DE3544298A1 - Vorrichtung zum konstanthalten des ausgangsdrucks von kontinuierlich arbeitenden expandern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konstanthalten des Ausgangsdrucks von unter erhöhtem Druck und kontinuier­ lich arbeitenden Expandersystemen. Diese werden u.a. im Rahmen der thermischen Vorbehandlung von Extraktionsgut, et­ wa bei der Ölgewinnung aus Leguminosesamen durch Lösemittel­ extraktion in Anlehnung an das Verfahren der EP-Anmeldung 85 106 666.2, eingesetzt. Sie können aber auch im gleichen Masse in vielen weiteren Anwendungsbereichen der Technik, insbesondere im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik, Verwendung finden, so z.B. bei Polymerisationsreaktionen, bei stofflichen Umsätzen, bei Trocknungs- oder Hydratations­ prozessen, in der Pharmazie, in der Nahrungsmittelverarbei­ tung usw.

Bei der Gewinnung von Speiseöl aus Leguminosesamen und an­ derem Saat- oder Kernmaterial -hier beispielhaft für einen besonders spezifischen Anwendungsbereich der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung genannt- ist es erforderlich, vor der Ex­ traktion, d.h. vor dem Ölentzug durch Lösemittel, das Rohma­ terial thermisch zu behandeln, um die anschließenden Pro­ zess-Stufen der Extraktion, Ölreinigung und Rückstandsauf­ bereitung (Schrotgewinnung) zu optimieren bzw. zu entlasten, oder sogar auf Produktaufbereitungsprozesse ganz oder teil­ weise verzichten zu können.

Bei einer derartigen Vorbehandlung von Saatgut oder anderem Kernmaterial spielen die Temperatur und die Behandlungszeit eine erhebliche Rolle, hängt es doch von beiden Verfahrenspa­ rametern ab, wieweit das Rohmaterial konditioniert wird, ohne wichtige Inhaltsstoffe wie Proteine usw. zu vernichten.

So ist bei Atmosphärendruck die Behandlungstemperatur nach oben begrenzt und liegt als Funktion der Feuchtigkeit des Ma­ terials (Wassergehalt) bei maximal 115°C, wobei schon ab 104°C - in Abhängigkeit von der Natur und Provenienz des Rohmaterials - unerwünschte Neben- und Abbaureaktionen festzussellen sind. Damit aber bestimmte unerwünschte Enzyme inaktiviert werden, sind erheblich höhere Temperaturen erforderlich, sodaß ein Kompromiss erforderlich ist zwischen hoher Temperatur und mög­ lichst kurzer Behandlungszeit, um einmal die unerwünschten En­ zyme optimal zu inaktivieren und zum andern die Eigenschaften der Proteine nicht zu verändern.

Die einleitend bereits genannte EP-Anmeldung 85 106 666.2 be­ schreibt ein Verfahren und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignet Vorrichtung für die vorstehend inhaltlich kurz zi­ tierte thermische Vorbehandlung von Saatgut, bei dem das durch Reinigung, Trocknung, Mahlung und ggf. Formgebung vor­ bereitete Rohmaterial in einem vollkontinuierlich arbeitenden, auf Drucke bis ca. 25 Bar ausgelegten, allseits geschlosse­ nen System mit allmählich ansteigendem Massedruck in dem Au­ genblick, wo der ansteigende Masse-Eigendruck einen bestimmten Optimalwert aufgebaut hat, mit Hochdruck-Wasserdampf behandelt wird, sodaß als Funktion des Druckaufbaus und der Druck/Tem­ peratur-Verhältnisse im Material eine Temperatur zwischen et­ wa 105 und 160°C entsteht. Dieser Temperaturbereich - in An­ wesenheit von Hochdruckwasserdampf - erfüllt die Aufgabe der thermischen Vorbehandlung optimal, wobei aufgrund des rela­ tiv hohen Drucks und der Wasserdampfatmosphäre die unerwünsch­ ten Enzyme zwar inaktiviert werden, die Proteine jedoch kei­ nerlei Veränderungen erfahren, d.h., es werden insgesamt keine negativen Auswirkungen am Material beobachtet. Dies vor allem, weil als zusätzliches Moment eine außerordentlich kurze Be­ handlungszeit eingehalten werden kann.

Im Anschluß an die relativ kurze Behandlung bei hoher Tempe­ ratur in Dampfatmosphäre erfolgt am Ausgang des kontinuierlich operierenden Sytems - eines Expanders - eine spontane Entspannung des Materials auf niedrigen Druck, insbesondere auf Atmosphä­ rendruck, begleitet mit einer Flashverdampfung des im Mate­ rial enthaltenden Wasserdampfkondensats und gleichzeitiger Ab­ kuhlung des Materials auf Temperaturen um oder auch unter 100°C. Verfahrenstechnisch erfolgt die spontane Entspannung in einen luft- bzw. sauerstoff-freien Raum, aus dem das Mate­ rial in expandierter, thermisch konditionierter Form ausgetra­ gen wird.

