DE102007055488A1

DE102007055488A1 - Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage zur Trocknung von stückigem, pulverförmigem oder granulatförmigem Gut

Info

Publication number: DE102007055488A1
Application number: DE102007055488A
Authority: DE
Inventors: Peter Püschner
Original assignee: Pueschner & Co KG GmbH; Pueschner GmbH and Co KG
Current assignee: Pueschner & Co KG GmbH; Pueschner GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: DE102007055488B4

Abstract

Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage zur Trocknung von stückigem, pulverförmigem oder granulatförmigem Gut, umfassend einen Vakuumbehälter mit einer oberen Guteinlass- und einer unteren Gutauslassöffnung, mindestens einen Mikrowellen-Generator, mindestens ein Mikrowellen-Einkoppelelement, das von dem Mikrowellen-Generator gespeist wird und in den Innenraum des Vakuumbehälters mündet, eine nichtmetallische Trommel zur Aufnahme des Guts, die in dem Vakuumbehälter mittig angeordnet und um eine im Wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagert ist, mittels eines Antriebs zu einer hin- und hergehenden Drehbewegung antreibbar ist, an ihren Stirnseiten geschlossen ist, in ihrer Mantelfläche eine unverschlossene Öffnung aufweist, die durch Drehung der Trommel wahlweise unter die Guteinlassöffnung oder die Gutauslassöffnung bringbar ist, sowie auf der inneren Mantelfläche mindestens ein Mischerelement aufweist, mindestens eine IR-Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur des Guts in der Trommel, mindestens eine Feuchtemesseinrichtung zur Messung der Feuchte des Guts in der Trommel, und eine Prozesssteuerung zur automatischen Steuerung der Trocknung in Abhängigkeit von den von der Temperaturmesseinrichtung gelieferten Temperaturwerten und/oder von der Feuchtemesseinrichtung gelieferten Feuchtewerten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage zur Trocknung von stückigem, pulverförmigem oder granulatförmigem Gut.
Die Trocknung von temperaturempfindlichen stückigen Produkten in der Lebensmittel-, chemischen und pharmazeutischen Produktion wird zum Teil in Vakuum-Schaufeltrocknern durchgeführt. Dies stellt den Flaschenhals bei der Herstellung der Produkte aufgrund der langen Trocknungszeiten dar.
Aus der DE 297 15 693 U1 ist eine Mikrowellen-Erwärmungsanlage zum Schmelzen und/oder Erwärmen fester oder viskoser Materialien in einer Trommel unter Atmosphäre bekannt. Diese Anlage arbeitet zwar schneller, aber bei hohen Temperaturen.
Die US-6,092,301 offenbart Mikrowellen-Trocknung von Häuten und Fellen unter Vakuum in einer Gerbanlage. Die Gerbanlage umfaßt eine Außentrommel mit einer Belade- und einer Entladetür sowie einer modifizierten Tür zum Einleiten von Mikrowellen. Innerhalb der Außentrommel befindet sich eine drehbare Innentrommel mit sechs Sektoren, von denen jeder mit einer Tür zum Be- und Entladen durch die Lade- und Entladetüren der Außentrommel versehen ist. Dies macht sowohl den Aufbau als auch das Be- und Entladen kompliziert. Außerdem läßt sich durch die sechs Sektoren keine gute Durchmischung des Guts erzielen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels derer eine kontrollierte produktschonende, möglichst schnelle Trocknung mit einfacher Be- und Entladung möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage zur Trocknung von stückigem, pulverförmigem oder granulatförmigem Gut, umfassend einen Vakuumbehälter mit einer oberen Guteinlaß- und einer unteren Gutauslaßöffnung, mindestens einen Mikrowellen-Generator, mindestens ein Mikrowellen-Einkoppelelement, das von dem Mikrowellen-Generator gespeist wird und in den Innenraum des Vakuumbehälters mündet, eine nichtmetallische Trommel zur Aufnahme des Guts, die in dem Vakuumbehälter mittig angeordnet und um eine im wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagert ist, mittels eines Antriebs zu einer hin- und hergehenden Drehbewegung antreibbar ist, an ihren Stirnseiten geschlossen ist, in ihrer Mantelfläche eine unverschlossene Öffnung aufweist, die durch Drehung der Trommel wahlweise unter die Guteinlaßöffnung oder die Gutauslaßöffnung bringbar ist, sowie auf der inneren Mantelfläche mindestens ein Mischerelement aufweist, mindestens eine IR-Temperaturmeßeinrichtung zur Messung der Temperatur des Guts in der Trommel, mindestens eine Feuchtemeßeinrichtung zur Messung der Feuchte des Guts in der Trommel, und eine Prozeßsteuerung zur automatischen Steuerung der Trocknung in Abhängigkeit von den von der Temperaturmeßeinrichtung gelieferten Temperaturwerten und/oder von der Feuchtemeßeinrichtung gelieferten Feuchtewerten.
