DE4028111A1 - Verfahren zum kuehlen und befeuchten von geroesteten kaffeebohnen oder aehnlichen grobteiligen roestprodukten sowie hierfuer geeignete vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Befeuchten von gerösteten Kaffeebohnen oder ähnlichen grobteiligen Röst­ produkten wie Kakaobohnen, Nüssen oder dergleichen und ferner Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges Verfahren, bei dem das Röstprodukt nach Erreichen der Röstendtemperatur in einem Wirbelbett mit Wasser vorgekühlt und mit Luft nachgekühlt wird.

Ein derartiges Verfahren ist im Zusammenhang mit der Herstellung von Röstkaffee in den VDI-Richtlinien - VDI 3892 (Entwurf) März 1988 beschrieben. Hierbei erfolgt die Herstellung von Röstkaffee entweder kontinuierlich in einem Drehtrommelapparat oder chargenweise in Drehtrommel- oder Wirbelschichtapparaten. Der Rohkaffee wird dabei von heißer Luft umspült, erfährt dadurch die gewünschte physikalische bzw. chemische Umwandlung entsprechend den Qualitätsanforderungen. Am Ende des Röstvorganges haben die Kaffeebohnen eine mittlere Temperatur von etwa 230°C. Zum Erzielen einer guten Röstkaffee-Qualität muß der Röstvorgang durch möglichst schlagartige Abkühlung der Kaffeebohnen beendet werden. Die schnelle Abkühlung kann am einfachsten durch sofortige Wasseraufgabe und anschließendes Behandeln mit Kühlluft erreicht werden. Der Kaffee nimmt bei diesem Vorgang Feuchtigkeit auf, die auch zum Aromaschutz dient. Befeuchtung und Abkühlung sollen möglichst für alle Kaffeebohnen gleichmäßig erfolgen, um eine ausreichend homogene Produktqualität zu erreichen, wobei die Obergrenze für die Produktfeuchte 5 Gew.-% beträgt.

Bei dem bisher bekannten Röstverfahren erfolgte die Abkühlung des Röstgutes dadurch, daß auf das ausgetragene Röstgut am Ende einer kontinuierlich durchlaufenden Röstvorrichtung oder bei absatz­ weisem Betrieb am Ende des Röstvorganges Wasser aufgegeben und der Röstkaffee weiter von Röstgasen oder Kühlluft durchströmt wurde.

Wenn jedoch die zur Kühlung erforderliche Wasseraufgabe in der Röstvorrichtung erfolgt und gleichzeitig der Kaffee noch mit heißer Röstluft beaufschlagt wird, verdampft ein Großteil des Wassers ohne am eigentlichen Befeuchtungsvorgang des Röst­ produktes teilzunehmen. Weiterhin wirkt sich der hohe Wasser­ dampfanteil nachteilig bei der Röstgasrezirkulation aus. Darüber hinaus ist der Kontakt des Kühlwassers mit den heißen Wänden des Röstapparates wegen der thermischen Beanspruchung des Materials von Nachteil. Ferner tritt eine starke Verschmutzung im Röstappa­ rat auf, die auf einer Bindung des staubförmigen Abriebs der Röstprodukte und dem überschüssigen Wasser beruht. Bei diesen bekannten Verfahren ist die Wasseraufnahme des Röstgutes zur Abkühlung unzureichend und insbesondere ungleichmäßig, und ferner ist die Verweilzeit der einzelnen Röstgutteilchen in der Befeuchtungs- und Kühlzone nicht einheitlich. Wenn man das derart abgekühlte Röstgut anschließend auf einen nachgeschalteten Plattenbandkühler gibt, bei dem keine weitere Wasseraufgabe mehr erfolgt, ergibt sich eine ungleichförmige örtliche Feuchtever­ teilung und bei kontinuierlicher Kühlung eine erhebliche Schwankung im Restfeuchtegehalt.

