JP2007271224A - バッチ式真空乾燥装置における乾燥処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 乾燥釜、攪拌機、破砕機を具備し、乾燥処理する前に使用者が被乾燥物をまとめて投入するバッチ式真空乾燥装置において、被乾燥物が白米等の澱粉系食品の残渣や油脂分を多く含む惣菜等の残渣であっても、被乾燥物が攪拌機の攪拌軸や羽根に付着したり、乾燥釜の内面の伝熱面に付着したりして良好な乾燥が損なわれることのない乾燥処理方法を提供する。
【解決手段】 新たに乾燥処理する被乾燥物３に対して乾燥処理済の乾燥物を所定の割合で乾燥釜１に残留させた状態で、被乾燥物３を乾燥釜１内に移動させて前記乾燥物と混合して乾燥処理する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水分を含んだ有機廃棄物を真空状態で加熱して乾燥するバッチ式真空乾燥装置における乾燥処理方法に関するものである。

一般に水分を含んだ有機廃棄物としては、食堂やホテルにおける厨房残滓物や残飯、学校や病院等の給食の残飯、スーパーマッケット、コンビニ、デパート、食料品店等における保証期間の過ぎた食料品、食品工場における残滓物等がある。このような有機廃棄物はそのままでは産業廃棄物処理業者に引き取って貰う量が極めて多くなり、コストが嵩んだりするという問題がある。

そこで、有機廃棄物を減量するために近年、有機廃棄物を真空状態で加熱して乾燥する真空乾燥装置が提供されている（例えば、特許文献１参照）。かかる真空乾燥装置は、内部が真空状態で加熱される乾燥釜と、被乾燥物を攪拌するために乾燥釜に設けられた攪拌機とを具備し、被乾燥物を装置内に投入して密閉し、真空状態で被乾燥物を加熱すると共に攪拌して乾燥するバッチ式の処理を行うようになっている。
特開平１１−３３７２５８号公報

このようなバッチ式真空乾燥装置は、内部が真空状態で加熱される乾燥釜と、乾燥釜内で被乾燥物を攪拌する攪拌機と、被処理物を破砕する破砕機とを配設してある。そして被乾燥物を投入口より破砕機に投入した後、投入口の蓋を閉めて破砕機および乾燥釜の内部を密閉し、破砕機で被乾燥物を破砕した後、被乾燥物が破砕機から乾燥釜内へ移動して乾燥処理が行われるものである。

このようなバッチ式真空乾燥装置では、被乾燥物が白米等の澱粉系食品の残渣の場合には、乾燥釜で攪拌、乾燥処理する際に、攪拌機の攪拌軸や羽根に付着して団子状の塊となってしまい、この塊同士が付着して巨大な塊となって良好な乾燥が困難となっていた。また、被乾燥物に白米等の澱粉系食品の残渣と油脂分を多く含む惣菜等の残渣が混合している場合、乾燥釜の内面の伝熱面に付着して焦げ付きが発生してしまい、その伝熱が阻害されて加熱効率が低下するものであった。このような場合の対策として、連続投入式の真空乾燥装置においては、乾燥処理して排出した乾燥物の一部を新たに投入する被乾燥物とともに再び投入するといったことが行われている。これにより、乾燥した乾燥物によって被乾燥物の含水率を低減するとともに伝熱面等への付着を防止するものであった。

しかしながら、バッチ式真空乾燥装置にあっては乾燥処理した乾燥物を再び投入する方法を採ることは困難であった。すなわち、連続投入式の真空乾燥装置においては、被乾燥物の投入および乾燥処理した乾燥物の再投入を制御手段により量を自動調節した上で処理することができるが、バッチ式真空乾燥装置にあっては、使用者が自ら被乾燥物を投入するものであるため、乾燥処理した乾燥物の再投入量が分からないと共に計測するのも困難であり、また再投入する作業も自ら行わなければならないものであった。

