DE10156887C1 - Method for roasting coffee beans with hot air comprises separating off two gas streams from exhaust gas, one of which is fed to combustion chamber for heating air, while other is fed through purifier - Google Patents
Method for roasting coffee beans with hot air comprises separating off two gas streams from exhaust gas, one of which is fed to combustion chamber for heating air, while other is fed through purifierInfo
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Abstract
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.The present invention relates to a method for roasting pourable food with hot air, in which a partial flow of the roasted exhaust air from the roasting chamber through the combustion chamber of a process air heater is led and a partial flow of the roasted exhaust air to an exhaust gas cleaning system to be led. Furthermore, the invention relates to a device for performing this procedure.
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.Roasting coffee beans with hot air and returning some of the Roasting exhaust gases from the roasting chamber into a combustion chamber are known; it is described z. B. in EP 0 862 370. In the described method, the Roasting exhaust gas flow to reduce the CO and CH content of a secondary Combustion and then subjected to a catalytic treatment the one before being released into the open. A disadvantage of this method is that it requires two burner devices, one in the Combustion chamber for heat transfer to the roasting air and one in the second där combustion chamber for heating the exhaust gases.
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.The invention has first set itself the task of heat transfer to two hot air flows with different amounts and different To make temperature more effective. On the one hand, the roasting process should be opti lubricated and flexible, on the other hand, the cleaning of the roasted exhaust air in the exhaust gas cleaning system effective and yet with as little as possible Effort. Furthermore, a device for performing this Procedure will be provided.
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. This first task is solved in that the roasting exhaust air in the process air is divided into two independently of each other in terms of quantity and Temperature controlled partial flows, one of them into the roasting chamber and the other than excess exhaust gas flow supplied to the exhaust gas cleaning system becomes.
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.The method is preferably carried out such that the amount and temperature temperature of the roasting supply air flow from the process air heater at all times is regulated and controlled exactly according to the specifications for the roasting process and that the exhaust gas flow from the process air heater is at all times on the The target temperature is regulated for optimal exhaust gas purification.
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.Optimal results are achieved if the partial flow to the roasting chamber ever after roasting process between 275 and 600 ° C and the partial flow for exhaust gas cleaning system depending on the catalyst used between 200 and 450 ° C is valid.
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.The process is particularly efficient when one of the partial flows through indi direct heating in a bypass flow heated to lower temperatures than the other through the combustion chamber of the process air heater guided partial flow.
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.The method according to the invention is initially particularly suitable for roasting of coffee, but can also be used to roast other pourable foods How oil seeds are used.
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. The device for performing the method, the solution of the second task part, consists of a roasting chamber, a process air heater with a burner, a flee Power separator for solids and dust, a fan, an exhaust gas cleaner supply system, connecting lines for the various gas flows, and Measuring and control devices for the different gas flows, whereby the process air heater behind the inlet opening for the Roasting exhaust air has a bypass system, which is the combustion chamber of the process air surrounds the heater and as a largely separate boiler room for the is designed to lead to the exhaust gas purification system and two controllable control flaps for the bypass flow and the partial flow to roasting chamber are present.
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.It is advisable to provide an additional, independently controllable shut-off valve in the outlet opening of the process air heater for roasting air, which shut off the process air flow during the quenching of the coffee beans with water in the roasting chamber 1 .
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der dafür eingesetzten Vorrichtung sind in den Fig. 1 und 2 näher erläutert.Embodiments of the method according to the invention and the device used therefor are explained in more detail in FIGS. 1 and 2.
Fig. 1 zeigt das Fliessschema des Verfahrens wie es auch zum Rösten von Kaf feebohnen verwendet werden kann. Fig. 1 shows the flow diagram of the method as it can also be used for roasting coffee beans.
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.
Fig. 2 shows in longitudinal section an embodiment particularly preferred of the Prozesslufterhitzers together with the control circuits. Mean in the figures
1 a roasting chamber;
2 a roasting air fan;
3 a cyclone for centrifugal separation of solids and dust from the exhaust gas;
4 the recirculation line for mechanically pre-cleaned exhaust gas to the process air heater;
5 the process air heater;
6 the connecting pipe from the process air heater to the roasting chamber;
7 a burner, which reheats the gas flow and also pre-cleans ther;
8 an exhaust pipe to the exhaust gas purification device;
9 the exhaust gas purification device;
10 the exhaust stack;
11 an integrated bypass for the partial flow which is heated indirectly;
12 the air inlet connector on the process air heater for power distribution;
13 a compound control valve for both partial flows;
14 the outlet connection for the hot air flow which is led to the roasting chamber;
15 a control flap for shutting off the process air flow during the quenching of coffee beans with water in the roasting chamber;
16 the outlet connection for the partial flow leading to the exhaust gas cleaning device;
17 a temperature sensor which measures the actual temperature in the partial flow which leads to the exhaust gas cleaning device;
18 a regulator for the compound control valve;
19 a temperature sensor which measures the temperature of the hot air flow which is led to the roasting chamber;
20 a controller with which the setpoint value of the roasting supply air temperature is compared in order to supply the control signal for the burner.
