JP4227524B2 - 石灰処理したトウモロコシ練り粉の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、トウモロコシ練り粉を脱水した後に高温の排気から熱を回収すると共に汚染を防止するための食品システムに関し、詳しくは、特に粉砕したトウモロコシその他を気流乾燥した後に生じる、粒子状のダストを含む高温の排気からの熱の回収並びに、大気中に放出される排気及びプロセスに再循環される高温水の両方における粒子状のダストの排出量を最小化することに関するプロセス上の改善に関する。
従来から、トウモロコシ練り粉（Ｎｉｘｔａｍａｌｉｚｅｄ ｃｏｒｎ ｆｌｏｕｒ：ＮＣＦ）は、食品等級のトウモロコシを大気圧力下にアルカリ調理し、浸し処理し、洗浄し、部分調理したトウモロコシ（ｎｉｘｔａｍａｌ）を挽き割り、乾燥してトウモロコシのマサフラワーとすることにより製造されている。工業或いは商業水準では“挽き割り及び脱水”段階は主たるコスト要因である。インスタント粉は、保存寿命（４〜８ヶ月）、使用する水量やエネルギー量の低下及び労力低下といった数多くの点で消費者にとって利便性がある。時間及びコストを共に低減させつつも尚、トウモロコシ原料の単位当たりの受け入れ可能なトウモロコシ練り粉製品或いはマサフラワー製品を産出することのできる方法は最終消費者のために有益なものである。
エネルギー効率化技術と汚染防止技術とを組み合わせる場合、ビジネス、環境擁護派及び当局間での調整が図られる。資源の有効利用は、持続可能な開発及び産業エコロジーにとって鍵となるものである。１９７３年以来の増大する米国のエネルギー所要量（ＭＭ−Ｂｔｕ当たり０．２５米ドル）の８０％以上が、エネルギー回収と再生可能エネルギーとによって賄われた。しかし、今日の天然ガス価が安価である（１９９７年における１．５〜２．２米ドル及び２００１年半ばにおける３米ドル）ことを考慮すると、効率的且つ回収可能なエネルギーのみならず天然ガスの早期採用を促す国の計画及び奨励策無くしては、炭素放出量が現実に低減されることはないであろう。この方策が成功し且つコスト効率的なものであることは、プロセスの設計変更あるいは改善、即ち、廃棄物の削減／再利用／再販、エネルギー使用量及び放出物量の低減（Ａｃｅｅ、１９９７）により証明されている。
このことに関連して、低温乾燥を必要とする、米国特許第４，５９４，２６０号、同第５，１７６，９３１号、同第５，５３２，０１３号、同第６，０２５，０１１号、同第６，２６５，０１３号を参照されたい。しかしながら、米国特許第４，５１３，０１８号、同第５，５５８，８９８号、同第６，０６８，８７３号では熱回収システムは設けられず、短時間の高温乾燥が用いられる。工業用のトウモロコシ製品及びマサフラワーのためのこれらの従来技術では、水使用量を減じ、処理時間を短縮し、またエネルギー条件を小さくすることで、最終製品の製造量を高くする加速調理が含まれる。
前記米国特許第４，５１３，０１８号に記載され、同第５，５５８，８９８号に更に詳しく説明されるように、天然ガスを過剰空気下に燃焼させることにより発生する高温の排気は実際は燃焼ガスのみではなく、むしろ、高温の空気と、水と、極微の粒子とが混ざり合ったものである。この高温の排気混合物はファンによって乾燥機からサイクロンへと抜き出され、このサイクロン内で、固形物及び液状物（以下、ダストあるいは粒子状のダスト又は単にダストとも称する）が除去され、かくして汚染が制御される。乾燥分離器で最も広く使用されるサイクロンは、収集効率が中程度（１５〜５０ミクロン寸法のダスト収集率が８０〜９５％）で、圧力低下量が小さく（水圧での２〜５インチ：５〜１２．７ｃｍ）、そしてスループットが大きい単一サイクロン（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ及びＢｕｏｎｉｃｏｒｅ１９７６）である。