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、乾燥釜、攪拌機、破砕機を具備し、乾燥処理する前に使用者が被乾燥物をまとめて投入するバッチ式真空乾燥装置において、被乾燥物が白米等の澱粉系食品の残渣や油脂分を多く含む惣菜等の残渣であっても、被乾燥物が攪拌機の攪拌軸や羽根に付着したり、乾燥釜の内面の伝熱面に付着したりして良好な乾燥が損なわれることを容易に防止することができる乾燥処理方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明の請求項１のバッチ式真空乾燥装置における乾燥処理方法にあっては、内部が被乾燥物３を真空状態で加熱する処理空間１０となる乾燥釜１と、被乾燥物３を攪拌するために乾燥釜１に設けた攪拌機２と、被処理物を乾燥釜１の処理空間１０に移動させる前に破砕する破砕機４とを具備し、乾燥処理する前に使用者が投入した被乾燥物３を処理空間１０で加熱すると共に攪拌して乾燥処理するバッチ式真空乾燥処理装置での乾燥処理において、新たに乾燥処理する被乾燥物３に対して乾燥処理済の乾燥物を所定の割合で乾燥釜１に残留させ、被乾燥物３を乾燥釜１内に移動させて前記乾燥物と混合して乾燥処理することを特徴とするものである。

このような構成とすることで、乾燥して水分が殆ど無い乾燥物が混合されることで処理対象物の含水率を低減させることができ、これにより、被乾燥物３が攪拌機２の攪拌軸２１や羽根２３、乾燥釜１内の内面等の伝熱面に付着しなくなって、これらが付着して焦げ付いたりすることによる熱伝導の阻害を防止することができ、効率よく加熱することができて処理時間を短縮することが可能となるものである。

また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、新たに乾燥処理する被乾燥物３に対する乾燥処理済の乾燥物を２割乃至４割とすることを特徴とするものである。

新たに乾燥処理する被乾燥物３の重量Ｗ（ｋｇ）と、乾燥処理済の乾燥物の重量Ｒ（ｋｇ）との割合Ｒ／Ｗが４割より大きいと、処理できる新たな被乾燥物３の重量Ｗが小さくなって処理効率が悪くなり、割合Ｒ／Ｗが２割より小さいと、乾燥物を混合する効果が殆どなくなってしまう。

本発明にあっては、乾燥釜の重量を直接計測することなく乾燥釜内に所定量の乾燥物を残留させることができ、乾燥釜の重量を直接計測するためのロードセル等の重量計を設けたり、使用者が自ら乾燥物を計測して再投入したりすることなく、良好な乾燥処理を達成することができ、従来行われなかったバッチ式真空乾燥装置において簡単な構成で容易に乾燥処理済の乾燥物を次回の乾燥処理に使用することができるようになるものである。

まず、バッチ式真空乾燥装置について説明する。図１は本発明のバッチ式真空乾燥装置の全体のシステムを示すものである。バッチ式真空乾燥装置は、装置本体５と、ホッパー６と、搬送手段７とで構成され、前記装置本体５は、乾燥釜１と、攪拌機２と、破砕機４と、を具備している。

この装置の主体となる乾燥釜１は内部が真空状態の処理空間１０となるもので、この処理空間１０に投入した被乾燥物３を真空状態で加熱して乾燥するようになっている。乾燥釜１の周囲には加熱ジャケット１２を設けてあり、この加熱ジャケット１２に温水、蒸気等の熱媒で熱を供給することで乾燥釜１の内壁を加熱できるようになっている。このとき熱媒が温水の場合、図１の矢印Ａのように加熱ジャケット１２に熱媒が入り、加熱ジャケット１２から図１の矢印Ｂのように熱媒が出るように熱源機を介して循環するようになっている。矢印Ａにように加熱ジャケット１２に入る熱媒の温度は例えば８５℃で、矢印Ｂのように加熱ジャケット１２から出る熱媒の温度は例えば８０℃である。熱媒が蒸気の場合は、図１の矢印Ｂと逆方向に熱媒が加熱ジャケット１２に入り、図１の矢印Ａと逆方向に加熱ジャケット１２から熱媒が出るようになっている。

