DD291704B5

DD291704B5 - Method and device for treating bulk material with electron beams

Info

Publication number: DD291704B5
Application number: DD33741590A
Authority: DD
Inventors: Klaus Dipl-Ing Gaber; Siegfried Dipl-Phys Panzer; Joerg Dipl-Ing Schmidt; Siegfried Prof Dipl - Schiller; Gerhard Dipl-Ing Dr-Ing Kuehn; Friedrun Dipl-Agr Scholze; Harald Dipl-Ing Ellert; Kerstin Dipl-Agr-Ing Lindner
Original assignee: Ardenne Anlagentech Gmbh; Fraunhofer Ges Zur Forderung; Pfitzner; Heinzmann Rainer
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1995-08-10
Also published as: DD291704A5

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Das Verfahren und die zugehörige Einrichtung dient zur Behandlung körniger, feuchter und staubbehafteter Schüttgüter mit Elektronenstrahlen im Vakuum, insbesondere zum Elektronenbeizen von Saatgut (Getreide).The method and the associated device is used for the treatment of granular, moist and dusty bulk materials with electron beams in a vacuum, in particular for the electron pickling of seeds (cereals).

Characteristic of the known technical solutions

Es ist tibr.n», Saatgut allseitig/ntti4p^renergetischen Elektroßejiiu-bestraTiTen. Die Elektronenenergie und Strahlendosis wird so bemessen, daß-aiejOberfläche und oberflächejiaaba-SitTIcTTtohne wesentliche Beeinträchtigung des Keimes beaufschlagt wird (DD-PS 242337). Dazu ist eineJaop<>btTTngl3ek3nnt, die das Saatgut mittels Bewegungseinrichtungen in einem Rezipienten ständig umverteilt, wobeFes dabei von einem abgelenkten und aufgefächerten Elektronenstrahl beaufschlagt wird. Mit dem Rezfpienten sind Transporteinrichtungen zur Zu- und Abfuhr des Saatgutes mit den zugehörigen Schleusen verbunden -UJS-PS 4.633.611).It is tibr.n », seed on all sides / ntti4p ^ renergetic Elektroßejiiu-strained. The electron energy and the radiation dose are so dimensioned that the surface and surface jiaaba-sitTlcTTt are subjected to no significant deterioration of the germ (DD-PS 242337). To do this, there is a jacop, which constantly redistributes the seed by means of moving means in a recipient, being impinged by a deflected and fanned out electron beam. With the Rezfpienten transport facilities for the supply and removal of the seed are connected to the associated locks -UJS-PS 4,633,611).

Besonders nachteilig ist hierbei die hohe Abdampfrate des an bzw. in der Oberfläche des Schüttgutes gebundenen Wassers bei dem erforderlichen Vakuum in der Bestrahlungskammer. Dem ist nur mit einem unvertretbar hohen Evakuierungsaufwand zu begegnen. Die Verweilzeiten im Strahleinwirkungsbereich sind zu hoch. Dieses Verfahren und die Einrichtung hat außerdem den Nachteil, daß eine industrielle Anwendung, die einen hohen Durchsatz erfordert, infolge des hohen Staubanteils des Saatgutes nicht möglich ist. Diese hohe Staubentwicklung in der Bestrahlungskammer stört den Langzeitbetrieb der Elektronenkanone. Darüber hinausgehend sind auch Bestrahlungseinrichtungen bekannt, mit denen das Schüttgut in freier Atmosphäre geführt wird (GB-PS 860.513, US-PS 2.333.842). Diese Einrichtungen sind nicht geeignet, um die Beaufschlagung der Oberfläche und der oberflächennahen Schicht des Schüttgutes in genau vorgeschriebener Tiefe zu bewirken, insbesondere können auf Grund der auftretenden Energiedispersion phytotoxische Wirkungen für das Saatgut eintreten.Particularly disadvantageous here is the high evaporation rate of the water bound to or in the surface of the bulk material at the required vacuum in the irradiation chamber. This can only be countered with an unacceptably high evacuation effort. The residence times in the jet exposure area are too high. This method and device also has the disadvantage that an industrial application requiring high throughput is not possible due to the high dust content of the seed. This high dust development in the irradiation chamber disturbs the long-term operation of the electron gun. In addition, irradiation facilities are known with which the bulk material is conducted in a free atmosphere (GB-PS 860,513, US-PS 2,333,842). These devices are not suitable to effect the application of the surface and the near-surface layer of the bulk material to exactly prescribed depth, in particular may occur due to the occurring energy dispersion phytotoxic effects for the seed.

