DE19741741A1

DE19741741A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Darren von Malz

Info

Publication number: DE19741741A1
Application number: DE19741741A
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr Ing Rus; Martin Dr Ing Krottenthaler; Roland Prof Dr Mayer-Pittroff; Klaus Dipl Ing Grieb
Original assignee: Hermann Waldner GmbH and Co KG
Current assignee: Hermann Waldner GmbH and Co KG
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1999-03-25

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Darren von Malz.

Unter Mälzen versteht man die Keimung von Braugerste unter künstlichen Be dingungen zur Gewinnung der erforderlichen Enzyme und zur Lösung des Mehl körpers. Das Zwischenprodukt nach der Keimung wird Grünmalz genannt.

Das Grünmalz mit einem Wassergehalt von annähernd 50% ist leicht verderblich und muß deshalb durch Wasserentzug (Darren) in einen lagerfähigen Zustand überführt werden. Daneben entstehen durch das Darren das malzspezifische Aroma und die Farbe.

Das Trocknen des Grünmalzes ist energieintensiv und zeitaufwendig. Der Vor gang der Trocknung geschieht auf sog. Malzdarren im Chargenbetrieb. Das Grünmalz wird ca. 1 m hoch auf geschlitzte Hordenbleche aufgeschüttet und mit Hilfe von Warmluft getrocknet.

Der Wassergehalt des Malzes wird von 45-50% bis auf 1,5-4,0% bei den hellen Darrmalzen verringert. Der Darrvorgang wird in zwei Stufen unterschie den:

- Das Schwelken, d. h. die schnelle Trocknung des Grünmalzes bei relativ niede ren Temperaturen auf einen Wassergehalt von ca. 10%.
- Das Trocknen auf den Erdwassergehalt, bei dem höhere Temperaturen ange wendet werden müssen.

Der Trocknungsvorgang beim Darren wird in drei Teilabschnitte unterschieden:

Trocknung bei Oberflächenverdunstung (1. Trocknungsabschnitt)

Der erste Trocknungsabschnitt ist dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gut wie eine freie Flüssigkeitsoberfläche verhält. Grünmalz mit einer Feuchte von annähernd 50% gibt sein Wasser leicht und schnell ab, da es auf seiner Ober fläche die gleiche Wasserdampfspannung wie eine offene Wasseroberfläche besitzt. Somit spielen die Gutseigenschaften in diesem Abschnitt keine Rolle. Limitierender Faktor der Trocknungsgeschwindigkeit ist ausschließlich die be nötigte Luftmenge. Erst unterhalb einer gewissen Grenzfeuchte (Hygroskopizitätspunkt) vollzieht sich die Abnahme der Kornfeuchte langsa mer. Die Oberfläche ist bereits ausgetrocknet. Der zweite Trocknungsabschnitt beginnt.

Trocknung aus dem Gutsinneren (2. Trocknungsabschnitt)

Durch die Austrocknung der Oberfläche muß die Verdunstung des Wassers aus dem Inneren des Korns durch Kapillarkräfte weitergehen. Mit fortschrei tender Trocknung ist der bei der Verdunstung entstehende Dampf gezwungen, durch die trockene Gutsschicht an die Oberfläche zu diffundieren. Die inneren Eigenschaften des Trocknungsgutes wie Wärmeleitfähigkeit, Diffusionswider stand und kapillare Leitfähigkeit bestimmen in zunehmendem Maße die Trocknungsgeschwindigkeit.

Annäherung der Gutsfeuchte an die Gleichgewichtsfeuchte (3. Trocknungsab schnitt)

Bei einem Wassergehalt des Grünmalzes zwischen 4 und 6% hat das Gut den hygroskopischen Bereich erreicht. Infolge der Hygroskopizität tritt eine immer stärkere Absenkung des Dampfdruckes an der Verdunstungsoberfläche gegen über dem Sattdampfdruck auf. Der Trocknungsvorgang wird beim Erreichen des gewünschten Endwassergehaltes abgebrochen.