また乾燥釜１内の空気は集塵器１４、熱交換器１５（コンデンサー）、ドレンタンク１６、逆止弁１７を介して真空ポンプ１３で吸引されて真空状態が維持されるようになっている。またクーリングタワー１８で冷却された冷却水が熱交換器１５に循環させられて熱交換器１５が冷却されるようになっている。真空ポンプ１３を駆動して乾燥釜１内を真空引きしたとき乾燥釜１内が６０〜１００Ｔｏｒｒ程度に減圧されるようになっている。以下、前記程度の圧力状態を真空状態というものとする。乾燥釜１の加熱により乾燥釜１内の被乾燥物３に含有した水が蒸発されて行き、真空ポンプ１３の吸引により蒸発水含有排ガスは集塵器１４を通り、熱交換器１５で冷却凝縮されて気液分離され、凝縮水がドレンタンク１６に溜まると共にドライ排ガスは大気に排気される。ドレンタンク１６には液面計１９が設けられており、ドレンタンク１６に一定量の凝縮水が溜まると排水されるようになっている。

乾燥釜１の上側には破砕機４が設けてある。破砕機４は、乾燥釜１の天井部上に内部が破砕空間４０となる破砕機ケーシング４１を設け、この破砕空間４０内に駆動軸４２および該駆動軸４２にて駆動される破砕刃４３が設けられる。駆動軸４２を駆動するモーター等の駆動源（図示せず）は破砕機ケーシング４１外に設けられる。駆動軸４２は一対設けてあり、各駆動軸４２の軸方向に破砕刃４３を複数枚並べるように装着してある。この破砕機４の破砕空間４０は乾燥釜１の処理空間１０と連通しており、破砕機４にて破砕された被乾燥物３は乾燥釜１の処理空間１０へと落下するようになっている。

乾燥釜１内には攪拌機２を内装してあり、被乾燥物３を攪拌機２にて攪拌することにより乾燥できるようになっている。この攪拌機２はモータ（図示せず）で駆動される攪拌軸２１から羽根支持軸２２を放射状に突設すると共に羽根支持軸２２の先端に短リボン状の羽根２３を装着してあり（図２参照）、攪拌軸２１を回転駆動することで羽根２３にて攪拌できるようになっている。羽根支持軸２２は攪拌軸２１の周方向及び軸方向に複数本並べて突設してある。図２に示す例の場合、攪拌軸２１の周方向に９０°づつ位相をずらせて４本突設してある。また、羽根２３板が攪拌軸２１と平行な状態からγ（本例の場合４５°）の角度傾斜させてある。この攪拌軸２１は正転と逆転とを繰り返すように駆動されるようになっており、回転速度は２〜３ｒｐｍ程度である。

また、乾燥釜１の底部には乾燥した乾燥物を排出する乾燥物排出部２４を設けてある。

また本実施形態では、装置本体５の乾燥物排出部２４から排出される乾燥物を受けると共に搬送して廃棄物集積場に廃棄する排出コンベアーが設けてある。

そして、上述した装置本体５外には、ホッパー６および搬送手段７と、これらを覆う搬送部ケーシング８が設けてある。

ホッパー６は、上部に投入口６１が形成されると共に前記投入口６１を開閉自在に閉塞する投入口蓋６２が設けてあり、前記投入口蓋６２を閉めると、後述する搬送部ケーシング８との連通部分を含めて内部が密閉される。ホッパー６の下端部は搬送部ケーシング８の一端部に連通接続してあり、投入口６１より投入された被乾燥物３はホッパー６の下端部より順に搬送部ケーシング８内へと落下するようになっている。

搬送部ケーシング８は、搬送手段７を覆って内部が密閉されるもので、その一端部すなわち被乾燥物３の搬送方向の上流側の端部が上記のようにホッパー６の下端部に連通接続してあると共に、他端部すなわち被乾燥物３の搬送方向の下流側の端部が装置本体５の破砕空間４０に連通接続してある。これにより、ホッパー６の内部空間、搬送部ケーシング８の内部空間、装置本体５の破砕空間４０と乾燥釜１の処理空間１０とは連通し、真空ポンプ１３を稼動させた際にこれらの内部を真空状態とすることができる。

