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Title:
BOILER EXTRUSION PROCESS AND PLANT FOR PRODUCTS, PREFERABLY FOR HUMAN OR ANIMAL CONSUMPTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/014312
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to rationalise the quantity of steam used in an extrusion plant, the steam developed in an extruder (1) is conveyed not in any arbritary direction but into a conditioner (6) which requires steam to heat a solid product fed in via a metering device (7). The steam is conveyed into the conditioner not only for moistening purposes but also so that the energy in it may be used to heat the water-moistened solid product. The quantity of steam may be conveyed from the extruder (1) into the conditioner (6) by means of a connecting pipe (19) via a pressure maintaining valve (20). A control system (16) or an operator regulates the steam supplied via a fresh steam line (10) or the water supplied via a water line (11) depending on the steam originating from the extruder, where the temperature of the product yielded by the conditioner is indicated or measured via a sensor (28) in order, for example, to throttle the fresh steam supply when the temperature at the sensor (28) is excessive. The pressure at the valve (20) is set on thebasis of the condition of the product measured at the product outlet (4).

Inventors:
MUNZ KONRAD (CH)
Application Number:
PCT/CH1996/000336
Publication Date:
April 24, 1997
Filing Date:
September 26, 1996
Export Citation:
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Assignee:
BUEHLER AG (CH)
MUNZ KONRAD (CH)
International Classes:
A21C11/16; A23N17/00; A23P30/20; (IPC1-7): A21C11/16; A23P1/12
Foreign References:
US5120559A1992-06-09
DE3818422A11989-12-07
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Kochextrudieren von Produkten vorzugsweise für den menschlichen oder tierischen Konsum, indem eine vorgegebene Feststoffmenge vor dem Kochextrudieren mittels einer vorgegebenen Frischdampfmenge und einer vor¬ gegebenen Wassermenge in einem Konditionierungsmittel vorkonditioniert wird um das Produkt anzufeuchten und vorzuwärmen und in indem eine vorgegebene Was seimenge in einen, der Konditionierung nachfolgenden Extruder gegeben und dabei ein einstellbarer Dampfdruck im Extruder erzeugt wird, um den Expansionsgrad des Extrudates zu beeinflussen, wobei die Regulierung dieses Dampfdruckes durch eine dem Extruder örtlich und mengenmässig vorgegebene, ausgelassene Dampfmenge erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der vorgenannte ausgelassene Dampf in die Konditionierung gegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Dampfes auf einen vorgegebenen Wert einstellbar ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Druck steuerbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die in die Vor konditionierung eingegebene Frischdampfmenge in Abhängigkeit der vom Extruder herkommenden Dampfmenge dosiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Temperatur des von der Konditionierung an den Extruder abgege benen Produktes gemessen und als Richtwert für die genannte Frischdampfmenge genommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass aus dem vorgenannten Dampf vor dem Eintritt in die Konditionierung die sich darin befindlichen Festteile ausgeschieden werden.
7. Anlage zum Kochextrudieren von Produkten, vorzugsweise für den mensch¬ lichen oder tierischen Konsum, mit einem Extruder (1) für das genannte Kochextrudieren, einem Konditionierungsmittel (6), (auch Vorkonditionierungsmittel genannt) für das Anfeuchten und Vorwärmen des in des Extruder (1) eingegebenen Produktes, mit einem das Konditionierungsmittel (6) mit dem Extruder (1 ) verbindenden Pro¬ duktübergang (5), einem Dosiermittel (7) für das dosierte Einspeisen eines Rohrproduktes in das Konditionierungsmittel (6), sowie mit einer Frischdampfzufuhr (10) und einer Wasserzufuhr (11 ) in das Konditionierungsmittel (6) und einer Wasserzufuhr in den Extruder (1 ) und einem Dampfauslass (50) an einer vorgegebenen Stelle des Extruders (1), dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindungsleitung (19) vom vorgenannten Dampfauslass (50) zu einer vorgegebenen Stelle des Konditionierungsmittel (6) vor gesehen ist.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der genannten Verbindungsleitung (19) ein einstellbares Druckeinhalteventil (20) sowie im genannten Produkteintrittsrohr (5) ein Produkttemperatursensor (28) vorgesehen ist.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Frischdampf in das Konditionierungsmittel (6) ein erstes Mengensteuermittel (32) für das Wasser in das Konditionierungsmittel (6), ein zweites Mengensteuermittel (33) und für das Was¬ ser in den Extruder (1), ein drittes Mengensteuermittel (34) sowie eine Steuerung (16) vorgesehen ist, welche die Frischdampfmenge aufgrund des genannten Temperatur¬ sensors (28) regelt.
10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (16) die Wassermenge für das Konditionierungsmittel (6) und die Wassermenge für den Extruder (1 ) steuert.
11. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen vorge¬ nannten Dampfauslass (50) und der Verbindungsleitung (19) ein Feststoffabscheider (49) vorgesehen ist.
Description:
Verfahren und Anlage zum Kochextrudieren von Produkten vorzugsweise für den menschlichen oder tierischen Konsum

