DE10156887C1 - Verfahren zum Rösten von schüttfähigen Lebensmitteln mit Heißluft sowie Vorrichtung zur Durchführung desselben - Google Patents

Abstract

Das Verfahren zum Rösten von schüttfähigen Lebensmitteln mit Heißluft, bei dem ein Teilstrom der Röstabluft aus der Röstkammer wieder durch die Brennkammer eines Prozesslufterhitzers geführt wird und ein Teilstrom der Röstabluft einer Abgasreinigungsanlage zugeführt wird, arbeitet in der Weise, dass der Heißluftstrom im Prozesslufterhitzer aufgeteilt wird in zwei unabhängig voneinander bezüglich Menge und Temperatur geregelte Teilströme, von denen einer in die Röstkammer und der andere als überschüssiger Abgasstrom der Abgasreinigungsanlage zugeführt wird.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Rösten von schüttfähigen Lebensmitteln mit Heißluft, bei dem ein Teilstrom der Röstabluft aus der Röstkammer wieder durch die Brennkammer eines Prozesslufterhitzers geführt wird und ein Teilstrom der Röstabluft einer Abgasreinigungsanlage zu­ geführt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das Rösten von Kaffeebohnen mit Heißluft und das Rückführen eines Teils der Röstabgase aus der Röstkammer in eine Brennkammer ist bekannt; es ist beschrieben z. B. in EP 0 862 370. Bei dem beschriebenen Verfahren muss der Röstabgasstrom zur Verminderung der CO- und CH-Anteile einer sekundären Verbrennung und danach einer katalytischen Behandlung unterworfen wer­ den, bevor er ins Freie abgelassen wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, dass es zwei Brennereinrichtungen erforderlich macht, und zwar eine in der Brennkammer zur Wärmeübertragung an die Röstzuluft und eine in der sekun­ dären Brennkammer zur Aufheizung der Abgase.

Die Erfindung hat sich zunächst die Aufgabe gestellt, die Wärmeübertragung auf zwei Heißluftströme mit unterschiedlicher Menge und unterschiedlicher Temperatur effektiver zu gestalten. Dabei soll einerseits der Röstprozess opti­ miert und flexibel geführt werden, andererseits die Reinigung der Röstabluft in der Abgasreinigungsanlage wirksam und dennoch mit möglichst geringem Aufwand erfolgen. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zur Verfügung gestellt werden.

Diese erste Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Röstabluft im Prozesslufter­ hitzer aufgeteilt wird in zwei unabhängig voneinander bezüglich Menge und Temperatur geregelte Teilströme, von denen einer in die Röstkammer und der andere als überschüssiger Abgasstrom der Abgasreinigungsanlage zugeführt wird.

Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, dass die Menge und Tempe­ ratur des Röstzuluftstroms aus dem Prozesslufterhitzer zu jedem Zeitpunkt exakt nach den Vorgaben für den Röstprozess geregelt und gesteuert wird und dass der Abgasstrom aus dem Prozesslufterhitzer zu jedem Zeitpunkt auf die Soll-Temperatur für eine optimale Abgasreinigung geregelt wird.

Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn der Teilstrom zur Röstkammer je nach Röstverfahren zwischen 275 und 600°C und der Teilstrom zur Abgasreini­ gungsanlage je nach verwendetem Katalysator zwischen 200 und 450°C gere­ gelt wird.