搬送手段７は、ホッパー６の下端部より搬送部ケーシング８内に落下移動した被乾燥物３を受け、これを装置本体５内に搬送するもので、例えば図１に示すような掻き上げ式コンベアーや、ベルトコンベアー等が用いられるが、特に限定されないものである。本実施形態の場合は、ホッパー６を水平方向において装置本体５から離すと共に装置本体５の上部に設けた破砕機４よりも低いレベルに配設することで、使用者が被乾燥物３を装置本体５まで持って行かなくても済むと共に、床面等の低い位置に配設してあるホッパー６に被乾燥物３を投入すればよくて持ち上げる必要がなく、使い勝手を良くしてある。このため、搬送手段７に掻き上げ式コンベアーを用いているが、ホッパー６と破砕機４のレベルが同程度の場合には通常のベルトコンベアーでもよく、また他の手段によってもよい。

また、以上のようなバッチ式真空乾燥装置は、図示はしないが装置本体５は制御装置を備えており、真空ポンプ１３や攪拌機２、破砕機４、搬送手段７等の全ての被制御機器の制御を行っている。

また、図３に装置本体５の他例について説明する。本実施例では、破砕機４を乾燥釜１内に設けてある。このため、被乾燥物３が乾燥釜１内の上部で破砕機４により破砕されている時に加熱により一次乾燥され、乾燥釜１内の下部の処理空間１０で二次乾燥され、このように一次乾燥と二次乾燥の二段階の乾燥をするための乾燥に要する時間を短縮することができる。また、本実施例では上実施例のようにホッパー６、搬送手段７、搬送部ケーシング８を設けていないが、これらを特に設けていない場合でも後述する本発明の乾燥処理方法は適用可能である。

以下に、まず、上記のようなバッチ式真空乾燥装置で水分を含んだ有機廃棄物からなる被乾燥物３を乾燥する場合の基本動作について説明する。図１に示す実施例では、使用者は乾燥処理する前に投入口蓋６２を開けて投入口６１からホッパー６に被乾燥物３をまとめて投入して投入口蓋６２を閉じ、真空ポンプ１３にて真空引きすることで処理空間１０、破砕空間４０、搬送部ケーシング８の内部空間、ホッパー６の内部空間を真空にする。そして、搬送手段７を駆動させ、ホッパー６から搬送部ケーシング８に落下する被乾燥物３を装置本体５の破砕空間４０へと搬送する。ここで、被乾燥物３はホッパー６から時間をかけて連続的に落下すると共に搬送手段７によって連続的に破砕空間４０へと搬送される。破砕機４を駆動すると共に、装置本体５の乾燥釜１の加熱ジャケット１２に熱媒を供給して乾燥釜１内を加熱し、更に攪拌機２を駆動する。すると、被乾燥物３は乾燥釜１内で攪拌および加熱されて水分が蒸発し、蒸発した蒸気は真空ポンプ１３により吸引され、集塵器１４で集塵された後、熱交換器１５にて凝縮され、凝縮水はドレンタンク１６を経て排水されると共に排気が排出される。

被乾燥物３をホッパー６から破砕機４に搬送するのにかかる時間は、被乾燥物３の量にもよるが例えば投入量５００ｋｇの場合には１０時間程かけて連続的に搬送し、破砕機４では搬送された分から破砕して、同じく１０時間程かけて破砕して乾燥釜１に落下移動する。そして、乾燥釜１内では、含水率が例えば６０％程であった被乾燥物３は乾燥処理にて含水率が１５％未満にまで減少される。乾燥された乾燥物は細かな粒状となり、乾燥物排出部２４から排出される。また、図３に示す実施例では、装置本体５の投入口蓋１１を開けて被乾燥物３を投入すれば、後は破砕機４が時間をかけて連続的に破砕することで図１に示す実施例の場合と同様に乾燥処理がなされるものである。

次に、本発明について説明する。本発明は、新たに乾燥処理する被乾燥物３に対して、前回のバッチ処理において乾燥処理した際に出る処理済の乾燥物を所定の割合で乾燥釜１に残留させた状態で、新たな被乾燥物を乾燥釜１内に移動させて、前記残留した乾燥物と混合して処理対象物を生成するものである。

