DE4036112C2 - Einrichtung zum kontinuierlichen Trocknen von stückigem, granulatförmigen oder fasrig-blättrigem Gut - Google Patents

Einrichtung zum kontinuierlichen Trocknen von stückigem, granulatförmigen oder fasrig-blättrigem Gut

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum kontinuierlichen Trocknen von stückigem, granulatförmi­ gen oder fasrig-blättrigem Gut, das in einer Vakuumkam­ mer auf einen Bandförderer konvektiv und zusätzlich durch Mikrowellen erwärmt wird.
Derartige Einrichtungen, die auch als Mikrowellen- Vakuumtrockner bezeichnet werden, sind beispielsweise aus der US-PS 4 045 639 oder durch die kommerziell erhältlichen Trocknungsanlagen der Firmen International Microwave Industries, Epone, Frankreich oder Zschokke- Wartmann, Döttingen, Schweiz bekannt.
Mit derartigen Einrichtungen können beispielsweise pumpfähige Konzentrate von Obst- oder Gemüsesäften, Kakaogetränken sowie Extrakte vom Tee, Kaffee, Arznei­ pflanzen, Fleisch oder Enzyme industriell getrocknet werden. In jüngster Zeit wird auch verstärkt versucht, Obst und Gemüse in stückiger Form mit derartigen Ein­ richtungen zum kontinuierlichen Trocknen zu verarbei­ ten. Hierzu ist in einem Vortrag von F. W. Hauri und J. C. Aigeldinger, der auf der Achema 1988 mit dem Titel "Neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Vakuumbandtrock­ nung" gehalten ist, vorgeschlagen worden, stückige Obst- bzw. Gemüseteile auf einem konventionellen Warm­ luftbandtrockner vorzutrocknen und die Nachtrocknung in einem Mikrowellenbandtrockner durchzuführen. Sämtlichen bekannten Einrichtungen zum kontinuierlichen Trocknen vom stückigem, granulatförmigen oder fasrig-blättrigem Gut gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist jedoch gemeinsam, daß in der Vakuumkammer ein Druck von ca. 13 hPa bis 60 hPa im Übergangsgebiet von Fein- zu Grobvakuum, aufrecht erhalten wird. Weiterhin erfolgt bei den bekannten Einrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Energieeintrag in das System, der die Wasserverdampfung bewirkt, ausschließlich über Mikrowellen. Die Mikrowellen werden dabei beispielswei­ se über einen Hohlleiter, einem Kreispolarisator, einen kegeligen Hornstrahler und eine konvexe Linse aus Polyetylen in den Trockner eingespeist. Die Gleichmä­ ßigkeit des Mikrowellenfeldes über die Bandbreite wird dabei durch die konvexe Linse, die zusätzlich auch zur Vakuumabdichtung dient, sowie gegebenenfalls durch die parallele Anordnung zweier Mikrowellen-Quellen er­ reicht.
Eine Einrichtung zum kontinuierlichen Trocknen gering­ fügig anderer Bauart ist in der GB-2 071 833 A be­ schrieben. Diese Einrichtung kann insbesondere zur Trocknung von pumpfähigen, wärmeempfindlichen Materia­ lien und Nahrungsmitteln verwendet werden, wobei das Produkt gleichzeitig auf mehrere, übereinander liegende Bänder aufgegeben wird. Der Energieeintrag in das Sys­ tem erfolgt gemäß dieser Offenlegungsschrift in der Vortrocknungszone über Kontaktwärmeplatten und in der Haupt- und Nachtrocknungszone durch Mikrowellen. Auch bei dieser Einrichtung liegt der Betriebsdruck bei ca. 13 hPa. Die Einspeisung der Mikrowellenenergie erfolgt wiederum über einen Hohlleiter, einen Modenrührer und ein ebenes Teflonfenster. Um die erforderliche Gleich­ mäßigkeit des Mikrowellenfeldes im Trockner sicherzu­ stellen, werden gemäß dieser Offenlegungsschrift u. a. 24 einzelne Mikrowellenquellen und sechs Modenrührer verwendet.
