DD236003A1

DD236003A1 - Anlage zur durchfuehrung von roestprozessen mit einem wirbelschichtroester

Info

Publication number: DD236003A1
Application number: DD27490585A
Authority: DD
Inventors: Peer Hosenthien; Joerg Kliefoth; Lothar Krell; Hans-Joachim Kuenne; Joachim Lochmann; Wolfgang Michel; Lothar Moerl; Lothar Roebert; Winfried Seifert; Juergen Willkomm; Manfred Winkelmann
Original assignee: Stassfurt Veb Chemieanlagenbau
Priority date: 1985-04-08
Filing date: 1985-04-08
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3609614A1

Abstract

Anlage zur Durchfuehrung von Roestprozessen mit einem Wirbelschichtroester, die vorzugsweise in der Nahrungsgueterwirtschaft, aber auch in der chemischen und pharmazeutischen Industrie anwendbar ist. Ziel ist es, Roestprozesse in einem breiten technologischen Arbeitsregime, dem jeweiligen Produkt optimal angepasst, verwirklichen zu koennen und alle Teilchen des eingesetzten Rohproduktes gleichermassen zu behandeln. Fuer die einzelnen Verfahrensstufen sind intensive aber einfach zu handhabende Wirkprinzipien energie- und materialsparend anzuwenden. Daraus leitet sich die Aufgabe ab, eine Roestanlage mit kleinem spezifischen Raumbedarf und variabel zu gestaltetem Roestregime zu entwickeln. Teilweise soll der Ablauf verschiedener technologischer Stufen in einem Behandlungsraum moeglich sein. In der erfindungsgemaessen Anlage sind ein Wirbelschichtroester mit einfacher und vollstaendiger Entleerungsmoeglichkeit sowie ein Wirbelschicht-Kuehl-und-Klassierapparat, in dem gleichzeitig die Kuehlung des Roestproduktes und die Abtrennung von Fremdgut erfolgt, integriert. Die Fuehrung des Heissgasstromes waehrend des chargenweisen Betriebes der Roestanlage erlaubt einen oekonomischen Energieeinsatz bei guter Triebkraftnutzung fuer den Roestprozess.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist vorzugsweise in der Nahrungsgüterwirtschaft, aber auch in der chemischen und pharmazeutischen Industrie anwendbar.

Charakterisierung der bekannten technischen Lösungen

Es sind bereits verschiedenartige Anlagen zur Durchführung von Röstprozessen mittels Wirbelschichtapparaten bekannt. Die Röstung in der Wirbelschicht besitzt gegenüber der Röstung in Vorrichtungen mit drehenden Trommeln, Kugeln oder Schalen den Vorteil der gleichmäßigeren und schonenden Röstung bei geringen Prozeßtemperaturen und kurzen Röstzeiten. Um gleiche Verweilzeiten für alle zu röstenden Teilchen zu garantieren, werden diese Anlagen zum Teil im Chargenregime betrieben, indem im Wechsel die Arbeitstakte Befüllen, Rösten und Entleeren ablaufen. Die Effektivität des Röstprozesses und die Qualität des Röstproduktes, insbesondere bei der Röstkaffeeherstellung, ist sowohl von der Intensität der Fluidisation der Wirbelschicht und dem damit verbundenen intensiven Wärme- und Stoffübergang an der Teilchenoberfläche als auch vom schlagartigen und vollständigen Abbruch des Röstprozesses beim Erreichen der gewünschten Parameter des Röstproduktes und dessen sofortiger und schneller Kühlung abhängig.

In der DE-OS 3116723 erfolgt die Wirbelschichtröstung außerhalb eines fest eingespannten, schräg angeordneten Siebbodens. Zum Abschluß des Röstprozesses wird der Röstkaffee aus einer seitlich oberhalb des Siebbodens befindlichen Entleerungsklappe aus der Röstkammer hinaustransportiert, wobei der Röstgasstrom an der Röstkammer vorbeigeleitet wird. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, daß auf Grund des einseitig geneigten Siebbodens eine stark unsymmetrische und inhomogene Fluidisation in der Röstkammer erzeugt wird.