以下、図４に示すフロー図に基づいて一実施形態について説明する。本実施形態では、毎回ほぼ同じくらいの重量の被乾燥物３を乾燥処理している。なお、乾燥釜１内には前回の乾燥処理にて生成した処理済の乾燥物Ｒ（ｋｇ）が残留しているとし、毎回ほぼ同量の被乾燥物３の変動が生じても、次の乾燥処理においても処理済の乾燥物をＲ（ｋｇ）残留させることを目標とする。

まず、新たに投入する被乾燥物の重量Ｗ（ｋｇ）を計測する。これは、ホッパー６に設けたロードセル等の重量計（ホッパー６を設けていない場合には破砕機４に設けた重量計）にて計測する。

次に、乾燥釜１で、被乾燥物３と上記処理済の乾燥物との混合物である処理対象物を加熱・攪拌して乾燥処理を行う。乾燥処理運転中には、熱交換器１５で凝縮された凝縮水（ドレン水）の量を計測し、加熱・攪拌による乾燥運転終了後にその総量を計算することで、処理対象物から蒸発した水分量Ｈ（ｋｇ）が計測される。

また乾燥運転終了時に、ホッパー６に残っている被乾燥物の重量ＷＥ（ｋｇ）を上記重量計にて計測し、実際に乾燥釜１に投入された被乾燥物３の重量Ｗ−ＷＥ（ｋｇ）を計算する。

そして、乾燥釜１内に残留している乾燥処理済の乾燥物の量Ｋ（ｋｇ）を計算する。ただし、Ｋ＝Ｒ＋Ｗ−ＷＥ−Ｈである。

次に、破砕機４による破砕や乾燥釜１の加熱は行わず、攪拌機２による攪拌を行い、乾燥物排出部２４から乾燥物の排出を行う。上述した攪拌機２の羽根支持軸２２、羽根２３の回転により、乾燥物が乾燥釜１内を移動して乾燥物排出部２４から排出されるが、この時、乾燥釜１内の残留量と、攪拌機２の所定速度での攪拌時間とは、大体一定の関係が成り立つ。このため、予めこの関係を把握しておくことで、攪拌時間を調節して乾燥物の残留量を調節することができる。

具体例について説明する。実際に使用しているバッチ式真空乾燥装置で毎回新たに投入する被乾燥物３の重量Ｗは５００ｋｇであり、これに対して乾燥釜１内に残留させる乾燥物の重量Ｒは１５０ｋｇである。乾燥物の重量Ｒの新たに投入する被乾燥物３の重量Ｗに対する割合Ｒ／Ｗは、２０乃至４０％が好ましく、特に３０乃至３２％が最も好ましい。この割合は経験に基づいており、前記１５０ｋｇは３０％であって最も好ましい範囲にある。割合Ｒ／Ｗが大きすぎると、処理できる新たな被乾燥物の重量Ｗが小さくなってしまい、またＲ／Ｗが小さすぎると乾燥処理済の乾燥物を混合する効果が認められなくなる。

新たに投入する被乾燥物３は、ご飯等の澱粉系食品の残渣と油脂分を多く含む惣菜等の残渣とが混合されたもので、含水率は６０％（水分量３００ｋｇ）である。

次に、被乾燥物３を２０時間乾燥処理し、この時に蒸発した水分量Ｈは２９０ｋｇであった。この場合の平均蒸発能力は約１４ｋｇ／ｈとなる。

次に、ホッパー６の被乾燥物３の残量ＷＥを計測すると１ｋｇで、乾燥釜１内に残留している乾燥物の量ＫはＫ＝１５０＋５００−１−２９０＝３５９（ｋｇ）であった。

次に、必要攪拌時間Ｔを算出する。図５に乾燥釜１内の残留量Ｒ（横軸）と、攪拌機２の所定速度での攪拌時間ｔ（縦軸）との関係線の一例を示す。ちなみに、この場合の攪拌時間ｔは、
ｔ＝ａ_３×Ｒ^３＋ａ_２×Ｒ^２＋ａ_１×Ｒ^１＋ａ_０（ａ_３、ａ_２、ａ_１、ａ_０は定数）
で表される。

