JP2007017065A - 含水物の乾燥方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】飲料や食品の加工工程から排出される有機性廃棄物等の含水物の効果的な乾燥手段を提供する。
【解決手段】食品廃棄物や汚泥等の含水物を攪拌羽２を備えた乾燥機内に投入して機内温度を１００℃以下に保ちながら減圧乾燥処理するにあたり、攪拌羽２の回転速度を変動させて２以上の異なる回転速度下で、且つ好ましくは機内圧力を０〜０．０３ｍＰａの条件と０．０３〜０．１ｍＰａの条件との間で交互に繰り返して乾燥処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は酒類を含む各種の飲料や食品の加工工程から排出される有機性の含水物及び有機性汚泥等の含水物の乾燥方法とそれに使用される減圧乾燥装置に関するものである。

オカラ等の廃食品を常圧・高温乾燥して飼料化する方法はよく知られているが、高温乾燥の場合、食品成分の変質・劣化が激しく一部の廃食品にしか対応できないという欠点があった。また、食品を低圧・低温処理することも従来から行われている技術であるが、この方法は、コストが高くつくため、家畜の飼料製造には不向きであり、もっぱら高付加価値製品の製造に用いられていた。乾燥機内に複数段の棚を設けて乾燥トレイを乗せ、減圧乾燥で桑葉や繭を乾燥させ飼料を製造する方法が提案されているが、この方法では高密度・高含水率の廃棄物の乾燥には不向きであり、また、乾燥時間も長時間に及ぶ（非特許文献１）。汚泥等の高含水率の廃棄物を廃油の存在下で減圧乾燥する方法も提案されている。この方法は効率よく水分を除去できるが、飼料とするためには使用した油を除去する等の工程が必要であり、処理コストが比較的高くなる（非特許文献２）。更にまた、汚泥に廃油を混合して、この混合物を減圧乾燥して石炭火力発電所の燃料とする方法も提案されている。この方法は上記非特許文献２と同様、油を乾燥機内の熱媒体として使用する優れた方法であるが、それでも乾燥時間が比較的に長く、また、これを肥飼料の製造に適用するには、場合によっては油の除去等製造工程が複雑になりすぎる嫌いがある（非特許文献３）。更にまた、乾燥機内に攪拌機を設けた減圧乾燥機でホタテ貝のウロを乾燥する方法も提案されている。この方法はウロを減圧下で乾燥させる方法であるが、使用する乾燥機は減圧予備乾燥の後、これを常圧下で発酵乾燥させることを目的に開発された装置である。この乾燥機を用いて乾燥した場合、水分率７６．３％のウロ２１．２％まで乾燥するのに１４時間と長時間の乾燥が必要となる（非特許文献４）。

〔非特許文献１〕 愛知農総試験報16：309-311（1984）「減圧乾燥機による桑葉と繭の乾燥」
〔非特許文献２〕 インターネット文献http//group.lin.go.jp/mf-kikou/yuuki/6-1-2.htm、油温減圧脱水方式
〔非特許文献３〕 インターネット文献http//www.marubeni.co.jp/news/nl/nl 2011.下水汚泥のリサイクル事業について〜大阪府と共同研究を実施
〔非特許文献４〕 北海道立工業試験場報告Ｎｏ．２９５、ホタテガイ副産物・利用技術に関する研究開発（第８報）−ウロの乾燥試験−

従来の含水物の減圧乾燥処理には、時間の短縮、処理コストの低減、処理後の製品品質問題等解決されなければならない数多くの課題が存在する。例えば、従来型の横型ドラム式減圧乾燥機を用いる減圧乾燥方法では、乾燥機内に取り付けられた攪拌羽とドラムの内壁間に挟まれた被処理物は捏ねられて粘性が上昇してしばしば“だま”を発生して、乾燥処理工程に著しい障害を与えることがある。
本発明の目的は、従来技術のこれらの課題を解決することにある。

本発明者は、従来の横型ドラム減圧乾燥機を用いて、効率のよい乾燥方法として、処理工程中に減圧乾燥と常圧乾燥を交互に繰り返すことによって、乾燥時間を大幅に短縮する方法を開発しこれを提案した。然しこの方法でも被処理物の中には、乾燥中にその粘性が著しく上昇して所謂“だま”を形成し、乾燥に著しい障害を与えるものがあることが分かった。

