SE502481C2 - Förfarande och apparat för alstring av värme i företrädesvis organiska massor och material - Google Patents

Description

2 502 481 ixoinpostering, dvs nedbrytning av organiskt avtali med njaip av _ mikroorganismer i aeroba processer är känd och etablerad teknik. Organiskt, komposterbart avfall samlas i behållare. Under förutsättning att man kan hälla avfall vid lämplig temperatur och låta luft passera, omvandlas avfallet av mikroorganismerna till mull. Teoretiskt fungerar processen, men den är mycket känslig och svårstyrd. ' Komposter och andra liknande biomassor har ofta ojämn fördelning av vatten, vilket leder till inhomogent skeende förmultningsprocesser.

Består komposter av höga halter proteinrikt avfall, krävs i regel förstärkt tillförsel eller utveckling av värme för uppvärmning och varmhållning.

Olika tekniker att tillföra värme har prövats . Dessa tekniker fungerar inte tillfredsställande. Man har bland annat försökt värma komposter med värmeelement. Dessvärre har man erfarit, att det kring värmeelement lätt bildas hårda, torra, värmeisolerande avlagringar, som fortlöpande mäste avlägsnas manuellt eller som på olika sätt, exempelvis genom omröring, hindras att uppkomma och tillväxa.

Sågspån eller andra ändamålsenliga tillsatsmaterial inblandas i syfte för utveckling av tillskottsvärme. Sådan inblandning försämrar volymutnyttjandet av utrustningar och ökar processkostnader. Det har visat sig vara ekonomiskt nödvändigt att skapa betingelser, så att tillsatser kan undvikas eller i varje fall hållas nere till ett minimum. “ En optimal uppvärmning av komposter reducerar behovet av tillsatser. l den framtida miljövänliga massa-/pappersindustrin kommer behandling av träflis och träfibrer med rötsvampar och andra mikroorganismer att utgöra ett viktigt alternativ. Sådan behandling kommer ställa storakrav på homogen temperaturfördelning över stora volymer.

Vid sterilisering och torkning av komposter och rötslam krävs av hygieniska skäl höga jämna temperaturer över fastställda nivåer och av kommersiella skäl torra hanterbara slutprodukter. Detta ställer höga krav på uppvärmningstekniken, som det inte finns någon kostnadseffektiv lösning på.

En metod är att torka slutprodukten under vakuum. När vattnet förångas förbrukas värmeenergin som finns lagrad i vattnet och i materialet.

Processen påskyndas om värme kan tillföras de inre delarna av materialet. lnom den kemiska industrin finns processtekniska/processekonomiska behov av att snabbt och homogent kunna värma stora volymer av vätskor och massor svåra att värma. Exempel på detta är uppvärmning av högviskösa vätskor/ vätskeblandningar med eller utan fasta partiklar. l dagsläget saknas lämplig uppvärmningsteknik. lnom livsmedelsindustrin och massutspisning finns behov av utrustningar, som kan homogent värma stora volymer.

Ett exempel är kokning av potatis. l storkök ångkokas den fortfarande allmänt . l närings- och smakhänseende är detta förkastligt . 3 , 502 481 i-oisok att lösa problemet med värmetillförsel har gjorts med konvektioiisvärine, med mikrovågor och med traditionell HF-teknik medelst varmealstring mellan elektrodpar.

Både konvektionsvärme och mikrovågor har nackdelen, att uppvärmning blir inhomogen. Med mikrovågor uppstår dessutom problem med vandrande torkfronter. - Traditionell HF-teknik med elektrodpar innebär ofta dyra och skrymmande utrustningar. Den är oelastisk med avseende på variationer i satsstorlekar.

Kraven på materials homogenitet med avseende på dielektriska egenskaper är stora. Överraskande nog erbjuder föreliggande uppfinning, ijämförelse med andra uppvårmningssätt, homogen alstring av värme till stora djup.

Ytlig uttorkning förhindras och fuktutjämning gynnas mellan torra och fuktiga partier.

Användning av uppfinningen innebär en unik möjlighet att skapa och vidmakthålla en lämplig temperatur för att påbörja, vidmakthålla och slutföra aeroba och anaeroba mikrobiologiska processer i fasta och halvfasta organiska material.

Användning av uppfinningenerbjuder också en unik möjlighet att sterilisera och torka, exempelvis vid efterbehandling av komposter.

Uppfinníngen erbjuder också unik möjlighet att tillföra värme till kemiska processer och vid beredning av livsmedel.