Object of the invention

Es ist ein Verfahren und die zugehörige Einrichtung zu schaffen, die die großtechnische Nutzung ermöglicht und dabei die Mängel der bekannten Verfahren vermeidet. Es soll eine Bestrahlung erfolgen, die ohne ertragswirksame Schäden für das Saatgut ein breites fungizides Wirkungsspektrum hat.It is a method and the associated device to provide that allows the large-scale use while avoiding the shortcomings of the known methods. Irradiation is to be carried out, which has a broad fungicidal spectrum of activity without any damage to the seed that causes damage to yields.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die Schüttgut im Vakuum mit Elektronen so bestrahlt, daß ein hoher Durchsatz bei geringen Verweilzeiten im Rezipienten möglich ist. Der hohe Wassergehalt des Saatgutes darf den Aufwand für die Evakuierung nicht wesentlich erhöhen. Der am Schüttgut haftende Staub muß von der Prozeßkammer weitgehend ferngehalten werden, indem eine vakuummäßige Entkopplung erfolgen soll. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Ein- und Ausschleusen des Schüttgutes in die bzw. aus der evakuierten Bestrahlungskammer, in welcher Elektronenstrahlen auf das Schüttgut einwirken, dadurch gelöst, daß das Schüttgut über Schleusen im stufenweisen Druckübergang von Atmosphärendruck in den Bestrahlungsdruckbereich gefördert wird und dabei in jeder Druckstufe durch Evakuierung möglichst wenig Gase (Wasserdampf) und Staub abgesaugt werden. Dazu wird der Druck in den Druckstufen so eingestellt, daß der Dampfdruck des Wassers nicht unterschritten wird. Der Druck in der Bestrahlungskammer liegt zwischen 100 Pa und einigen 100 Pa. Nach Passieren der Druckstufen wird das Schüttgut im freien Fall durch die Bestrahlungskammertransportiert und dabei von mehreren aufgefächerten Elektronenstrahlen beaufschlagt. Das Evakuierungsregime der Elektronenkanone und Bestrahlungskammer wird so geführt, daß die Luftströmungen beim Anpumpen und Belüften der Einrichtung stets von der Elektronenkanone zur Bestrahlungskammer gerichtet sind. Der schnelle Übergang des Schüttgutes aus der Druckstufenschleuse, in der ein Druck oberhalb des in der Oberfläche des Schüttgutes gebundenen Wassers herrscht, in die Bestrahlungskammer mit einem wesentlich niedrigeren Druck und die kurze Verweilzeit in der Bestrahlungskammer bewirkt eine schlagartige Temperaturabsenkung auf der Oberfläche des Schüttgutes und damit eine Verringerung der Verdampfungsrate des Wassers.The invention has for its object to provide a method and a device that irradiates bulk material in a vacuum with electrons so that a high throughput at low residence times in the recipient is possible. The high water content of the seed must not significantly increase the effort for evacuation. The adhering to the bulk dust must be largely kept away from the process chamber by a vacuum decoupling is to take place. According to the invention, the object is achieved by introducing and removing the bulk material into or out of the evacuated irradiation chamber, in which electron beams act on the bulk material, that the bulk material is conveyed via locks in the stepwise pressure transition from atmospheric pressure in the irradiation pressure range and in each Pressure stage by evacuation as little gas (water vapor) and dust are sucked. For this purpose, the pressure in the pressure stages is adjusted so that the vapor pressure of the water is not exceeded. The pressure in the irradiation chamber is between 100 Pa and several 100 Pa. After passing through the pressure stages, the bulk material is transported in free fall through the irradiation chamber and thereby acted upon by a plurality of fanned out electron beams. The evacuation regime of the electron gun and irradiation chamber is performed so that the air currents are always directed when pumping and aerating the device from the electron gun to the irradiation chamber. The rapid transfer of the bulk material from the pressure-lock, in which a pressure above the bound water in the surface of the bulk material, in the irradiation chamber with a much lower pressure and the short residence time in the irradiation chamber causes a sudden drop in temperature on the surface of the bulk material and thus a reduction in the evaporation rate of the water.