Nach diesem in der EP-Anmeldung 85 106 666.2 erstmals beschrie­ benen Verfahren erfolgt die thermische Behandlung des Saatguts in einem Expandersystem, d.h., das Material wird kontinuier­ lich verdichtet (Ausbildung des Massedrucks), mit Hochdruck- Wasserdampf unter weiterem Druckanstieg kurzfristig behandelt, und anschließend spontan von Hochdruck auf herabgesetzten Druck bzw. Atmosphärendruck expandiert.

Diese Expandierung bzw. spontane Entspannung erfolgt gemäß vorstehend beschriebenem Verfahren unter Verwendung eines aus der Extrudertechnologie entlehnten, vorwiegend horizon­ tal angeordneten Expanders kontinuierlich über den Scher­ spalt zwischen (Extruder-)Schneckenspitze und Endflansch des Expanders, ggf. unter Zuhilfenahme einer Matritzenschei­ be mit Lochbohrungen.

Es hat sich aber in der Praxis beim Arbeiten mit derarti­ gen Sytemen gezeigt, daß der Übergang von Hochdruck im Ex­ pander zu erniedrigtem Druck bzw. Atmosphärendruck in der dem Expander nachgelagerten Expansionszone zwar bei relativ trockenen Stoffen ohneweiteres realisierbar ist, daß aber insbesondere bei sehr feuchten, wasser- oder lösemittelhal­ tigen Stoffen der angestrebte Druckaufbau im Expander nur bedingt erreicht werden kann, weil durch die "Fließbarkeit" des nassen oder feuchten Materials schon vor dem Durchgang durch die Matritze, also vor dem Austritt aus dem Expander, ein stetiger Druckabfall in Richtung Expanderaustritt bzw. in Richtung der dem Expander nachgelagerten Expansionszone gegeben ist.

Dies hat zur Folge, daß die für eine spontane Entspannung aus dem Expander in die nachgelagerte Expansionszone er­ forderliche Druckdifferenz P (Druck im Expander) : P′ (Druck nach beendeter Expansion) nicht erreicht wird. Da­ mit ist aber weder die Flashverdampfung des Wassers oder Lösemittels aus dem behandelten Material optimal erzielbar, noch kann im Expander selbst, also während der thermischen Behandlung, der für extrem hohe Temperaturen von z.B. 160°C erforderliche Hochdruck aufgebaut werden.

Die Wirkung des Expanders im Sinne vorstehend abgehandelten Verfahrens ist eine Funktion der Volumenkapazität, der Leistung des Antriebsmotors für das Förderelement im Ex­ pander, meistens der Förderschnecke, des Austrittsquerschitts - Übergang vom Expander in die Expansionszone - gegeben durch die Summe aller Bohrungsquerschnitte der Matritze, sowie der Fließfähigkeit bzw. rheologischen Verhaltens (Viskosi­ tät) des zu behandelnden Materials.

Ein optimales Verfahrensergebnis, d.h. schneller Aufbau ho­ hen Drucks bei relativ hoher Temperatur im Expander und kurzfristige, d.h. spontane Entspannung beim Austritt aus dem Expander in die Expansionszone, verbunden mit der Flashverdampfung von Wasser oder Lösemittel, ist nur dann zu erzielen, wenn alle vorstehend genannten Verfahrensbe­ dingungen erfüllt sind. Dies ist aber bisher im laufenden Betrieb nur bedingt möglich, insbes., weil ein scharfer Übergang von der Hochdruckzone (im Expander) zur Expansi­ onszone aus Gründen der Expanderkonstruktion schlecht zu realisieren ist, vor allem dann, wenn das Fließverhalten des nassen oder feuchten Materials einer Verdichtung am Expanderende entgegenwirkt, sodaß das Material ausläuft und nicht - wie angestrebt und erforderlich - spontan ent­ spannt wird.