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik besteht nun die Aufgabe der vor liegenden Erfindung darin, bin Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Darren von Malz zu schaffen, welches bzw. welche u. a. bei wesentlich geringerem Energie aufwand und einfachem Aufbau der Anlage eine schonende Produkttrocknung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch ein Wirbel schichttrockenverfahren Malz gedarrt wird.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können folgende Möglichkeiten zur Lösung der Wurzelkeime der Anfangsphase verwendet werden:

1. Pulsierende Wirbelschicht, d. h. schlagartiger Wechsel der zur Fluidisierung erforderlichen Luftmenge,
2. mechanisch, z. B. mit Hilfe von Rührern oder Turborädern,
3. vibrationsunterstützt, d. h. ein Trockner oder der Siebboden eines Trockners wird in Schwingungen versetzt,
4. Zudosieren des Malzes in eine Wirbelschicht aus teilweise oder ganz wurzel keimfreiem Grünmalz.

Mit zunehmenden Wasserentzug lösen sich die Wurzelkeime, die Wirbelschicht wird homogener und die Luftgeschwindigkeit kann weiter heruntergefahren wer den.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist so ausgestaltet, daß vorzugsweise ein Wirbelschichttrockner Anwendung findet. Es besteht hierbei die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren in einem Char gentrockner, in mehrstufigen Chargentrocknern oder in einem kontinuierlichen Fließbett durchzuführen. Der Fließbetttrockner kann aus ein oder mehreren Zo nen bestehen, in denen Temperatur, Trocknungsluftvolumenstrom und Schicht höhe beliebig einstellbar sind.

Zur Optimierung des Wirkungsgrades kann die Abluft der einzelnen Zonen beim kontinuierlichen Prozeß oder der einzelnen Stufen bei mehrstufigen Chargen trocknern einzeln oder gemischt mit Luft aus anderen Zonen oder mit Frischluft gemischt und rückgeführt werden. Weiterhin kann erfindungsgemäß das Malz entsprechend einem Darrschema von Kammer zu Kammer und die Prozeßluft im Gegenstrom geführt werden.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung besteht die Möglichkeit, daß das Darren auch mit Hilfe eines Chargen- oder kontinuierlichen Wirbelschichttrock ners vorwiegend für die Schwelkphase und das Ausdarren in der konventionellen Darre erfolgen kann. Die erfindungsgemäße Anlage kann mit Vorrichtungen zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft ausgerüstet sein. Die Temperatur kann über den gesamten Ablauf zwischen 20° und 120° variieren.

Nach einem Merkmal der Erfindung liegt der Temperaturbereich in der ersten Phase (Schwelkphase beim Darren in Wirbelschichten) zwischen 350 und 70°C. Nach einem weiteren Merkmal darf ein Temperaturanstieg der Trocknungsluft auch über 65°C erst bei einer Feuchte < 10 bis 25% erfolgen.

Durch die Anwendung der Wirbelschichttrocknung ergeben sich bei der vorlie genden Erfindung folgende Vorteile:

- Einfache Bauteile der Anlage
- Wesentliche Vergrößerung der umströmten Oberflächen
- Hoher Wärmeübertragungsgrad
- Genaue Temperaturführung in verschiedenen Zonen, verschiedene Tem peraturen sind möglich
- Auch bei niedrigen Temperaturen ist hoher Wärmeeintrag möglich
- Möglichkeit der Trennung von Teilchen verschiedener Größe
- Hohe Betriebssicherheit bei geringem Wartungsaufwand
- Stufenlose Steuerung der Verweilzeit
- Schonende Trocknung
- Gleichmäßigere Trocknung des Malzes in der Schicht durch willkürliche Umschichtung und Mischprozesse in der Wirbelschicht
- Schnellere Trocknung als bei der Darre
- Durch Rückführung oder Kreisstromführung der Luft können auch sehr kleine Anlagen mit vergleichbar guten Wirkungsgraden wie übliche Dar ren gebaut werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips der Wirbelschicht;

Fig. 2 eine Darstellung des Druckverlust-Verlaufs beim Anfahren einer Wir belschicht;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Wirbelschichttrockners gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen Schichthöhe und Druckverlauf in einer Wirbelschicht mit Malz;

Fig. 5 eine Darstellung der Beziehung der Trocknungsgeschwindigkeit bei verschiedenen Anfangstemperaturen:

Fig. 6 eine Darstellung der Beziehung zwischen Mürbigkeit und ganzglasi gen Körnern bei verschiedenen Anfangstemperaturen;

Fig. 7 eine Darstellung der Beziehung zwischen dem Einfluß des Wasserge haltes auf die Friabilitmeterwerte.

