DE3701550C2

DE3701550C2 -

Info

Publication number: DE3701550C2
Application number: DE3701550A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Prof. Dr. Pieper; Thomas Dipl.-Ing. 7024 Filderstadt De Senn
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-01-21
Filing date: 1987-01-21
Publication date: 1988-11-10
Also published as: DE3701550A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschluß und zur Vergärung stärkehaltiger Rohstoffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.The invention relates to a process for digestion and fermentation starchy raw materials according to the preamble of claim 1, and an apparatus for performing this method according to the Preamble of claim 2.

Das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 stellt eine prozeßtechnisch und energetisch besonders günstige Kombination des sog. Dispergier-Maisch-Verfahrens (DMV) mit dem sog. Schlempe-Recyclingver fahren (SRV) dar und wird am Institut für Lebensmitteltechnologie der Universität Hohenheim im Fachgebiet Gärungstechnologie seit längerer Zeit in brennereitechnischem Maßstab erprobt.The method according to the preamble of claim 1 represents one Process-technically and energetically particularly favorable combination of the so-called. Dispersing mash process (DMV) with the so-called Schlempe recycling process drive (SRV) and is at the Institute of Food Technology University of Hohenheim in the field of fermentation technology for a long time Tried and tested time on a distillery scale.

Es geht davon aus, daß relativ große und harte Knollen-, Wurzel- und Rü benfrüchte, wie beispielsweise Kartoffeln, im Hinblick auf eine prozeß technisch vertretbare Dispergierdauer in bereits vorzerkleinertem Zu stand in den die Vorlage enthaltenden Reaktionsbehälter eingetragen wer den.It assumes that relatively large and hard tubers, roots and beets Fruits, such as potatoes, with a view to a process technically justifiable dispersion time in pre-shredded Zu was entered in the reaction container containing the template the.

Für den Vorgang des Dispergierens existieren Rotor-Stator-Dispergierma schinen in verschiedenen Ausführungen. Das Verfahren nach dem deutschen Patent 29 44 483 verwendet eine Maschine in geschlossener Bauweise, welche von den Rohstoffen in der Regel nur einmal durchlaufen wird. In "Technische Mitteilungen Krupp Werksbe richte", Sonderdruck aus Heft 2/Juli 1983 ist beschrieben, daß mehrere dieser Maschinen in Reihe geschaltet und - zwangsweise - nacheinander durchlaufen werden.Rotor-stator dispersing machines exist for the process of dispersing machines in various designs. The German procedure Patent 29 44 483 uses a machine in closed construction, which of the raw materials usually is only run once. In "Technical information Krupp works richte ", reprint from issue 2 / July 1983 describes that several of these machines connected in series and - forcibly - one after the other be run through.

Die Ultra-Turrax-Maschinen weisen im Un terschied dazu eine offene Bauweise auf. Sie erzeugen in der Rohstoff vorlage eine freie Zirkulationsströmung, so daß in der Regel ein mehrma liger Durchlauf durch das Schneidwerk der Maschine gegeben ist. The Ultra-Turrax machines show in the Un an open construction method was used. They produce in the raw material present a free circulation flow, so that usually a Mehrma pass through the cutting unit of the machine.

Die bekannten Dispergiermaschinen sind jedoch als Feinzerkleinerer vor zugsweise für Rohstoffteilchen in Getreidekorngröße ausgelegt und erfor dern, um wirtschaftlich zu arbeiten, eine Vorzerkleinerung. Außerdem sind sie sehr empfindlich gegenüber harten Fremdkörpern wie z. B. Steinen oder Metallteilen.However, the known dispersing machines are available as fine shredders designed and researched for raw material particles in the size of grain a comminution in order to work economically. Furthermore are they very sensitive to hard foreign objects such as B. stones or metal parts.