Hierdurch ergeben sich schwerwiegende Beeinträchtigungen des Verfahrensablaufs, d.h. Betriebsstörungen durch unre­ gelmäßige Produktqualitäten, vielfach verbunden mit flüssi­ gen Zonen im austretenden Material oder - umgekehrt - mit Verstopfungen am Expanderaustritt. Die Folge sind Unter­ brechungen des ansich kontinuierlichen Verfahrens, Ausbau und Reinigung der Expander-Innenteile, oft auch Wiederholung der Materialbehandlung, d.h. Rückführung des Materials in den Expander und damit zusätzlicher Energieaufwand, wobei die Qualitätsbeeinflussung des Produkts durch wiederholten Durchsatz nicht in jedem Falle unschädlich ist. Eine stän­ dige Überwachung des Verfahrensablaufs ist erforderlich. Bei Stromausfall kann das Material im Expander erhärten, wodurch ein ungestörtes Wiederanfahren der Anlage unmöglich gemacht ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die als Verschluß am Expanderaustrittsende wirksam wird, und deren Wirkung darin besteht, daß der im Expander in Richtung zum Austrag aus Massedruck und Hochdruckdampf ge­ bildete Hoch- bzw. Überdruck bis zum Austritt des Materials aus dem Expander erhalten bleibt, sodaß erst durch schlag­ artiges Öffnen des Verschlusses die erwünschte spontane Entspannung (Expansion) des Materials auf verminderten Druck bzw. Atmosphärendruck erfolgt, wobei gleichzeitig die im Material enthaltenden Fluide, z.B. Wasser oder Lösemittel, flashartig verdampft werden. Hierdurch bedingt wird nicht nur ein völlig ungestörter Ablauf des Verfahrens, z.B. der ther­ mischen Behandlung bei hoher Temperatur und hohem Druck, er­ zielt, es wird auch das Material kontinuierlich aus der Be­ handlungszone in die Ausstoß- bzw. Expansionszone überge­ führt. Damit ist ein vollkontinuierlicher Verfahrensschritt gegeben, der die vorher geschilderten Betriebsschwierigkei­ ten überwindet.

Zur Ausführung der Erfindung, d.h. zur Lösung der gestell­ ten Aufgabe, ist direkt an die Austrittsöffnung des Expan­ ders, im speziellen Falle direkt im Anschluß an die Matrit­ ze ein Anpresskopf vorgesehen, der über einen einstellba­ ren Gegendruck P′′ die Austrittsöffnung des Expanders bzw. die Öffnung der Matritze solange verschlossen hält, bis der Druck P im Expander den Gegendruck P′′ des Anpresskopfes übersteigt, wodurch sich der Anpresskopf von der Expander­ austrittsöffnung bzw. der Matritzenöffnung löst und damit den Austritt des Materials aus dem Expander freigibt.

Der Austrittsspalt zwischen Anpresskopf und Expander- bzw. Matritzenöffnung bleibt anschließend solange geöffnet, bis der Druck P im Expander auf wenig unterhalb des Gegendrucks P′′ abgefallen ist. Der Gegendruck P′′ führt nun den Anpress­ kopf wieder in Expander-Verschlußstellung. sodaß ein wei­ terer Materialaustritt verhindert wird. Bei einem Abfall der Arbeitsleistung im Expander bleibt der Austrittsspalt zwischen Anpresskopf und Expander- bzw. Matritzenöffnung nur soweit geöffnet, daß der eingestellte Gegendruck P′′ unverändert erhalten bleibt.

Die Einstellung des Gegendrucks P′′, also der Druck mit dem der Anpresskopf auf der Expander- bzw. Matritzenöff­ nung aufliegt, kann sowohl mechanisch über Federelemen­ te erfolgen, es können jedoch alle andern geeigneten Elemente herangezogen werden, die eine druckabhängige Be­ wegung des Anpresskopfes ermöglichen. Insbesondere kann dies hydraulisch oder pneumatisch erfolgen; auch eine elektromagnetische Bewegung und Druckeinstellung am An­ presskopf ist vorgesehen.

Der Anpresskopf kann in Abhängigkeit von seiner direk­ ten Funktion, der Art der Bewegung und Druckbeaufschla­ gung und der Konfiguration der Expander- bzw. Matritzen­ öffnung verschieden ausgelegt sein. Entscheidend ist al­ lein, daß beim Anpressen der Expanderausgang vollkommen und absolut dicht verschlossen ist - damit sich der Ver­ fahrensdruck P im Expander optimal aufbauen kann - und sich die erforderliche Druckdifferenz P → P′′ unter gewünsch­ ten Betriebsbedingungen ungestört einstellt. Dies gilt auch für den Fall, daß kein Verarbeitungsmaterial dem Ex­ pander zugeführt wird.

Der Anpresskopf kann z.B. kugel- oder halbkugelförmig, konisch, kegelförmig, flach spitz oder als Kreissegment ausgebildet sein, je nach Form der zu verschließenden Aus­ trittsöffnung am Expander bzw. der diesem nachgeschalteten Matritze.