Es ist vorteilhaft, vor der jeweils letzten Druckstufe für die Ein- und Ausschleusung des Schüttgutes und auch möglicherweise in der Einrichtung den Transport des Schüttgutes so zu steuern, daß eine Säule aus dem Schüttgut aufrechterhalten wird, deren Höhe groß gegenüber ihrem Durchmesser ist. Diese Säule wirkt damit als Strömungswiderstand. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem Rezipienten als Bestrahlungskammer mit daran angeordneten Elektronenkanonen und je einem Druckstufenschleusensystem zum Ein- und Ausschleusen des Schüttgutes, ist erfindungsgemäß derart aufgebaut, daß das Schleusensystem aus mehreren Zellenradschleusen besteht und daß zwischen je zwei ZeI I enradschleusen eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. Die dem Atmosphärendruck zugewandte Zellenradschleuse ist zweckmäßigerweise jeweils drehzahlgesteuert, um innerhalb der gesamten Einrichtung, insbesondere dem Druckstufenschleusensystem, eine Säule aus Schüttgut zu bilden. Die Elektronenkanonen besitzen mehrere Blenden, deren Durchmesser nach der Strahlaustrittsseite ständig ansteigt. Zwischen der letzten und vorletzten Blende in Richtung Strahlaustritt ist eine mit Ventil einstellbare Verbindung zur Atmosphäre angebracht, um ständig einen dosierten Luftstrom in Richtung Bestrahlungskammer zu bewirken, der den Eintritt von Staub in die Elektronenkanone verhindert. Zwischen den anderen Blenden sind Vakuumerzeuger angeschlossen.It is advantageous to control the transport of the bulk material before the last respective pressure stage for the input and output of the bulk material and possibly also in the device so that a column is maintained from the bulk material whose height is large compared to their diameter. This column thus acts as a flow resistance. The device for carrying out the method, consisting of a recipient as irradiation chamber with arranged electron guns and a Druckstufenschleusensystem for in and out of the bulk material, according to the invention constructed such that the lock system consists of several rotary valves and that between each two ZeI I enschleschleusen a Vacuum pump is connected. The rotary valve facing the atmospheric pressure is expediently each speed-controlled in order to form a column of bulk material within the entire device, in particular the pressure-leveling lock system. The electron guns have multiple apertures whose diameter is constantly increasing after the beam exit side. Between the last and the penultimate orifice in the direction of the jet exit, a valve-adjustable connection to the atmosphere is provided, in order to constantly effect a metered air flow in the direction of the irradiation chamber, which prevents the entry of dust into the electron gun. Between the other panels vacuum generators are connected.

Um das Schüttgut gezielt allseitig mit dem Elektronenstrahl in kurzer Zeit während dem freien Fall durch die Bestrahlungskammer zu beaufschlagen, sind an die Bestrahlungskammer mindestens zwei Elektronenkanonen gegenüber angeordnet. Die Bestrahlungskammer ist so dimensioniert, daß die Zeit des freien Falles ausreicht, das Schüttgut genügend zu vereinzeln, d.h. daß die Bestrahlungskammer eine entsprechende Länge aufweist. Es ist vorteilhaft, zur Bildung einer Sau Ie von Schüttgut in den Druckstufenschleusensystemen vor der ersten Zellenradschleuse für die Schüttguteingabe und vor der letzten Zellenradschleuse für die Schüttgutausgabe je eine Leitung, die eine große Länge gegenüber ihrem Querschnitt besitzt, anzuordnen.In order to pressurize the bulk material in a targeted manner on all sides with the electron beam during the free fall through the irradiation chamber, at least two electron guns are arranged opposite to the irradiation chamber. The irradiation chamber is dimensioned so that the time of free fall is sufficient to separate the bulk material sufficiently, i. that the irradiation chamber has a corresponding length. It is advantageous to arrange for the formation of a sow Ie of bulk material in the Druckstufenschleusensystemen before the first rotary valve for the bulk material input and before the last rotary valve for the bulk output ever a line that has a long length relative to its cross section.

Ausführungsbeispielembodiment

In derzugehörigen Zeichnung ist eine Einrichtung im Prinzip dargestellt.In the accompanying drawing, a device is shown in principle.