Die Erfordernis einer Vorzerkleinerung bringt jedoch mehrere Nachteile mit sich. Es ist bekannt, einen zusätzlichen Behälter mit einer entspre chenden Zerkleinerungsvorrichtung vorzusehen, wodurch sich der apparati ve Aufwand erhöht. Es besteht die Gefahr, daß beim Transport von diesem Behälter zum Reaktionsbehälter ein Teil der Rohstoffe verlorengeht. Der separate Behälter und die Transportorgane müssen häufig gereinigt wer den, damit sich in zurückbleibenden Rohstoffresten nicht unerwünschte Fäulnisprozesse abspielen. Bei niedrigen Umgebungstemperaturen geben die vorzerkleinerten Rohstoffe mehr Wärme ab als unzerkleinerte. Dadurch er höht sich die für den Maischprozeß zuzuführende Wärmemenge.However, the requirement of pre-shredding has several disadvantages with yourself. It is known to correspond to an additional container Provide appropriate crushing device, whereby the apparatus ve effort increased. There is a risk that during transportation of this Container to the reaction container a part of the raw materials is lost. The separate containers and the transport organs often have to be cleaned so that unwanted residues remain in the remaining raw material Play rotting processes. At low ambient temperatures, the pre-shredded raw materials generate more heat than non-shredded. Thereby he the amount of heat to be supplied for the mashing process increases.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, sowohl verfah rens- als auch vorrichtungsseitig die Voraussetzungen dafür zu schaffen, daß auch relativ große und harte, stärkehaltige Knollen-, Wurzel- und Rü benfrüchte unzerkleinert in den Reaktionsbehälter eingetragen werden können, wobei die für den Dispergiervorgang aufzuwendende Energie gleichbleibt oder sogar reduziert wird.In contrast, the invention is based, both method on the rens as well as on the device side to create the conditions for that also relatively large and hard, starchy tuber, root and beet fruit must be placed in the reaction container without crushing can, the energy to be used for the dispersion process remains the same or is even reduced.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch 1 und im Nebenanspruch 2 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved in the main claim 1 and in the secondary claim 2 marked features solved.

Der Vorzerkleinerungsprozeß wird also in den Reaktionsbehälter verlegt, was durch einen speziell für diesen Zweck ausgelegten, fest installier ten Zerkleinerungs-Scherrührer möglich wird. Dadurch lassen sich sämtli che, oben genannte Nachteile vermeiden. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die Rohstoffe bereits beim Vorzerkleinern intensiv mit der hauptsächlich aus Schlempe bestehenden Vorlage sowie mit stärkeabbauen den Enzymen vermischt werden, was den Stärkeaufschluß beschleunigt. The pre-shredding process is therefore moved to the reaction container, which is ensured by a fixed installation specially designed for this purpose comminution shear stirrer is possible. This allows all avoid the disadvantages mentioned above. Another advantage is yourself that the raw materials are already intensively mixed with the mainly consisting of stillage and with starch the enzymes are mixed, which accelerates the starch digestion.

Der Unteranspruch 3 enthält eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrich tung nach Anspruch 2.The dependent claim 3 contains an advantageous embodiment of the Vorrich tion according to claim 2.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch näher erläu tert. Dabei zeigt in vereinfachter DarstellungThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing tert. It shows in a simplified representation

Fig. 1 einen vertikalen Teilschnitt längs der Linie I-I in Fig. 2 im Bereich des Zerkleinerungs-Scherrührers, Fig. 1 is a partial vertical section along the line II in Fig. 2 in the region of the crushing Scherrührers,

Fig. 2 einen horizontalen Teilschnitt oberhalb des Rotors des Zerklei nerungs-Scherrührers. Fig. 2 shows a horizontal partial section above the rotor of the Zerklei ner shear stirrer.