Uppfinningen erbjuder kostnadseffektiva lösningar. 502 481 4 Rannetecknande for uppiinningen är att värme aistras i gods, massor och/eller material, som frän en eller flera antenner och/eller varierbara antenner , mottar oscillerande elektromagnetisk strålning inom intervallet 300 kHz-299 MHz, företrädesvis inom intervallet 10 MHz-299 Mhz och ännu hellre inom intervallet 12 Mhz -100 MHz och allra helst 13 MHz-45 Mhz.

Antennen/antennerna är placerade i reaktionskammare, där värmealstring i ovan nämnda gods, massor och/eller material sker. Reaktionskammarens väggar, tak, golv och/eller särskilt insatta skärmar reflekterar icke upptagen strålning tillbaka till aktuell massa för värmealstring. Därmed nås effektivt energiutnyttjande i processföringen såväl som effektivt volymutnytgande av reaktionskammaren.

Ur den elektromagnetiska strålning, som antennerna avger, bildas övertoner, vilka bestäms av förhållandet mellan reaktionskammarens dimensioner och den från antennen/antennerna avgivna våglängden/våglängderna.

Det har överraskande nog visat sig, att bildade övertoner ger för material i reaktionskammare effektiva betingelser för värmealstring.

Detta förhållande gäller oavsett en reaktionskammares dimensioner så länge som någon våglängd, en eller flera, som betingas av antennen/antennerna avgivna frekvensen/frekvenserna, är längre än reaktionskammarens kortaste sida och/eller är längre än kvadratroten av reaktionskammarens minsta tvärsnittsarea.

För att effektiva förhållanden för alstring av värme skall råda, bör i reaktionskammare för behandling befintliga material ha en dielektricitetskonstant inom intervallet 2 * 1042- 8*lO"9 As/Vm, företrädesvis inom intervallet 8 * 1042 - 4*10'9 As/Vm, och ännu hellre inom intervallet l,2*l0'11 - l*lO'9 As/Vm och allra helst inom intervallet *1041 - 8 *1040 As/Vm och/eller en förlustfaktor ( ”dissipation factor” eller ”loss tangent” ) inom intervallet 0,000! - 70 företrädesvis inom intervallet 0,0005-40 och ännu hellre inom intervallet 0,001 - 26 och allra helst 0,002-l0, för åtminstone någon eller några frekvenser inom frekvensintervallet 300 kHz - 299 MHz. a . _ 502 481 oppiinniiigezi :innebar synneriig fördel vad gener ornvanutizig av organiska massor med mikrobiologiska processer i saväl sma som Iultstora industriellt arbetande apparater.

I samband med Kompostering och andra mikrobiologiska processer bor fukthalten i aktuell organisk massa for behandling ligga inom intervallet viktprocent - 90 viktprocent, företrädesvis inom intervallet viktprocent - 80 viktprocent, och helst inom intervallet 40 viktprocent - 75 viktprocent. Med fukthalt menas den andel vatten, som kan avdrivas vid 105 OC.

Likaså har det visat sig att dessa processer måste genomföras vid temperaturer inom temperaturintervallet 20 °C - 80 °C, företrädesvis inom temperaturinterxfallet 25 °C - 65 °C och helst inom temperaturintervallet 30 OC - 55 °C.

När fukthalten i samband med efterbehandling (torkning/sterilisering ) sjunker i komposterat material, minskar alstring av värme, vilket leder till att effekt återreflekteras in i antennen/antennerna. Förhållandet mellan avgiven och återreflekterad effekt mäts med hjälp av känd teknik. l samband med pastörisering/sterilisering speciellt av proteinrikt avfall, liksom ofta vid beredning av livsmedel sker förändringar av kemiska strukturer och därmed förändringar av återreflektionen Överaskande nog har det visat sig, att man genom en ökning av frekvensen kan minska återreflekterad strålning och samtidigt öka energiutnyttjandet. För att erhålla en homogen uppvärmning bör en så långvågig strålning som möjligt användas och frekvensen anpassas så att längsta möjliga våglängd erhålls i kombination med lägsta möjliga âterreñektiuii.

När en biologiskt färdigbehandlad kompost skall torkas, inleds/sker torkningen inom intervallet 300 kHz-299 MHz. Vid ökande återreflektion av elektromagnetisk strålning kan avgiven frekvens/frekvenser ökas kontinuerligt och/eller stegvis upp till 2500 MHz.