Bei anderen bekannten Verfahren wird beispielsweise in einer der Röststufe direkt nachgeschalteten Kühlsektion das Kühlwasser von oben auf das Röstgut aufgegeben und anschließend mit Kühlluft gekühlt. Das sich im Inneren einer hierbei verwendeten Drehtrom­ mel bildende Mischbett weist unterschiedliche Schichtdicken auf, deren Wärme und Stoffaustausch bei den einzelnen Partikeln in der Befeuchtungs- und Kühlzone uneinheitlich ist. Auch hierbei zeigt das Röstprodukt einen inhomogenen Restfeuchtegehalt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Kühl- und Befeuchtungsverfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, mit welchem die Abkühlung der Röstprodukte sehr schnell und gleichmäßig durchgeführt werden kann, wobei insbesondere die Produktfeuchte mit sehr geringen Schwankungen reproduzierbar eingestellt werden kann, und die Kühlung mit einer anschließenden Konditionierung unabhängig vom eigentlichen Röstvorgang durchge­ führt werden kann. Ferner hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine hierfür geeignete Vorrichtung vorzuschlagen, die insbesondere einem taktweise kontinuierlich arbeitenden Röster nachgeschaltet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Hauptanspruch vorgeschlagen, wobei besonders bevorzugte Maßnahmen in den Unteransprüchen definiert sind. Ferner wird eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, welche gemäß den nachfolgenden Unteransprüchen besonders vorteilhaft ausgebildet ist.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Befeuchtung des Röstgutes dann am besten bewirkt wird, wenn das Kühlwasser in einer verhältnismäßig hohen Wirbelschicht und in einer sehr kurzen Zeit mit Eintauchdüsen direkt über dem Anströmboden fein verteilt zugegeben wird, wobei sich eine rasche Abkühlung bei gleichzeitig sehr homogenem Feuchtigkeitsgehalt des Röstgutes einstellen läßt. Hierbei ist es wesentlich, daß die Tauchdüsen in einer gegenüber der Wirbelschichthöhe gemessenen Eintauchtiefe von 50 bis 80% das Kühlwasser über dem Anströmboden fein verteilt einsprühen, wobei sich eine rasche Abkühlung bei gleichzeitig sehr homogenem Feuchtigkeitsgehalt des Röstproduktes einstellen läßt. Vorzugsweise liegt die Eintauchtiefe der Tauchdüsen bei 60 bis 70%.

Ferner hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß besonders gute Ergebnisse erzielt werden, wenn die Betriebsgeschwindigkeit der Luftzufuhr das 1,4 bis 3-fache und vorzugsweise das 1,6 bis 2,2-fache der Lockerungsgeschwindigkeit für das Röstgut beträgt. Ferner hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, ein Kühlwasser einzusetzen, das auf eine Temperatur von 50 bis 70°C vorgewärmt ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß sofort nach Eintritt des Röstkaffees in die Kühlkammer die Befeuchtung innerhalb des Wirbelbettes einsetzt und daraufhin eine Nachbelüf­ tungsphase oder Konditionierung mit kalter Luft ohne weitere Wasseraufgabe erfolgt. Diese Nachbelüftung oder Konditionierung ist für die erforderliche Vergleichmäßigung der Produktrest­ feuchte von Bedeutung.

Die oben erwähnte Wirbelgeschwindigkeit während der Befeuch­ tungsphase darf nicht zu hoch eingestellt werden, da für eine gleichmäßige Befeuchtung eine Suspensionsschicht bestimmter Höhe erforderlich ist, zumal bei hoher Expansion ein übermäßiger Feuchtigkeitsaustrag mit dem Kühlgas erfolgt. Andererseits muß die Wirbelgeschwindigkeit jedoch groß genug sein, um eine aus­ reichende vertikale Durchmischung zu gewährleisten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht man neben einer sehr gleichmäßigen Produktfeuchte eine Verbesserung des Aromaschutzes und des Alterungsverhaltens des derart behandelten Röstkaffees.

Ferner wird die Röstapparatur nicht mehr den thermischen Beanspruchungen durch das Kühlwasser ausgesetzt, wodurch sich ein geringerer Instandhaltungsaufwand ergibt. Der bei der Kaffee- und Wandkühlung entstehende Wasserdampf macht sich nicht mehr störend im Röstgaskreislauf bemerkbar und der Verschmutzungsgrad ist geringer. Letztlich wird eine um etwa 15% geringere Kühlluftmenge gegenüber dem herkömmlichen Verfahren benötigt. Dieses beruht u. a. auch darauf, daß in der Nachbelüftungs- oder Konditionie­ rungsphase die sich durch die entstehende Kondensationsenthalpie ergebende Abkühlung sehr viel besser und gleichmäßiger auf das Röstgut wirkt.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Fig. 1 ein Fließschema des erfindungsgemäßen taktweise kontinuierlich arbeitenden Röstverfahrens;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Darstellung der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung nebst einer Draufsicht bei abgenommener Haube.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Fließschema tritt der Rohkaffee 1 in den Röstapparat 2 ein, durchläuft in bekannter Weise den Röstprozeß, jedoch ohne die innerhalb der Röstapparatur erfol­ gende Befeuchtungskühlung und tritt als heißer Röstkaffeestrom 3 direkt in das Befeuchtungs- und Kühlaggregat 4 ein. In dieser Vorrichtung wird Kühlwasser 5 über in Nähe des Siebbodens 9 befindliche Eintauchdüsen in die heiße Wirbelschicht eingedüst. Anschließend erfolgt ohne weitere Wasseraufgabe eine Kon­ ditionierungsphase mit Raumluft. Die Kühl-und Wirbelluft 7 wird mittels eines Ventilators 8 über den Siebboden oder Anströmboden 9 zugeführt. Die Abluft wird über eine Leitung 10 nach Durchlauf durch einen Abscheidezyklon 11 in die Atmosphäre abgegeben. Die Abluft kann auch getrennt abgeführt werden, d. h. einmal aus der Kühlkammer und zum anderen aus der Konditionierungskammer, wobei insbesondere die Abluft aus der Kühlkammer entweder einer nachgeschalteten Abgasbehandlung oder zur Vernichtung etwaiger Schadstoffe dem Röstgas zugeführt werden kann. Der gekühlte und auf den vorgegebenen Restfeuchtegehalt konditionierte Röstkaffee 12 verläßt das Aggregat über eine entsprechende Auslaufschurre 20 bzw. über ein Rohr 21.