Der Zerkleinerungs-Scherrührer 1 ist integraler Bestandteil des Maischapparates 8, wobei seine Wirkelemente, d. h. der Stator 2 und der Rotor 3, unmittelbar über dem Boden 9 des Maischapparates 8 angeord net sind. Der im ganzen nicht dargestellte Maischapparat 8 ist zweckmäßigerweise als aufrechtstehender Zylinder mit vertikaler Achse X und konvexem Boden 9 und Deckel ausgeführt. Der Deckel besitzt Öffnungen zum Eintragen der Vorlage und der Rohstoffe bzw. zum Einbringen der Ro tor-Stator-Dispergiermaschine. Weiterhin ist es sinnvoll, die Antriebs welle 4 des Zerkleinerungs-Scherrührers 1 durch den Deckel des Reak tionsbehälters 8 zu führen, damit das Antriebsaggregat, z. B. ein Elek tromotor, gut zugänglich und vom Behälterinhalt getrennt ist. Üblicher weise ist der Maischapparat 8 auch mit Vorrichtungen zum Heizen bzw. Kühlen ausgestattet, ebenso kann aus energetischen Gründen eine Isolie rung vorgesehen sein. Zum Absaugen der Maische ist an der tiefsten Stel le des Bodens 9 ein Auslaufrohr 10 angeordnet.The crushing shear stirrer 1 is an integral part of the mashing apparatus 8 , its active elements, ie the stator 2 and the rotor 3 , being arranged directly above the bottom 9 of the mashing apparatus 8 . The mashing apparatus 8, which is not shown as a whole, is expediently designed as an upright cylinder with a vertical axis X and a convex base 9 and cover. The lid has openings for entering the template and the raw materials or for introducing the rotor-stator dispersing machine. Furthermore, it is useful to drive the drive shaft 4 of the crushing shear stirrer 1 through the cover of the reaction container 8 so that the drive unit, for. B. an electric motor, easily accessible and separated from the contents of the container. Usually, the mashing apparatus 8 is also equipped with devices for heating or cooling, and insulation can also be provided for energy reasons. To extract the mash, an outlet pipe 10 is arranged at the deepest position of the bottom 9 .

Um eine gewisse Vorstellung der Größenrelationen zu vermitteln, sei ge sagt, daß der Innendurchmesser des Maischapparates 8 bei guter Rühr wirkung mehr als doppelt so groß wie der Rotor-Drehkreis R des Zerklei nerungs-Scherrührers 1 sein kann. Der Zerkleinerungs-Scherrührer 1 ist also Rühr- und Schneidwerk in einem. Dies wird durch die Anordnung und Formgebung seiner Wirkelemente erreicht. Der axial obenliegende Rotor 3 besitzt drei radiale, im Tangentialschnitt (z. B. I-I) flach V-förmige Rühr- und Scherflügel 7. Diese wirken auf ihrer Unterseite mit vier ra dialen, im Tangentialschnitt winkelförmigen Schermessern 5, am Umfang mit vier im Horizontalschnitt T-förmigen Seitenscherern 6 des Stators 2 zusammen. Zwischen den rotierenden und den feststehenden Teilen ist ge nügend axiales und radiales Spiel vorhanden, um bei ausreichender Scher wirkung die Beschädigungsgefahr, z. B. durch Fremdkörper (Steine etc.), möglichst zu reduzieren und eine preiswerte, grob tolerierte Fertigung der Einzelteile zu ermöglichen. Die Verbindung der Einzelteile unterein ander erfolgt vorzugsweise durch Schweißen; der besseren Übersichtlich keit wegen sind die Schweißnähte jedoch nicht dargestellt.To give a certain idea of the size relations, it should be said that the inner diameter of the mashing apparatus 8 with a good stirring effect can be more than twice as large as the rotor turning circle R of the crushing shear mixer 1 . The comminution shear stirrer 1 is thus an agitator and cutting unit in one. This is achieved through the arrangement and shape of its active elements. The axially overhead rotor 3 has three radial, V-shaped agitator and shear blades 7 which are flat in the tangential section (for example II) . These interact on their underside with four ra dialen, in the tangential section angular shear blades 5 , on the circumference with four T-shaped side cutters 6 of the stator 2 in the horizontal section. Between the rotating and the stationary parts there is sufficient axial and radial play to reduce the risk of damage, e.g. B. by foreign bodies (stones, etc.) to reduce as much as possible and to enable inexpensive, roughly tolerated manufacture of the individual parts. The connection of the individual parts to each other is preferably done by welding; However, the weld seams are not shown for better clarity.

Die radial inneren Enden der Schermesser 5 sind mit einem Ring 12 ver bunden, welcher den Auslauf konzentrisch umgibt. Innerhalb des Ringes 12 ist das im Durchmesser kleinere Auslaufrohr 10 bis auf die Höhe der obe ren Scherkanten der Schermesser 5 hochgezogen und mit vielen, radialen Bohrungen versehen, um einen Fremdkörperabscheider 11 zu bilden. Fremd körper, welche größer als die radialen Bohrungen sind, werden dadurch im Maischapparat 8 zurückgehalten und können durch eine - nicht darge stellte - verschließbare Öffnung im Boden 9 periodisch entfernt werden.The radially inner ends of the shear blades 5 are connected with a ring 12 , which concentrically surrounds the outlet. Within the ring 12 , the smaller diameter outlet pipe 10 is pulled up to the height of the upper shear edges of the shear blades 5 and provided with many radial bores to form a foreign body separator 11 . Foreign bodies, which are larger than the radial bores, are thereby retained in the mashing apparatus 8 and can be periodically removed through a closable opening in the bottom 9 through an opening (not shown).