本発明の第１は、食品廃棄物や汚泥等の含水物を、乾燥機内に投入して機内温度を常温〜１００℃以下に保ちながら、乾燥機内の攪拌羽の回転速度を変動させて２以上の回転速度下で乾燥処理することを特徴とする減圧乾燥方法である。上記の減圧乾燥処理において、機内圧力も、０．０３ｍＰａ以下の条件と０．０３〜０．１ｍＰａ条件を交互に繰り返すことが好ましい。
本発明の第２は、横型ドラム式減圧乾燥機において、ドラム内で回転する攪拌羽のアームの一方の先端に被処理物掻き取り用スクレーパーが、他方の先端には被処理物押さえ板が取り付けられており、かつ、押さえ板がドラムの内壁と接触することが無いように十分な間隔を持って取り付けられていることを特徴とする減圧乾燥装置である。

本発明の方法によれば、オカラ、醤油粕、酒粕、焼酎粕、厨房廃棄物、有機汚泥等の含水物を効率よく乾燥処理することができる。得られる乾燥品は変質が小さく、飼料や肥料としての価値の高い製品となる。また、本発明の減圧乾燥装置を用いれば、乾燥工程中に“だま”の発生が殆ど無いので、乾燥を中断して乾燥機内の調整をする必要が無く、極めて高い乾燥効率で含水物を乾燥処理できる。

本発明で乾燥処理の対象となる含水物とは、酒類を含む飲料や食品の加工製造工程から排出される含水の固形分であり、本発明の方法及び装置は、特に、乾燥が困難とされていた糖分や油分含量の高い含水物乾燥に好ましく適用される。これ等の含水物には、例えば、オカラ、酒粕、焼酎粕、ワイン絞り粕、ビール絞り粕、厨房廃棄物、醤油粕、酢粕、果実ジュース絞り粕、茶殻、コーヒー粕、その他が含まれる。また、活性汚泥等の有機汚泥や家畜の排泄物も含まれる。

本発明の減圧操作は、低圧操作と高圧操作を繰り返すことが好ましく、減圧の程度は、減圧操作が０．０３ｍＰａ以下、好ましくは０．０１ｍＰａ以下であり、高圧操作が０．０３〜０．１ｍＰａ、好ましくは０．０４３〜０．０７ｍＰａである。交互に繰り返す低圧操作の操作時間は高圧操作のそれよりも少なくとも同じか、それよりも長い時間が好ましい。勿論、開始時の被処理物の温度上昇のために要する時間等により、高圧側の処理時間が低圧側のそれより長くても一向に差支えない。操作時間は繰り返し単位で、低圧側で１０〜２４０分、好ましくは、１５〜１８０分である。これに対して高圧側は５分以上６０分以下であり、好ましくは１０〜３０分である。処理時間の合計としては４〜６時間が目安である。低圧・高圧操作の繰り返しは少なくとも２以上である。操作温度は、通常、低圧処理の場合８０℃以下、好ましくは４０〜７５℃であり、高圧側は７０〜１００℃、好ましくは８０〜９５℃である。また、比較的油分や糖分の少ない含水物に対しては、高圧操作を省いて、低圧操作と回転数の変動のみでも十分な乾燥が可能である。

乾燥工程中に被処理物は乾燥機内に取り付けられた攪拌羽で攪拌される。攪拌羽はそのアームの一方の先端に被処理物を掻き取るためのスクレーパーが、また他方の先端には被処理物を乾燥機のドラムの内壁に押さえつけるための押さえ板が取り付けられている。この攪拌羽は、押さえ板で被処理物を加熱されたドラム内壁に押し付けて乾燥させる機能と、内壁に押し付けられた被処理物を掻き取り攪拌する機能をもつ。攪拌羽は変速機でその回転速度の自在の変更が可能である。本発明の方法では、この攪拌羽の回転速度を少なくとも二つの速度に変えることによって、掻き取りと攪拌を効率よく行わせ、それによって、“だま”の発生を防止し、乾燥の効率を著しく向上させることができる。本発明で採用される回転羽の回転速度は、高圧操作では1分間に３〜９回転と比較的にゆっくりと回転させ、これを定期的にあるいは不定期的に低圧操作に切り替え、１分間に４．５〜１６回転の比較的に高速で回転させることによって、被処理物は適度に破砕され表面積が拡大され、乾燥が促進される。高速回転は主に低圧操作の時に、低速操作は主に高圧操作の時に採用される。１回の高速回転の時間が前記したごとく１０分より短いと破砕効果が小さく、また２４０分より長いと乾燥効率が小さくなる。