Bei der Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum Kochextrudieren von Produk¬ ten, vorzugsweise für den menschlichen oder tierischen Konsum, indem eine vorge¬ gebene Feststoffmenge vor dem Kochextrudieren mittels einer vorgegebenen Frisch¬ dampfmenge und einer vorgegebenen Wassermenge in einem Konditionierungsmittel vorkonditioniert wird, um das Produkt anzufeuchten und vorzuwärmen und in dem ei- ne vorgegebene Wassermenge in einem, dem Konditionierungsmittel nachfolgenden Extruder gegeben und dabei ein einstellbarer Dampfdruck im Extruder erzeugt wird, um den Expansionsgrad des Extrudates zu beeinflussen, wobei die Regulierung die¬ ses Dampfdruckes durch eine am Extruder örtlich und mengenmässig ausgelassene vorgegebene Dampfmenge erfolgt.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens umfasst einen Extruder für das genann¬ te Kochextrudieren, ein Konditionierungsmittel (auch Vorkonditionierungsmittel ge¬ nannt) für das Anfeuchten und Vorwärmen des in den Extruder eingegebenen Produk¬ tes, ein das Konditionierungsmittel mit dem Extruder verbindender Produktübergang, ein Dosiermittel für das dosierte Einspeisen eines Rohproduktes in das Konditionie¬ rungsmittel, sowie eine Frischdampfzufuhr und je eine Wasserzufuhr in das Konditio¬ nierungsmittel und in den Extruder sowie einen Dampfausiass an einer vorgegebenen Stelle des Extruders.

Bei der Kochextrusion von Tierfutter, im speziellen Fischfutter und Pet-foods, sowie bei der Modifikation von Getreide, wird das Produkt mit Vorteil bei relativ hohem Was¬ sergehalt zwischen 20 - 35 % und bei Temperaturen von 100 - 180" Celsius extru¬ diert.

Für eine gute Verkleisterung der Stärke sind vor allem die Parameter : Temperatur, Wassergehalt, Verweilzeit und Scherung (im Extruder) ausschlaggebend.

Um den Parameter "Zeit" in Abhängigkeit der Temperatur und Feuchtigkeit des zu bearbeitenden Produktes zu verlangern wird vor der Extrusion mit Vorteil eine Kondi¬ tionierung (auch Vorkonditionierung genannt) eingesetzt In einer solchen Konditionie¬ rung geschieht ein Befeuchten (auch Auffeuchten genannt) und Vorwarmen des spa- ter zu extrudierenden Produktes. Dabei muss diese Konditionierung derart gesche¬ hen, dass sich noch kein Plastifizieren des konditionierten Produktes einstellt.

Nach dem Konditionieren erfolgt der Kochprozess im Extruder oder wird dann fortge¬ setzt, indem die Temperaturen noch weiter erhöht werden können und eine Plastif izie- rung stattfindet.

Bei optimalen Extrusionsbedingungen bläht sich diese plastische Masse bei Tempera¬ turen über 100 ° Celsius durch den damit verbundenen Dampfdruck sehr stark auf, um dann beim Austreten aus der Düse, am Ende des Extrudierverfahrens und dem damit verbundenen Austreten der Feuchtigkeit und Expandieren des Produktes sowie der damit verbundenen Abkühlung aufgrund des Expandierens, zu einer brotähnlichen schaumigen Struktur zu erstarren.

Der Expansionsgrad wird durch den Kochprozess bestimmt. Um die gegenseitige Be- einflussung des Kochens und der Formgebung zu trennen, wird im Extruder ein

Dampfauslass an einer vorgegebenen Stelle eingebaut, durch dessen Öffnung der im Produkt vorhandene Dampf mit einem entsprechend dem gewünschten Produkt vor¬ gegebenen Druck entweichen kann. Letztlich sinkt die Temperatur des Produktes durch das Verdampfen des Wassers, nach der f ormgebenden Düse, d.h. bei Atmo- sphärendruck, gegen 100 β Celsius.