食品プロセス処理作業からの汚染された空気を取り扱う別の従来方法は、直接焼却するあるいは湿潤スクラビング、即ち擦り洗いすることである。湿潤スクラバーは、通常は水であるところの液体を使用してガス流れから粒子状のダストを除去するシステムである。湿潤スクラバーは、圧力降下量（水のインチ寸法での）あるいはエネルギー消費量（Ｔｈｅｏｄｏｒｅ及びＢｏｕｎｉｃｏｒｅ１９７６）の点から、大まかには、ａ）例えば、圧力降下量が最小（水５インチ（約１２．７ｃｍ）以下）程度で、ダスト収集率が、相当する最小（１０ミクロン以上のダストの収集率が７０〜９０％）程度であるスプレーチャンバ及びタワー（Ｋｎａｐｐ、２０００：米国特許第６，０１９，８１８）と、ｂ）圧力降下値が中（水５〜１５インチ（約１２．７〜３８ｃｍ））程度で、ダスト収集率が中（１０ミクロン以上のダストの収集率が９０〜９５％）程度である、遠心ファン、噴霧用及び充填床スクラバーと、ｃ）圧力降下値が最大（水１５インチ（約３８ｃｍ）以上）、程度で、ダスト収集率が最大（１０ミクロン以上のダストの収集率が９９％以上）程度であるベンチュリ形式のものとにカテゴライズされる。これに関連して、高圧力（水４０インチ（約１０１ｃｍ）型のベンチュリ形式のスクラバーを医療廃棄物焼却装置の排ガスを処理するために商業使用したところ、この焼却装置あるいは燃焼空気を前加熱するためのエネルギー回収率が４４％であったのみならず、ＥＰＡ限界値にも適合するものであった（Ａｎｄｅｒｓｅｎ、２０００）。
エネルギー回収と、湿潤スクラビング処理を使用する粒子状のダスト放出とを何れも実施することで脱水乾燥中のプロセス効率を改善する食品プロセス処理プラントは僅かである。
例えば、米国特許第３，８０５，６８６号には、食品燻煙及び乾燥チャンバからの粒子状のダストを含む湿った空気を除湿塔内で冷却して液体及び固形物を凝縮させ、次いで再加熱し、大気中に放出させることなく燻煙及び乾燥チャンバに戻すためのバッチスクラバーシステムが記載される。
例えば、米国特許第３，８０５，６８６号には、食品燻煙及び乾燥チャンバからの粒子状のダストを含む湿った空気を除湿塔内で冷却して液体及び固形物を凝縮させ、次いで再加熱し、大気中に放出させることなく燻煙及び乾燥チャンバに戻すためのバッチスクラバーシステムが記載される。
更には、米国特許第６，０１９，８１９号には、汚染された廃棄物流れから熱を取り出すための、別の改良されたスクラバーが記載される。排ガスが、この排ガス中に水を噴霧することにより、食品フライ鍋から凝縮塔に送気される。冷却された排ガスが低圧の水ウォッシャ内に引き込まれ、清浄なガスがファンにより吸引及び通気される。
高温のプロセス炉、焼却気、高温の直火式の乾燥機からの高温排ガスに含まれる熱を回収するための数多くの実用例が存在する。上述した従来方法によればエネルギー回収効率あるいは粒子状のダストの収集効率を改善することが可能であるが、低コストの工業用とのものは現在のところ尚、市販入手することができない。
フラッシュ乾燥機からの高温の排気中の粒子状のダストを減少させ且つこの排気から熱を取り出し、取り出した熱を炉及び洗浄機などに回収するようにした改善プロセスを提供することである。
低エネルギーのトラップ及びスクラビング装置を使用するのみならず、食品プロセスエネルギーが削減される工業的方法を使用することである。
低エネルギーのトラップ及びスクラビング装置を使用するのみならず、食品プロセスエネルギーが削減される工業的方法を使用することである。
