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Verfahren und Vorrichtung zum Auspressen von Flüssigkeit aus pflanzlichen Substan- zen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auspressen von Flüssigkeit aus pflanzlichen Substanzen, z. B. Zuckerrübenbrei, Cellulosebrei und Früchten.
In der Zuckerindustrie wird der Saft aus dem Zuckerrübenbrei gewöhnlich mit Hilfe von Pressen verschiedener Ausführungsarten entfernt. So ist es allgemein üblich, für diesen Zweck Schneckenpressen zu verwenden, in denen der Brei aufeinanderfolgende Presskammern passiert, deren Wand zum Ablauf der Flüssigkeit siebartig ausgebildet sind. Die Presskammern sind zwischen einer Schnecke mit nach aussen vorstehenden Schneckengängen und einen Umhüllungsmantel angeordnet.
Die Presskammern sind dabei durch zwischengefügte Widerstandselemente, durch die verhindert wird, dass sich der Brei mit der Schnecke dreht, voneinander getrennt. Mit diesen Pressen ist es möglich, einen Trockensubstanzanteil zu erzielen, der höchstens etwa 18 /o (Gewicht) beträgt. Da jedoch der Rübenbrei nach dem Pressen oft bis zu einem Trockenzubstanzanteil von 85 bis 901)/o (Gewicht) getrocknet werden muss, müssen beträchtliche Wassermengen verdunstet werden, so dass der Trockenvorgang sehr kostspielig ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Erzielung einer erhöhten Flüssigkeitsextraktion bei derartigen Schneckenpressen, wobei die Erfindung auf der durch Versuche erzielten Erkenntnis beruht, dass ein wesentlich höherer Trockensubstanzanteil bei Schneckenpressen erzielbar ist, wenn die Druckstufen während des Durchgangs des Rübenbreis durch die Presskammern in einem bestimmten Verhältnis zueinander gewählt werden und der Druck in der letzten Presskammer und in Abhängigkeit davon auch in andern Presskammern in einer bestimmten Weise geregelt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen sowie den Ansprüchen zu entnehmen.
Mehrere Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, es zeigen : Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer Presse gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 einen Teilschnitt der Absperrvorrichtung, Fig. 3 einen Teilgrundriss der Absperrscheibe in vergrössertem Massstab, Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Schnecke, Fig. 5 ein der Presse nach Fig. 4 entsprechendes Diagramm, Fig. 6 und 7 und Fig. 8 und 9 ähnliche Darstellungen wie die der Fig. 4 und 5, jedoch zweier abgeänderter Schneckenformen zur Erzielung eines höheren Trockensubstanzanteils.
Gemäss Fig. 1-5 ist ein nach unten im Durchmesser zunehmender, drehbar gelagerter Körper oder Schnecke 1 mit vier Paar Schneckengängen Si'S2'Sa und S4 versehen, welche durch einen feststehenden zylindrischen Siebmantel 3 dicht umschlossen sind. Der Siebmantel 3 ist innerhalb eines äusseren zylindrischen Mantels 4 angeordnet. Der Raum zwischen den Zylindern 3 und 4 ist durch dazwischenliegende Wände 2 in drei Abteilungen aufgeteilt, aus denen der aus dem Zukkerrübenbrei extrahierte und durch die Siebflächen gedrückte Saft durch die Auslässe 5, 6 und 7 abgezogen wird.
Zwischen den Schneckengangpaaren sind drei Widerstandselemente in Form von kurzen Führungsplatten 8 vorgesehen und entfernbar am äusseren Mantel 4 befestigt, so dass der Raum innerhalb des Siebzylinders 3 in vier Presskammern Pl, P2, Pg und P4 aufgeteilt ist. Die
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Die Schnecke ist in einem oberen Lager 9 gelagert und weist eine obere Verlängerung 10 auf, welche Rührelemente 11 trägt. Diese Rührvorrichtung bearbeitet den in einem Behälter 12 enthaltenen Rübenbrei, wobei der Behälter 12 zylindrische Wände 13 mit dem gleichen Durchmesser wie der Siebzylinder 3 aufweist. Der Behälter weist eine Verjüngung 14 auf, die sich nach oben erstreckend in eine Zuführrinne 15 mit einer Zuführungsschnecke 16 einmündet.