Das in Fig. 2 in teilgeschnittener Form und in Mitteldraufsicht gezeigte Kühl- und Konditionierungsgerät 4 ist als karus­ sellartiger Zellradkühler ausgebildet. Er besteht im einzelnen aus einem zylindrischen Blechgehäuse 13, in dem sich um eine vertikale Achse 14 ein Zellenrad 15 dreht, dessen Zellen durch Wände 16 begrenzt werden. Das durch einen Getriebemotor 17 angetriebene Zellenrad bewirkt, daß die einzelnen Kammern schrittweise über Kühl- und Konditionierungsphasen bis zu einer Austragestation bewegt werden. Die Kühlluft tritt durch einen Eintrittskonus 18 in den Zellenradkühler ein und strömt durch einen geeigneten Anströmboden oder Siebboden 9 in die einzelnen Kanmern des Zellenrades ein, in denen sich eine entsprechend hohe Wirbelschicht ausbildet. Die Kammern sind im unteren Bereich in radialer Richtung gesehen kleiner als im oberen Bereich, um in diesem Bereich mit vergrößertem Querschnitt eine Geschwin­ digkeitsverringerung der im Wirbelbett hochgetragenen Bohnen zu ermöglichen. In jeder Kammer befinden sich Wasserdüsen 6 zur Befeuchtung und Kühlung des Röstkaffees; diese werden über übliche Zuleitungen in der vertikalen Achse 14 versorgt und durch Magnetventile 22 im Zentralrohr, jeweils in Abhängigkeit von der Stellung der Kammer an oder abgeschaltet. Der Röstkaffee tritt über ein Einfüllrohr 19 in die jeweils unter dem Rohr befindliche Kammer ein und bildet dort eine Wirbelschicht. Sofort nach dem Einfüllen des taktweise zugeführten Rohkaffees erfolgt durch die Wasserdüsen 6 in dieser Kammer eine Wasseraufgabe. Während des Weitertransportes des Zellenrades erfolgt nach Abschluß der Wasseraufgabe, d. h. nach Abschaltung der Magnetventile 22, die notwendige Nachbelüftung.

Der Kühlvorgang kann durch Einsprühen von Wasser mittels der Tauchdüsen in der ersten und auch in der zweiten Kammerstellung erfolgen, während in den nachfolgenden Kammerpositionen die Kühlwasserzufuhr abgestellt und nur noch Kühlluft zur Kondi­ tionierung eingeblasen wird. Nach einem Rundlauf fällt der gekühlte und befeuchtete Kaffee aus dem Sektor 23 mit ausgespar­ tem Boden in die Auslaufschurre 10 und verläßt von dort über das Rohr 11 den Zellenkühler.

Vorzugsweise sind die Zellenradwände 16 am äußeren Umfang mit einem zylindrischen Blechmantel 24 verbunden, wenngleich sie auch mit geringfügigem Abstand zu dem Gehäuse enden können. Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung besteht vorzugsweise aus Nirosta­ stahl und hat einen Durchmesser von etwa 1,5 m und eine vom Siebboden gemessene Höhe von etwa 2,0 m bei einer Durchsatz­ leistung von 2000 kg/h Röstkaffee. Der Abstand der Tauchdüsen vom Sieb- bzw. Anströmboden beträgt etwa 150 bis 200 mn.

Der Anströmboden ist so gestaltet, daß er nur im Bereich des Zellenrades für die Wirbelluft durchlässig ist, so daß ein By- Paß zwischen Zellenradmantel und äußerem Blechgehäuse weitgehend vermieden wird.

Vorzugsweise kann der Durchmesser der Luftdurchtrittsöffnungen oder der freie Querschnitt des Anströmbodens sowohl in radialer Richtung als auch in Umlaufrichtung variiert werden, um auf diese Weise eine gezielte Feststoffströmung in der Wirbelschicht zu erzeugen, oder um einzelne Phasen in der Nachbelüftung mit unterschiedlicher Luftmenge zu beaufschlagen.