本発明によれば、トウモロコシ練り粉の製造に適用する改善された方法及び装置が提供される。本発明の実施例には、トウモロコシを部分的に調理するための、石灰溶液を使用してのトウモロコシの前調理と、低エネルギー下でのトウモロコシの前調理及び洗浄と、挽き割りのための最適水準でのトウモロコシの含水量の安定化と、トウモロコシの挽き割り及び該挽き割りしたトウモロコシ粒の、低エネルギー下でのフラッシュ乾燥及び排出と、燃焼空気を再加熱するために再使用された高温排気の一部のダストトラッピング処理と、加熱された水が再使用され排気が通気されるところの、残余の高温排気の湿潤スクラビング処理と、乾燥され挽き割りされたトウモロコシ粒の冷却及び乾燥と、トウモロコシ細粒をトウモロコシ粗粒から分離及び回収する一方での、トウモロコシ粗粒からのトウモロコシ廃棄物としての皮殻片の吸引除去と、分離されたトウモロコシ粗粒の再挽き割り及び篩い分けによるトルティーヤ用のトウモロコシ粉及び派生物の入手と、が含まれる。
フラッシュ乾燥機からの高温の排気中の粒子状のダストを減少させ且つこの排気から熱を取り出し、取り出した熱を炉及び洗浄機などに回収するようにした改善プロセスが提供される。
低エネルギーのダストトラップ及び湿潤スクラバーを使用するのみならず、食品プロセスエネルギーが削減される工業的方法が使用される。
低エネルギーのダストトラップ及び湿潤スクラバーを使用するのみならず、食品プロセスエネルギーが削減される工業的方法が使用される。
図面には、前調理器１と、洗浄機２と、フィーダを備える前コンディショナ３と、一次ミル４と、炉５と、ファンを備える乾燥機６と、分離用の第１サイクロン７と、高温の排気空気のためのダストトラップ８と、高温の排気空気のための湿潤スクラバー９と、関連するファン１１を備えた冷却器１０と、分離用の第２サイクロン１２と、シフター１３と、吸引システム１４と、二次ミル１５と、が示される。
前調理器１にトウモロコシと石灰との混合物が投入され、そこに洗浄機２から再循環された高温水が導入され、かくしてトウモロコシの水性の懸濁物が形成され、この懸濁物が蒸気によっても加熱される。蒸気による加熱を穀粒の滞留時間と共に調節することにより、２０〜４５分間に渡りトウモロコシの温度を約７５℃〜約９４℃とする前調理が可能となる。この前調理により前記懸濁物の含水量は３２〜３７％の間となり、一方、ｐＨ値は石灰により約９〜１２に上昇する。プロセス上、洗浄機２を出る廃水は再循環される高温水によって置換される。洗浄機２を出る廃水は、前調理器での水性懸濁物からの廃棄固形物が約１．０〜約３．０％に維持されるように調節される。投入されるトウモロコシの品質と調理の時間−温度プロファイル及びプロセスとは、廃水中の有機物負荷、即ち、“ｎｅｊａｙｏｔｅ”（Ｒａｍｉｒｅｓ ａｎｄ Ａｌｖａｒｅｚ，１９９５：Ｊａｃｋｓｏｎ ａｎｄ Ｓａｈａｉ，２００１）を決定する主要因として提案されてきている。
部分調理されたトウモロコシの水性の懸濁物は洗浄機２に送られ、この洗浄機２において、約６０℃〜７０℃に蒸気加熱された水が、また、湿潤スクラバー９から再循環される約５３℃〜５８℃の高温水が３０〜６０秒間に渡り噴霧され、この高温水によって余剰の固形物が洗い流される。
洗浄された懸濁物は前調理器３に送られ、この前調理器３内で２０〜２１０分間混練されて含水量が３４〜３９％のものとされる。
次いで、前調理された水性の懸濁物は、その設計形状が既知であるところのフィーダーを通して一次ミル４に送られて粉砕され、粉砕されたトウモロコシ粒が、炉５から再循環されて流入する高温の空気と混合され、それ自体は既知であるところの乾燥機６に入り部分調理される。粉砕されたトウモロコシ粒は高温及び短時間のプロファイル下に、所望の粒径に応じて含水量が１６〜１８％となるように部分的に乾燥される。
洗浄された懸濁物は前調理器３に送られ、この前調理器３内で２０〜２１０分間混練されて含水量が３４〜３９％のものとされる。