Overraskande nog har det visat sig att förändring av återreflekterad strålning är en mycket användbar parameter vid processtyrning.

Mätning av återreflektion av strålning i kombination med frekvenskontroll är en god indikator på förändringar av polära förhållanden.

I samband med kemiska processer kan de bildade föreningarna ha en högre och/eller lägre polaritet än föreningarna i ursprungsmaterialet, därför kan det processade matrialet få förändrade dielektricitetsegenskaper jämfört med ursprungsmaterialet, detta visar sig genom förändringar i återreflektionen.

I processtyrningssammanhang kan man genom att niäta reflektionsvärden vid olika frekvenser avgöra i vilket skede kemiska processer befinner sig i och av bryta dem när önskade förhållanden uppnåtts.

App-stater enligt uppfinningen utmärks särskilt av reaktionskammare, i vilka gods, massor, material avsedda för värmebehandling placeras.

Reaktionskammare har för elektromagnetisk strålning reflekterande tak, golv väggar och/eller reflekterande skärmar av elektriskt ledande material.

Reaktionskammares tak, golv väggar och/eller reflekterande skärmar är i elektrisk kontakt med/jordad i apparatens sändare/generator Den elektromagnetiska strålningen är avgiven av en eller flera antenner placerade i reaktionskammare. Åtminstone en genererad våglängd, är längre än reaktionskammarens kortaste sida och/eller längre än kvadratroten av reaktionskaminarens minsta tvärsnittsarea.

En reaktionskammarens tillgängliga utrymme har en minsta tvärsnittsarea ej överstigande 16 m2, företrädesvis ej överstigande 9 m2 och helst ej överstigande 4 m2 och allra helst ej överstigande 1 m2.

Apparater har vid behov utrustning för mätning av reflekterad strålning.

Beroende på applikation är apparater utrustade med olika tillbehör. Vid bland annat kompostering bör fukthalt, koldioxidhalt och temperatur mätas och styras.

Detta sker med känd teknik.

Reaktionskammaren kan vara fast eller roterande. Den kan vara försedd med omrörare.

Apparater kan med fördel utformas för satsvis, stegvis och kontinuerlig processföring.

Reaktionskammare laddas direkt och/eller med behållare, en eller flera ,med gods, material och/eller massor.

Claims (1)

1. Patentkrav. Förfarande för uppvärrnning,av gods; massor och/eller material, vilka består av organiska material och/eller blandningar av organiska och oorganiska material k ä n n e t ec k n a t a v att alstring av värme sker med oscillerande elektromagnetisk strålning, inom intervallet 300 kHz - 299 MHz. Förfarande enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a t a v att uppvärmning sker i gods, massor och/eller material, som under hela eller under del av värmealstringen har en dielektricitetskonstant inom intervallet 2 * 1042 - 8*l0'9 As/Vm och/eller har en förlustfaktor inom intervallet 0,000l - 70 . Förfarande enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t a v att godsmassor och eller material i huvudsak består av organiska material och/eller en blandning av organiska- och oorganiska material såsom vatten, aluminiumoxid, etc för kompostering, rötning, torkning, sterilisering, pastörisering, annan mikrobiologisk behandling och/eller kemisk behandling. Förfarande enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a t a v att vid kompostering och andra mikrobiologiska processer skall i organisk massa för behandling fukthalten ligga inom intervallet 30 viktprocent - 90 viktprocent och temperaturen inom intervallet 20 °C - 80 °C . Apparat för uppvärmning , enligt något av föregående krav k ä n n e te c k n at a v att den elektromagnetiska strålningen i intervallet 300 kHz - 299 MHz emitteras av en eller flera antenner i en eller flera frekvenser i en med gods massor och/eller material laddad reaktionskammare med för strålningen reflekterande tak, golv, väggar och/eller skärmar. Apparat för uppvärmning, enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d a v reaktionskammare med en eller flera inplacerade antenner och med för strålningen reflekterande, elektriskt ledande, tak, väggar, golv och/eller skärmar som är i elektrisk kontakt med en eller flera sändare/generatorer som matar antennen/antennema. Apparat enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a d a v att reaktionskammares tillgängliga utrymme har en minsta tvärsnittsarea ej överstigande 16 m2. Apparat enligt krav 6 och 7 kännetecknad av att den i apparaten emitterade strålningen består åtminstone av en våglängd, som är längre än reaktionskammarens kortaste sida och/eller längre än kvadratroten av reaktionskammarens minsta tvärsnittsarea.