Einer Bestrahlungskammer 1 (Rezipient) ist ein Druckstufenschleusensystem 2 vorgeschaltet und ein Druckstufenschleusensystem 3 nachgeschaltet, über welche das Schüttgut 4 (Kömer) ein- bzw. ausgeschaltet wird. Ein solches Druckstufensystem 2; 3 besteht jeweils aus drei Zellenradschleusen 5.1 ... 5.3, wobei die erste bzw. letzte Zellenradschleuse 5.3 drehzahlgeregelt ist, um ständig eine Säule aus Schüttgut 4 als Strömungswiderstand zu erzeugen. Zwischen den Zellenradschleusen 5.1; 5.2; 5.3 sind jeweils Vakuumerzeuger б angeschlossen.An irradiation chamber 1 (recipient) is preceded by a Druckstufenschleusensystem 2 and downstream of a Druckstufenschleusensystem 3, via which the bulk material 4 (Kömer) on or off. Such a compression system 2; 3 each consists of three rotary valves 5.1 ... 5.3, the first or last rotary valve 5.3 is speed-controlled to constantly generate a column of bulk material 4 as a flow resistance. Between the rotary valves 5.1; 5.2; 5.3 each vacuum generator б are connected.

Die Bestrahlungskammer 1 ist wie üblich mit entsprechenden Vakuumerzeugern 7 verbunden. Über eine, gegenüber ihrem Querschnitt relativ lange Leitung 8 ist ein Silo 9 für das Schüttgut 4 angeschlossen.The irradiation chamber 1 is connected as usual to corresponding vacuum generators 7. About a, relative to its cross section relatively long line 8, a silo 9 is connected to the bulk material 4.

Zu beiden Seiten der Bestrahlungskammer 1 ist eine Elektronenkanone 10 angeordnet. Diese besitzt mehrere Blenden 11 mit unterschiedlichem Durchmesser, wobei dieser vom Strahlerzeuger zum Austritt des Elektronenstrahles 12 ständig größer wird.On both sides of the irradiation chamber 1, an electron gun 10 is arranged. This has a plurality of apertures 11 with different diameters, wherein this is continuously larger from the beam generator to the exit of the electron beam 12.

Zwischen der letzten und vorletzten Blende 11.1 und 11.2 ist ein Anschluß 13 in die Atmosphäre über ein Ventil 14 vorgesehen.Between the last and penultimate aperture 11.1 and 11.2, a port 13 is provided in the atmosphere via a valve 14.

Zwischen den übrigen Blenden 11 sind jeweils Vakuumerzeuger 15 angeschlossen. Der Elektronenstrahl 12 wird in bekannter Weise mittels eines Ablenksystems 16 breit aufgefächert.Between the other panels 11 each vacuum generator 15 are connected. The electron beam 12 is fanned out in a known manner by means of a deflection system 16.

Das Schüttgut 4 wird aus dem Silo 9 über das Druckstufenschleusensystem 2 in die Bestrahlungskammer 1 eingeschleust. Die drehzahlgesteuerte Zellenradschleuse 5.3 dient gleichzeitig als Dosiereinrichtung und bildet in der Leitung 8 eine Säule mit Schüttgut 4 als Strömungswiderstand. Die Drücke zwischen den einzelnen Stufen sind durch die Vakuumerzeuger 6 so eingestellt, daß der Dampfdruck des Wassers, das sich in der oberflächennahen Schicht des Schüttgutes 4 befindet, nicht unterschritten wird. Infolge dieser Druckeinstellung wird der Gesamtevakuierungsaufwand für die Vakuumerzeuger 6 minimiert.The bulk material 4 is introduced from the silo 9 via the pressure-leveling lock system 2 into the irradiation chamber 1. The speed-controlled rotary valve 5.3 also serves as a metering device and forms in the line 8 a column with bulk material 4 as a flow resistance. The pressures between the individual stages are set by the vacuum generator 6 so that the vapor pressure of the water, which is located in the near-surface layer of the bulk material 4, is not exceeded. As a result of this pressure setting, the total evacuation effort for the vacuum generators 6 is minimized.