Fig. 1 zeigt das Prinzip der Wirbelschicht. Wirbelschichtanlagen verwandeln Haufwerke aus körnigen Teilchen in ein "Fluidat". Dies wird erreicht, indem Luft mit solcher Geschwindigkeit durch das Gut hindurchgeblasen wird, daß nach Fig. 1 die Teilchen zwar voneinander getrennt werden und eine eigene Beweg barkeit erhalten, aber nicht fortfliegen. Das Gut-Luft-Gemisch gleicht in seinen Eigenschaften einer Flüssigkeit, in der sich die Teilchen ständig bewegen und mischen.

Wird die Luftgeschwindigkeit, mit der eine homogene Schicht gleicher Teilchen auf einem durchlässigen Boden angeströmt wird, allmählich erhöht, so lassen sich nach Fig. 2 drei Zustände unterscheiden; wobei die x-Achse die Gasge schwindigkeit und die y-Achse das Wirbelbett-Druckgefälle definieren:

Ruhendes Schüttgutbett - Festbett 1

Bei geringem Luftdurchsatz wächst der Luftwiderstand der Schicht, ohne daß die Schichthöhe zunimmt. Dieser Zustand wird beim klassischen Darrverfah ren nicht überschnitten.

Wirbelbett 2

Überschreitet die Geschwindigkeit einen Grenzwert, d. h. einen Lockerungs punkt 2, geht das Festbett 1 in die homogene Wirbelschicht über. Dieser Grenzwert der Geschwindigkeit wird als minimale Fluidisationsgeschwindig keit bezeichnet.

Förderung

Hier ist der Zustand erreicht, bei dem die Luftgeschwindigkeit den gleichen Betrag aufweist wie die Sinkgeschwindigkeit, d. h. die Partikel schweben. Wird die Luftgeschwindigkeit darüber hinaus erhöht, trägt der Luftstrom die Partikel fort. Die pneumatische Förderung setzt ein.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wirbelschichttrockners gemaß der vorliegenden Erfindung. Es handelt sich hier z. B. um einen Wirbelschicht- Chargentrockner 10, welchem ein Ventilator 12 mit Luftfilter 16 vorgeschaltet ist. Zwischen dem Ventilator 12 und dem Wirbelschichttrockner 10 befindet sich mindestens ein Heizregister 14, wobei auch die Möglichkeit besteht, mehrere Heizregister vorzusehen.

Dem Wirbelschichttrockner 10 ist ein Zyklon 18 nachgeschaltet, in welchem aus Trocknungsluft eine Entstaubung erfolgt.

Theoretisch sprechen viele Eigenschaften des Grünmalzes gegen eine zufrieden stellende Fluidisierung der Schicht in einem wirtschaftlich sinnvollen Bereich. Die relativ hohe Dichte des Korns, dessen nicht-kugelige Form, und vor allem die Wurzelkeime, die zur Verzahnung der Körner untereinander führen, sind hierbei zu nennen.

Wichtig ist der Zusammenhang zwischen Schichthöhe, Druckverlauf und Entfer nung der Wurzelkeime.

Für den in Fig. 4 dargestellten Versuch wurde die Wirbelschicht beladen. An schließend wurde der Rührer eingeschaltet und der zur Fluidisierung notwendige Volumenstrom eingestellt.

Aus Fig. 4 ist hierbei Folgendes zu erkennen, wobei die x-Achse die Zeit t defi niert:

Im selben Maße wie die Schichthöhe abnimmt, steigt der Druckverlust bis zu einem bestimmten Punkt an. Ab diesem Punkt A sind die Wurzelkeime fast völlig abgeschlagen. Der Lückenraumanteil ist minimal und die Schichthöhe nimmt nur noch sehr langsam ab. Schichthöhe und Druckverlust verhalten sich proportional.