Das untere Ende der Schnecke ist in einem Lager 17 gelagert, das in der oberen Wand eines Gehäuses 18 angeordnet ist. Das Gehäuse 18 dient als Grundplatte für die Presse und enthält ein Rädergetriebe 19, 20, welches die Schnecke 1 mit einem Motor 21 verbindet.
Die beiden Zylinder 3 und 4 sind mit ihren unteren Enden an einem Endring 22 befestigt, der auf einer Stützscheibe 23 ruht, wobei zwischen ihnen eine drehbare Absperrscheibe 24 angeordnet ist, die zum Verstellen der Auslassöffnungen 25 für den Rübenbrei und in Abhängigkeit davon ebenfalls zur Änderung des Druckes in den verschiedenen Presskammern dient. Wie in Fig. 2 und
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3 gezeigt, weist die Absperrscheibe 24 im wesentlichen rechteckige Offnungen 26 und die Stützscheibe 23 entsprechende öffnungen 27 auf.
Mittels eines Handrades 28 und einer durch eine feste Lagerung geschraubten Spindel kann die Absperrscheibe 24 verdreht werden, so dass die Auslass- öffnungen 25 zwischen der Schnecke 1 und den Siebzylindern 3 von "vollständig offen" bis "ge- schlossen" verändert werden können, wobei die
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Schnecke erstreckt, so dass über dem Boden ein Raum zum Sammeln des Rübenbreis entsteht.
Die oben beschriebene Presse arbeitet folgendermassen :
Rübenbrei wird durch die Zuführungsschnecke 16 in den Behälter 12 eingeführt, wo er durch die Rührelemente 11 zur weiteren Zuführung in die Siebzylinder verteilt wird. Das Volumen des Behälters 12 sollte so gross bemessen sein, dass er nicht vollständig entleert werden kann, falls die Zuführung des Rübenbreis durch die Schnecke ungleichmässig ist. Es hat sich erwiesen, dass es bei normalen Anlagen genügt, wenn das Volumen des Behälters so gross ist, dass der Rübenbrei wenigstens sieben Minuten darin verbleibt, wenn die Presse mit ihrer normalen Maximalleistung arbeitet. Der Behälter kann in solchem Falle bei gelegentlichen Unregelmässigkeiten in der Zuführung von Rübenbrei zur Presse nicht leer werden.
Vom Behälter 12 tritt der Rübenbrei in die Presskammer P, ein, wo er von den beiden Schneckengängen S1 ergriffen und nach unten gegen den Siebzylinder 3 gedrückt wird. Die durch das Sieb hindurchtretende Flüssigkeit fliesst durch das Rohr 5 ab. Um zu verhindern, dass sich der Rübenbrei in der Presskammer P 1 zu sehr mit der Schnecke 1 dreht, sind die Widerstände 8 unmittelbar unter den Schnek- kengängen angeordnet. Sie unterbinden dadurch die Drehbewegung und führen die Masse derart, dass sie sich in einem leicht schraubenförmigen Weg abwärts bewegt. Von der Press kammer P 1 durch- läuft die Masse unter ständigem Flüssigkeitsentzug die verbleibenden Presskammern P2, P3 und P 4'zwischen denen sie durch vier Widerstände geführt wird.
Von der Presskammer P 4 gelangt die Masse durch die Absperrvorrichtung 22,23 zum Sammelraum 31, von wo sie durch nicht dargestellte Mittel, z. B. eine Kratze, entfernt wird.