Die Drehung des Zellenrades erfolgt vorzugszweise taktweise in Abstinmung mit dem Arbeitstakt des vorgeschalteten Rösters, und zwar derart, daß während eines Arbeitstaktes die Kühlkammer beschickt und nach Zufuhr des Kühlwassers durch die Tauchdüsen weiter gedreht wird, worauf nach einer vorgegehenen Zeit das Kühlwasser abgeschaltet und nur noch mit Luft konditioniert wird, bis der geröstete Kaffee mit der gewünschten einheitlichen Endfeuchte ausgetragen wird; eine derartige taktweise Drehung des Zellenrades ist zweckmäßiger als eine kontinuierliche Drehung, wenngleich diese auch möglich ist. Durch Wahl von Drehzahl und Kammerzahl des Zellenrades sowie der Lage des Entleerungsseg­ mentes ist der Zellenradkühler praktisch an jede Taktzeit des Rösters anpaßbar, was insbesondere für moderne Schnellröstver­ fahren von Vorteil ist, bei denen bislang es praktisch unmöglich war, eine gleichmäßige Restfeuchte zu erzielen. Das erfin­ dungsgemäße Verfahren läßt sich auch mit kontinuierlich arbeiten­ den Röstern durchführen, und zwar auch mit linear fortlaufenden Kühl- und Konditionierungskammern.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich mit der oben beschriebenen Röstvorrichtung etwa 30 kg Röstkaffee je Kammer bei einer Gesamtverarbeitungszeit von 120 bis 180 Sekunden verar­ beiten, wobei die Schichthöhe der Wirbelschicht in einen Bereich von 500 bis 800 mm liegt und die Kaffeeaustrittstemperatur unter 30° liegt. Die in diesem Fall gemessene Standardabweichung der Feuchte liegt unter 0,15%, wenn die Nachbelüftungs- oder Konditionierungsphase 100 bis 150 Sekunden beträgt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Kühlen und Befeuchten von gerösteten Kaffee­ bohnen oder ähnlichen grobteiligen Röstprodukten, bei dem das Röstprodukt nach Erreichen der Röstendtemperatur in einem Wirbelbett mit Wasser vorgekühlt und mit Luft nachgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) das Kühlwasser in das Wirbelbett der aus der Röstkammer ausgetragenen Röstprodukte durch Tauchdüsen in einer gegenüber der Wirbelschichthöhe gemessenen Eintauchtiefe von 50 bis 80% einsprüht und
• b) nach Abschalten der Wasserzufuhr dem Wirbelbett Kühlluft bis zu einer Austragetemperatur des Röstgutes von unter 30°C zuführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kühlwasser mit einer Temperatur von 80 bis 20°C verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man vorgewärmtes Kühlwasser mit einer Temperatur von 50 bis 70°C verwendet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdauer des Kühlwassers 6%-17% der Gesamtverar­ beitungsdauer beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlwasser in einer Eintauchtiefe der Tauchdüsen von etwa 60 bis 70% einsprüht.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die zur Erzeugung des Wirbelbettes erforderliche Luftzufuhr auf den 1,4 bis 3-fachen Wert der Lockerungs­ geschwindigkeit einstellt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die zur Erzeugung des Wirbelbettes erforderliche Luftzufuhr auf den 1,6 bis 2,2-fachen Wert der Lockerungsgeschwindigkeit einstellt.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 6, bestehend aus einer Wirbelbettkammer mit Siebboden und einer Luftzufuhreinrichtung unterhalb des Siebbodens, einer Zuführung für das Röstgut oberhalb des Siebbodens, einem Austragungsbereich für das gekühlte und befeuchtete Röstgut und einer Kühlwasserzufuhrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbettkammer durch im wesentlichen senkrechte und oberhalb des Siebbodens mit geringem Abstand zu diesem angeordnete Wände in mehrere Einzelkammern unterteilt ist, in deren unteren Bereichen periodisch an- bzw. abbschaltbare Tauchdüsen für Kühlwasser angeordnet sind und daß die die Einzelkammer bildenden Wände translatorisch oder in Kreis­ bewegung von der Röstgutzuführung schrittweise oder konti­ nuierlich bis zum Austragebereich bewegbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbettkammer zylindrisch ausgebildet ist und die die Einzelkammern bildenden Wände radial an einer umlaufenden Welle befestigt sind und sowohl zu dem Siebboden als zu der zylindrischen Innenwand der Wirbelbettkammer einen Abstand aufweisen, der geringer als die Korngröße des Röstgutes ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelbettkammer als Wirbelbettkanal ausgebildet ist und die die Einzelkammer bildenden Wände in Längsrichtung von der Röstgutzufuhr bis zum Austragebereich bewegbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Einzelkammern getrennte Abluftleitungen einmal im Bereich der Wasserkühlkammern und zum anderen im Bereich der Konditionierungskammern vorgesehen sind.