Der Parameter Temperatur kann außerdem die Trocknungsgeschwindigkeit maß geblich beeinflussen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, kann bei einer Temperaturerhö hung um 10°C die Gesamttrocknungszeit um über 14% verkürzt werden. Die x- Achse definiert hierbei die Zeit t, die y-Achse den Wassergehalt W. Die Anfang stemperatur ist mit t_a bezeichnet, B bedeutet die Erhöhung der Temperatur.

Die Steigungen der Trocknungsgeschwindigkeitskurven waren bei einer Anfangs temperatur von 50 bis 60°C während der ersten 30 Minuten fast gleich. Nach dieser Zeit wirkt sich das kleinere Dampfdruckgefälle vom Korn zur umgebenden Luft bei 50°C stärker aus. Die Folge ist nach Fig. 5 eine deutliche Abflachung der Trocknungsgeschwindigkeitskurve. Wird nach 60 Minuten die Temperatur der Luft auf 60°C erhöht gleicht sich die Steigung sofort an die über 60°C- Kurve wieder an. Der gleiche Effekt ist bei der Kurve mit einer Anfangstempe ratur von 40°C bei der Temperaturerhöhung auf 60°C festzustellen (bei 130 Minuten), wobei aber bei dieser Kurve die Trocknungsgeschwindigkeit im An fangsbereich deutlich kleiner ist.

Der Sättigungsgrad an Feuchtigkeit der Abluft sollte möglichst lange auf hohem Niveau bleiben, um einen großen Wirkungsgrad der Trocknung zu erzielen. Dies wird u. a. durch Variation der Schichthöhe erreicht, insbesondere durch deren Steigerung. Mit steigender Grünmalzmasse bzw. größeren Schichthöhen steigt auch die Abluftfeuchte. Dies erklärt sich dadurch, daß durch den längeren Weg die vorbeistreichende Luft mehr Zeit hat, Feuchte aus dem Gut aufzunehmen. Einer steigenden Schichthöhe sind durch den starken Druckverlust aber Grenzen gesetzt. Durch Einbauten in der Wirbelschicht können jedoch auch sehr hohe Schichthöhen realisiert und damit der Wirkungsgrad der Malztrocknung verbes sert werden. Die Versuche wurden mit 60°C Anfangstemperatur und minimaler Fluidisierungsgeschwindigkeit durchgeführt.

Je niedrieger die Schichthölle S, desto schneller verliert die Abluft ihren Feuchte gehalt. Sie ist bei Weitem nicht mehr gesättigt. Bei größeren Schichthöhen geht dieser Prozeß langsamer vor sich. Die Konsequenz ist eine geringere Trocknungsgeschwindigkeit. Nach ca. 60 Minuten erkennt man aber, daß sich die Steigungen aller drei Kurven einander angleichen. Der Einfluß der Schicht höhe ist nun geringer.

Weiterhin läßt sich feststellen, daß im Vergleich zum klassischen Verfahren in etwa die gleichen Temperaturniveaus eingehalten werden müssen. Temperaturen während der Schwelkphase über 65°C verschlechtern insbesondere die Friabili meterwerte infolge von Enzymschädigungen.

Zur Entwicklung eines optimalen Darrschemas für die Wirbelschichttechnologie ist es wichtig, die Auswirkungen unterschiedlicher Anfangstemperaturen auf die Malzqualität zu kennen.

Es wurden im Rahmen der Erfindung Malze untersucht, die bei Anfangstempe raturen von 40, 50 und 60°C geschwelkt wurden. Bei allen drei Versuchen wur de die Temperatur von 60 auf 70°C bei einem Wassergehalt des Malzes von 15% erhöht. Der weitere Darrverlauf war bei allen drei Malzen identisch.

Fig. 6 zeigt die Mürbigkeit und ganzglasige Körner bei verschiedenen Anfangs temperaturen; t_a bedeutet die Anfangstemperatur, y₁ die Mürbigkeit, Y₂ die Ganz glasigkeit, V das Vergleichsmalz.