Im einzelnen wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der Fig. 1-3 näher beschrieben, wobei die Besprechung der Figuren auch die Wirkungsweise der neuen Vorrichtung zum Konstanthalten des Ausgangsdrucks kontinuierlich arbei­ tender Expander abhandelt.

Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrich­ mit einer Tellerfeder als das den Gegendruck P′′ erzeugende Element;

Fig. 1a den Anpresskopf nach Fig. 1 im Schnitt;

Fig. 2 verschiedene konstruktive Möglichkeiten des Anpresskopfs, ohne daß sich die Erfindung auf diese beispielhaften Möglichkeiten beschränkt;

Fig. 3 eine besonders vorteilhafte und betrieb­ lich einfach zu handhabende Ausführunsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit hydraulischer Erzeugung des Gegendrucks P′′.

Gemäß Fig. 1 besteht die neue Vorrichtung aus dem Anpress­ kopf (4) von gegenüber dem Expanderausgang bzw. der Matrit­ zenscheibe (13, 3) abgeflachter Geometrie. Der Anpresskopf (4) wird über ein Federelement (11), das in Führungsschei­ ben (8) und um den Kolben (7) gelagert ist, an die Zentral­ öffnung (13) der Matritzenscheibe (3) angepresst und ver­ schließt dabei während des Aufbaus des Drucks P im Expander - Materialführung aus dem Expander gemäß Pfeil (f) - den Ex­ panderausgang - Bereich (14) - dichtend ab.

Im einfachsten Falle ist die Matritzenscheibe (3) über Schrauben und Muttern (9) an den Endflansch (2) des Expan­ ders angesetzt. Sie wird ausserdem von Stützelementen (12) im Abstand vom Endflansch (6) des Anpresskopfs (4) gehalten. Der Expander selbst ist aus Gründen der Vereinfachung in der Figur nicht dargestellt, da er selbst keinen direkten Ein­ fluß auf die Konstruktion der Erfindung ausübt. Durch den Endflansch (2) und die Förderrichtung (f) ist jedoch das Austrittsende - Bereich (14) - des Expanders gegeben.

An die Matritzenscheibe (3) sind Messer (5) durch Schweissen, Verschrauben usw. angelegt und befestigt. Sie dienen der Zer­ kleinerung des behandelten Materials nach dessen spontanem, durch den Druckabfall von P nach P′ bedingten Austritt aus dem Expander über den Austrittsspalt bei zurückgezogenem An­ presskopf (4). Damit das Zurückweichen des Anpresskopfs (4) von der Expanderöffnung unbehindert erfolgen kann, sind in den Anpresskopf (4) Einkerbungen (5′) eingezogen - vgl. auch Fig. 1a - die jedoch so angeordnet sind, daß sie den absolut dichten Verschluß der Expander- bzw. Matritzenöffnung in der Phase des Druckaufbaus P nicht beeinflussen.

Der Anpresskopf (4) mit Federelement (11) kann über die Ver­ schraubung (9) jederzeit auf einfachste Weise und schnell vom Expanderendflansch (2) abgetrennt und - sofern erforder­ lich - ausgetauscht werden. Auch kann die Feder (11) mit Hil­ fe der Endverschraubung (10) auf einfachste Weise be- oder entlastet werden, sodaß in Abhängigkeit vom Verfahrensablauf, z.B. von einer notwendig gewordenen Änderung der Verweilzeit des Materials im Expander, von einer gerichteten Steuerung des Fluidgehalts im Material oder weiterer stoffabhängiger Parameter, der Druck P′′, d.h. der Gegendruck, während des Verfahrens variiert werden kann.

Während der Druckaufbauphase P im Expander, d.h. bei an die Expanderaustrittsöffnung angelegtem Anpresskopf (4), wird das Material durch die - nicht gezeigte - Fördereinheit (z.B. Schnecke) des Expanders in Pfeilrichtung (f) gegen die Ma­ tritzenscheibe (3) angedrückt, sodaß ein Materialstau ent­ steht, der zu dem produktabhängigen, vorher ermittelten bzw. festgelegten Druck P führt. Entsprechend ist das Federelement (Gegendruckelement) (11) auf den dem Druck P äquivalenten Gegendruck P′′ eingestellt.

Wird nun der Maximal- bzw. Expanderdruck P überschritten, d.h. wird P<P′′, so weicht der Anpresskopf (4) in Richtung des Pfeils (15) zurück (gemäß Fig. 1 nach rechts), sodaß die Feder (11) zusammengedrückt wird. Durch den nunmehr frei gewordenen Spalt zwischen Anpresskopf (4) und Matritzen­ scheibe (3) gelangt das schlagartig ausgestossene Material (Druckentspannung von P nach P′) über die zerkleinernd wirken­ den Messer (5) in eine unterhalb des Anpresskopfes angeordnete, nicht gezeigte, Auffang- bzw. Expansionszone.