Claims

1. Process for the digestion and fermentation of starchy raw materials without or with low, medium and high autoamylolytic activity in uncrushed or pre-shredded state in pressureless operation with the following process steps:

a) presentation of a hot still or a mixture of hot still and water, setting the desired swelling temperature and the desired pH,
b) entry of the raw materials in the template,
c) adding at least one liquefaction enzyme before, during or after the entry,
d) dispersing with a rotor-stator dispersing machine,
e) adjustment to saccharification temperature and desired pH values,
f) adding an enzyme combination for liquefaction and saccharification,
g) if necessary, compliance with a saccharification rest of a certain duration,
h) cooling to the starting temperature,
i) adding the yeast or the yeast set and
j) fermentation taking into account a certain fermentation time and a maximum permissible fermentation temperature, whereby the raw materials consist of potatoes or other tubers, roots and beets,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

that the raw materials are uncrushed into the template and pre-shredded in an essentially rotationally symmetrical mashing machine with a vertical axis before dispersing with the rotor-stator dispersing machine which can be inserted into the mashing machine or during dispersing, the mashing machine ( 8 ) being close to each other its base ( 9 ) and a centric with respect to its axis (X) a crushing shear stirrer ( 1 ) is arranged, the crushing shear stirrer ( 1 ) from a be with respect to the bottom ( 9 ) fixed stator ( 2 ) and from around Axis (X) rotatable rotor ( 3 ) with drive (drive shaft 4 ) be, the stator ( 2 ) comprises a plurality of substantially radially oriented shear blades ( 5 ) which are arranged at a defined axial distance below half of the rotor ( 3 ), the stator ( 2 ) further comprises a plurality of substantially axially aligned side cutters ( 6 ) which are at a defined radial distance outside the rotor rotation krei ses (R) are arranged, and the rotor ( 3 ) carries a plurality of substantially radially oriented agitator and shear blades ( 7 ).

2. Device for carrying out the method according to claim 1 with a substantially rotationally symmetrical mashing apparatus with a ver tical axis, and with an insertable into the mashing apparatus ro tor stator dispersing machine, characterized in that in the mashing apparatus ( 8 ) at a short distance from its bottom ( 9 ) and concentrically with respect to its axis (X) a crushing shear stirrer ( 1 ) is arranged that the crushing shear stirrer ( 1 ) from a fixed with respect to the bottom ( 9 ) stator ( 2 ) and from around the axis (X) rotatable rotor ( 3 ) with drive (drive shaft 4 ), that the gate ( 2 ) comprises a plurality of substantially radially oriented shear blades ( 5 ) which are arranged at a defined axial distance below the rotor ( 3 ) that the stator ( 2 ) further comprises a plurality of substantially axially aligned side cutters ( 6 ) which are arranged at a defined radial distance outside the rotor turning circle (R) , u nd that the rotor ( 3 ) carries a plurality of substantially radially oriented agitator and shear blades ( 7 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that - with respect to the axis (X) of the mashing apparatus ( 8 ) - radial Schermes ser ( 5 ) of the stator ( 2 ) in tangential section have an angular shape, the shorter leg supporting the shear edge vertically , The longer, lower leg opposite to the direction of rotation (D) of the rotor ( 3 ) is arranged inclined downwards that the parallel to the axis (X) sides scissors ( 6 ) are T-shaped in horizontal section, the leg with the two free, opposite edges with respect to the rotor-Drehkrei ses (R) is arranged tangentially, and its side surface connected to the second leg radially outwards shows that - with respect to the axis (X) - radial stirring and shear blades ( 7 ) of the Rotors ( 3 ) in Tangen tialschnitt have a flat, in the direction of rotation (D) open V-shape, the V being symmetrical with respect to a horizontal plane through its tip, and that a be concentric with respect to the axis (X) A Uslaufrohr ( 10 ) as a foreign body separator ( 11 ) from the floor ( 9 ) to the level of the shear edges of the gate-shear knife ( 5 ) is raised and perforated like a sieve.