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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung des Pressrückstandes einer Sojaölpresse, wobei ein von einem gasförmigen Wärmeträger durchströmtes Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung für den zu behandelnden Pressrückstand und einer Austrittsöffnung für den wärmebehandelten Pressrückstand vorgesehen ist.
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Die Sojaölpresse ist dabei das zentrale Element einer Ölmühle. In der Sojaölpresse wird aus Sojabohnen das Sojaöl gewonnen, wobei ein fester Pressrückstand verbleibt, der auch als Sojakuchen bezeichnet wird. Dieser Sojakuchen kann etwa in der Tierfütterung eingesetzt werden, da er sehr hohen Proteingehalt aufweist. Hierfür wird er einer Wärmebehandlung unterzogen (so genanntes „Toasten” oder „Entbitterung”), um die im Sojakuchen enthaltenen Trypsininhibitoren, die die Proteinverdauung hemmen, sowie Hämagglutinine, die das Tierwachstum stören können, zu zerstören. Der getoastete Sojakuchen wird in weiterer Folge gekühlt und gegebenenfalls vermahlen. Im Lebensmittelbereich findet vermahlener Sojakuchen als Sojamehl Einsatz.
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Vorrichtungen zur Wärmebehandlung lebensmitteltechnologischer Produkte wurden etwa in der
US 4337584 A ,
GB 2056644 A ,
GB 2402865 A ,
DE 2339908 A1 und der
CH 652893 A5 beschrieben. Für die Wärmebehandlung des Pressrückstandes einer Sojaölpresse sind unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen worden, insbesondere mithilfe von Infrarotstrahlung. Ferner ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Förderschnecke den zu behandelnden Pressrückstand durch eine rohrförmige Heizeinrichtung („Schneckentoaster”) bewegt. Da die Wärmeübertragung nur im Kontaktbereich zwischen der Innenwand der Heizeinrichtung und dem Pressrückstand erfolgen kann, muss für eine ausreichende Erhitzung der gesamten Masse des Pressrückstandes die Innenwandtemperatur der Heizeinrichtung aber etwa doppelt so hoch als die eigentlich für die Wärmebehandlung des Sojakuchens notwendige Temperatur von etwa 100°C gewählt werden und die Heizstrecke mehrere Meter betragen. Dennoch wird nur eine ungleichmäßige Erhitzung des Pressrückstandes erreicht, da die Erwärmung in den unteren Umfangsbereichen der Förderschnecke schwerkraftbedingt immer höher ist als in den oberen Umfangsbereichen. Zudem sind auch lokale Überhitzungen des Pressrückstandes nicht auszuschließen, sodass wertvolle Inhaltsstoffe zerstört werden. Zusätzlich zur unbefriedigenden Aufheizcharakteristik ist der Energiebedarf hoch und der Wirkungsgrad niedrig.
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Es ist daher das Ziel der Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung des Pressrückstandes einer Sojaölpresse bereit zu stellen, die diese Nachteile nicht aufweist und einen besseren Wirkungsgrad bei niedrigerem Energiebedarf aufweist, aber dennoch eine gleichmäßige Erhitzung des Pressrückstandes ohne Gefahr lokaler Überhitzungen sicher stellt.
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Diese Ziele werden durch die Merkmale von Anspruch 1 erreicht. Anspruch 1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung des Pressrückstandes einer Sojaölpresse, wobei ein von einem gasförmigen Wärmeträger durchströmtes Gehäuse mit einer Eintrittsöffnung für den zu behandelnden Pressrückstand und einer Austrittsöffnung für den wärmebehandelten Pressrückstand vorgesehen ist, bei der erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass innerhalb des Gehäuses ein das Gehäuse und den Strömungsweg des Wärmeträgers querender Aufnahmeschacht für den Pressrückstand angeordnet ist, der senkrecht angeordnet ist und von einer das Gehäuse querenden Begrenzung gebildet wird, die sich von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung erstreckt und zumindest teilweise vom Wärmeträger durchströmbar ist. Aufgrund der senkrechten Anordnung des Aufnahmeschachtes fällt der Pressrückstand schwerkraftbedingt von der Eintrittsöffnung in Richtung der Austrittsöffnung. Im praktischen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Aufnahmeschacht mit dem Pressrückstand vollständig befüllt, wobei eine im Bereich der Eintrittsöffnung angeordnete Eintragsschnecke den Pressrückstand von der Ölpresse in den Aufnahmeschacht fördert, und eine im Bereich der Austrittsöffnung angeordnete Austragsschnecke den wärmebehandelten Pressrückstand austrägt. Um die vollständige Befüllung des Aufnahmeschachtes sicher zu stellen, wird die Förderleistung der Eintragsschnecke im Wesentlichen gleich zu jener der Austragsschnecke eingestellt, wobei auch Sensoren vorgesehen sein können, die das Unter- oder Überschreiten einer vorgegebenen Füllhöhe detektieren und die Eintrags- und Austragsschnecke entsprechend regeln. Somit befindet sich immer eine vorgegebene Menge an Pressrückstand innerhalb des Aufnahmeschachtes, die während ihrer Verweildauer innerhalb des Gehäuses aufgrund der vom Wärmeträger durchströmbaren Begrenzung des Aufnahmeschachtes vom Wärmeträger durchströmt und aufgeheizt wird. Beim Wärmeträger handelt es sich vorzugsweise um Heißluft. Die an der Austrittsöffnung erreichte Sojakuchentemperatur ist dabei im Wesentlichen vom Massenstrom des Wärmeträgers, seiner Temperatur, dem Wassergehalt des Pressrückstandes und des Wärmeträgers sowie der Verweildauer innerhalb des Gehäuses abhängig. Diese Parameter können so aufeinander abgestimmt werden, dass die Sojakuchentemperatur die erforderlichen Temperaturen erreicht. Eine lokale Überhitzung ist dennoch ausgeschlossen, da der Pressrückstand maximal die Temperatur des Wärmeträgers aufweisen kann, die aber aufgrund des intensiven Wärmeübertrags vom Wärmeträger auf den von ihm durchströmten Sojakuchen im Bereich der für die Wärmebehandlung des Sojakuchens erforderlichen Temperaturen gewählt werden kann, vorzugsweise im Bereich von 130°–140°C. Auf diese Weise kann die Temperatur des Wärmeträgers vergleichsweise niedrig gehalten werden, sodass der Energieverbrauch reduziert und der Wirkungsgrad entscheidend erhöht wird.
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Vorzugsweise kann im Bereich der Austrittsöffnung ein von einem Kühlgas durchströmter Kühlungsbereich mit einem Kühlgaseinlass und einem Kühlgasauslass vorgesehen sein, und der Aufnahmeschacht den Kühlungsbereich und den Strömungsweg des Kühlgases queren, wobei der innerhalb des Kühlungsbereiches liegende Abschnitt des Aufnahmeschachtes zumindest teilweise eine vom Kühlgas durchströmbare Begrenzung aufweist. Dieser Kühlungsbereich dient der Abkühlung des Pressrückstandes und ermöglicht einerseits eine Nutzung der gewonnenen Abwärme und andererseits das Abführen von Feuchtigkeit, wie noch näher beschrieben werden wird.
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Die vom Wärmeträger oder dem Kühlgas durchströmbare Begrenzung wird vorzugsweise durch eine Schar zueinander parallel angeordneter und schräg zur Längsachse des Aufnahmeschachtes verlaufender Lamellen gebildet. Das dem Aufnahmeschacht abgewandte Ende der jeweiligen Lamelle liegt dabei höher als das dem Aufnahmeschacht zugewandte Ende der Lamelle. Auf diese Weise bieten die Lamellen einerseits aufgrund ihrer gegenseitigen Beabstandung eine annähernd durchgehende Öffnung des Aufnahmeschachtes gegenüber dem Gehäuse und somit eine annähernd ungehinderte Eintrittsöffnung für den Wärmeträger, aber andererseits auch eine gute Rückhaltefunktion für den Pressrückstand. Diese Ausführung stellt eine mechanisch einfache aber überaus effektive Lösung dar, die sich speziell für Sojakuchen aufgrund seiner Konistenz gut eignet.
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Der gasförmige Wärmeträger wird vorzugsweise in einem Kreislauf geführt, der vom Gehäuse, von einer Heizeinrichtung und einem Zirkulationsgebläse, sowie von den das Gehäuse, die Heizeinrichtung und das Zirkulationsgebläse verbindenden Rohrleitungen gebildet wird. Diese Ausführung verringert einerseits den für die Aufheizung des Wärmeträgers erforderlichen Energieverbrauch, und bewirkt andererseits einen zunehmenden Wasserdampfanteil im Wärmeträger aufgrund des aus dem Sojakuchen verdampfenden Wassers. Ein hoher Wasserdampfanteil im Wärmeträger verbessert wiederum die Wärmeübertragung auf den Sojakuchen. Da sich durch die Verdampfung das Gasvolumen ständig erhöht, kommt es zu einem Austritt von Wasserdampf aus der Eintrittsöffnung sowie der Austrittsöffnung des Gehäuses. Um an diesen Stellen eine Kondensation von Wasserdampf zu vermeiden ist vorzugsweise im Bereich der Eintrittsöffnung eine Dampfabsaugung vorgesehen, die den aus dem Gehäuse austretenden Wasserdampf absaugt.
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Der Kühlgasauslass des Kühlungsbereiches kann des Weiteren über eine Abwärmeleitung und einen Wärmetauscher mit der Ansaugstrecke von Warmluft für den Sojabohnenvorratsbehälter verbunden sein. Auf diese Weise wird die Abwärme aus dem Abkühlen des Sojakuchens in vorteilhafter Weise genutzt, da eine Erwärmung der Sojabohnen die Gewinnung von Sojaöl aus dem nachfolgenden Pressvorgang begünstigt. Mithilfe des Wärmetauschers wird zudem verhindert, dass die in der erwärmten Kühlluft enthaltene Feuchtigkeit den Sojabohnen und somit dem Gesamtprozess zugeführt wird. Somit wird dem Gesamtprozess mithilfe des Wärmetauschers dauerhaft Feuchtigkeit entzogen. Zu diesem Zweck kann auch die Dampfabsaugung mit der Abwärmeleitung verbunden sein.
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Die Erfindung wird in weiterer Folge anhand eines Ausführungsbeispiels mithilfe der beiliegenden Figur näher erläutert. Hierbei zeigt die
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Ölmühle mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entbitterung.
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Die in der 1 gezeigte Ölmühle umfasst eine Sojaölpresse 1, die aus einem Sojabohnenvorratsbehälter 2 mit Sojabohnen beschickt wird. Das durch Pressung gewonnene Sojaöl wird gesammelt und in der Regel einer Filtration unterzogen. Die hierfür notwendigen Anlagenteile sind in der 1 jedoch nicht ersichtlich. Der Pressrückstand P der Sojaölpresse 1, der auch als „Sojakuchen” bezeichnet wird, wird über eine Eintragsschnecke 3 der Eintrittsöffnung 4 eines Gehäuses 5 zugeführt. Das Gehäuse 5 ist etwa quaderförmig ausgeführt und weist in seinem Inneren einen Aufnahmeschacht 6 auf, der sich von der Eintrittsöffnung 4 zur Austrittsöffnung 7 des Gehäuses 5 erstreckt und den über die Eintrittsöffnung 4 zugeführten Pressrückstand P aufnimmt. Der Aufnahmeschacht 6 ist dabei senkrecht angeordnet, weist aber zumindest ein starkes Gefälle auf. Der Aufnahmeschacht 6 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 durch eine erste Schar von plattenförmigen Lamellen 8a und eine zweite Schar von plattenförmigen Lamellen 8b begrenzt, wobei die Lamellen 8 der jeweiligen Schar jeweils horizontal und zueinander parallel angeordnet sind sowie mit ihrer Breitseite schräg zur Längsachse des Aufnahmeschachtes 6 verlaufen. Die Lamellen 8 erstrecken sich ferner über die gesamte Breite des Gehäuses 5, sodass die Begrenzung des Aufnahmeschachtes 6 durch die erste Schar von Lamellen 8a, die zweite Schar von Lamellen 8b, sowie die zwischen der ersten und der zweiten Schar liegenden Mantelabschnitte des Gehäuses 5 gebildet wird. Die Lamellen 8 können beispielsweise jeweils aus Metallplatten gefertigt sein.
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Das Gehäuse 5 weist ferner einen Wärmeträgereinlass 9 und einen Wärmeträgerauslass 10 auf. Der gasförmige Wärmeträger W, vorzugsweise Heissluft, strömt über den Wärmeträgereinlass 9 in das Gehäuse 5 und verlässt es über den Wärmeträgerauslass 10. Während seines Strömungsweges vom Wärmeträgereinlass 9 zum Wärmeträgerauslass 10 durchströmt der Wärmeträger W zunächst die erste Schar von Lamellen 8a, in weiterer Folge den innerhalb des Aufnahmeschachtes 6 befindlichen Pressrückstand P und schließlich die zweite Schar von Lamellen 8b. Die Strömung des Wärmeträgers W wird über ein Zirkulationsgebläse 11 aufrechterhalten und die erforderliche Temperatur des Wärmeträgers W mithilfe einer Heizeinrichtung 12 eingestellt. Der gasförmige Wärmeträger W wird dabei in einem Kreislauf geführt, der vom Gehäuse 5, vom Zirkulationsgebläse 11, von der Heizeinrichtung 12, sowie von den das Gehäuse 5, die Heizeinrichtung 12 und das Zirkulationsgebläse 11 verbindenden Rohrleitungen gebildet wird. Diese Ausführung verringert einerseits den für die Aufheizung des Wärmeträgers W erforderlichen Energieverbrauch, und bewirkt andererseits einen zunehmenden Wasserdampfanteil im Wärmeträger W aufgrund des aus dem Pressrückstand P verdampfenden Wassers. Ein hoher Wasserdampfanteil im Wärmeträger W verbessert wiederum die Wärmeübertragung auf den Pressrückstand P. Da sich durch die Verdampfung das Gasvolumen aber ständig erhöht, kommt es zu einem Austritt von Wasserdampf aus der Eintrittsöffnung 4 sowie der Austrittsöffnung 7 des Gehäuses 5. Um an diesen Stellen eine Kondensation von Wasserdampf zu vermeiden ist vorzugsweise im Bereich der Eintrittsöffnung 4 eine Dampfabsaugung 21 vorgesehen, die den aus dem Gehäuse 5 austretenden Wasserdampf abführt.
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Unterhalb des Gehäuses 5 ist in der gezeigten Ausführungsform der 1 im Bereich der Austrittsöffnung 7 ein von einem Kühlgas K durchströmter Kühlungsbereich 13 mit einem Kühlgaseinlass 14 und einem Kühlgasauslass 15 vorgesehen. Der Aufnahmeschacht 6 quert auch den Kühlungsbereich 13 sowie den Strömungsweg des Kühlgases K, wobei der innerhalb des Kühlungsbereiches 13 liegende Abschnitt des Aufnahmeschachtes 6 zumindest teilweise eine vom Kühlgas K durchströmbare Begrenzung aufweist, die wiederum von einer ersten Schar plattenförmiger Lamellen 8a und einer zweiten Schar plattenförmiger Lamellen 8b begrenzt wird, wobei die Lamellen 8 der jeweiligen Schar jeweils horizontal und zueinander parallel angeordnet sind sowie mit ihrer Breitseite schräg zur Längsachse des Aufnahmeschachtes 6 verlaufen. Die Lamellen 8 erstrecken sich ebenfalls über die gesamte Breite des Kühlungsbereiches 13, sodass die Begrenzung des Aufnahmeschachtes 6 innerhalb des Kühlungsbereiches 13 durch die erste Schar von Lamellen 8a, die zweite Schar von Lamellen 8b, sowie die zwischen der ersten und der zweiten Schar liegenden Mantelabschnitte des Kühlungsbereiches 13 gebildet wird.
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Das Kühlgas K, vorzugsweise Kühlluft, strömt über den Kühlgaseinlass 14 in den Kühlungsbereich 13 und verlässt ihn über den Kühlgasauslass 15. Während seines Strömungsweges vom Kühlgaseinlass 14 zum Kühlgasauslass 15 durchströmt das Kühlgas K im gezeigten Ausführungsbeispiel zunächst die zweite Schar von Lamellen 8b, in weiterer Folge den innerhalb des Aufnahmeschachtes 6 befindlichen Pressrückstand P und schließlich die erste Schar von Lamellen 8a. Das Kühlgas K nimmt dabei Wärme und Feuchtigkeit des Pressrückstandes P. der das Gehäuse 5 mit etwa 100°C verlässt, auf. Die Strömung des Kühlgases K wird über ein Gebläse 16 aufrechterhalten. Unterhalb des Kühlungsbereiches 13 sowie des Aufnahmeschachtes 6 ist eine Austragsschnecke 17 angeordnet, die den wärmebehandelten Pressrückstand P weiteren Anlagenabschnitten, etwa einer Zerkleinerung, zuführt.