In der DD-WP 160209 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine Rost- und Kühlkammer übereinander angeordnet sind und jeweils mit einem inneren und äußeren Anströmboden versehen sind. Der innere Anströmboden ist jeweils als Klappe ausgeführt, durch die das Röstprodukt entleert werden kann. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist ihr turmartiger Auf bau und die damit verbundene große Bauhöhe.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Röstprozesse in einem breiten technologischen Arbeitsregime, dem jeweiligen Produkt optimal angepaßt, verwirklichen zu können und alle Teilchen des eingesetzten Rohproduktes gleichermaßen zu behandeln. Für die einzelnen Verfahrensstufen sind intensive aber einfach zu handhabende Wirkprinzipien energie- und materialökonomisch

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, durch Einbindung kompakter, insbesondere eine vergleichsweise geringe Höhe beanspruchender Apparate, welche teilweise den Ablauf verschiedener technologischer Stufen in einem Behandlungsraum erlauben, eine chargenweise zu betreibende Röstanlage mit kleinem spezifischen Raumbedarf zu entwickeln, in der für den Produkttransport auch die Schwerkraft genutzt wird, und deren Röstregime variabel gestaltet werden kann. Gleichzeitig ist zu erreichen, daß das Röstprodukt mindestens bis auf 10°C über Umgebungstemperatur gekühlt wird und die gesamte Anlage automatisch zu betreiben ist.

Erfindungsgemäß löst diese Aufgabe eine Anlage zur Durchführung von Röstprozessen mit einem Wirbelschichtröster, dessen Anströmboden segmentweise zusammengesetzt ist. Er besteht einmal aus einem an der Apparatewand starr befestigten und gegenüber der Horizontalen vom Rohprodukteintritt zum Röstproduktaustritt geneigten perforierten Segment. Ein zweites, ebenfalls starr an der Apparatewand befestigtes perforiertes Segment ist von der Apparatewand mit dem Röstproduktaustritt schräg nach unten zum ersten Segment gerichtet, wobei zwischen beiden Segmenten ein Spalt verbleibt. Diesen füllt ein drittes, ebenfalls perforiertes, aber zu öffnendes und zu schließendes Absperrsegment aus. Dem Wirbelschichtröster sind heißgasseitig eine Brennkammer, ein Gasmischer sowie ein heißgehender Lüfter vor- und ein Feingut abscheidender Zyklon nachgeschaltet. In der Wirbelkammer, über dem Anströmboden, befindet sich eine Flüssigkeitsverteilungsvorrichtng. Produktseitig ist der Wirbelschichtröster oberhalb des Anströmbodens mit einer Rohproduktvorlage und unterhalb mit einem Wirbelschicht-Kühlund-Klassierapparat verbunden. Die zugehörigen Roh- und Röstproduktleitungen weisen gegenüber der Horizontalen mindestens eine Neigung von 30° auf. Dem Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat, der einen auf pneumatischer Basis klassierend wirkenden Fremdgutabzug besitzt, folgen kaltluftseitig ein Röstprodukt abscheidender Zyklon und ein kaltgehender Lüfter.

Zwischen der Abzugs- und der Fluidisierungsluftzuführungsleitung des Wirbel-Kühl-und-Klassierapparates ist eine Verhältnisregeleinrichtung, bestehend aus einem Verhältnisregler und je einem Durchflußregelorgan in jeder der beiden Leitungen, eingebaut.

In der Abgasleitung des Feingut abscheidenden Zyklons befindet sich ein Durchflußabsperrorgan und als Abschluß ein Durchflußregelorgan. Ausgehend von dieser Abgasleitung, zwischen dem letztgenannten Durchflußabsperr- und Durchflußregelorgan beginnend, führt eine Rezirkulationsleitung zum Gasmischer. Eine Stichleitung existiert zwischen der Rezirkulationsleitung und der Druckseite des heißgehenden Lüfters. Außer den bereits genannten befinden sich Durchflußabsperrorgane in den Rost- und Rohproduktleitungen, in der Stichleitung sowie zwischen der Einmündung der Stichleitung in die Druckseite des heißgehenden Lüfters und dem Heißgaseintrittsstutzen des Wirbelschichtrösters. Ein weiteres Durchflußregelorgan ist zwischen der Einmündung der Stichleitung in die Rezirkulationsleitung und dem Gasmischer angeordnet. Dieses Durchflußregelorgan ist mit einem Druckregler, der sich in der Rauchgasleitung zwischen der Brennkammer und dem Gasmischer befindet, verbunden.