Der Vakuumbehälter ist üblicherweise im Betrieb der Trommel stationär.
Günstigerweise weist der Vakuumbehälter einen trommel- oder rohrförmigen Abschnitt auf, in dem die Trommel koaxial angeordnet ist.
Vorteilhafterweise besteht die Trommel aus Kunststoff. Kunststoff ist nämlich für Mikrowellen transparent.
Zweckmäßigerweise ist die Trommel an ihrem Umfang gelagert und mittels des Antriebs antreibbar.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich die Öffnung in der Mantelfläche parallel zur Längsrichtung der Trommel.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, daß sich die Öffnung in der Mantelfläche parallel zur Längsrichtung der Trommel von einem Längsende der Trommel zum anderen erstreckt. So kann die Trommel beispielsweise eine nichtgeschlossene bzw. nicht vollständig umlaufende Mantelfläche aufweisen.
Vorteilhafterweise umfaßt das Mischerelement eine an der inneren Mantelfläche angeordnete, in den Trommelinnenraum ragende Rippe.
Vorteilhafterweise ist die Prozeßsteuerung zur Steuerung der hin- und hergehenden Drehbewegung der Trommel in Abhängigkeit von den von der Feuchtemeßeinrichtung gelieferten Feuchtewerten gestaltet. Beispielsweise kann die Auslenkung (Amplitude) der hin- und hergehenden Drehbewegung in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Gutes variiert, zum Beispiel erhöht werden.
Vorteilhafterweise ist die Prozeßsteuerung zur Steuerung der Mikrowellenleistung in Abhängigkeit von den von der Feuchtemeßeinrichtung gelieferten Feuchtewerten gestaltet.
Günstigerweise ist mindestens ein IR-Heizstrahler zum Erwärmen des Guts in der Trommel vorgesehen. Dadurch kann bedarfsweise die Oberfläche des Guts zusätzlich mit Infrarotstrahlung erwärmt werden.
Vorteilhafterweise ist mindestens eine Heizeinrichtung zum Beheizen der Vakuumbehälterwandung vorgesehen. Dadurch läßt sich Kondensation an der Vakuumbehälterwandung vermeiden.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Einrichtung zum Einbringen von Wasser und/oder Dampf und/oder Aromen in die Trommel vorgesehen. Beispielsweise durch die Möglichkeit der Zuführung von Dampf während der Trocknung von Lebensmitteln kann die Zufuhr/Dosierung von Aromen ermöglicht werden. Zum anderen läßt sich dadurch auch die Textur/Oberflächebeschaffenheit des Guts beeinflussen.
Vorteilhafterweise ist eine CIP (Clean In Place)-Reinigungseinheit vorgesehen ist. Diese kann zum Beispiel Sprühköpfe zum Sprühen von Reinigungsflüssigkeit von außen durch die Öffnung in der Trommel umfassen.
Vorteilhafterweise ist die Prozeßsteuerung zur automatischen Dosierung der Trommel mit Gut und Entleerung derselben von dem Gut gestaltet.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die spezielle Gestaltung des Vakuumbehälters und der Trommel mit einer – zumindest gemäß einer besonderen Ausführungsform einzigen – unverschlossenen Öffnung eine schnelle Be- und Entladung sowie kontrollierte produktschonende schnelle Trocknung, zudem in einer einzigen Trommel, möglich ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage können geringe Trocknungszeiten ohne Produktschädigung sowie eine g1eichmäßige Trocknung durch die Hin- und Herbewegung in der Trommel erreicht werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand von schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert wird. Dabei zeigt:
1 eine Schnittansicht einer Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage zur Trocknung von stückigem, pulverförmigem oder granulatförmigem Gut gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung;
2 Details einer Feuchtemeßeinrichtung.
Die in 1 gezeigte Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage 100 weist einen stationären, trommel- bzw. rohrförmigen Vakuumbehälter 11 mit einer oberen Guteinlaßöffnung 102 und einer unteren Gutauslaßöffnung 104 auf. Die Guteinlaßöffnung 102 steht mit einem darüber angeordneten Vorlagebehälter 1 in Verbindung und ist mittels eines Scheibenventils 2 ver schließbar. Die Gutauslaßöffnung 104 steht mit einem darunter angeordneten Austragsrohr 9 in Verbindung und ist ebenfalls mittels eines Scheibenventils 8 verschließbar.