21 overflow openings, which allow excess volume of hot air from the combustion chamber to the outlet port 16 .
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. The process air heater 5 thus has a burner 7 for burning liquid or gaseous fuels with atmospheric oxygen. A hot air flow from the process air heater 5 for roasting the roasted material is conducted into the roasting chamber 1 with a pipe 6 . The roasting air fan 2 conveys the exhaust gases from the roasting chamber 1 through a cyclone 3 for centrifugal separation of solids and dust from the exhaust gas. Through the recirculation line 4 , the mechanically pre-cleaned exhaust gas reaches the process air heater 5 and is heated up again there with the flame exhaust gases of the burner 7 and thermally pre-cleaned.
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.In the process air heater 5 , the recirculated exhaust gases are divided into a hot air stream which exits through the pipe 6 as process air and an exhaust gas stream which represents the excess volume in the circuit and which is passed on through the exhaust gas line 8 to the exhaust gas cleaning device 9 . From the gas cleaning device 9 is in a preferred embodiment, an exhaust gas catalyst operated at a low temperature, which burns CO and CH components. The cleaned exhaust gas then escapes into the open via the exhaust stack 10 .
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. Fig. 2 shows the process air heater 5 in longitudinal section and in schematic form the control loops for the hot air temperatures. The inner part of the process air heater 5 represents a combustion chamber for the flame of the burner 7. An integrated bypass 11 for a hot air flow is arranged concentrically around the combustion chamber. The current distribution takes place in the air inlet connection 12 , where it is automatically regulated with the compound control flap 13 acting in the two channels.
Wenn die Stellklappe 15 geöffnet ist, entweicht der Heißluftstrom aus der inne ren Brennkammer durch den Austrittsstutzen 14.When the flap 15 is open, the hot air flow escapes from the internal combustion chamber through the outlet port 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. The air flow indirectly heated in the bypass 11 mixes with the excess volume of hot air from the combustion chamber, which openings 21 exits through the overflow openings. The size of the excess volume indirectly determines the respective position of the control flap 15 . When the flap 15 is closed, the entire flow of hot air flows from the combustion chamber of the process air heater 5 through the overflow openings 21 to the partial flow from the integrated bypass 11 and is thus passed through the exhaust line 8 to the exhaust gas cleaning device 9 . The arranged in the exhaust pipe 8 temperature sensor 17 reports the actual temperature of the hot air to the controller 18th This calculates the control command to the compound control valve 13 from the comparison of the target temperature with the actual temperature. The compound control flap 13 achieves the adjustment of the actual temperature to the target temperature by changing the throttling of the incoming flow rates.
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.The temperature sensor 19 measures the temperature of the hot air stream which is fed into the process through pipe 6 . As a rule, the actual temperature is continuously compared with the target value 20 and the control signal for the burner 7 is formed therefrom. A control device, not shown, uses the control flap 15 to shut off the process air flow during the quenching of the coffee beans with water in the roasting chamber 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.The method and the device are thus suitable for the most varied Types of coffee roasting, for example also in the two-stage roasting process, and at other heat treatment processes that use two different hot air flows with different temperatures or different temperature Need time profiles. The method and the device are therefore essential more flexible and effective than methods and devices according to the prior art Technology where low energy consumption is coupled with high effectiveness exhaust gas cleaning.
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.In the described method and in Fig. 1 and Fig. 2 explained before direction, the partial flow process air which is supplied to the roasting chamber 1, a temperature higher than indirectly in the bypass 11 of the Prozesslufterhitzers 5 heated partial flow which is fed to the exhaust gas purification device 9.
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.The device can be modified so that it can be used for roasting and drying processes in which the temperature of the partial flow of process air which is led to the roasting chamber 1 is lower than the temperature of the partial flow which is led to the exhaust gas cleaning device 9 . In contrast to the device described and shown, the two pipes at the outlet connection of the process air heater 5 are to be exchanged for this purpose. The outlet connection 16 for indirectly heated hot air is connected in this case to the connecting line 6 and the outlet connection 14 for the partial flow of hot air from the combustion chamber of the process air heater 5 is connected to the exhaust line 8 , which leads to the exhaust gas cleaning device 9 .
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| 8304 | Grant after examination procedure | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |