DE3021083A1

DE3021083A1 - Verfahren zum zerkleinern von stoffgemischen, insbesondere aus pflanzenprodukten, sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3021083A1
Application number: DE19803021083
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ing.(grad.) 4054 Nettetal Fiedler; Heinz Ing.(grad.) 4155 Grefrath Ponzelar; Ulrich Dipl.-Ing. 4154 Tönisvorst Trappe
Original assignee: GEFI GmbH
Current assignee: GEFI GmbH
Priority date: 1980-06-04
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1981-12-10

Description

Verfahren zum Zerkleinern von Stoffqemischen insbesondere
aus Pflanzenprodukten, sowie Vorrichtung zur Durchführunq des Verfahrens Die Erfindung.bezieht sich auf ein Verfahren zum Zerkleinern von Stoffgemischen, insbesondere aus Pflanzenprodukten, wobei das Stoffgemisch durch Zuführen von Druckgas einem hohen Druck ausgesetzt-und anschließend durch schnelles Ablassen des Druckgases entspannt wird.
Verfahren der vorerläuterten Art sind bereits bekannt, z.B.
aus der DE-OS 26 32 045.6. Sie beruhen auf der Erkenntnis, daß Pflanzenprodukte, z.B. Samen und Früchte, aus kleinen Zellen zusammengesetzt sind. Jede Zelle enthält flüssige Bestandteile, z.B. Saft, Ö1, unter anderem. Diese flüssigen Bestandteile sind von Zellwänden umschlossen. Die Zellflüssigkeit steht gewöhnlich unter dem atmosphärischen Druck. Wenn man diese PElanzenprodukte in einem Druckbehälter unter erhöhten Druck setzt, so wird die im Innern der Zellen befindliche Flüssigkeit nicht zusammengepreßt, weil sie inkompressibel ist, vielmehr erfolgt im Innern der Zellen eine Angleichung des Flüssigkeitsdruckes an den erhöhten äußeren Druck, der auf die Zellwände einwirkt. Es hat sich nun in der Praxis erwiesen, daß die Zellwände von innen nach außen zerreißen und die in den Zellen enthaltene Flüssigkeit freigeben, wenn plötzlich der äußere Druck aufgehoben, in der Praxis durch schnelles Ablassen von Druckgas ein Entspannen vorgenommen wird. Das Zerreißen der Zellwände ist dabei darauf zurückzuführen, daß der innere Zellendruck in der kurzen Zeit der Entspannung des Außendruckes nicht vermindert werden kann.
Bei den bisher bekannten Verfanren erfolgt das jeweilige Entspannen des Druckgases solange bis jeweils der Druck der Umgebung, also der Atmosphärendruck, erreicht ist.
Per Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zu Anfang erläuterte Verfahren dahingehend wesentlich zu verbessern, daß eine schnellere Arbeitsweise und eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades erreicht werden.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Entspannen und Ablassen des Druckgases bis zu einem Teildruck vorqenommenkird, welcher deutlich über dem Atmosphärendruck liegt, und daß daszu zerkleinernde Stoffgemisch unter mindestens diesem Teildruck stehend zugeführt wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß einerseits durch die schnelle Druckentspannung das Aufbrechen der Zellwände und die Freigabe der Flüssigkeit erfolgt, daß aber gleichzeitig die Vorgänge des Entspannens und des Aufbringens des neuen erhöhten Druckes in wesentlich kürzerer Zeit durchgeführt werden können, als müßte man bis zum Erreichen des Atmosphärendruckes beim Entspannen und bis zum Erreichen des endgültigen erhöhten Druckes warten. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß das Zerreißen der Zellwände nicht von der absoluten Druckdifferenz zwischen erhöhtem Druck und Atmosphärendruck abhängig ist, sondern vielmehr von einer Druckdifferenz in einem erhöhten Druckbereich. Die Entspannung im Bereich einer Druckdifferenz hoher Drucke läßt sich in wesentlich kürzerer Zeit vornehmen und ebenso das Erreichen des erhöhten Betriebsdruckes, als das bisherige Entspannen bis auf Atmosphärendruck und das Aufbringen des Druckes bis zum gewünschten Betriebsdruck. Die durch die Erfindung erreichbare Wirkungsgraderhöhung ergibt sich nicht nur durch die wesentliche Zeitersparnis, sondern auch durch wesentlich geringeren Energieaufwand, weil nur noch eine Druckerhöhung im Differenzbereich der erhöhten Drücke vorgenommen zu werden braucht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das zerkleinerte Stoffgemisch jeweils in Teilmengen aus einem Druckraum in einen Entspannungsraum überführt wir. In der Praxis schießt man den größten Teil des im Druckraum zerkleinerten Stoffgemisches nach unten in den Entspannungsraum ein, läßt dann aber einen Teil des Stoffgemisches im Druckraum zurück. Dieser zurückbleibende Teil des Stoffgemisches bildet gewissermaßen einen Pfropfen und verhindert, daß das im Druckraum befindliche Druckgas unbehindert in den Entspannungsraum überströmt und sich dadurch zu sehr entspannt-. Das Überführen jeweils einer Teilmenge des Stoffgemisches aus dem Druckraum in den Entspannungsraum kann man auf diese Weise so steuern, daß das Druckgas gerade einen solchen Teil druck im Druckraum behält, daß anschließend das Aufbringen des Hochdruckes schnell und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
In diesem Zusammenhang wird weiterhin vorgeschlagen, daß unzerkleinertes Stoffgemisch in entsprechenden Teilmengen in den Druckraum eingegeben wird.
-Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ferner dadurch verbessert werden, daß der nach dem Überführen von Teilmengen in dem Entspannungsraum verbleibende Überdruck zum Fördern des zerkleinerten Stoffgemisches aus dem Entspannungsraum bis zu einer Weiterverarbeitungsstelle benutzt wird Eine alternative Verbesserung des Verfahrens ist ferner dadurch möglich, daß das Fördern des zerkleinerten Stoffgemisches aus dem Entspannungsraum bis zu einer Weiterverarbeitungsstelle unter Vakuum erfolgt. Hierdurch ergibt sich eine besonders schnelle Arbeitsweise.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,mit mindestens einer Druckkammer, einer darunter angeordneten und mit dieser verbundenen Entspannungskammer, mindestens einem Absperrorgan zwischen Druckkammer und Entspannungskammer und mit einer Einrichtung zum Zuführen von Druckgas, insbesondere Druckluft, zu jeder Druckkammer, wobei jedes Absperrorgan als druckgesteuertes Ventil zur Druckentlastung und Entleerung der jeweils oberen Druckkammer in die darunter befindliche Druckkammer bzw. die Entspannungskammer ausgebildet ist, und-wobei eine Einfüllvorrichtung für das zu zerkleinernde Stoffgemisch in die oberste Druckkammer vorgesehen ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtunq ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuerung jedes Ventiles derart ausgebildet ist, daß das Ventil nur während des Entspannens und Ablassens des Druckgases bis zu einem regelbaren Teil druck geöffnet ist, der deutlich über dem Atmosphärendruck liegt, und daß die Einfüllvorrichtung derart ausgebildet und mit einem Druckgasanschluß versehen ist, daß das- zu- zerkleinernde Stoffgemisch unter mindestens diesem Teildruck stehend zuführbar ist.
Eine Verbesserung der edindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dadurch, daß die Entspannungskammer mit einem Vakuumanschluß versehen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Arbeitsweise ist folgende.
-Das zu zerkleinernde Stoffgemisch, z.B. Früchte oder Samen, wird zunächst konventionell gereinigt und nach entsprechender Vorbehandlung durch die Dosiervorrichtung 1 in die Auffangkammer.3 eingespeist. Während dieses Vorganges ist das Ventil 5 geöffnet, während das Ventil 6 zunächst geschlossen bleibt.
Sodann wird auch das Ventil 5 geschlossen und über die Leitung 16 mittels des Kompressors 10 nach Öffnen des Luftdruckventiles 21 ein Teildruck in der Auffangkammer 3 erzeugt. Dieser Teildruck entspricht in seiner Höhe im wesentlichen dem Teildruck,- der zum Zeitpunkt der Überführung des Stoffgemisches von der Auffangkammer 3 in die erste Druckkammer 4 des Druckzylinders 2 in dieser Druckkammer 4 herrscht. Zum -Überführen wird das Ventil-6 geöffnet, so daß das unter Teildruck stehende Stoffgemisch unbehindert in Richtung der Pfeile la in die erste Druckkammer 4 des Druckzylinders 2 einfallen kann.
Während dieses Überführungsvorganges sind die Ventile 5 und 7 geschlossen, die über die Regelventile 22, die Leitung 16 und den Kompressor 10 mittels des von diesem angelieferten Luftdruckes betätigbar sind. Wenn die Druckkammer 4 mit dem Stoffgemisch gefüllt ist, schließt sich automatisch das Ventil 6 mittels einer Luftdrucksteuerung, und zwar über das Ventil 13, die Leitung 16 und den Kompressor 10. Wenn das Ventil 6 geschlossen ist, wird das Luftdruckventil 12 geöffnet, welches ebenfalls an die gemeinsame Leitung 16 und den Kompressor 10 angeschlossen ist. Durch das gelöcherte Rohr 12a verteilt sich der Druck gleichmäßig auf das in der Druckkammer 4 befindliche Stoffgemisch. Die Erhöhung des Luftdruckes von dem vorherigen Teildruck auf den erforderlichen Hochdruck läßt sich schnell und wirtschaftlich erreichen.
Sobald der vorbestimmte Luftdruck in der Druckkammer 4 erreicht ist, wird das Ventil 7 mittels des Regelventiles 15 geöffnet, während das Ventil 6 geschlossen bleibt. Dadurch schießt das Stoffgemisch mit hoher Geschwindigkeit in die darunter befindliche zweite Druckkammer 4a des gemeinsamen Druckzylinders 2. In der unteren Druckkammer 4a herrscht ein Teildruck, der zwar deutl-ich über dem Druck der Umgebung, insbesondere dem Atmosphärendruck, liegt, der aber wesentlich niedriger als der vorher in der Druckkammer 4 aufgebaute Hochdruck ist. Während des schnellen Ausschißens des Stoffgemisches wirkt sich der oben erläuterte innere Druck der Zellen aus, so daß diese von innen nach außen zerrissen werden und sich ein Brei bildet.
Vorteilhafterweise wird das Ventil 7 geschlossen, bevor das gesamte Stoffgemisch aus der Druckkammer 4 in die weitere Druckkammer 4a gelangt ist, so daß noch eine Teilmenge des Stoffgemisches-im unteren Teil der Druckammer 4 verbleibt und dort eine Art Stopfen bildet, so daß nach vollzogener Entspannung noch ein Teil druck in der Druckkammer 4 verbleibt.
Sobald das Ventil 7 geschlossen ist, kann der oben erläuterte Vorgang des Füllens der Auffangk-ammer 3 und der ersten Druckkammer 4 wiederholt werden. Die zweite untere Druckkammer 4a dient der Wiederholung des Zerkleinerungsvorganges, insbesondere bei schwer zu zerkleinernden Stoffgemischen. Dazu sind die beiden Ventile 7 und 8 geschlossen, und es befindet sich, wie erläutert, in der zweiten unteren Druckkammer 4a ein Teildruck. Durch Öffnen des Luftdruckventiles 14 wird von dem Kompressor 10 über die Leitung 16 und das gelochte Rohr 14a Luft unter hohem Druck in die zweite Druckkammer 4a eingebracht. Wenn in der Druckkammer 4a der gewünschte vorbestimmte Druck erreicht ist., wird da-s Ventil 8 geöffnet, so daß der unter Druck stehende Brei mit großer Geschwindigkeit in die Entspannungskammer 9 geschossen wird, wobei die bisher noch nicht zerkleinerten Zellen durch Wirkung des Innendruckes aufgerissen und zerkleinert werden. Inzwischen ist auch die Druckkammer 4 wieder gefüllt und die beschriebenen Vorgänge wiederholen sich stufenweise und alternativ zwischen den Druckkammern 4 und 4a.
Das zerkleinerte breiartige Stoffgemisch kann durch eine geeignete Fördervorrichtung über einen Verbindungsstutzen 17 abgeleitet werden. Die Entspannungskammer bleibt vorteilhafterweise ebenfalls, wie die vorhergehende erläuterten Kammern, unter einem Teildruck, der sich aus dem Überschießen des zerkleinerten Stoffgemisches aus der Druckkammer 4a nach der Entspannungskammer 9 ergibt. Dieser Teildruck-wird vorteilhafterweise zum Weiterfördern des behandelten Stoffgemisches über ein Regelventil 19 und eine Leitung 20 zu einer anschließenden nicht gezeichneten Trenn- und Waschvorrichtung benutzt. Bei dieser Arbeitsweise kann im allgemeinen die gezeichnete Schneckenpumpe 18 entfallen. Alternativ kann aber auch das Weiterfördern des zerkleinerten Stoffgemisches aus der Entspannungskammer 9 bis zu einer Weiterverarbeitungsstelle unter Vakuum bzw. Unterdruck erfolgen. Zu diesem.Zweck kann man die Entspannungskammer mit einem geeigneten Vakuumanschluß versehen.

Claims

Patentan sprüche 9 Verfahren zum Zerkleinern von Stoffgemischen, insbesondere aus Pflanzenprodukten, wobei das Stoffgemisch durch Zuführen von Druckgas einem hohen Druck ausgesetzt und anschließend durch schnelles Ablassen des Druckgases entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Entspannen und Ablassen des Druckgases bis zu einem Teildruck vorgenommen wird, weicher deutlich über dem Atmosphärendruck liegt, und daß das zu zerkleinernde Stoffgemisch unter mindestens diesem Teil druck stehend zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zerkleinerte Stoffgemisch jeweils in Teilmengen aus einem Druckraum in einen Entspannungsraum überführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unzerkleinertes Stoffgemisch in entsprechenden Teilmengen in den Druckraum eingegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem Überführen von Teilmengen in dem Entspannungsraum verbleibende Überdruck zum Fördern des zerkleinerten Stoffgemisches aus dem Entspannungsraum bis zu einer Weiterverarbeitungsstelle benutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördern des zerkleinerten Stoffgemisches aus dem Entspannungsraum bis zu einer Weiterverarbeitungsstel.le unter Vakuum erfolgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit mindestens einer Druckkammer, einer darunter angeordneten und mit dieser verbundenen Entspannungskammer, mindestens einem Absperrorgan zwischen Druckkammer und Entspannungskammer und mit einer Einrichtung zum Zuführen von Druckgas, insbesondere Druckluft, zu jeder Druckkammer, wobei jedes Absperrorgan als druckges.teuertes Ventil zur Druckentlastung und Entleerung der jeweils oberen Druckkammer in die darunter befindliche Druckkammer bzw. die Entspannungskammer ausgebildet ist, und wobei eine Einfüllvorrichtung für das zu zerkleinernde Stoffgemisch in die oberste Druckkammer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksteuerung jedes Ventiles derart ausgebildet ist, daß das Ventil nur während des Entspannens und Ablassens des Druckgases bis z-u einem regelbaren Teildruck geöffnet ist, der deutlich über dem Atmosphärendruck liegt, und daß die Einfüllvorrichtung derart ausgebildet und mit einem Druckgasanschluß versehen ist, daß das zu zerkleinernde Stoffgemisch unter mindestens diesem Teil druck stehend zuführbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungskammer mit einem Vakuumanschluß versehen ist.