In dem Vakuumbehälter 11 ist eine Trommel 12 aus Kunststoff koaxial zum Vakuumbehälter 11 angeordnet. Die Trommel 12 ist mittels Rollen 4, von denen nur eine gekennzeichnet ist, horizontal drehbar. Die Rollen 4 werden von einem Antrieb (nicht gezeigt) angetrieben. Alternativ ist aber auch denkbar, daß die Trommel 12 über eine mittige Drehachse (nicht gekennzeichnet) angetrieben wird. Die Trommel 12 weist eine Öffnung 106 auf, die in 1 so angeordnet ist, wie dies auch zum Befüllen mit zu trocknendem Gut 6 von oben durch die Guteinlaßöffnung 102 erforderlich ist. Zum Entladen wird die Trommel 12 um 180° weitergedreht, so daß sich dann die Öffnung 106 über der Gutauslaßöffnung 104 befindet.
Im Trocknungsbetrieb wird die Trommel 12 ausgehend von dem in 1 gezeigten Zustand etwas, das heißt beispielsweise um ca. 30° in jede Richtung hin- und hergedreht. In Kombination mit den Rippen 7, von denen nur eine gekennzeichnet ist, wird dadurch das zu trocknende Gut 6 gemischt, das heißt zum Beispiel von unten an die Oberfläche und umgekehrt bewegt, so daß sich das Gut 6 nicht immer an derselben Stelle in der Trommel befindet. Dies ist wichtig, damit das Gut 6 trotz räumlicher Schwankungen der Mikrowellenintensität in der Trommel 12 im Mittel gleichmäßig getrocknet wird. Außerdem wird durch die Bewegung bzw. das Mischen des Gutes 6 in der Trommel 12 durch die hin- und hergehende Drehbewegung auch das Problem der endlichen Eindringtiefe von Mikrowellen in das Gut reduziert oder sogar beseitigt.
Zum Trocknen sind zu beiden Seiten des Vakuumbehälters 11 jeweils ein Mikrowellensystem 5, von denen nur eines gekennzeichnet ist, mit einem Mikrowellen-Generator 5a und einem Mikrowelleneinkoppelelement 5b angeordnet. Besagte Mikrowellensysteme 5 strahlen die Mikrowellen in den Vakuumbehälter 11 und durch die Trommel 12 hindurch in den Innenraum der Trommel ein.
Zu beiden Seiten der Guteinlaßöffnung 102 ist jeweils eine IR-Temperaturmeßeinrichtung in Form einer IR-Kamera 3, von denen nur eine gekennzeichnet ist, angeordnet. Die IR-Kameras 3 sind so ausgerichtet, daß sie die Temperatur in der Trommel 12, insbesondere an der Oberfläche des Guts 6, messen. Dies geht natürlich nur durch die Öffnung 106.
Des weiteren ist an der Oberseite des Vakuumbehälters 11 ein IR-Heizstrahler 13 zum – zusätzlichen – Erwärmen des Guts 6 in der Trommel 12 vorgesehen. Die IR-Strahlung wird durch die Öffnung 106 in der Trommel 12 eingebracht.
Mittels einer auf der Außenseite des Vakuumbehälters 11 angebrachten Heizeinrichtung 15 in Form einer Heizwicklung wird die Vakuumbehälterwandung beheizt.
Im unteren Bereich des Vakuumbehälters 11 ist eine Feuchtemeßeinrichtung 10 vereinfacht dargestellt.
2 zeigt Details von der Feuchtemeßeinrichtung 10. Die Feuchtemeßeinrichtung 10 dient zur Messung der Feuchte des Guts 6 und wird vakuumdicht durch den Vakuumbehälter 11 geführt und möglichst nahe an der Trommel 12 plaziert. Die Feuchtemeßeinrichtung 10 besteht aus einem Resonator, der im leeren Zustand der Trommel 12, das heißt also ohne Gut, eine Resonanz aufweist. Der Resonator weist eine Öffnung auf, über die der Resonator an die Umgebung koppelt. Die Ausführung der Öffnung ermöglicht eine Richtcharakteristik (Apertur) in Richtung der Trommel 12 mit samt Gut 6. Durch das Befüllen der Trommel 12 mit feuchtem Gut wird der Resonator gedämpft und findet eine Verschiebung der Resonanzfrequenz, wie in der Graphik in 2 über der Frequenz f dargestellt, statt. Während der Trocknung verändert sich sowohl die Dämpfung als auch die Lage der Resonanzfrequenz. Hieraus läßt sich nach vorgehergehender Validierung/Messung die Feuchte des Guts berechnen. Zur Bestimmung der Feuchte des Guts wird ein Spektrumanalysator 108 verwendet. Die Ergebnisse der Feuchtemessung können auch als Qualitätsparameter für die durchgeführte Trocknung verwendet werden. Die Feuchte kann online gemessen werden.