Der heißgehende Lüfter zieht die Luft-, Heizmedium, Rauchgas- und Röstgasströme durch die Brennkammer sowie durch den Gasmischer und drückt sie als Heißgasstrom in den Wirbelschichtröster. Nachdem er dessen Anströmboden durchströmt hat, fluidisiert und röstet er das vorher aus der Rohproduktvorlage zugeführte Rohprodukt. Im Feingut abscheidenden Zyklon gereinigt, gelangt der Heißgasstrom zurück in den Gasmischer. Zum Abbruch der Röstung mit Hilfe der Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung auf das Röstprodukt aufgebrachte Flüssigkeit verdampft, wodurch ein Druckanstieg eintritt. Als Folge verläßt durch die Abgasleitung des Feingut abscheidenden Zyklons sowie durch die in der Abgasleitung vorhandenen Durchflußabsperr- und Durchflußregelorgane Abgas die Röstanlage. Ein Öffnen des Durchflußsperrorganes in der Stichleitung und darauffolgendes Schließen der Durchflußabsperrorgane in der Abgasleitung des Feingut abscheidenden Zyklones und vor dem Heißgaseintrittsstutzen des Wirbelschichtrösters trennt letzteren von der Heißgaszufuhr. Das Heißgas kreist nur noch in der Rezirkulations- und in der Stichleitung. Anschließend gelangt das Röstprodukt, nachdem das Absperrsegment des Wirbelschichtrösters und die Durchflußabsperrorgane in der Röstproduktleitung geöffnet wurden, durch diese in den Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat. Der kaltgehende Lüfter zieht die Fluidisierungs- und Abzugsluft durch den Wirbelschicht-Kühler-und-Klassierapparat und den Röstprodukt abscheidenden Zyklon. Dabei wird das Röstprodukt gekühlt. Während der Kühlung stellt der Verhältnisregler das Durchflußregelorgan in der Fluidisierungsluftzuführungsleitung auf eine solche minimale Position ein, daß das Röstprodukt gerade noch nicht aus dem Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat ausgetragen wird. Gleichzeitig wird das Durchflußregelorgan in der Abzugsluftzuführungsleitung in eine Stellung gebracht, bei der nur gegenüber dem Röstprodukt größeres und spezifisch schwereres Fremdgut, aber kein Röstprodukt den Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat durch den auf pneumatischer Basis klassierend wirkenden Fremdgut-Abzug verlassen kann. Nach erfolgter Kühlung bringt der Verhältnisregler das Durchflußregelorgan in der Fluidisierungsluftzuführungsleitung in die maximale Position. Es wird nunmehr ein solcher Fluidisierungsluftstrom angesaugt, daß er das Röstprodukt mit sich in den Röstprodukt abscheidenden Zyklon führt. Von diesem aus gelang! das Röstprodukt auf eine Waage und verläßt danach die Anlage. ' .

Parallel zur Kühlung des Röstproduktes im Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat öffnen die Durchflußabsperrorgane in der Rohproduktleitung und Rohprodukt gelangt aus der Rohproduktvorlage durchd die Rohproduktleitung in den Wirbelschichtröster. Nachdem diese Durchflußabsperrorgane wieder geschlossen wurden, öffnen zunächst das Durchflußabsperrorgan vor dem Heißgasstutzen des Wirbelschichtrösters sowie das Durchflußabsperrorgan in der Abgasleitung des Feingut abscheidehen Zyklons. Danach schließt das Durchflußabsperrorgan in der Stichleitung und der Röstprozeß beginnt von Neuem.

Zur Aufrechterhaltung der Temperatur und der Menge des in den Wirbelschichtröster gelangenden Heißgasstromes ist in der Brennkammer aus Luft und Heizmedium eine bestimmte Menge Rauchgas zu bilden. Entsprechend entströmt dem Durchflußregelorgan am Ende der Abgasleitung des Feingut abscheidenen Zyklons ständig Abgas. Um einem zeitlich unterschiedlichen Wärmebedarf während des Röstprozesses gerecht zu werden, ist die Brennkammerleistung veränderlich gestaltet. Damit in der Brennkammer ein zulässiger Druck nicht überschritten wird, stellt der Druckregler in der Rauchgasleitung zwischen Brennkammer und Gasmischer das Durchflußregelorgan in der Rezirkulationsleitung zwischen Gasmischer und Eintritt der Stichleitung in die Rezirkulationsleitung entsprechend ein.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Anlage soll für die Röstung, Kühlung und Entsteinung von Kaffeebohnen erläutert werden. Ein Schema der Röstanlage ist in der Fig. 1 dargestellt. Der heißgehende Lüfter 3 zieht die Luft-, Heizmedium-, Rauchgas- und Röstgasströme durch die Brennkammer 1 sowie durch den Gasmischer 2 und drückt sie als Heizgasstrom in den Wirbelschichtröster 5.