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Der Kühlgasauslass 15 des Kühlungsbereiches 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel über eine Abwärmeleitung 18 und einen Wärmetauscher 19 mit der Ansaugstrecke von Warmluft, in der ein Ansauggebläse 20 angeordnet ist, für den Sojabohnenvorratsbehälter 2 verbunden. Auf diese Weise wird die Abwärme aus dem Abkühlen des Pressrückstandes P im Kühlungsbereich 13 in vorteilhafter Weise genutzt, da eine Erwärmung der Sojabohnen die Gewinnung von Sojaöl aus dem nachfolgenden Pressvorgang begünstigt. Mithilfe des Wärmetauschers 19 wird zudem verhindert, dass die in der erwärmten Kühlluft K enthaltene Feuchtigkeit wieder den Sojabohnen und somit dem Gesamtprozess zugeführt wird. Somit wird dem Gesamtprozess mithilfe des Wärmetauschers 19 dauerhaft Feuchtigkeit entzogen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch die Dampfabsaugung 21 mit der Abwärmeleitung 18 verbunden, sodass aus dem Gehäuse 5 austretender Wasserdampf mithilfe des Gebläses 16 abgesaugt und die abgesaugte Feuchtigkeit über den Wärmetauscher 19 abgegeben werden kann. Auf diese Weise kann eine unerwünschte Kondensation von Wasserdampf im Bereich der Eintrittsöffnung 4 des Gehäuses 5 vermieden werden. Der Wärmetauscher 19 gibt die entzogene Feuchtigkeit als Kondensat ab (in der 1 mit „H2O” bezeichnet).
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Im praktischen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Aufnahmeschacht 6 mit dem Pressrückstand P vollständig befüllt, sodass sich innerhalb des Gehäuses 5 eine Pressrückstandssäule ausbildet, deren Sojakuchenmaterial sich von oben nach unten bewegt. Um diese vollständige Befüllung des Aufnahmeschachtes 6 sicher zu stellen, wird die Förderleistung der Eintragsschnecke 3 im Wesentlichen gleich zu jener der Austragsschnecke 17 eingestellt, wobei auch ein Füllstandssensor 22 vorgesehen ist, der das Unter- oder Überschreiten einer vorgegebenen Füllhöhe detektiert und die Eintragsschnecke 3 und die Austragsschnecke 17 entsprechend regelt. Somit befindet sich immer eine vorgegebene Menge an Pressrückstand P innerhalb des Aufnahmeschachtes 6, die während ihrer Verweildauer innerhalb des Gehäuses 5 aufgrund der vom Wärmeträger W durchströmbaren Begrenzung des Aufnahmeschachtes 6 vom Wärmeträger W durchströmt und aufgeheizt wird. Die Temperatur des Wärmeträgers W wird dabei über einen Temperatursensor 23 überwacht und über entsprechende Ansteuerung der Heizeinrichtung 12 auf eine Temperatur von etwa 130°–140°C, vorzugsweise 135°C, geregelt. Durch geeignete Regelung von Massenstrom und Temperatur des Wärmeträgers W sowie der Förderleistung der Eintragsschnecke 3 und der Austragsschnecke 17 kann die an der Austrittsöffnung 7 erreichte Temperatur des Pressrückstandes P eingestellt werden, insbesondere auf eine für die Entbitterung des Pressrückstandes P erforderliche Temperatur von etwa 100°C. Der Pressrückstand P wird in weiterer Folge im Kühlungsbereich 13 abgekühlt, wobei das Kühlgas K auf eine Temperatur von etwa 65°C erwärmt wird. Die entsprechende Wärmemenge wird wie oben beschrieben mithilfe des Wärmetauschers 19 zur Vorwärmung der Sojabohnen im Sojabohnenvorratsbehälter 2 genutzt. Der Sojabohnenvorratsbehälter 2 wird über einen Förderer 24 mit Sojabohnen befüllt, wobei auch der Sojabohnenvorratsbehälter 2 mit einem Sensor 25 versehen sein kann, um eine Überfüllung des Sojabohnenvorratsbehälters 2 zu vermeiden.
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Aufgrund des intensiven Wärmeübertrags vom Wärmeträger W auf den von ihm durchströmten Sojakuchen innerhalb des Aufnahmeschachtes 6 erfolgt eine effektive Aufheizung des Pressrückstandes P. Eine lokale Überhitzung des Pressrückstandes P und somit eine Zerstörung wertvoller Inhaltsstoffe des Sojakuchens ist aber dennoch ausgeschlossen, da der Pressrückstand P maximal die Temperatur des Wärmeträgers W aufweisen kann, die aber vergleichsweise niedrig gewählt werden kann, nämlich im oben genannten Bereich von beispielsweise 130°–140°C. Der Energieverbrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf diese Weise reduziert und der Wirkungsgrad entscheidend erhöht werden. Die Vorrichtung ist außerdem konstruktiv einfach und erfordert einen niedrigen Regelungsaufwand.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4337584 A [0003]
- GB 2056644 A [0003]
- GB 2402865 A [0003]
- DE 2339908 A1 [0003]
- CH 652893 A5 [0003]