次いで、前調理された水性の懸濁物は、その設計形状が既知であるところのフィーダーを通して一次ミル４に送られて粉砕され、粉砕されたトウモロコシ粒が、炉５から再循環されて流入する高温の空気と混合され、それ自体は既知であるところの乾燥機６に入り部分調理される。粉砕されたトウモロコシ粒は高温及び短時間のプロファイル下に、所望の粒径に応じて含水量が１６〜１８％となるように部分的に乾燥される。
粒子状のダストと水分とを含む高温の排気は、特別の設計形状のファンを用いて乾燥機６から取り出され、固形物を除去するべく第１サイクロン７に送られる。次いで、高温（１２７℃〜約１３８℃、及び１３〜約１５％の水分）の廃水は、粒子状のダストを更に取り出すべく、ダストトラップ８及び湿潤スクラバー９に、第１サイクロンに送られたと同量が送られる。
高温の排気の一部はダストトラップ８に送られて粒子状のダストが除去される。清浄化された高温（１２７℃〜１３８℃）の排気は、天然ガスを使用する炉５内の燃焼空気を予熱するために再使用されこの燃焼空気と混合される。
残余の高温の排気は湿潤スクラバー９の内側の水スプレーノズルから降下する水により、低い圧力降下及び低い気液比の下に向流冷却され且つ清浄化される。高温の水が洗浄機２に再循環され、その間、湿った粗い固形物がトウモロコシ廃棄物として分離される。同時に、温度が低下され清浄化された高温（９６℃〜約１０４℃、含水量が１５〜１８％）の排気が排気マニホルドを通して通気される。
残余の高温の排気は湿潤スクラバー９の内側の水スプレーノズルから降下する水により、低い圧力降下及び低い気液比の下に向流冷却され且つ清浄化される。高温の水が洗浄機２に再循環され、その間、湿った粗い固形物がトウモロコシ廃棄物として分離される。同時に、温度が低下され清浄化された高温（９６℃〜約１０４℃、含水量が１５〜１８％）の排気が排気マニホルドを通して通気される。
第１サイクロンを出た乾燥されたトウモロコシ粉は冷却器１０に通され、冷却器１０に関連するファン１１により水分を含む暖気が除去され、かくして、トウモロコシ粉の保存期間に基づいてその含水量が１６−１８％〜約９−１２％へと更に低下される。
第２サイクロン分離機１２で、この第２サイクロン分離機１２に通気される廃棄暖気（４９℃〜５２℃）により水分を更に取り出した後、前調理され乾燥されたトウモロコシ粉がシフター１３に送られる。このシフター１３ではトウモロコシ細粒がトウモロコシ粉として分離され、トウモロコシ粗粒が更にプロセス処理される。
第２サイクロン分離機１２で、この第２サイクロン分離機１２に通気される廃棄暖気（４９℃〜５２℃）により水分を更に取り出した後、前調理され乾燥されたトウモロコシ粉がシフター１３に送られる。このシフター１３ではトウモロコシ細粒がトウモロコシ粉として分離され、トウモロコシ粗粒が更にプロセス処理される。
トウモロコシ粗粒は吸引システム１４内で２つの部分、即ち、含水量が９〜１２％である廃棄物（流入するトウモロコシの全重量の約３％〜５％を意味する）として分離される軽量の外皮部分と、第２ミル１５で再度粉砕される重く粗い粒部分とに更に分離される。第２ミルで粉砕された粒部分はシフター１３に再循環されて更に篩い分けされ、トルティーヤその他用の一様なトウモロコシ粉となる。
本発明の低圧のダストトラップによれば、粒子状のダストの排出量が７８％減少され、放出される負荷物（４０ＣＦＲ、ｐａｒｔ６０、Ａｐｐｅｎｄｉｘ Ａ−ＥＰＡ）量が３６％〜約３８％へと、相当する低環境コスト下において低減した。また本発明の低圧力のダストトラップによれば、従来プロセスと比較して２５〜約３０％での炉エネルギー回収も実現される。
本発明の方法によれば、低圧力の湿潤スクラバーでの粒子状のダストの排出量は７５％〜８１％の範囲内であり、また、放出される負荷物（４０ＣＦＲ、ｐａｒｔ６０、Ａｐｐｅｎｄｉｘ Ａ−ＥＰＡ）量が６５％〜約７２％へと、工業的プロセスにおけるそれと比較して低減され、低環境コストが相当分において低減した。更には、スクラバーにおける高温の排気に対する液体の比率が低いことから、高温水が再使用されて水使用コストが相当分において安価となることにより、洗浄機及び前調理器でのエネルギー使用量が２０〜２５％減少されるようになる。