Sobald der Druckabfall P → P′ beendet ist, drückt das Feder­ element (11) den Anpresskopf (4) wieder (in Pfeilrichtung 15′) nach links, bis er an der Matritzenöffnung (13) bzw. an der Matritze (3) anliegt und dadurch den Expander verschließt bzw. nur soweit geöffnet hält, wie Materialmenge anfällt (P≅P′′) bzw. bis der Übergang von (P<P′′) zu (P<P′′) abgeschlossen ist.

Durch Auslegung des Federelements (11) kann der Druck P im Ex­ pander gesteuert werden. Umgekehrt bestimmt der durch die Soll­ parameter des Verfahrens, das sind Behandlungszeit, Temperatur, Hochdruck, Fluidgehalt im Material, Fließfähigkeit (Viskosi­ tät) des Materials, erstrebte Qualität des Materials, Volumen­ kapazitat des Expanders, Leistung der bewegten Expanderteile usw. gegebene Maximaldruck P im Expander den für die Verfah­ rensdurchführung erforderlichen Gegendruck P′′.

Das vorstehend abgehandelte Prinzip, dem die Erfindung gemäß beschriebener Vorrichtung zugrunde liegt, ist in weiten Druck­ bereichen anwendbar, wobei die Grenzen nach oben allein durch die mechanische Funktionsfähigkeit von Expanderöffnung, Ma­ tritzenöffnung, Anpresskopf und Gegendruckelement gegeben sind.

Wie Fig. 2 zeigt, kann der Anpresskopf (4) im einfachsten Falle als Scheibe von kreisrundem oder ähnlichem Habitus vorliegen (Fig. 2a). Er kann auch als Kegelstumpf (Fig. 2b) gegen eine Einlochmatritze bzw. direkt gegen den Expanderauslass oder als Kegelstumpf usw. gegen eine Vielloch-Matritze (Fig. 2c) ausge­ bildet sein. Die Geometrie sowohl des Presskopfs als auch der evtl. verwendeten Matritze sowie des Endflansches des Expanders richtet sich nach den Besonderheiten des jeweils spezifischen Verfahrensablaufs, insbesondere nach den rheologischen Eigen­ schaften des im Expander verarbeiteten Materials, das heisst nach dessen Fließverhalten (Viskosität), das seinerseits wiederum vom Fluidgehalt im Material und dessen Temperatur ab­ hängt. Auch können der Expander-Maximaldruck P, d.h. der Ar­ beitsdruck im Expander, bei dem anschließend die spontane Ent­ spannung auf den Druck P′ erfolgt, der Massendurchsatz pro Zeit­ einheit, die Art und Wirkungsweise des Gegendruckelements, z.B. ob Feder, Hydraulik, Pneumatik usw. die Konstruktion von Anpress­ kopf, Matritze und Expander-Endflansch (Expander-Austrittsöff­ nung) bestimmen.

In Fig. 3 ist eine weitere, besonders geeignete Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Sie unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch die Art des Gegendruck­ elements. Es handelt sich dabei um eine hydraulische Bewegung des Anpresskopfes (24) und damit hydraulische Einstellung des Drucks P′′ (Gegendruck). Der Anpresskopf (24) liegt bei ver­ schlossener Expanderaustrittsöffnung auf dessen Endflansch (28) bzw. auf der Matritzenscheibe (23) an. Der Gegendruck P′′ wird in dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Hydraulik eingestellt.

Hierzu saugt die Pumpe (p) das Hydrauliköl über das Filter (f) an und fordert es in die Druckleitung (a). Von dieser zweigt eine Leitung zum Druckbegrenzungsventil (v 1) ab, während der Hauptölfluß die Drossel (d) passiert. Am Druck­ ventil (v 1) wird der gewünschte Pumpendruck und damit der Gegendruck P′′ eingestellt. Ein Teil des von der Pumpe geför­ derten Öls fließt durch die Drossel (d), während das über­ schüssige Öl über Ventil (v 1) in den Ölbehalter (nicht ge­ zeigt) zurückströmt. Die Leitung (a) führt zum Arbeitszylin­ der in der mit (22) bezeichneten Hydraulik und bewegt hier den Vorschubkolben, der seinerseits die Stange (21) zur Verschie­ bung des Anpresskopfes (24) - gegen die Matritze (23) oder den Expander-Endflansch (28) - anregt. Da der Vorschubdruck am Vorschubkolben der Hydraulik stets niedriger ist als der Druck der Pumpe (p), ist der Gegendruck P höher auszulegen als der Pumpendruck. Das im Vorschubkolben der Hydraulik (22) ver­ drängte Öl gelangt über Leitung (b) und einstellbares Gegendruckventil (v 2) in den Ölbehalter zurück.