Aus Fig. 6 wird ersichtlich, daß im Temperaturbereich von 50°C die besten Er gebnisse erzielt werden. Bei Anfangstemperaturen deutlich über 50°C treten bei den vorliegenden hohen Wassergehalten Enzymschädigungen auf.

Die Temperatur im Zusammenhang mit dem jeweiligen Wassergehalt hat ent scheidenden Einfluß auf die Malzeigenschaften bei der Trocknung. Das Opti mum des Friabilimeteiwertes steht in einem direkten Zusammenhang zwischen Temperaturerhöhung über 60°C und dem Wassergehalt.

Fig. 7 zeigt vier verschiedene Darrversuche. Als Anfangstemperatur wurde aus Gründen einer schnellen Trocknung 60°C gewählt. Diese Temperatur wurde so lange beibehalten, bis ein Wassergehalt von 25, 20, 15 bzw. 10 Mass.-% erreicht wurde. Dann erst wurde die Temperatur auf 70°C erhöht. Anschließend wurden alle vier Malze nach dem gleichen Darrschema produziert.

Aus Fig. 7 wird ersichtlich, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn vor der Temperaturerhöhung auf 70°C ein Wassergehalt von 20 Mass.-% abgewartet wird. Sowohl die Ganzglasigkeit als auch die Mürbigkeit werden unter diesen Umständen verbessert. Die Werte sind auch hier weitaus besser als die des Ver gleichsmalzes V.

Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich u. a. der Vorteil einer schonenden Produkttrocknung bei einfachen Bauteilen der Anlage. Die umströmten Oberflä chen werden wesentlich vergrößert und es liegt ein hoher Wärmegrad vor.

Claims

1. Verfahren zum Darren von Malz, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Wirbelschichttrockenverfahren Malz gedarrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lösung der Wurzelkeime in der Anfangsphase eine pulsierende Wirbelschicht (schlagartiger Wechsel der zur Fluidisierung erforderlichen Luftmenge) oder ein mechanisches Einwirken oder eine Vibrationsunter stützung oder ein Zudosieren des Malzes in eine Wirbelschicht aus teilweise und ganz wurzelkeimfreiem Grünmalz verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Temperaturerhöhung die Trocknungsgeschwindigkeit beschleu nigt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wurzelkeime im feuchten Zustand durch die Wirbelschicht abge trennt und entfernt werden.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Variation der Schichthöhe der Malzmasse die Trocknungsge schwindigkeit und der Wirkungsgrad beeinflußt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Variation der Temperatur der Trocknungsluft zwischen 20 bis 120°C.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor einer Temperaturerhöhung über 65°C ein Wassergehalt von 10-25 Massenprozenten abgewartet wird.

8. Vorrichtung zum Darren von Malz, dadurch gekennzeichnet, daß Malzin einem Wirbelschichttrockner (10) gedarrt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichttrockner als Chargentrockner, als mehrstufige Char gentrockner oder als kontinuierlicher Wirbelschichttrockner ausgebildet ist, welcher aus ein oder mehreren Zonen besteht, in denen Temperatur, Volu menstrom und Schichthöhe beliebig einstellbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Optimierung des Wirkungsgrades die Abluft der einzelnen Zonen beim kontinuierlichen Prozeß oder der einzelnen Stuten bei mehrstufigen Chaigentrocknern einzeln oder gemischt mit Luft aus anderen Zonen oder mit Frischluft gemischt oder rückführbar ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Malz entsprechend einem Darrschema von Kammer zu Kammer und die Prozeßluft im Gegenstrom geführt sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Darren vorwiegend für die Schwelkphase und das Ausdarren in der konventionellen Darre durchführbar ist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlage mit einer Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus der Abluft ausrüstbar ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß über den gesamten Ablauf die Temperatur zwischen 20°C und 120°C variierbar ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wirbelschichttrockner (10) mindestens ein Ventilator (12) vor- und/oder nachgeschaltet ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Wirbelschichttrockner mindestens ein Heizregister (14) angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wirbelschichttrockner (10) mindestens ein Zyklon (18) und/oder mindestens ein Filter nachgeschaltet ist.