残留量Ｒが３５９ｋｇから１５０ｋｇになるのに要する必要攪拌時間Ｔは、この関係線の読みが、Ｒが３５９ｋｇの時のｔの値が４分となり、Ｒが１５０ｋｇの時の攪拌時間ｔの値が２１分となることにより必要攪拌時間Ｔはその差の
Ｔ＝２１−４＝１７（分）となる。

これに対し、乾燥処理済の乾燥物を乾燥釜１に残留させない場合の比較実験を行った。被乾燥物３は同様に、ご飯等の澱粉系食品の残渣と油脂分を多く含む惣菜等の残渣とが混合されたもの５００ｋｇで、含水率は６０％（水分量３００ｋｇ）であり、この時は、平均蒸発能力は約７．５ｋｇ／ｈと低く、２９８ｋｇの水分を蒸発させるのに４０時間を要した。（本発明では上述した２０時間）
本発明のように、新たに乾燥処理する被乾燥物３に対して乾燥処理済の乾燥物を所定の割合で乾燥釜１に残留させた状態で、被乾燥物３を乾燥釜１内に移動させて前記乾燥物と混合して処理対象物を生成することで、乾燥して水分が殆ど無い乾燥物が混合されることで処理対象物の含水率を低減させることができ、これにより、攪拌軸２１や羽根支持軸２２、羽根２３、乾燥釜１内の内面等の伝熱面へ処理対象物が付着し難くなると共に、乾燥物によって攪拌軸２１、羽根支持軸２２、羽根２３の表面や乾燥釜１内の内面が擦られて被乾燥物３が付着しかけても研磨される状態となるため、被乾燥物３が団子状に付着したり焦げ付いたりして熱伝導が阻害されることがなくなり、効率よく加熱することができて処理時間を短縮することが可能となるものである。

またこれにあたり、乾燥釜１の重量を直接計測することなく乾燥釜１内の残留量Ｒを算出することができ、乾燥釜１の重量を直接計測するためのロードセル等の重量計を設ける必要がなく簡単な構成とすることができる。そして、従来行われなかったバッチ式真空乾燥装置においても乾燥処理済の乾燥物を次回の乾燥処理に使用することが可能となる。

バッチ式真空乾燥処理装置の一例の全体をシステムを示す概念図である。 （ａ）同上の攪拌機を示す側面図、（ｂ）は要部の斜視図、（ｃ）は（ｂ）とは異なる状態の斜視図である。 バッチ式真空乾燥処理装置の他例の全体をシステムを示す概念図である。 本発明の一例のフロー図である。 乾燥釜内の残留量と、攪拌機の所定速度での攪拌時間との関係の一例を示す関係図である。

符号の説明

１ 乾燥釜
１０ 処理空間
１２ 加熱ジャケット
１３ 真空ポンプ
１４ 集塵器
１５ 熱交換器
１６ ドレンタンク
１７ 逆止弁
１８ クーリングタワー
２ 攪拌機
２４ 乾燥物排出部
３ 被乾燥物
４ 破砕機
４０ 破砕空間
４１ 破砕機ケーシング
４２ 駆動軸
４３ 破砕刃
５ 装置本体
６ ホッパー
６１ 投入口
６２ 投入口蓋
７ 搬送手段
８ 搬送部ケーシング

Claims (2)

1. 内部が被乾燥物を真空状態で加熱する処理空間となる乾燥釜と、被乾燥物を攪拌するために乾燥釜に設けた攪拌機と、被処理物を乾燥釜の処理空間に移動させる前に破砕する破砕機とを具備し、乾燥処理する前に使用者が投入した被乾燥物を処理空間で加熱すると共に攪拌して乾燥処理するバッチ式真空乾燥処理装置での乾燥処理において、新たに乾燥処理する被乾燥物に対して乾燥処理済の乾燥物を所定の割合で乾燥釜に残留させ、被乾燥物を乾燥釜内に移動させて前記乾燥物と混合して乾燥処理することを特徴とするバッチ式真空乾燥装置における乾燥処理方法。
2. 新たに乾燥処理する被乾燥物に対する乾燥処理済の乾燥物を２割乃至４割とすることを特徴とするバッチ式真空乾燥装置における乾燥処理方法。

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