Mit der Regulierung des Dampfdruckes an diesem Dampfauslass kann der Expansi¬ onsgrad der Extrudate leicht beeinflusst werden. Das bei der Expansion verdampfen¬ de Wasser, welches bis 7% des Extruderdurchsatzes betragen kann, beinhaltet einen sehr grossen Energiegehalt.

Aufgabe der Erfindung war es deshalb diese Energie zurückzugewinnen, was erfin¬ dungsgemäss verfahrensmassig dadurch geschieht, dass der am vorgenannten

Dampfauslass ausgelassene Dampf in die Konditionierung geführt wird. Anlagemässig wird erfindungsgemäss eine Verbindungsleitung vom vorgenannten Dampfauslass zu einer vorgegebenen Stelle des Konditionierungsmittels vorgesehen.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, dass einerseits eine entsprechende Menge an Frischdampf im Konditionierungsmittel gespart werden kann sowie andererseits darin, dass durch das Ausscheiden des Dampfes aus dem vor der Formung in der Düse ste¬ henden Produkt dieses teilweise entwässert wird, wodurch weniger Luftmenge für das Trocknen des Produktes benötigt wird.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch dieses Transferieren des aus dem Ex¬ truder ausgelassenen Dampfes in die Konditionierung eine Emission von Gerüchen und ein Niederschlagen der Feuchte, Fett und Staubteilen in die Umgebung oder in einer Entsorgung, total eliminiert wird, d. h., alle Geruchs- Feuchtigkeits- und Stau- bemissionen werden mit dieser Dampfrückführung vorteilhafterweise wieder in die Konditionierung und damit wieder in das Produkt zurückgeführt. Insbesondere bei der Produktion von kompakten Extrudaten lohnt es sich in den meisten Fällen eine Dampfrückführung vorzusehen, wobei wahlweise die Feststoffteile nach dem Damp¬ fauslass in einen Feststoffabscheider ausgeschieden werden können. Je nach Rezept kann mit einer solchen Dampfrückführung bis gegen 80% des Frischdampfes gespart werden. Letztlich ist die Realisierung auch bei bereits bestehenden Anlagen äusserst einfach und billig.

Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten Beispieles näher erläu- tert.

Die Figur zeigt einen Extruder 1 mit einem Antrieb 2 und einem Schneidapparat 3 am Austrittsendes des Extruders 1 , sowie mit einem Produktaustritt 4. Der Extruder 1 er¬ hält das zu verarbeitende Produkt von einem Konditionierungmittel 6 über einen Pro- duktübergang.

Das Konditionierungsmittel ist in der Regel eine Mischschnecke, in welche das zu konditionierende Feststoffprodukt von einem Dosiermittel 7 eingespeist wird. Dabei

wird das zu dosierende Festprodukt über eine Produkteingabe 9 in einen Produktrich¬ ter 8 eingegeben.

Im weiteren wird Frischdampf über eine Frischdampfzufuhr 10 und Wasser über eine Wasserzufuhr 11 ebenfalls in das Konditionierungsmittel 6 eingegeben, um zusam¬ men mit dem Feststoffprodukt ein Gemisch von vorgegebener Feuchtigkeit und vor¬ gegebener Wärme zu bilden. Zusätzlich kann dieses Gemisch durch zusätzliche Heizmittel am Konditionierungsmittels 6 auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden. Die Temperatur dieses Gemisches wird im Produktübergang 5 mittels eines Temperatursensors 28 gemessen und angezeigt und/oder einer später erwähnten Steuerung 16 mittels einer Signalleitung 29 gemeldet.

Die Frischdampfzufuhr in das Konditionierungsmittel 6, wird durch ein erstes Steu- ermittel 32 dosiert, welches ein Druckregulierventil 12 und ein Stellventil 23 sowie ein Manometer 36 umfasst und den Frischdampf von einem Frischdampfnachschub 13 erhält.

Analoges gilt für die Wasserzufuhr in das Konditionierungsmittel 6 indem diese durch ein zweites Steuermittel 33 dosiert wird, welches ein Druckregulierventil 14 und ein Stellventil 24 sowie ein Manometer 35 umfasst und vom Wassernachschub 15 ge¬ speist wird.