Durch die Zellenradschleuse 5.1 wird das Schüttgut 4 schnell in die Bestrahlungskammer 1 überführt. Der Druck in derBy the rotary feeder 5.1, the bulk material 4 is transferred quickly into the irradiation chamber 1. The pressure in the

Bestrahlungskammer 1 beträgt са.ЮОРа bis einige 100Pa und wird durch die Anforderungen des Elektronenstrahles 12 bestimmt, der auf die vereinzelten Körner des Schüttgutes 4 wirkt, die die Bestrahlungskammer 1 im freien Fall passieren. Durch dieses Förderungsprinzip ist die Aufenthaltsdauer in der Bestrahlungskammer 1 sehr gering, wodurch die Wasserabgabe des Schüttgutes 4 und der Evakuierungsaufwand gering gehalten werden. Eine weitere Verringerung der Wasserdampfabgabe wird durch die schlagartige Temperatursenkung bewirkt, die durch den schnellen Übergang von dem Druck in der letzten Stufe des Druckstufenschleusensystems 2 auf den Druck in der Bestrahlungskammer 1 entsteht. Diese Temperaturabsenkung bleibt auf die oberflächennahe Schicht des Korns begrenzt infolge der vergleichsweise großen Zeitkonstante für den Temperaturausgleich im Korn. Infolge dieser Temperaturabsenkung sinkt auch die Verdampfungsrate auf der Kornoberfläche. Die Ausschleusung des Schüttgutes 4 aus der Bestrahlungskammer 1 gesschieht in analoger Weise zum Vorgang der Einschleusung, wobei die Drücke in den einzelnen Stufen ebenfalls oberhalb des Dampfdruckes des Wassers liegen. Durch die Ausführung der Zellenradschleuse 5.3 als drehzahlgesteuerte Dosiereinrichtung wird oberhalb dieser eine Säule von Schüttgut 4 angestaut, die als zusätzlicher Strömungswiderstand wirkt, wenn die Länge dieser angestauten Säule groß ist gegen die Abmessungen ihres Querschnittes.Irradiation chamber 1 is up to a few 100 Pa and is determined by the requirements of the electron beam 12, which acts on the scattered grains of the bulk material 4, which pass through the irradiation chamber 1 in free fall. By this principle of promotion, the residence time in the irradiation chamber 1 is very low, whereby the water output of the bulk material 4 and the evacuation costs are kept low. A further reduction of the water vapor discharge is caused by the abrupt lowering of the temperature, which results from the rapid transition from the pressure in the last stage of the pressure-leveling lock system 2 to the pressure in the irradiation chamber 1. This temperature reduction remains limited to the near-surface layer of the grain due to the comparatively large time constant for the temperature compensation in the grain. As a result of this temperature reduction, the evaporation rate on the grain surface also decreases. The discharge of the bulk material 4 from the irradiation chamber 1 geschehen in an analogous manner to the process of introduction, wherein the pressures in the individual stages are also above the vapor pressure of the water. By the execution of the rotary feeder 5.3 as a speed-controlled metering above this column of bulk material 4 is accumulated, which acts as an additional flow resistance when the length of this accumulated column is large against the dimensions of its cross section.

Claims

-1- 2 claims:

1. A method for the treatment of bulk material with electron beams by the bulk material evacuated in dm irradiation chamber is gradually switched on and discharged and is exposed in the irradiation chamber to the action of electron beams, characterized in that the bulk material from the atmospheric pressure is gradually transported in the irradiation chamber such that during this transporting the vapor pressure of the water is not exceeded, that the bulk material is transported through the irradiation chamber in free fall, then that the bulk material is discharged as it is discharged again and that the evacuation regime is performed so that the air flows during evacuation and Ventilation should always be directed from the electron source and the irradiation chamber to the atmospheric pressure side.

2. The method according to claim 1, characterized in that the bulk material is transported by the device such that a pillar of bulk material of high height is maintained against their diameter before the sluice and the discharge.

3. Device for the treatment of bulk material with electron beams, consisting of the irradiation chamber arranged thereon with electron guns and one pressure level lock system for feeding in and out of the bulk material with vacuum pumps arranged therebetween, characterized in that the pressure stages of several rotary valves (5) are composed, that in the electron gun (10) a plurality of orifices (11) are arranged with rising after the jet exit side diameter, that between the last and penultimate orifice (11.1, 11.2) a line (13) via a valve (14) is attached to the atmospheric pressure and that between the other diaphragms (11) vacuum pumps are arranged.

4. Device according to claim 3, characterized in that at least two electron guns (10) to the irradiation chamber (1) are arranged at the same height and that the irradiation chamber is formed so long that the bulk material (4) is singled during the free fall.

5. Device according to claim 3 and 4, characterized in that the input and output side associated rotary valve {5, 3} <is speed-controlled.

6. Device according to claim 3bis5, characterized in that the front entry side and the output side present rotary valve (5,3) is a line (8) of great length relative to its cross section.