本発明の乾燥機は、減圧下での加熱と混合及び／又は攪拌とが可能な装置で、真空ポンプに連結していると共に内壁を電熱面とするドラム内に、被処理対象物をドラム内壁に押し付け、掻き取る機能を有する攪拌羽を備えている減圧乾燥機であって、ドラム内で回転する攪拌羽のアームの一方の先端に被処理物掻き取り用のスクレーパーを、他方の先端には被処理物押さえ板が取り付けられており、かつ、押さえ板がドラムの内壁と接触することがないように十分な間隔をもって取り付けられていることを特徴とする減圧乾燥装置である。
本発明の減圧乾燥機を用いると、上記本発明の方法が特に好ましく実施できる。

図１は本発明で使用する減圧乾燥機の一例を示す概略断面図である。図１において、１は攪拌スクリュー、２は攪拌羽、３は被処理物投入口、４は蒸発水分排出口（蒸発蒸気を吸引する真空ポンプと蒸気を冷却する熱交換器が附属している）、５は製品取り出し口、６は加熱蒸気媒体の通路（乾燥機の外套部）、７は加熱蒸気等熱媒の投入口を示す。
図２及び図３は本発明で使用する減圧乾燥装置の減圧乾燥シリンダー部分の攪拌羽の取り付け部の断面図を示すものである。図２において、１は減圧乾燥機のシリンダー、２は加熱蒸気充填空間（外套部）、３は回転軸、４は回転軸に取り付けられたアーム、５はアームの一端に取り付けられたスクレーパー、６はアームのもう一方の先端に取り付けられた押さえ板を示す。図２の（１）は押さえ板の取り付け状況を示す平面図であり、図２の（２）は押さえ板の取り付け状況を示す正面図である。図２の（３）は押さえ板の側面図を示す。
図３において、１は減圧乾燥機シリンダー、２は外套部、３は回転軸、４は回転軸に取り付けられたアーム、５はアームの一端に取り付けられたスクレーパー、６はアームの一歩の先端に取り付けられた押さえ棒を示す。図３の（１）は押さえ棒の取り付け状況を示す平面図であり、図３の（２）はその正面図、図３の（３）はその側面図である。
図４は従来の減圧乾燥シリンダー部分の断面図を示すものであり、押さえ板の取り付けがタイトになっている点で本発明と異なる。

本発明装置の攪拌羽のスクレ−パーはその掻き取り機能を十分に発揮させるために、被処理物が付着しにくい難付着性の材料製のものが好ましく、機械強度が高く、剛性も高く、しかも熱安定性に優れたエンジニアリングプラスティック類製のものが好ましい。使用部位は攪拌羽の少なくともブレード部分（先端の掻きとり部分）に使用される。この材料の使用により金属製スクレーパーに比べて、被処理物の付着が著しく減少し、乾燥効率をあげることができる。エンジニアリングプラスティックとしてはナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂などが機械的強度、耐摩耗性、熱安定性に優れており好ましく使用される。

本発明の攪拌羽は変速機によって自在に回転速度を変動させることができる。

以下、本発明を実施例で説明する。

図１に示す乾燥機(処理能力１５０Ｋｇ／バッチ、本発明の攪拌羽付)に焼酎粕１３０ｋｇ（固形分６．２％、水分９３．８％）を投入して、４時間３０分減圧乾燥した。ドラム内の温度は４８℃〜７６℃で変動した。操作時間を通して、０．０２５ｍＰａ〜常圧の高圧運転は３回合計１時間２０分行われ、０．０１５〜０．００２７ｍＰａの低圧側運転は２回合計３時間１０分行われた。攪拌羽の回転数は、スタート時点で毎分当り（以下同じ）３回転、その後回転数を６回転、９回転、１２回転と上げ、その後３回転、１２回転、３回転とし、停止した。含水率１１．９％の製品が９．２ｋｇ得られた。操作終了時の押さえ板には被処理物の付着はなく、また“だま”の発生も見られなかった。

比較例１
従来の攪拌羽を取り付けた同様の装置で、焼酎粕５０ｋｇ(固形分６％、水分９４％)、を４時間２０分減圧乾燥した。攪拌羽の回転数を６回転／分に設定し、真空ポンプを作動させて減圧乾燥処理を行った。ドラム内温度は７０〜９３℃で、ドラム内の圧力０．００８〜０．０８ｍＰａの間で変動した。途中、乾燥状況を観察したところ“だま”の発生が著しく、４時間２０分で乾燥を打ち切った。製品の収量は４．３ｋｇ、含水率は３０．２％であり、乾燥状態は思わしくなかった。写真２は操作終了時の押さえ板とドラムの隙間の状態を示すものであり、被処理物が隙間にびっしりとこびり付いており、乾燥の障害になっていることが分かる。