Es versteht sich, daß hier nur eine Möglichkeit der hydrau­ lischen Bewegung des Anpresskopfs skizziert werden kann. Na­ türlich kann die vorstehend beschriebene grundsätzliche Ar­ beitsweise auch mit einer Drosselung im Ölabfluß, mit einem Mehrpumpensystem, mit einem Hydrospeicher oder mit hydrome­ chanischem Vorschubantrieb erfolgen.

Nicht gezeigt ist in dar Figur das hydraulische Auffahren, dies ist an und für sich nicht notwendig, da der Druck auf den Anpreßkopf 24 genügend hoch ist. Mit Hilfe üblicher Einrichtungen kann über das regelbare Gegendruckventil v 2 das Auffahren bewerkstelligt werden, wenn über die Leitung b Druckmittel unter ausreichend hohem Druck zugeführt wird.

Auch ist eine direkte Kopplung des Arbeitsdrucks P im Expan­ der mit dem Pumpendruck in (p) - einstellbar über das Druckven­ til (v 1) - gegeben, sodaß mit Hilfe eines geeigneten Regelmecha­ nismus der Hydraulikdruck vom Arbeitsdruck gesteuert wird, bzw. als Funktion des Letzteren sich selbst einstellt. Die Angabe von Einzelheiten derartiger Regelung erübrigt sich, da sie dem Fachmann für Regelung bekannt ist.

Beispiel

In einem Expander mit Schneckenförderung - Austragsrichtung ge­ mäß Pfeil (f) nach Fig. 1 - von ca. 200 mm Durchmesser und ca. 30 000 mm Gesamtlänge werden pro Stunde ca. 20 000 kg Sojaboh­ nenflocken (Flockenstärke ca. 0,35 mm) in direkter Wasser­ dampfatmosphäre auf eine Temperatur um 125°C erhitzt und durch Masseeigendruck und Wasserdampfdruck auf einen Arbeitsdruck P von 18 Bar gebracht. Beim Austritt aus dem Expander über eine Einlochmatritze hatte das Material einen Feuchtigkeits­ gehalt von ca. 14 Gew.-% und ein Litergewicht von ca. 520 g/l beim angegebenen Expander-Maximal- bzw. Arbeitsdruck P von 18 Bar. Das Material war von weicher, nasser, klebriger Kon­ sistenz. Die Entspannung erfolgte zwar auf ca. Atmosphären­ druck, sie war aber nicht spontan im Sinne der gestellten Aufgabe, vielmehr "floß" das nasse Gut im kontinuierlichen, nur gelegentlich durch härtere Einschlüße unterbrochenem Strom durch die Einlochmatritze (25 mm ⌀) in die Entspannungszone (Vorlage).

Ganz allgemein zeigte das Gut eine unregelmäßige Wasser- bzw. Feuchteverteilung. Harte, trockene Zonen und nasse Partien lösten einander ab. Zwar hatte die angestrebte thermische Vorbehandlung des Materials stattgefunden, ein einheitliches Material, das direkt der Extraktion zugeführt werden konnte, wurde jedoch nur bedingt erhalten.

Unter gleichen Arbeitsbedingungen des Expanders wurde an den Expander bzw. an die Matritzenscheibe (23/Fig. 3) ein An­ presskopf (24) angesetzt, der über eine entsprechende Hydrau­ lik (22) und Stange (21) gesteuert und auf einen Gegendruck P′′ von 18 Bar (Regulierung am Druckventil v 1) eingestellt war.

Hierdurch bedingt, baute sich bis nahe der Anpressfläche des Presskopfs (24) im Expander ein allmählich ansteigender, dann aber vor der Anpressfläche sich konstant verhaltender Arbeits­ druck P von 18 Bar auf, der nach Erreichen eines Druckwerts von nur wenig über 18 Bar den Anpresskopf gegen den hydrau­ lischen Gegendruck bewegte und hierdurch zwischen Matritzen­ scheibe (23) und Anpresskopf (24) einen Ringspalt freilegte, durch den das Material in trockener, freifließender, leicht krümeliger,weil durch die Messer (25) zerkleinerter, Form kon­ tinuierlich austrat.