Es ist denkbar, daß die in 1 gezeigte Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage automatisch befüllt und entleert wird. Außerdem ist eine CIP-Reinigungseinheit vorgesehen, von der nur zwei Sprühköpfe, von denen einer mit 14 gekennzeichnet ist, gezeigt sind. Diese sind auf beiden Seiten der Guteinlaßöffnung 102 so angeordnet, daß sie bei unter derselben angeordneter Öffnung 106 in diese Flüssigkeit hineinsprühen können.
Insbesondere kann vorgesehen, daß die Regelung der Mikrowellenenergie an die Trocknungssituation angepaßt wird. Bei feuchtem Gut kann mehr Mikrowellenenergie zugeführt werden. Je trockner das Gut ist, um so mehr muß die Mikrowellenleistung reduziert werden.
Eine Prozeßsteuerung (nicht gezeigt) dient zur automatischen Steuerung der Trocknung. Sie steuert die Mikrowellenleistung in Abhängigkeit von den über die IR-Kameras ermittelten Temperaturwerten, vom Vakuum und von den von Feuchtemeßeinrichtungen gelieferten Feuchtewerten.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) zur Trocknung von stückigem, pulverförmigem oder granulatförmigem Gut (6), umfassend – einen Vakuumbehälter (11) mit einer oberen Guteinlaß (102)- und einer unteren Gutauslaßöffnung (104), – mindestens einen Mikrowellen-Generator (5a), – mindestens ein Mikrowellen-Einkoppelelement (5b), das von dem Mikrowellen-Generator (5a) gespeist wird und in den Innenraum des Vakuumbehälters (11) mündet, – eine nichtmetallische Trommel (12) zur Aufnahme des Guts (6), die in dem Vakuumbehälter (11) mittig angeordnet und um eine im wesentlichen horizontale Drehachse drehbar gelagert ist, mittels eines Antriebs zu einer hin- und hergehenden Drehbewegung antreibbar ist, an ihren Stirnseiten geschlossen ist, in ihrer Mantelfläche eine unverschlossene Öffnung aufweist, die durch Drehung der Trommel (12) wahlweise unter die Guteinlaßöffnung (102) oder die Gutauslaßöffnung (104) bringbar ist, sowie auf der inneren Mantelfläche mindestens ein Mischerelement aufweist, – mindestens eine IR-Temperaturmeßeinrichtung (3) zur Messung der Temperatur des Guts (6) in der Trommel (12), – mindestens eine Feuchtemeßeinrichtung (10) zur Messung der Feuchte des Guts (6) in der Trommel (12), und – eine Prozeßsteuerung zur automatischen Steuerung der Trocknung in Abhängigkeit von den von der Temperaturmeßeinrichtung gelieferten Temperaturwerten und/oder von der Feuchtemeßeinrichtung (10) gelieferten Feuchtewerten.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (11) einen trommel- oder rohrförmigen Abschnitt aufweist, in dem die Trommel (12) koaxial angeordnet ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (12) aus Kunststoff besteht.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (12) an ihrem Umfang gelagert und mittels des Antriebs antreibbar ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung in der Mantelfläche parallel zur Längsrichtung der Trommel (12) erstreckt.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung in der Mantelfläche parallel zur Längsrichtung der Trommel (12) von einem Längsende der Trommel (12) zum anderen erstreckt.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischerelement eine an der inneren Mantelfläche angeordnete, in den Trommelinnenraum ragende Rippe (7) umfaßt.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßsteuerung zur Steuerung der hin- und hergehenden Drehbewegung der Trommel (12) in Abhängigkeit von den von der Feuchtemeßeinrichtung (10) gelieferten Feuchtewerten gestaltet ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßsteuerung zur Steuerung der Mikrowellenleistung in Abhängigkeit von den von der Feuchtemeßeinrichtung (10) gelieferten Feuchtewerten gestaltet ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein IR-Heizstrahler (13) zum Erwärmen des Guts (6) in der Trommel (12) vorgesehen ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Heizeinrichtung zum Beheizen der Vakuumbehälterwandung vorgesehen ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Einrichtung zum Einbringen von Wasser und/oder Dampf und/oder Aromen in die Trommel (12) vorgesehen ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine CIP-Reinigungseinheit vorgesehen ist.
Mikrowellen-Vakuumtrocknungsanlage (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßsteuerung zur automatischen Dosierung der Trommel (12) mit Gut (6) und Entleerung derselben von dem Gut (6) gestaltet ist.