunder overraskende funnet at også disse hensikter kan oppnås ved hjelp av den kjente kondi-sjoner ingsprosess . Det er nemlig mulig å oppnå en optimal tilpasning av ekspanderens og pelletpressens arbeidshastigheter. Dersom f.eks. pelletpressens hastighet blir større, kan også gjennomgangshastigheten i ekspanderen økes. For at det likevel skal skje en god kondisjonering, kan samtidig f.eks. fluidets hydrostatiske trykk økes og mer damp tilføres. På grunn av den høyere temperatur som kan oppnås på denne måte, skjer den ønskede kondisjonering da raskere.

Et ytterligere overraskende resultat er at smittestoffer samtidig blir drept og forstoffet derved blir gjort hygienisk eller sterilt ved hjelp av kondisjoneringsprosessen ifølge oppfinnelsen. Heller ikke denne overraskende virkning er foregrepet av den kjente fremgangsmåte eller på noen måte nærliggende i forhold til denne.

Den anvendte ekspansjonsinnretning ifølge oppfinnelsen som funksjonerer som en ekspander, har således den fordel at trykket såvel som temperaturen kan reguleres. Dette er meget viktig for at den kondisjoneringsvirkning hvormed de fysiologiske egenskaper ved foringsstoffene målrettet skal forandres og påvirkes, kan innstilles helt nøyaktig og målrettet. Det er også mulig å regulere gjennomstrømningsmengden, noe som ikke er mulig eller i det minste ikke er mulig i tilstrekkelig grad i forbindelse med pelletpresser som er montert foran, eller ekstruderere. Den ytterligere fordel som består i at ekspan-sjonsinnretningen kan monteres umiddelbart foran pelletpressen, består i at det materiale som forlater ekspanderen ikke først må kjøles og tørkes og deretter påny oppvarmes og fuktes, men at det uten tap av tid og kvalitetsforringelse straks kan forarbeides videre.

Den sistnevnte fordel og flere av de ovennevnte fordeler opptrer herunder ikke bare i forbindelse med en ekspander med regulerbart tverrsnitt, men også ved fremgangsmåter hvor det benyttes konstante tverrsnitt.

Det er imidlertid ikke ubetinget nødvendig å anvende den ovennevnte ekspander i forbindelse med oppfinnelsen. Som det allerede ble nevnt ovenfor kan tvertimot damptilførselslednin-gene utelates når materialet oppvarmes til tilstrekkelig høye temperaturer på annen måte.

Kondisjoneringen kan utføres ved temperaturer på inntil 170°C og kontrollert fuktighet. Herunder kan kondisjoneringen utføres selektivt på en slik måte at skadelige enzymer ødelegges eller gjøres uvirksomme, men at kvaliteten av verdifulle stoffer, f.eks. proteiner, likevel ikke reduseres.

I mange tilfeller blir det bearbeidet en blanding av forskjellige stoffer til for. I dette tilfelle kan det være hensiktsmessig å kondisjonere bare en del av strømmen av det materiale som skal presses i ekspanderen. Dette er f.eks. tilfellet når en delstrøm må kondisjoneres resp. bearbeides under høye temperaturer og trykk, for å ødelegge f.eks. skadelige enzymer. En annen del kan underkastes en mer skånsom, konvensjonell kondisjonering, for at stoffene av denne delstrøm ikke blir skadet. Således ville spesielt f.eks. verdifulle proteiner eller vitaminer ikke bli ført gjennom enspanderen. I mange tilfeller behøver en delstrøm av materialet slett ikke kondisjoneres, dersom materialet allerede foreligger i egnet form for pelletering resp. for tilsetning til hovedmaterialet.

Om alt materialet eller bare en delstrøm skal ledes gjennom ekspanderen og kondisjoneres der, avhenger av egenskapene av de enkelte materialbestanddeler såvel som om disse materialbestanddeler foreligger adskilt eller allerede er blitt blandet på forhånd.

Ved en fordelaktig utførelsesform for en innretning til utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kondi-sjoner ingsinnretningen og pelletpressen direkte sammenbygget, slik at det kondisjonerte materiale kan strømme rett inn i pelletpressen, f.eks. falle inn i denne, når kondisjoneringsinnretningen er anordnet over pressen. Som utløpsåpning kan kondisjoneringsinnretningen herunder ha en ringspalte, en flat spalte eller andre typer av innsnevrede utløpsåpninger. Pelletpressen kan være en flatmatrisepresse eller en ringmatrisepresse. Dersom kondisjoneringsinnretningen og pelletpressen er adskilt i rommet, blir det hensiktsmessig anordnet en kontinuerlig transportør mellom de to innretninger, spesielt en skruetransportør, en skrapetransportør, et pneumatisk transportøranlegg, en båndtransportør eller en annen, i og for seg kjent transportør. Også flere slike transportører kan anordnes etter hverandre dersom den romlige plassering krever dette.