焼酎粕１３０ｋｇ（固形分６．２％、水分９３．８％）を実施例１で使用した乾燥機に投入し、４時間かけて減圧乾燥を行った。ドラム内温度は４２．７〜７８．５℃の間で変動した。減圧操作は、０．０３１〜０．０５９ｍＰａの高圧操作を８回計１３５分、０．０２９９〜０．０２２ｍＰａの低圧操作を計８回計１０５分を交互に実施した。この間攪拌羽の回転数は３、８、９、１２回転／分と回転速度を変動させた。含水率１５．６％の製品９．６ｋｇが得られた。

外食レストランから排出される比較的油分の多い含水率７５．１％の生ゴミ７９ｋｇ（水分５９．３ｋｇ、固形分２４．９ｋｇ）を実施例１で使用した乾燥機に投入し５時間３０分減圧乾燥した。操作条件は（１）温度５０〜６０℃、圧力０．００３〜０．００４ｍＰａで４時間３０分間の低圧操作、（２）温度６０〜６５℃、圧力０．０５ｍＰａで１５分間の高圧操作、（３）温度６０〜６２℃、圧力０．０１ｍＰａ以下で１５分間の低圧操作、（４）温度６３〜６５℃、圧力０．０５ｍＰａで１５分間の高圧操作、（５）温度６３℃前後、圧力０．０１ｍＰａ以下で１５分間の低圧操作であった。この間、攪拌羽の回転数はスタート時の３回転／分から３時間後に６回転／分、３時間３０分後に９回転／分に変動し、操作終了までこの回転数を維持した。含水率３．８％の乾燥物２０．５ｋｇが得られた。

実施例３と同じく外食レストランから排出される比較的油分の少ない含水率７４．６％の生ゴミ７３．５ｋｇ（水分５４．８ｋｇ、固形分１８．７ｋｇ）を実施例１で用いた乾燥機に投入し５時間減圧乾燥した。操作は温度５０〜７０℃、圧力０．００２〜０．００５ｍＰａ、攪拌羽の回転数を順に４回転／分で１時間３０分、９回転／分で３０分、６回転／分で２時間２０分、９回転／分で４０分の条件で行った。含水率２．８％の乾燥物１９．２ｋｇが得られた。

本発明で使用される減圧乾燥機の一例を示す断面図。 本発明で使用する減圧乾燥機の減圧乾燥シリンダー部分を示す断面図。 本発明で使用する減圧乾燥機の減圧乾燥シリンダー部分を示す断面図。 従来の減圧乾燥機の減圧乾燥シリンダー部分を示す断面図。

符号の説明

（図１）
１ 攪拌スクリュー
２ 攪拌羽
３ 被処理物投入口
４ 蒸発水分排出口
５ 製品取り出し口
６ 加熱蒸気媒体の通路
７ 加熱蒸気等熱媒の投入口
（図２及び図３）
１ 減圧乾燥機のシリンダー
２ 加熱蒸気充填空間（外套部）
３ 回転軸
４ 回転軸に取り付けられたアーム
５ アームの一端に取り付けられたスクレーパー
６ アームの他方の先端に取り付けられた押さえ板
（図４）
１３ スクレーパー

Claims (8)

1. 含水物を攪拌羽を備えた乾燥機内に投入して機内温度を１００℃以下に保ちながら減圧乾燥処理するにあたり、攪拌羽の回転速度を変動させて２以上の異なる回転速度下で乾燥処理することを特徴とする含水物の乾燥方法。
2. 機内圧力を０〜０．０３ｍＰａの範囲と０．０３〜０．１ｍＰａの範囲の間で交互に繰り返す請求項１の方法。
3. 操作圧力を０．０１ｍＰａ以下と０．０４〜０．０７ｍＰａの条件の間で交互に繰り返すことを特徴とする請求項２の方法。
4. 攪拌羽の低速回転速度と高速回転速度の比を１．５倍以上とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項の方法。
5. 含水物が飲食品の加工工程で排出される有機性の固形物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項の方法。
6. 横型ドラム式減圧乾燥機において、ドラム内で回転する攪拌羽のアームの一方の先端に被処理物掻き取り用スクレーパーを、他方の先端には被処理物押さえ板が取り付けられており、かつ、押さえ板がドラムの内壁と接触することが無いように十分な間隔をもって取り付けられていることを特徴とする減圧乾燥装置。
7. 攪拌羽の回転速度をコントロールするための変速機が取り付けられている請求項６の減圧乾燥装置。
8. スクレーパーの少なくともブレード部分がエンジニアリングプラスティックで構成されてなる請求項６又は７の減圧乾燥装置。

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