Dieser Zustand blieb zunächst völlig konstant, d.h., es wurde über einen längeren Zeitraum Material gleichbleibend op­ timaler Qualität abgezogen, ohne daß der Produktionsablauf in irgendeiner Form gestört war. Dies bedeutet, daß Druck P und Gegendruck P′′ ein Gleichgewichtsverhältnis zueinander eingestellt hatten. Bedingt durch kurzzeitige Materialverzö­ gerung im Expander fiel der Expanderdruck auf 14-16 Bar ab. Sofort schloß sich der Expanderausgang durch Vorschub des An­ presskopfes über die Hydraulik und verblieb in diesem Zustand bis sich im Expander der Solldruck von 18 Bar wieder einge­ stellt hatte und dann kurzfristig und geringfügig überschrit­ ten wurde. Der ursprüngliche Zustand war damit wieder herge­ stellt, d.h., der Verfahrensablauf ungestört.

Entscheidend für die Wirkungsweise des Anpresskopfs bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist - wie eingangs bereits gesagt­ ein optimales Zusammenwirken der Verfahrensparameter, insbe­ sondere des Fließverhaltens des zu behandelnden bzw. behandel­ ten Materials - dies wiederum eine Funktion der Materialnässe bzw. Feuchtigkeit sowie der Temperatur (bei Materialbehandlung in Dampfatmosphäre) - der Kornbeschaffenheit, der Plastizität, der Expanderleistung usw., wobei natürlich auch und in be­ sonderem Maße die Eckwerte Temperatur und Arbeitsdruck eine Rolle spielen, da diese die Verfahrensflexibilität bestimmen.

Der weiter vorstehend beschriebene Produktionsablauf wurde bei Sojabohnenflocken über mehrere Tage ohne Zwischenfälle bei den angegebenen Durchsatzmengen und Temperatur/Druck- Verhältnissen verfolgt. Dabei konnte im großtechnischen Maß­ stab ein im Sinne der Aufgabe thermisch vorbehandeltes Mate­ rial erhalten werden das - entgegen dem Arbeiten ohne Ver­ wendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung - ohne nachträgliche Trocknung oder sonstige Konditionierung direkt der Extraktion mit Lösemittel zugeführt wurde. Auch war das Material an offe­ ner Luft beliebig lange lagerfähig ohne Veränderung der rheo­ logischen oder chemischen Eigenschaften, was bei nach andern Vorbehandlungsverfahren oder ohne den erfindungsgemäßen An­ presskopf gewonnenen Produkten erfahrungsgemäß nie der Fall ist.

Insbesondere aber zeigte sich überraschenderweise auch, daß der hier beispielhaft abgeleitete Vorgang der thermischen Vor­ behandlung von für die Extraktion bestimmtem Naturprodukt un­ ter Hochdruck in Wasserdampfatmosphäre bei Temperaturen über 130°C zu einer erheblichen vorteilhaften Änderung der Stoff­ eigenschaften führt.

So wies das bei ca. 66°C durch Extraktion mit Hexan erhaltene Öl nach der Entschleimung nur noch ca. 0,020 Gew.-% Phospha­ tide auf, während dieser Wert bei sonst gleichem Ausgangsgut, also ebenfall thermisch vorbehandeltem Material, jedoch ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Expander, zwischen 0,3 und 0,6 Gew.-% ermittelt wurde. Darüberhinaus wurde ein Extraktionsrückstand erhalten, dessen Ureaseaktivität mit 0,02 (mg N/g/min/30°C) gemessen wurde ge­ genüber 0,12 bei herkömmlich erhaltenen Schroten (bestimmt nach Trocknung und Toastung des Rückstands).

Der im Vorstehenden als typisches Anwendungsbeispiel abgehan­ delte Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Konstant­ halten des Ausgangsdrucks von kontinuierlich arbeitenden Ex­ pandern bei der thermischen Vorbehandlung von Saatgut erfasst naturgemäß nicht den gesamten Anwendungsbereich der Vorrichtung. Das System aus kontinuierlich arbeitendem Expander und erfin­ dungsgemäßem druckabhängigem Expanderverschluß kann insbeson­ dere im Bereich der chemischen Verfahrenstechnik und verwandter Technologien überall eingesetzt werden, wo einer Materialbe­ handlung unter erhöhtem Druck eine spontane Materialentspannung auf verminderten bzw. Atmosphären-Druck folgen soll (P → P′) und dieser Vorgang in Gegenwart von Fluiden (Wasser, Lösemit­ tel usw.) stattfindet.

Nur als Auswahl seien hier genannt die Flashverdampfung solcher Fluide aus festen oder halbfesten bzw. plastifizierbaren Massen, die Trocknung natürlicher, insbesondere pflanzlicher Rohstoffe, die Trocknung von synthetischem Material, die Vorbereitung galenischer Gemische in der Pharmazie, die Herstellung von Gra­ nulaten sowohl organischer als auch anorganischer Natur, die Abscheidung von Reaktionsprodukten aus Konzentraten oder Sus­ pensionen usw.