Diese bekannten Einrichtungen zum kontinuierlichen Trocknen von stückigem, granulatförmigem oder fasrig­ blättrigem Gut haben damit eine Reihe von Nachteilen:
Der Aufwand, um bei einer kontinuierlich arbeitenden Anlage ein Vakuum im Übergangsgebiet von Fein- zu Grob­ vakuum aufrechtzuerhalten ist vergleichsweise grob. Darüberhinaus ist bei Anlagen, in denen die Energiezu­ fuhr nahezu ausschließlich über Mikrowellen erfolgt, die Energieausnutzung ungünstig, da in Mikrowellenröh­ ren die teure Elektroenergie nur zu 50% in nutzbare Hochfrequenzenergie umgewandelt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zum kontinuierlichen Trocknen von stückigem, gra­ nulatförmigen oder fasrig-blättrigem Gut anzugeben, die einen groben Wirkungsgrad aufweist und bei der das zu trocknende Gut effektiv getrocknet wird, ohne daß eine Schädigung und/oder Geschmacksverschlechterung bei­ spielsweise von Lebensmitteln erfolgt.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Erfindungsgemäß sind in der Vakuumkammer mehrere Bandförderer übereinander und überlappend derart angeordnet, daß das zu trocknende Gut sowohl aus der Einbringschleuse auf den ersten Bandförderer als auch von einem Bandförderer zum näch­ sten derart abgeworfen wird, daß es umgeschichtet wird.
Darüberhinaus weist jeder Bereich, innerhalb dessen das zu trocknende Gut durch einen Bandförderer gefördert wird, wenigstens eine Zone, in der ein Gasstrom von oben nach unten oder in umgekehrter Richtung durch das Gut geleitet wird, und wenigstens eine Zone auf, in der das Gut von Mikrowellen beaufschlagt wird.
Diese erfindungsgemäße Ausbildung hat eine Reihe von Vorteilen:
Durch die Aufteilung der Trocknungszone in zwei Zonen ist es möglich, den Energieeintrag wesentlich oder hauptsächlich konvektiv über im Kreislauf geführte, entfeuchtete und wiedererhitzte Luft oder Inertgas durchzuführen. Dabei kann das auf insbesondere perfo­ rierten Bändern (Anspruch 2), die bevorzugt Teflonbän­ der bzw. Teflon-beschichtete Bänder sind (Anspruch 3) geförderte zu trocknende Gut vom Gasstrom von oben nach unten oder in umgekehrter Richtung durchströmt werden.
Da der Energieeintrag zumindest wesentlich konvektiv erfolgt, ist es erforderlich, im Grobvakuumbereich zu arbeiten; es wird bevorzugt in einem Druckbereich zwi­ schen ca. 80 hPa und 300 hPa gearbeitet.
Bei feuchtem Gut dient die eingespeiste Mikrowellen­ energie in der Vortrocknungszone, d. h. dem der Ein­ bring-Schleuse nachgeordneten Band hauptsächlich der Qualitätsverbesserung des zu trocknenden Guts durch strukturbildende Effekte, aber auch zur Verlängerung der Phase der Oberflächenverdampfung. Auf den nachfol­ genden Bändern unterstützt die eingespeiste Mikrowel­ lenenergie die konvektive Trocknung und verkürzt insbe­ sondere den sogenannten Trocknungsschwanz.
Da erfindungsgemäß die Energieeinspeisung zumindest wesentlich konvektiv erfolgt, wird der Anteil der ver­ gleichsweise teuren Mikrowellenenergie reduziert.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben:
In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn gemäß Anspruch 4 die Fördergeschwindigkeit der Bandförderer einstellbar ist, da dann der Produktdurchsatz geregelt und der Energieeintrag durch Trocknungsgas und Mikrowelle dem Trocknungsverlauf in den einzelnen Zonen angepaßt wer­ den kann.