Besonders effizient verläuft das Verfahren, wenn der eine Teilstrom durch indi­ rekte Beheizung in einem Bypass-Strom auf niedrigere Temperaturen erhitzt werden kann als der andere durch die Brennkammer des Prozesslufterhitzers geführte Teilstrom.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zunächst besonders geeignet zum Rösten von Kaffee, kann aber auch zum Rösten von anderen schüttfähigen Lebensmit­ teln wie Ölsamen eingesetzt werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die Lösung des zweiten Aufgabenteils, besteht aus einer Röstkammer, einem Prozesslufterhitzer mit einem Brenner, einem Flieh­ kraftabscheider für Feststoffe und Staub, einem Ventilator, einer Abgasreini­ gungsanlage, Verbindungsleitungen für die verschiedenen Gasströme, und Mess- und Steuerungseinrichtungen für die verschiedenen Gasströme, wobei der Prozesslufterhitzer hinter der Eintrittsöffnung für die Röstabluft ein Bypass-System aufweist, das die Brennkammer des Prozessluft­ erhitzers umgibt und als weitgehend von dieser abgetrennter Heizraum für den zur Abgasreinigungsanlage zu führenden Teilstrom ausgebildet ist und zwei steuerbare Regelklappen für den Bypass-Strom und den Teilstrom zur Röst­ kammer vorhanden sind.

Es empfiehlt sich, in der Austrittsöffnung des Prozesslufterhitzers für Röstluft eine zusätzliche, unabhängig steuerbare Absperrklappe vorzusehen, welche das Absperren des Prozessluftstroms während des Abschreckens der Kaffeebohnen mit Wasser in der Röstkammer 1 besorgt.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dafür eingesetzten Vorrichtung sind in den Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Fliessschema des Verfahrens wie es auch zum Rösten von Kaf­ feebohnen verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Prozesslufterhitzers zusammen mit den Regelkreisen. In den Figuren bedeuten
1 eine Röstkammer;
2 einen Röstluftventilator;
3 einen Zyklon zur Fliehkraftabscheidung von Feststoffen und Staub aus dem Abgas;
4 die Rezirkulationsleitung für mechanisch vorgereinigtes Abgas zum Prozess­ lufterhitzer;
5 den Prozesslufterhitzer;
6 das Verbindungsrohr vom Prozesslufterhitzer zur Röstkammer;
7 einen Brenner, welcher den Gasstrom wiederaufheizt und dabei auch ther­ misch vorreinigt;
8 eine Abgasleitung zur Abgasreinigungsvorrichtung;
9 die Abgasreinigungseinrichtung;
10 den Abgaskamin;
11 einen integrierten Bypass für den Teilstrom, der indirekt aufgeheizt wird;
12 den Lufteintrittsstutzen am Prozesslufterhitzer zur Stromaufteilung;
13 eine Verbundregelklappe für beide Teilströme;
14 den Austrittsstutzen für den Heißluftstrom, welcher zur Röstkammer geführt wird;
15 eine Stellklappe zum Absperren des Prozessluftstromes während des Ab­ schreckens von Kaffeebohnen mit Wasser in der Röstkammer;
16 den Austrittsstutzen für den Teilstrom, der zur Abgasreinigungseinrichtung führt;
17 einen Temperaturfühler, welcher die Ist-Temperatur im Teilstrom misst, der zur Abgasreinigungseinrichtung führt;
18 einen Regler für die Verbundregelklappe;
19 einen Temperaturfühler, welcher die Temperatur des Heißluftstroms misst, der zur Röstkammer geführt wird;
20 einen Regler, mit welchem der Sollwert der Röstzulufttemperatur verglichen wird, um hieraus das Stellsignal für den Brenner zu liefern.
21 Überströmöffnungen, welche Überschussvolumen Heißluft aus der Brenn­ kammer zum Austrittsstutzen 16 lassen.

Der Prozesslufterhitzer 5 weist somit einen Brenner 7 zum Verbrennen von flüs­ sigen oder gasförmigen Brennstoffen mit Luftsauerstoff auf. Mit einem Rohr 6 wird ein Heißluftstrom aus dem Prozesslufterhitzer 5 zum Rösten des Röstgutes in die Röstkammer 1 geleitet. Der Röstluftventilator 2 fördert die Abgase aus der Röstkammer 1 durch einen Zyklon 3 zur Fliehkraftabscheidung von Feststoffen und Staub aus dem Abgas. Durch die Rezirkulationsleitung 4 gelangt das me­ chanisch vorgereinigte Abgas in den Prozesslufterhitzer 5 und wird dort mit den Flammenabgasen des Brenners 7 wieder aufgeheizt und thermisch vorgereinigt.