In Fig. 4 ist eine Form der Schneckenpresse 1 mit dem Siebzylinder 3 und vier Pressenkammern
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jede Presskammer mit je zwei Schneckengängen S"S., S"S, versehen ist und ein entsprechendes Volumen V1, V2, V3, V4 aufweist. Diese Volumina würden die gleichen wie die Volumina des durch die Presskammern bei jeder Umdrehung der Schnecke hindurchgehenden Rübenbreis sein, wenn die Verschiebung des Rübenbreis genau axial wäre und wenn in jeder Presskammer nur ein Schnekkengang vorgesehen wäre, dessen Steigung gleich der Höhe der Kammer wäre.
Bei zwei Schneckengängen mit doppelt so gro- sser Steigung ist jedoch unter gleichen Bedingungen das hindurchgehende Rübenbrei-Volumen bei jeder Umdrehung der Schnecke zweimal so gross wie das Volumen der Presskammer. Wenn die Schnekkengangzahl allgemein mit "i" bezeichnet wird, betragen in diesem Falle die Schneckengänge in den verschiedenen Kammern il = i2 = 13 t4 = 2. Da die Presskammern in diesem Beispiel alle eine gleichgrosse Siebfläche aufweisen, ist ersicht-
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ten, wie die Volumina V.
Das Verhältnis der Quotienten Q für die verschiedenen Presskammern ist von besonderer Bedeutung für die Erfindung, wobei jedoch bei der in Fig. 4 dargestellten Schnecke die Verhältnisse zwischen den Quotienten gleich den Verhältnissen zwischen den Volumina V sind. In Fig. 5 sind daher die Volumina der Presskammern schematisch als Flächen der Rechtecke V1, V2, V3, V4 dargestellt. Da die Rechtecke weiterhin gleiche Höhen aufweisen, ist das Verhältnis ihrer Flächen gleich dem Verhältnis zwischen ihren horizontalen Längen bzw. Breiten. Der Quotient von V1 : V4 sollte in diesem Beispiel gemäss der Erfindung wenigstens 4 betragen und der Quotient von V1 : V2 soll grösser sein als der von Vs : viz wobei aus der Zeichnung hervorgeht, dass die Schnecke diesem Erfordernis entspricht.
Wenn in den verschiedenen Presskammern das Volumen V, die Siebflächen A und die Gangzahl i veränderlich sind, wurde nach langwierigen Untersuchungen allgemein bei einer Presse mit n Presskammern festgestellt, dass der Rübenbrei in den verschiedenen Kammern bis zu einem Grad gequetscht und zusammengedrückt werden muss,
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das Verhältnis der Quotienten Q1 : Q2 der beiden ersten Presskammern P, und P, grösser sein sollte als das entsprechende Verhältnis der Quotienten Q"-1 : Qn für die beiden letzten Presskammern
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wie Q2 und wenigstens dreimal so gross wie Qj ;.
Die extrahierte Flüssigkeitsmenge hängt vom Druck in der letzten Presskammer ab, wobei das beste Ergebnis dann erzielt wurde, wenn dieser Druck wenigstens 2, 5 atü betrug.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Druck von Kammer zu Kammer zuerst langsam und im wesentlichen linear und zum Ende hin schneller als linear zunimmt,
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wobei dieses Ergebnis bei einer Presse gemäss der Erfindung durch Regeln des Auslasses mittels der Absperrvorrichtung erzielt werden kann.
In Fig. 6 ist eine ähnliche Schneckenpresse mit sechs Presskammern P Pg, Pg, P Pu, po gezeigt, die eine konstante Anzahl Schneckengänge 51, 52, 53, 54, 55, 56 aufweisen. Im Gegensatz zu Fig. 4 ist jedoch die Höhe der Presskammern nicht konstant, sondern nimmt ebenso wie die Siebflächen
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Die Erfordernisse bezüglich der Beziehungen zwischen den Volumina, wie es in Verbindung mit dem nach Fig. 4 beschriebenen Beispiel angegeben ist, ist hier auf die Quotienten
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anwendbar.