Spesielt i det tilfelle hvor materialet forlater kondisjoneringsinnretningen i strengform, kan det mellom kondi-sjoner ingsinnretningen og pelletpressen være anordnet en findelingsinnretning som findeler materialet på en slik måte at det kan forarbeides fordelaktig i pressen.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen som viser fordelaktige utførelses-former.

Fig. 1 er et riss som viser det prinsippielle oppbygning

av en i og for seg kjent pelletpresse.

Fig. 2 er et riss som viser en utførelsesform av en

innretning med en flatmatrisepresse ifølge oppfinnelsen.

Fig. 3 er et riss som viser en annen fordelaktig ut-førelsesform med en ringmatrisepresse. - Fig. 4 er et riss som viser en annen type av forbindelsen mellom kondisjoneringsinnretningen og pelletpressen.

Til bedre forståelse av oppfinnelsen skal først den kjente oppbygning av en pelletpresse 2 0 beskrives nærmere under henvisning til fig. 1.

På et maskinstativ 1 er det festet en flatmatrise 2 med boringer 3 gjennom hvilke det trykkes et materiale som er sammenpresset ved hjelp av kantløperruller 4. Utgangsmaterialet, som f.eks. kan være støvformet, blir herunder ifylt ovenfra gjennom åpningen 5 i huset 6. Huset 6 er likeledes festet til maskinstativet 1.

Til maskinstativet 1 er det på en måte som ikke er vist på figuren, festet et dreiebord 7, som står i forbindelse med en likeledes ikke vist drivinnretning. Dette dreiebord kan sammen med en med dette forbundet vertikalaksel 8 dreies om en vertikal akse på fig. 1 ved hjelp av drivinnretningen.

Et kantløperhode 9 er festet på vertikalakselen 8 på en slik måte at det ikke kan dreie i forhold til denne (det kan bare dreie seg med denne), men det kan imidlertid forskyves aksialt

på vertikalakselen 8 og innstilles i høyden ved hjelp av fjærer 10, en hydraulikkmutter 11 og avstandsringer 12 ved innpressing eller avtapping av hydraulikkvæske via ledningen 13 inn i resp. fra hydraulikkmutteren 11. Kantløperrullene er festet til kantløperhodet 9 på aksler 14, slik at de kan dreie seg fritt om disse aksler og dermed kan rulle på matrisen resp. material-skiktet ved dreining av kantløperhodet 9 om sin vertikale akse. Videre er det forsynt med rifler resp. materialopptagningsspor 15 for å lette presseprosessen.

Det pressede materiale strømmer i strengform gjennom hullene 3 av matrisen 2 og blir delt i stykker ved hjelp av avbryter-innretninger 16 som roterer sammen med kantløperhodet.

Fig. 2 viser en utførelsesform for innretningen ifølge oppfinnelsen, hvor det er anordnet en kondisjoneringsinnretning 40 over pelletpressen 20. Denne kondisjoneringsinnretning har et sylindrisk hus 21 og en påfyllingsåpning 22. I huset 21 er det anordnet en skruetransportør 23 som kan drives av en motor 24. Inn i veggen av huset 21 er det ført flere ledninger 25, hvorigjennom det kan innføres damp fra en dampkilde 26. Damptilførselen gjennom ledningene 25 kan herunder styres eller reguleres via ventiler 27 ved hjelp av innretninger som ikke er vist på figuren.

Ved utløpet har huset 21 en innsnevring 28 som kan lukkes helt eller delvis med en konusformet ventiltallerken 29. Konus-tallerkenen 29 blir herunder trykket mot åpningen 28 ved hjelp av et hydraulikkstempel 30 for å skaffe et mottrykk mot materialet. Hydraulikktrykket blir frembragt ved hjelp av en innretning 31 som i sin tur blir styrt av en styre- og reguleringsenhet 32. Denne styre- og reguleringsenhet 32 påvirker også dampkilden 26. På den nedre del av fig. 2 er det vist at pelletpressen 2 0 er drevet av en motor 17 som driver et snekketannhjul 18, som i sin tur driver en tannkrans 19, som er fast forbundet med vertikalakselen 8.

Innretningens virkemåte er som følger: Det materiale som skal presses blir ført inn i påfyllingsåpningen 22 i retningen for pilene 3 3 og herunder av skruen 23 som drives av motoren 24, trykket mot høyre mot åpningen 28. Damp blir ført inn gjennom dampledningene 25 for å oppvarme materialet. Da det dannes en materialpropp i nærheten av skruens utløp, er trykket her høyere enn atmosfæretrykket, slik at det kan frembringes materialtemperaturer på over 100°C, hvorved materialet blir kondisj onert.

Det således kondisjonerte materiale faller deretter i retningen for pilene 34 inn i pelletpressen 20, blir der sammentrykket og forlater denne i retningen for pilen 35. Overskytende damp som strømmer ut av kondisjoneringsinnretningen 40 sammen med materialet, kan forlate innretningen gjennom en dampåpning 36 i retningen for pilen 37.