Danach passiert er dessen Anströmboden, fluidisiert und röstet den vorher aus der Rohproduktvorlage 4 in den Wirbelschichtröster 5 zugeführten Rohkaffee (Rohprodukt), gelangt, die Spelzen (Feingut) mit sich führend, durch den Feingut abscheidenden Zyklon 6 und wird in den Gasmischer 2 zurückgeführt. Zum Abbruch der Röstung vermittels der Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung 11 auf die Kaffeebohnen aufgebrachtes Wasser verdampft, wodurch ein Druckanstieg erfolgt, so daß durch die Abgasleitung 19 und das Durchflußregelorgan R 3 Abgas austritt. Ein Öffnendes Durchflußabsperrorganes A2 und darauffolgendes Schließen der Durchfiußabsperrorgane A1 und A3 trennt den Wirbelschichtröster 5 vom Heißgas, das nur noch in der Rezirkulationsleitung 12 und in der Stichleitung 13 kreist. Anschließend gelangen die gerösteten Kaffeebohnen, nachdem das Absperrsegment AS 1 sowie die Durchflußabsperrorgane A6 und A7 geöffnet wurden, durch die Röstprod.uktleitung 15 in den Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat?. Der kaltgehende Lüfter 9 zieht die Fluidisierungs-und Abzugsluft durch den Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat 7 und den Röstprodukt abscheidenen Zyklon 8. Dabei werden die gerösteten Kaffeebohnen gekühlt. Während der Kühlung stellt der Verhältnisregler VR das Durchflußregelorgan R1 in der Fluidisierungsluftzuführungsleitung 17 auf eine solche minimale Position ein, daß die Kaffeebohnen gerade noch nicht aus dem Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat 7 ausgetragen werden. Gleichzeitig wird das Durchflußregelorgan R 2 in der Abzugsluftzuführungsleitung 16 in eine Stellung gebracht, bei der nur Steine (Fremdgut), aber keine Kaffeebohnen den Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat 7 verlassen können. Nach erfolgter Kühlung bringt der Verhältnisregler VR das Durchflußregelorgan R1 in die maximale Position. Es wird nunmehr ein solcher Fluidisierungsluftstrom angesaugt, daß er die Kaffeebohnen mit sich in den Röstprodukt abscheidenden Zyklon 8 führt. Von diesem aus gelangen die Kaffeebohnen auf die Waage 10 und verlassen die Bohnenware die Anlage.

Parallel zur Kühlung der Kaffeebohnen im Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat 7 öffnen die Durchflußabsperrorgane A4 sowie A5, und Rohkaffee gelangt ausder Rohproduktvorlage 4 durch die Rohproduktleitung 14 in den Wirbelschichtröster 5. Nachdem die Durchflußabsperrorgane A4 und A5 wieder geschlossen wurden, öffnen zunächst die Du rchflußabsperrorganeAI und A3, danach schließt das Durchflußabsperrorgan A2 und der Röstprozeß beginnt von neuem.

Zur Aufrechterhaltung der Temperatur und der Menge des in den Wirbelschichtröster 5 gelangenden Heißgasstromes sind in der Brennkammer 1 aus Luft und Heizmedium eine bestimmte Menge Rauchgas zu bilden. Entsprechend entströmt dem Durchflußregelorgan R3 ständig Abgas. Der Druckregler PC stellt das Durchflußregelorgan R4so ein, daß in der Rauchgasleitung ein zulässiger Druck nicht überschritten wird.

Im nachfolgenden Schema ist der Ablaufeines Zyklus zur Behandlung der Kaffeebohnen in der erfindungsgemäßen Anlage zusammengestellt.

Nr.