Um dies darzustellen, zeigt Fig. 7 schraffierte Rechtecke, deren Flächen den Volumen Vl, V2, Vg, V4, Vg und V6 entsprechen. Diese Rechtecke sind bis zu senkrecht gestrichelten Linien verlängert, wobei deren Abstand von der vertikalen Achse des Diagramms den Quotienten von
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entsprechen, welche auf der horizontalen Achse des Diagramms abgelesen werden können. Die fol-
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In Fig. 8 und 9 ist in gleicher Weise eine weitere, abgeänderte Presse mit acht Presskammern Pi - P8 dargestellt. Diese Kammern haben gleiche Höhe und gleiche Siebflächen. Die Schnecke
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Rechtecke bis zu vertikal gestrichelten Linien verlängert sind, deren Abstände von der vertikalen Achse V. i darstellen. Aus dem Diagramm geht hervor, dass das Verhältnis zwischen den Werten V. i der Kammern gleich den Verhältnissen zwischen den Werten von Q ist und den Zahlen 8 : : 4 : 2, 7 : 1, 8 : 1, 6 : 1, 4 : 1, 2 : 1 entspricht, wohingegen die Verhältnisse zwischen den wirklichen Volumina 8 : 8 : 5, 3 : 1, 8 : 1, 6 : 1, 4 : 1, 2 : 1 sind.
Es wurde festgestellt, dass diese Beziehungen zwischen den Werten von V. i der Kammern eine sehr gute Flüssigkeitsextraktion ergibt, und wenn die Absperrvorrichtung so eingestellt wird, dass in der Kammer P 8 wenigstens ein Druck von 2, 5 atü erzeugt wird, der Rübenbrei bis zu einem Trokkensubstanzteil von 30 bis 50 /o (Gewicht) oder mehr gepresst werden kann.
Wenn nun das Volumen V sowohl wie die Gangzahl i und die Siebfläche A in einer Presse mit n Presskammern sich verändern, sollten die folgenden Verhältnisse gemäss der Erfindung vorzugsweise wenigstens den nachfolgend aufgeführten Werten entsprechen :
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäss der Erfindung können auf verschiedene Weise abgeändert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. So können z. B. von drei bis zu zehn oder mehr Presskammern verwendet werden. Insbesondere in Verbindung mit einer grossen Anzahl von Presskammern kann ein grö- sserer Wert des Verhältnisses :
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wie z. B. 12 bis 18 von Vorteil sein.
Obgleich in den Beispielen nur der Zylinder 3 perforiert als Siebwand dargestellt ist, kann natürlich auch der Körper der Schnecke 1 zum selben Zweck perforiert sein, wobei in diesem Fall die Wirtschaftlichkeit oder Leistung der Presse noch grösser sein wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Auspressen von Flüssigkeit aus pflanzlicher Substanz, während sie aufeinanderfolgende Presskammern passiert, deren Wände für den Ablauf der Flüssigkeit als Sieb ausgebildet sind, wobei die Kammern zwischen einer Schnecke mit nach aussen vorstehenden Schneckengängen und einem Umhüllungsmantel angeordnet und durch zwischengeschaltete Widerstandselemente voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Substanz in den verschiedenen Kammern bis zu solch einem Grad gequetscht und zusammengedrückt wird, dass der Quotient aus dem Volumen der Substanz in der ersten Presskammer multipliziert mit der Anzahl der Schneckengänge in dieser Kammer und der Siebfläche der Kammer wenigstens viermal so gross als der entsprechende Quotient für die letzte Presskammer ist,
und dass das Verhältnis der Quotienten für die zwei ersten Presskammern grösser ist als das entsprechende Verhältnis der Quotienten für die zwei letzten Presskammern.