Durch die im Anspruch 5 gekennzeichnete Weiterbildung, bei der eine druckdichte Doppelkammer-Schleuse zum Einschleusen des Gutes vorgesehen ist, wird die zur Aufrechterhaltung des Vakuums benötigte Energie weiter verringert. Hierzu tragen auch die Merkmale der Ansprü­ che 9 und 10 bei, durch die die "Undichtigkeiten" beim Ausschleusen des Gutes verringert werden.
In den Ansprüchen 6 bis 8 sind Merkmale angegeben, die das Umschichten des Gutes zwischen den einzelnen För­ derern bzw. das Aufbringen des Gutes auf den ersten Förderer in vorteilhafter Weise ermöglichen.
Die in den Ansprüchen 11 bis 17 angegebenen Merkmale erlauben nicht nur die Aufteilung der Vakuum-Kammer in mehrere Trocknungszonen (Anspruch 11), sondern auch die effektive Energieausnutzung in jeder Trocknungszone, ohne daß Feuchtigkeit von einer Trocknungszone in die nächste verschleppt werden würde.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es von besonderem Vorteil, wenn das Einbringen der Mikrowel­ lenstrahlung anders als bei bekannten Systemen erfolgt: Gemäß Anspruch 16 erfolgt die Einspeisung der Mikrowel­ len über einen Hohlleiter, ein ebenes vakuumdichtes Fenster, das bevorzugt aus Teflon besteht (Anspruch 17) und über einen speziell gestalteten Hornstrahler, der sich im inneren des Trockners, also im Vakuumbereich befindet. Die Gleichmäßigkeit des elektrischen Feldes über die Breite des Förderbandes wird durch die an die Mikrowellenfrequenz - beispielsweise 2450 MHz - ange­ paßten Hornstrahler sowie die parallele Anordnung mehre­ rer Hornstrahler erreicht.
In jedem Falle hat die erfindungsgemäße Ausbildung eine Reihe von Vorteilen:
Da die Trocknung wesentlich unter Vakuum erfolgt, kön­ nen die Temperaturen des zu trocknenden Guts niedrig gehalten werden. Aufgrund des konvektiven Kreislauf­ systems tritt keine Emission von Geruchsstoffen oder gefährlichen Dämpfen auf. Durch die erfindungsgemäß verwendeten Mikrowellen-Hornstrahler sowie aufgrund der turbulenten Durchströmung des Produktes mit Luft bzw. Inertgas erfolgt eine gleichmäßige Trocknung. Bei Ver­ wendung von Inertgas tritt keine oxidative Verderbsre­ aktion bei Lebensmitteln auf.
Da die Vakuumanlage im Grobvakuum-Bereich betrieben wird, sind sowohl die Energie- als auch die Investi­ tionskosten gering.
Da ein Gasstrom für den Abtransport des Wasserdampfes sorgt, tritt keine Kondensation im Trockner auf. Dar­ überhinaus ist der benötigte Mikrowellenenergie-Eintrag gering, da die Mikrowellen während der Hauptrocknungs­ phase nicht zur Wasserverdampfung, sondern hauptsäch­ lich zur Strukturverbesserung im Produkt verwendet werden. Dennoch wird die Endtrocknungsphase durch den Einsatz von Mikrowellenenergie stark verringert.
Letztlich wird die Produktqualität (Rehydratation, Textur) durch die teilweise konvektive und teilweise Mikrowellentrocknung verbessert, da die Trockner mit Mikrowellen zur Schaffung bzw. Aufrechterhaltung eines offenen Porensystems beitragen und wichtige Inhalts­ stoffe, wie beispielsweise Vitamine erhalten und eine hohe Überlebensrate von Fermenten etc. sichern.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung zum kontinuierlichen Trocknen,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die in Fig. 1 darge­ stellte Einrichtung bei I-I,
Fig. 3 schematisch eine Darstellung zur betriebsweise dieser Einrichtung, und
Fig. 4 einen Querschnitt bei II-II in Fig. 1.