以上の説明により、本発明によれば、エネルギー消費量及び粒子状のダストの排出量が低減されることによる有効性があり、本発明の特徴を有さない場合に達成されるよりも、損失分が回収されることによるずっと大きなエネルギー節減及び高温の排気による汚染量の低減が実現される、改善されたトウモロコシ練り粉プロセスが提供されることが明らかである。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
１ 前調理器
２ 洗浄機
３ 前コンディショナ
４ 一次ミル
５ 炉
６ 乾燥機
７ 第１サイクロン
８ ダストトラップ
９ 湿潤スクラバー
１０ 冷却器
１１ ファン
１２ 第２サイクロン
１３ シフター
１４ 吸引システム
１５ 二次ミル
２ 洗浄機
３ 前コンディショナ
４ 一次ミル
５ 炉
６ 乾燥機
７ 第１サイクロン
８ ダストトラップ
９ 湿潤スクラバー
１０ 冷却器
１１ ファン
１２ 第２サイクロン
１３ シフター
１４ 吸引システム
１５ 二次ミル
Claims (18)
- 石灰処理したトウモロコシの練り粉を製造する間におけるエネルギー及び粒子状のダストの回収方法であって、
蒸気及び石灰溶液を使用してトウモロコシ粒を部分調理する前調理を実施すること、
前調理したトウモロコシ粒を、蒸気で加熱した水と、下流での、高温の排気をスクラビング処理した高温の廃水を再循環させた高温水とを使用して洗浄すること、
前調理及び洗浄した前記トウモロコシ粒の含水量を所定範囲内に安定化させること、
含水量を安定化させた前記トウモロコシ粒を粉砕し、次いで、浄化され再循環される高温の排気を予備加熱された燃焼空気として受け、高温の排気を生じる炉を使用してフラッシュ乾燥すること、
炉を出る高温の排気の一部分をダストトラッピング処理して粒子状のダストを除去し、炉に送る浄化された高温の空気を生じさせること、
炉を出る高温の排気の残部を、水スプレーを使用して湿潤スクラビング処理することにより粒子状のダストを取り出し、前記洗浄において使用する高温水を生じさせること、
粉砕及び乾燥されたトウモロコシ粒を、低含水量の周囲空気を使用して冷却すること、
粉砕及び乾燥されたトウモロコシ粒を、２５〜６０メッシュのトウモロコシ細粒部分と、更に吸引処理されて皮殻片が廃棄物として除去された後に再度粉砕されるところのもっと粗いトウモロコシ粗粒部分とに分離すること、
トウモロコシ粉としての所定寸法を有するトウモロコシ細粒部分を収集すること、
を含む方法。 - ダストトラッピング処理後に収集された皮殻片及び湿潤スクラビング処理後に収集された粒子状のダストが、トウモロコシ粒の全重量の３〜５％を表す請求項１の方法。
- トウモロコシ粗粒部分を再度粉砕した後に、粉砕及び乾燥されたトウモロコシ粒を、２５〜６０メッシュのトウモロコシ細粒部分と、更に吸引処理されて皮殻片が廃棄物として除去された後に再度粉砕されるところのもっと粗いトウモロコシ粗粒部分とに分離する段階に再循環させることを更に含む請求項１の方法。
- 前調理したトウモロコシ粒の洗浄により、該前調理のために入力されるべく再循環される高温水が生じるようにした請求項１の方法。
- 湿潤スクラビング処理により生じ、前調理したトウモロコシ粒の洗浄に使用する高温水の温度が５３℃〜５８℃であるようにした請求項１の方法。
- 前調理及び洗浄した前記トウモロコシ粒の、所定範囲内における安定した含水量が３４％〜３９％であるようにした請求項１の方法。
- 前調理及び洗浄した前記トウモロコシ粒の含水量の、所定範囲内における安定化が、２０〜２１０分間において実施されるようにした請求項６の方法。