Zeit S

A C

1 Z

A O

2 Z

A O

3 Z

AS 1 dz

+

A4 dz

+

A5 dz

A O

6 Z

A7 dz

R1 Him ali dn

+

Bemerkungen

1

140

*

+

₊

-

+

Röster leer; KS kühlt

2

145

*

+

⁺

+

Röster gefüllt; KE kühlt

3

155

i

+

Röster voll; KE,kühlt

4

160

+

⁺

Röstgasstrom umgeschaltet; KS kühlt

VJl

165= 0

+

⁺

Röster röstet; KE kühlt

β

100

•t

+

i

+

*

Röster röstet; KE entleert

7

120

t

+

i

+

•t

+

, V/asser in Röster; KE entleert

8

125

i

+

Röstgasstrom umgeschaltet; KE leer

9

130

+

-

•i

Röster geleert; KE gefüllt

10

140

Röster leer; KE kühlt

+

⁺

-

+

ο — offen

ζ — zu

KE — Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Anlage zur Durchführung von Röstprozessen mit einem Wirbelschichtröster, bestehend aus einem Wirbelschichtröster als Hauptaggregat, dem heißgasseitig eine Brennkammer, ein Gasmischer sowie ein heißgehender Lüfter vor- und ein Feingut abscheidender Zyklon nachgeschaltet sind, das mit einer Rohproduktvorlage verbunden ist und in welches eine Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung mündet, wobei in der Rohproduktleitung und in der Röstproduktleitung entsprechender Durchflußabsperrorgane vorhanden sind, gekennzeichnet dadurch,

— daß dem Wirbelschichtröster (5), dessen Anströmboden zusammengesetzt ist; einmal aus einem an der Apparatewandung starr befestigten und gegenüber der Horizontalen vom Rohprodukteintritt zum Röstproduktaustritt geneigten perforierten Segment, einem zweiten, ebenfalls starr an der Apparatewand befestigten perforiertem Segment, welches von der Apparatewand mit dem Röstproduktaustritt schräg nach unten zum ersten Segment gerichtet isst, wobei zwischen beiden Segmenten ein Spalt verbleibt, den ein drittes, ebenfalls perforiertes, aber zu öffnendes und zu schließendes Absperrsegment ausfüllt, bezüglich des gerösteten Produktes ein Wirbelschicht-Kühl- und Klassierapparat (7) nachgeordnet ist, der einen auf pneumatischer Basis klassierend wirkenden Fremdgutabzug besitzt und dem kaltluftzeitig ein Röstprodukt abscheidender Zyklon (8) und ein kaltgehender Lüfter (9) folgen, wobei zwischen der Abzugsluftzuführungsleitung (16) und der Fluidisierungsluftzuführungsleitung (17) eine Verhältnisregeleinrichtung (18) eingebaut ist;

— daß die Abgasleitung (19) des Feingut abscheidenden Zyklones (6) ein Durchflußabsperrorgan (A 1) sowie als Abschluß ein Durchflußregelorgan (R 3) besitzt und ausgehend von dieser Abgasleitung (19), zwischen dem Durchflußabsperrorgan (A1) und dem Durchflußregelorgan (R3) beginnend, eine Rezirkulationsleitung (12) zum Gasmischer (2) führt, wobei zwischen dieser Rezirkulationsleitung (12) und der Druckseite des heißgehenden Lüfters (3) eine Stichleitung (13) existiert und ein Durchflußabsperrorgan (A2) in der Stichleitung (13) sowie ein Durchflußregelorgan (R 4) zwischen der Einmüdung der Stichleitung (13) in die Rezirkulationsleitung (12) und dem Gasmischer (2) angeordnet ist;

— daß zwischen der Einmündung der Stichleitung (13) in die Druckseite des heißgehenden Lüfters (3) und dem Heißgaseintrittsstutzen des Wirbelschichtrösters (5) ein Durchflußabsperrorgan (A3) eingebaut ist.
2. Anlage nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verhältnisregeleinrichtung (18) aus einem Verhältnisregler (VR), einem Durchflußregelorgan (R 1) in der Fluidisierungsluftzuführungsleitung (17) und einem Durchflußregelorgan (R2) in der Abzugsluftzuführungsleitung (16) besteht.
3. Anlage nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Rohproduktvorlage (4) oberhalb und der Wirbelschicht-Kühl-und-Klassierapparat (7) unterhalb des im Wirbelschichtröster (5) befindlichen Anströmbodens angeordnet sind, wobei die Roh-und Röstproduktleitungen (14) und (15) gegenüber der Horizontalen mindestens eine Neigung von 30° aufweisen.
4. Anlage nach den Punkten 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich in der Leitung zwischen der Brennkammer (1) und dem Gasmischer (2) ein Druckregler (PC) befindet, der mit dem Durchflußregeiorgan (R4) verbunden ist.