Im Prozesslufterhitzer 5 erfolgt eine Stromaufteilung der rückgeführten Abgase in einen Heißluftstrom, der durch das Rohr 6 als Prozessluft austritt und einen Abgasstrom, der das Überschussvolumen im Kreislauf darstellt und der durch die Abgasleitung 8 zur Abgasreinigungseinrichtung 9 weitergeleitet wird. Die Ab­ gasreinigungseinrichtung 9 ist in bevorzugter Ausführung ein bei niedriger Ar­ beitstemperatur betriebener Abgaskatalysator, der CO- und CH-Anteile ver­ brennt. Das gereinigte Abgas entweicht dann über den Abgaskamin 10 ins Freie.

Fig. 2 zeigt den Prozesslufterhitzer 5 im Längsschnitt sowie in schematischer Form die Regelkreise für die Heißlufttemperaturen. Das Innenteil des Prozess­ lufterhitzers 5 stellt eine Brennkammer für die Flamme des Brenners 7 dar. Konzentrisch um die Brennkammer ist ein integrierter Bypass 11 für ein Heiß­ luftstrom angeordnet. Die Stromaufteilung erfolgt im Lufteintrittsstutzen 12, wo sie mit der in die beiden Kanälen wirkenden, Verbundregelklappe 13 automatisch reguliert wird.

Wenn die Stellklappe 15 geöffnet ist, entweicht der Heißluftstrom aus der inne­ ren Brennkammer durch den Austrittsstutzen 14.

Der im Bypass 11 indirekt aufgeheizte Luftstrom vermischt sich mit dem Über­ schussvolumen Heißluft aus der Brennkammer, welches durch die Überströmöff­ nungen 21 austritt. Die Größe des Überschussvolumens bestimmt indirekt die jeweilige Stellung der Stellklappe 15. Bei geschlossener Stellklappe 15 strömt der gesamte Heißluftmengenstrom aus der Brennkammer des Prozesslufterhit­ zers 5 durch die Überströmöffnungen 21 dem Teilstrom aus dem integrierten Bypass 11 zu und wird zusammen damit durch die Abgasleitung 8 zur Abgasrei­ nigungseinrichtung 9 geführt. Der in der Abgasleitung 8 angeordnete Tempera­ turfühler 17 meldet die Ist-Temperatur der Heißluft an den Regler 18. Dieser errechnet aus dem Vergleich der Soll- mit der Ist-Temperatur den Stellbefehl an die Verbundregelklappe 13. Die Verbundregelklappe 13 erreicht durch verän­ derte Drosselung der eintretenden Mengenströme die Angleichung der Ist- Temperatur an die Soll-Temperatur.

Der Temperaturfühler 19 misst die Temperatur des Heißluftstroms, der durch Rohr 6 in den Prozess eingespeist wird. Die Ist-Temperatur wird fortlaufend im Regel 20 mit dem Sollwert verglichen und daraus das Stellsignal für den Brenner 7 gebildet. Eine nicht dargestellte Steuereinrichtung besorgt mit der Stellklappe 15 das Absperren des Prozessluftstromes während des Abschreckens der Kaf­ feebohnen mit Wasser in der Röstkammer 1.

Das Verfahren und die Vorrichtung sind somit geeignete für die verschiedensten Arten des Kaffeeröstens, beispielsweise auch im Zweistufenröstverfahren, und bei anderen Wärmebehandlungsprozessen, die zwei unterschiedliche Heißluftströme mit unterschiedlichen Temperaturen oder unterschiedlichen Temperatur- Zeitprofilen benötigen. Das Verfahren und die Vorrichtung sind somit wesentlich flexibler und effektiver als Verfahren und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, wobei niedriger Energieverbrauch gekoppelt ist mit hoher Wirksamkeit der Abgasreinigung.