I den på fig. 3 viste utførelsesform er pelletpressen 20 en ringmatrisepresse, hvor kantløperruller 4 ruller av på en ringformet matrise 3. Ved denne utførelsesform er det også vist en ekstern oppvarmingsinnretning 3 8 som kondisjoneringsinnretningen 4 0 kan oppvarmes med utenfra ved hjelp av en energikilde 39. Oppvarmingen kan herunder skje ved hjelp av damp, induk-tivt, ved hjelp av motstandsoppvarming eller på annen kjent måte. Selvfølgelig kan det også være anordnet oppvarmingselementer inne i kondisjoneringsinnretningen 40. Dersom det er anordnet slike oppvarmingselementer 38, kan eventuelt også damptilførselsledningene 25 sløyfes.

Ved den på fig. 4 viste utførelsesform er kondisjoneringsinnretningen 40 og pelletpressen 20 anordnet på innbyrdes avstand. Mellom begge innretninger befinner det seg en båndtransportør 60 som er drevet av en ikke vist motor. På fig. 4 er det også antydet en findelingsinnretning 41 med hvilken det strengeformede materiale som strømmer ut av kondisjo-ner ingsinnretningen 40 kan findeles, for at det kan strømme inn i pelletpressen 20 i en tilstand som muliggjør optimal pressing.

Som allerede nevnt kan kondisjoneringshastigheten tilpasses bearbeidelseshastigheten av pelletpressen 20 ved regulering av omdreiningstallet av motoren 24 av kondisjoneringsinnretningen 40. For at kondisjoneringen likevel skal finne sted under gunstige betingelser, kan tilførselen av damp til kondi-sjoner ingsinnretningen reguleres tilsvarende.

Under sammenligningsforsøk ble forskjellige forstoffer presset med og uten kondisjoneringsinnretningen. Oppholdstiden i kondisjoneringsinnretningen 40 var herunder 2 sekunder, temperaturen på huset 21 var 122°C, mens damptrykket i kondisjoneringsinnretningen 40 (ekspanderen) var på 3 0 bar. Resultatene var som følger:

Som det fremgår av tabellen er de pellets som er fremstilt under anvendelse av ekspanderen ikke bare vesentlig mer motstandsdyktig mot slitasje eller gnidning, men har også en høyere Kahl-hårdhet. Videre blir også bakterieantallet senket drastisk. På denne måte kan f.eks. Salmonella-bakterier som inneholdes i råmaterialet, drepes effektivt.

Sammenfattende kan det sies at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør en bedre og enklere kondisjonering samt en billigere utførelse av denne. Ved en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen skaffes det en ny anvendelse for en kjent ekspander som på overraskende og meget fordelaktig måte muliggjør en god kondisjonering av materialer for pelletpresser, noe som fører til en bedre forverdiutnyttelse.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til pelletering av forstoffer, hvor det materiale eller den materialblanding som skal pelleteres blir kondisjonert i en reaksjonsbeholder under forhøyet temperatur før pelleteringen, hvor materialet i reaksjonsbeholderen komprimeres under påvirkning av et transportørelement, slik at det ved utløpsenden av reaksjonsbeholderen innstiller seg et arbeidstrykk som utøves mot materialet eller materialblandingen, og hvor dette trykk som utøves mot denne materialmengde deretter ved ekspansjon senkes til et redusert ekspansjonstrykk som er mindre enn dette trykk, spesielt atmosfæretrykk, karakterisert ved at kondisjoneringen utføres ved temperaturer på inntil 170°C, spesielt 150°C, og at pelleteringen foretas etter ekspansjonen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at materialet i det komprimerte område tilføres et fluid i gass- eller væskeform, idet fluidet står under trykk.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det som fluid anvendes vanndamp.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kondisjoneringen utføres ved temperaturer på ca. 120°C.

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at materialet under kondisjoneringen har en fuktighetsandel på ca. 10-30 vektprosent .

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at bare en delstrøm av det materiale som skal komprimeres i reaksjonsbeholderen, blir kondisjonert.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at det anvendes et reaksjonsapparat som er kjennetegnet ved et ventilelement som er utformet som et mottrykkshode, som lukker eller i det minste innsnevrer reaksjonsbeholderens utløpsåpning under arbeids-trykkets (P) oppbygningsfase, og som er tilkoblet et mottrykkselement.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at det anvendes et mottrykkselement, hvis trykkvirkning <p1>' utøves mot be-holdertrykket P inntil kravet P > P'» er innfridd, slik at mottrykkshodet beveger seg bort fra beholderutløpsåpningen, og mottrykkshodet, etter innstilling av dette krav resp. etter at forholdet P < P<11> opptrer første gang, påny bringes til lukkestillingen pga. mottrykket P'• som nå er større enn P, og det innstiller seg en likevekt P = P<11>, noe som medfører en konstant materialutstrømning via den utløpsspalte som er tildannet mellom det tilbaketrukne mottrykkshode og beholder-endeflensen.