Als Expander im Sinne der Erfindung kommen alle solche konti­ nuierlich arbeitenden "Förderanlagen" infrage, die einen unbe­ grenzten stetigen oder auch spontanen Druckaufbau zum Austrags­ ende erlauben (Druck P = Summe aus Massedruck und (ggf.) Druck eines Zusatzmediums wie Wasserdampf, Luft, Inertgas etc.) und den Anschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung am Austragsen­ de - ggf. über eine Matritzenscheibe - zulassen. Schneckenanla­ gen mit konstanter oder veränderlicher Exzentrizität, Mehr­ schneckeneinheiten, mit oder ohne Staukörper, mit oder ohne Matritzenscheibe sind besonders bevorzugt (vgl. auch die be­ reits einleitend genannte EP-Anmeldung 85 106 666.2).

Entscheidend ist, daß sich in der "Förderanlage" (Expander) ein Masse- bzw. Arbeitsdruck P aufbauen kann, der einen vorge­ gebenen Gegendruck P′′ über den Anpresskopf (4, 24) spontan über­ windet zur schlagartigen Entspannung auf einen verminderten Druck P′ bzw. auf Atmosphärendruck, sodaß neben einem unge­ störten kontinuierlichen Materialausfluß aus dem unter Hoch­ druck stehenden Expander eine optimale Materialqualität er­ halten wird (Fließverhalten, Feuchtigkeitsgehalt, Material­ inhaltsqualität) begleitet - sofern erforderlich - von einer Flashverdampfung evtl. im Material enthaltender Fluide.

Nicht gezeigt ist in der Fig. 3 ein Manometer, welches in einem Abzweig der Leitung a angeschlossen sein kann.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Konstanthalten und kontinuierlichen Öffnen und Schließen von als Expander wirkenden Reaktionsbehäl­ tern, in denen ein Material oder Materialgemisch durch die Wirkung des Förderelements im Expander auf einen Masse­ druck und durch ein gasförmiges oder flüssiges Fluid auf einen Zusatzdruck gebracht wird, sodaß sich am Austrags­ ende des Expanders ein Maximal- bzw. Arbeitsdruck (P) ein­ stellt, der anschließend durch spontane Entspannung auf einen verminderten, unterhalb des Drucks (P) liegenden Entspannungsdruck (P′), insbesondere Atmosphärendruck ab­ gesenkt wird, gekennzeichnet durch einen als Anpresskopf ausgebilde­ ten, die Austrittsöffnung (14) des Expanders oder einer an dem Expander anliegenden Matritzenscheibe (3, 23) wäh­ rend der Aufbauphase des Drucks (P) dicht verschließenden Stopfen (4, 24), der an ein Gegendruckelement (11, 21) an­ geschlossen ist, dessen Druckwirkung (P′′) dem Expander­ druck (P) solange entgegenwirkt, bis die Forderung P<P′′ erfüllt ist, sodaß sich der Anpresskopf (4, 24) von der Expanderaustrittsöffnung bzw. der Matritzenöffnung trennt (15) und nach Einstellung dieser Forderung bzw. nach erstmaligem Auftreten der Beziehung P<P′′ der Anpress­ kopf (4, 24) durch den nunmehr gegenüber (P) höheren Gegen­ druck (P′′) wieder in Schließposition gebracht wird (15′) oder sich ein Gleichgewicht P=P′′ einstellt, das einen konstanten Materialaustritt über den zwischen zurückgezogenem (15) Anpresskopf (4, 24) und Expanderendflansch bzw. Matritzen­ scheibe (3, 23) gebildetem Austrittsspalt zur Folge hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckelementals Federein­ heit (11), insbesondere als Tellerfeder ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckelement ein hydrau­ lisches System (22) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegendruckelement ein pneu­ matisch oder elektromagnetisches System ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpresskopf (4, 24) kugelför­ mig, konisch, kegelförmig, flach, spitz oder als Kugelseg­ ment ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpresskopf (4, 24) Einkerbun­ gen (5′, 25′) zur Aufnahme und Führung von Messern (5, 25) auf­ weist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck (P′′) als Funk­ tion des Expanderdrucks (P) automatisch gesteuert ist.

8. Verwendung der Vorrichtung nach Ansprüchen 1-7 zum Kon­ stanthalten des Ausgangsdrucks von kontinuierlich arbei­ tenden Expandern gemäß Verfahren der EP-Anmeldung 85 106 666.2.