Beim beschriebenen Verfahren und der in Fig. 1 und Fig. 2 erläuterten Vor­ richtung hat der Teilstrom Prozessluft, der zur Röstkammer 1 geführt wird, eine höhere Temperatur als der indirekt im Bypass 11 des Prozesslufterhitzers 5 aufgeheizte Teilstrom, der zur Abgasreinigungseinrichtung 9 geführt wird.

Die Vorrichtung kann abgewandelt werden, damit sie für Röst- und Trockenver­ fahren einsetzbar ist, bei denen die Temperatur des Teilstroms Prozessluft, der zur Röstkammer 1 geführt wird, niedriger ist als die Temperatur des Teilstroms, der zur Abgasreinigungseinrichtung 9 geführt wird. Dazu sind im Unterschied zur beschriebenen und dargestellten Vorrichtung die beiden Rohrleitungen an den Austrittsstutzen des Prozesslufterhitzers 5 zu vertauschen. Der Austrittsstutzen 16 für indirekt erhitzte Heißluft wird in diesem Fall mit Verbindungsleitung 6 verbunden und der Austrittsstutzen 14 für den Teilstrom Heißluft aus der Brenn­ kammer des Prozesslufterhitzers 5 wird mit Abgasleitung 8, die zur Abgasreini­ gungseinrichtung 9 führt, verbunden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Rösten von schüttfähigen Lebensmitteln mit Heißluft, bei dem ein Teilstrom der Röstabluft aus der Röstkammer wieder durch die Brenn­ kammer eines Prozesslufterhitzers geführt wird und ein Teilstrom der Röstabluft einer Abgasreinigungsanlage zugeführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Röstabluft im Prozesslufterhitzer aufgeteilt wird in zwei un­ abhängig voneinander bezüglich Menge und Temperatur geregelte Teilströme, von denen einer in die Röstkammer und der andere als überschüssiger Ab­ gasstrom der Abgasreinigungsanlage zugeführt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge und Temperatur des Röstzuluftstroms aus dem Prozesslufterhitzer zu jedem Zeit­ punkt exakt nach den Vorgaben für den Röstprozess geregelt und gesteuert wird und dass der Abgasstrom aus dem Prozesslufterhitzer zu jedem Zeit­ punkt auf die Soll-Temperatur für eine optimale Abgasreinigung geregelt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil­ strom zur Röstkammer je nach Röstverfahren zwischen 275 und 600°C und der Teilstrom zur Abgasreinigungsanlage je nach verwendetem Katalysator zwischen 200 und 450°C geregelt wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Teilstrom durch indirekte Beheizung in einem Bypass-Strom auf niedrigere Temperaturen erhitzt werden kann als der andere durch die Brenn­ kammer des Prozesslufterhitzers geführte Teilstrom.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer Röstkammer (1), einem Prozesslufterhitzer (5) mit einem Brenner (7), einem Fliehkraftabscheider (3) für Feststoffe und Staub, einem Ventilator (2), einer Abgasreinigungsanlage (9), Verbindungsleitungen für die verschiedenen Gasströme und Mess- und Steuerungseinrichtung für die verschiedenen Gasströme, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessluft­ erhitzer (5) hinter der Eintrittsöffnung für die Röstabluft ein Bypass-System (11) aufweist, das die Brennkammer des Prozesslufterhitzers (5) umgibt und als weitgehend von dieser abgetrennter Heizraum für den zur Abgasreini­ gungsanlage (9) zu führenden Teilstrom ausgebildet ist und zwei steuerbare Regelklappen (13) für den Bypass-Strom und den Prozessluftstrom vorhan­ den sind.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Austrittsöffnung des Prozesslufterhitzers für Röstluft eine zusätzliche, unab­ hängig steuerbare Absperrklappe (15) aufweist.