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Einrichtung weist eine Doppelkammerschleuse (1) auf, mittels derer das stückige, granulatartige oder blättrig-fasrige zu trocknende Gut in eine druckdicht ausgeführte Trockner­ röhre (2) eingebracht werden kann. In der Trocknerröhre (2) befinden sich mehrere - bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel zwei - hintereinander geschaltete, per­ forierte und mit Teflon beschichtete endlose Glasfaser­ gewebebänder (4), die von stufenlos regelbaren Getrie­ bemotoren (3) angetrieben werden und am Untertrum eine Ab­ streifvorrichtung (5) aufweisen. Ein spezieller Aufga­ betrichter (17), ein Abstreifer (18) und eine pflugarti­ ge Verteilvorrichtung (19) sorgen dafür, daß das Pro­ dukt gleichmäßig in einer festgelegten Schichthöhe über die Breite des ersten Bandes, des sogenannten Aufgabe­ bandes verteilt wird. An jeder Bandübergabestelle wird das Produkt umgeschichtet. An den Bändern (4) anhaften­ de Produkt-Teilchen werden an der Unterseite eines jeden Bandes von einer speziellen Reinigungsvorrichtung (5), die beispielsweise aus einer rotierenden Kunststoffbür­ ste und einem Kunststoffschermesser bestehen kann, entfernt. Jedes Band wird durch Abschottungsplatten (7) in ein oder mehrere Trocknungszonen eingeteilt wobei in jeder Zone ein Hochdruckventilator oder ein Rootsgeblä­ se (8) Luft oder Inertgas derart umwälzt, daß das Pro­ dukt wahlweise von unten nach oben oder in umgekehrter Richtung durchströmt wird. Im Rezirkulationskanal (9) einer jeden Zone wird der Gasstrom in einem Kondensator (10, siehe Fig. 3) entfeuchtet und in einem Heizre­ gister (11) wieder erhitzt. Mittels einer Vakuumpumpe (20) wird in der Trocknungskammer über ein Steuerventil (21) ein konstanter Druck im Bereich von 80 bis 300 hPa aufrecht erhalten. Ferner ist jede Trocknungszone mit einer mehreren parallel oder hintereinander geschalte­ ten Mikrowellenquellen, beispielsweise Magnetrone (12) ausgerüstet. Der Eintrag der Mikrowellenenergie erfolgt über jeweils einen Hohlleiter (13), ein vakuumdichtes Teflonfenster (14) und einem Hornstrahler (15). Die Abstimmung des Mikrowellensystems, die zur Verringerung von Reflexionen dient, erfolgt über einen in den Hohl­ leiter (13) integrierten 3-Stift-Tuner (22) mit einer vorgeschalteten Anpassungsstrecke (23). Dieses Element kann insbesondere ein 3-Tor-Zirkulator sein, der die reflektierte Leistung mißt und absorbiert. Das Aus­ gangssignal des Leistungsmeßteils im Zirkulator wird für die optimale Einstellung des 3-Stift-Tuners ausge­ wertet.
Wie Fig. 2 im einzelnen zeigt, sind die Hornstrahler derart gestaltet, daß eine gleichmäßige Verteilung des von mehreren Magnetronen (12) erzeugten Mikrowellenfel­ des über die Breite des Bandes (4) gewährleistet ist, so daß das Produkt gleichmäßig erwärmt und getrocknet wird.
Ferner sind am Ende einer jeden Trocknungszone Infra­ rotsensoren (16) vorgesehen, die die Produkt-Oberflä­ chentemperatur messen. Ein nicht näher dargestellter Steuerkreis sorgt für die Regelung der eingestrahlten Mikrowellenleistung in Abhängigkeit von der Produkttem­ peratur.
Das getrocknete Gut wird über eine mit Inertgas be­ gasbare Doppelkammerschleuse (6) ausgetragen.
Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispieles beschrieben worden; innerhalb des allgemei­ nen, in den Ansprüchen niedergelegten Erfindungsgedan­ kens sind selbstverständlich die verschiedensten Modi­ fikationen möglich. Insbesondere kann anstelle von Luft als Trocknungsfluid ein Inertgas, wie N2 oder CO2 vor­ gesehen werden. Darüberhinaus ist es auch möglich, anders gestaltete Mikrowellenstrahler und/oder Heizein­ richtungen zu verwenden.

Claims (19)

1. Einrichtung zum kontinuierlichen Trocknen von stückigem, granulatförmigem oder fasrig-blättrigem Gut, das in einer Vakuumkammer (2) auf mehreren Bandförderern (4) durch Mikrowellen und zusätzlich konvektiv erwärmt wird, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkma­ le:
  • - die Bandförderer (4) weisen gleiche Förderrichtung auf und sind übereinander und überlappend derart ange­ ordnet, daß das zu trocknende Gut sowohl aus der Ein­ bring-Schleuse (1) auf den ersten Bandförderer als auch von einem Bandförderer zum nächsten derart abgeworfen wird, daß es umgeschichtet wird,
  • - jeder Bereich, innerhalb dessen das zu trocknende Gut durch einen Bandförderer (4) gefördert wird, weist wenigstens eine Zone, in der ein Gasstrom von oben nach unten oder in umgekehrter Richtung durch das Gut gelei­ tet wird, und wenigstens eine Zone auf, in der das Gut von Mikrowellen beaufschlagt wird,
  • - wenigstens eine Vakuumpumpe (20) hält in der Vakuumkammer einen Druck zwischen ca. 80 hPa und 300 hPa aufrecht.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (4) der Band­ förderer perforiert sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder Teflonbänder bzw. Teflon-beschichtete Bänder sind.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördergeschwindigkeit der Bandförderer einstellbar ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbring-Schleuse eine druckdichte Doppelkammer-Schleuse (1) ist, aus der das Gut auf den ersten Bandförderer (4) fällt.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einbring-Schleuse ein sich aufweitender Aufgabetrichter (17), ein Abstreifer (18) und eine pflugartige Verteileinheit (19) angeord­ net sind.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bandförderer am Un­ tertrum jedes Bandes (4) eine Abstreifvorrichtung (5) aufweist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifvorrichtung aus einer rotierenden Kunststoffbürste und einem Kunst­ stoff-Schermesser besteht.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabe-Schleuse (6) vorgesehen ist, in die das Gut vom letzten Bandförderer (4) abgelegt wird.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgabe-Schleuse eine begasbare Doppelkammer-Schleuse (6) ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuum-Kammer (2) durch geschlitzte Platten (7) in mehrere Trocknungszonen unterteilt ist.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Trocknungszone eine Pumpeneinheit (8) vorgesehen ist, die Luft oder ein Inertgas aus der Kammer (2) in einen Kondensator (10) ansaugt, aus dem die Luft oder das Inertgas in ein Heizregister (12) strömt, aus dem es wieder in die Kammer (2) zurückgeführt wird.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umwälzkanal (9) den Kondensator, die Pumpeneinheit und das Heizregister ver­ bindet.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeneinheit ein Hoch­ druckgebläse oder ein Rootsgebläse ist.
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Mikrowellenstrahler (12) ein Hohlleiter (13), ein vakuumdichtes Fenster (14) und ein Hornstrahler (15) nachgeschaltet ist, der in die Kammer (2) mündet.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (14) ein Te­ flonfenster ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlleiter einen 3-Stift-Tuner (22) zur Minimierung von Reflexionen und optimalen Auskopplung der Mikrowellenleistung über den Hornstrahler (15) in die Kammer (2) aufweist.
18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der Mikrowellen­ strahler (12) vor reflektierten Mikrowellen in jedem Hohlleiter oberhalb des 3-Stift-Tuners (22) ein 3-Tor-Zirkulator (23) integriert ist.
19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Infrarottemperatursensoren die Temperatur der Gut-Oberfläche erfassen, und daß das Ausgangssignal der Sensoren die Mikrowellenleistung steuert.
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