- トウモロコシ粒のフラッシュ乾燥が、粉砕されたトウモロコシ粒の含水量が１６％〜１８％の範囲となるまで実施されるようにした請求項１の方法。
- フラッシュ乾燥により生じる高温排気の温度が１２７℃〜１３８℃の範囲であるようにした請求項１の方法。
- フラッシュ乾燥により生じる高温排気の含水量が１３％〜１５％範囲であるようにした請求項９の方法。
- フラッシュ乾燥により生じる高温排気の一部分及び高温の排気の残部が等量に配分されるようにした請求項１の方法。
- 炉の燃料が天然ガスであるようにした請求項１の方法。
- 石灰処理したトウモロコシ練り粉を製造するための装置であって、
蒸気の入口を有する前調理器と、
前調理器からの出力物を受けるべく結合され、蒸気加熱された水の入口と、高温水の入口とを有する洗浄機と、
洗浄機からの出力物を受けるべく該洗浄機に結合した前コンディショナー及びフィーダーと、
前コンディショナー及びフィーダーからの出力物を受けるべく該前コンディショナー及びフィーダーに結合され、炉からの高温の排気の入口を有するミルと、
ミルからの出力物を受けるべく該ミルに結合した乾燥機及びファンと、
乾燥機及びファンからの出力物を受けるべく該乾燥機及びファンに結合した第１サイクロンと、
第１サイクロンからの出力物を受けるべく該第１サイクロンに結合した冷却器と、
冷却器の出力物を受けるべく該冷却器に結合したファンと、
ファンからの出力物を受けるべく該ファンに結合した第２サイクロンと、
を含み、
洗浄機に入る高温水の少なくとも幾分かが前調理器に再循環され、
第１サイクロンがダストトラップ及び湿潤スクラバーに結合され、高温の排気がダストトラップ及び湿潤スクラバーの両方に送られ、ダストトラップが炉に結合され、該ダストトラップが、浄化された高温の空気を炉に提供し、湿潤スクラバーが洗浄機に結合され、該湿潤スクラバーが高温水を洗浄機に提供する装置。 - 石灰処理したトウモロコシ練り粉を製造するための装置であって、
蒸気入口を有する前調理器と、
前調理器からの出力物を受けるべく該前調理器に結合され、蒸気加熱した水の入口と、高温水の入口とを有する洗浄機と、
洗浄機からの出力物を受けるべく該洗浄機に結合した前コンディショナー及びフィーダーと、
前コンディショナー及びフィーダーからの出力物を受けるべく該前コンディショナー及びフィーダーに結合され、炉からの高温の排気の入口を有するミルと、
ミルからの出力物を受けるべく該ミルに結合した乾燥機及びファンと、
乾燥機及びファンからの出力物を受けるべく該乾燥機及びファンに結合した第１サイクロンと、
を含み、
洗浄機に入る高温水の少なくとも幾分かが前調理器に再循環され、
第１サイクロンがダストトラップに結合され、該第１サイクロンから高温の排気の一部分が該ダストトラップに送られ、ダストトラップが炉に結合され、該ダストトラップから浄化された高温空気が炉に提供され、
残余の高温の排気が湿潤スクラバーに送られるよう、第１サイクロンが湿潤スクラバーに更に結合され、湿潤スクラバーが、高温水を洗浄機に提供するべく該洗浄機に結合される装置。 - 第１サイクロンにより発生された高温の排気が、ダストトラップ及び湿潤スクラバー間で等分される請求項１４の装置。
- 高温の排気が捕捉され且つ再循環されることでエネルギー消費量が２５％〜３０％低減される請求項１５の装置。
- 残余の高温の排気を湿潤スクラバーで処理することにより、エネルギー使用量が２０％〜２５％低減される請求項１５の装置。
- 高温の排気からの粒子状のダストをダストトラップで捕捉し且つ湿潤スクラバーで処理することにより、粒子状のダストの排出量が７５％〜８１％の範囲において低減される請求項１３の装置。
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