Ein drittes Steuermittel 34 für Wasser, steuert die Wasserzufuhr in den Extruder 1 und umfasst ein Druckregulierventil 21 und ein Stellventil 25 sowie ein Manometer 37 und wird von einem Wassernachschub 26 gespeist.

Alle drei Stellventile 23, 24 und 25 werden von einer Steuerung 16 gesteuert, um je¬ weils die erforderliche Menge Dampf bzw. Wasser an der entsprechenden Stelle ein¬ zuspeisen und sind beispielsweise im Handel erhältliche Motorventile, beispielsweise von der Marke "von Rohr". Dabei erhält das Stellventil 23 den Stellbefehl von der Steuerung 16 über eine Steuerleitung 17, das Stellventil 24 über eine Steuerleitung 18 und das Stellventil 25 über eine Steuerleitung 30. Dabei wird die jeweilige Frisch¬ dampfmenge von einem in der Frischdampfzufuhr 10 vorgesehenen Durchflussmen-

genmessgerat 40 gemessen und die Menge über eine Signalleitung 43 an das Steu¬ ergerat 16 gemeldet Analoges besteht für die Wassermenge in das Konditioniermittel 6 und für die Wassermenge in den Extruder mit dem ebenfalls in der Figur gezeigten Durchflussmengeπmessgerat 39 bzw 41 und der Signalleitung 42 bzw 44

Genannte Druckregulierventile 12, 14 und 21 sind wie die Stellventile 23, 24 und 25 an sich bekannt und im Zusammenhang mit den ebenfalls bekannten, von der Anmel¬ derin mit dem Markennamen "BI-EX" weltweit vertriebenen Extruder verwendet wor¬ den Je nach zu verarbeitendem Produkt ist eine vorgegebene Drehzahl des Extru- ders, eine vorgegebene Motorenleistung des Antriebes 2 und eine vorgegebene Was¬ ser bzw Frischdampfmenge vorgesehen Ändert pro Rezept die aufgenommene Lei¬ stung so wird die Wassermenge bzw die Frischdampfmenge solange geändert bis die Motorenleistung bei vorgegebener Drehzahl wieder im vorgegebenen Bereich liegt

Erfindungsgemäss ist im weiteren ein Verbindungsrohr 19 vorgesehen, welches mit einem Ende an einer vorgegebene Stelle, in der Regel im Endbereich gegen das Auslassende des Extruders (siehe Figur), mit einem Dampfauslass 50 und mit dem anderen Ende am Einlassende des Konditionierungsmittels 6 eingesetzt ist, um die vorgenannte Dampfrückführung vom Extruder 1 in das Konditionierungsmittel 6 durch- zuführen

Vorteilhafterweise ist im Verbindungsrohr 19 ein sogenanntes Druckeinhalteventil 20 vorgesehen, welches einen eingestellten Druck im Extruder einhält.

Der Druck an diesem Ventil 20 kann entweder von Hand oder über eine Steuerleitung 31 und einem Stellmotor 46 von der Steuerung 16 eingestellt werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines von der Steuerung 16 gesteuerten Verarbeitungsrezeptes, mit¬ tels welchem noch weitere, hier nicht weiter erwähnte Maschinenparameter, wie bei¬ spielsweise Drehzahl und Leistung des Antriebes etc gesteuert, beziehungsweise geregelt werden

Im Betrieb wird aufgrund von Erfahrungswerten je nach Rezept, die Wasser- und Frischdampfmenge (mit einer vorgegebenen Wärmemenge) für das Konditiome-

rungsmittel 6 und die Wassermenge für den Extruder 1 , nebst den genannten ande¬ ren, hier nicht erwähnten Maschinenparameter eingestellt und das daraus entstehen¬ de Produkt am Produktaustritt 4, bezüglich Aussehen und Schüttgewicht geprüft.

Dabei kann die Temperatur des vom Konditionsmittel 6 kommenden Gemisches an einer Anzeige des Temperatursensors 28 von der Bedienungsperson überwacht oder von der Steuerung 16 gesteuert werden, indem die Frischdampfmenge in das Kondi¬ tionierungsmittel 6 entsprechend angepasst wird, bis die Gemischtemperatur einen Sollwert aufweist.

Ist beispielsweise das Produkt zu hell und/oder hat es ein zu kleines Schüttgewicht (das heisst ungenügendes Gewicht einer mit Produkt gefüllten vorgegebener Sack- grösse) so wird der Druck am Ventil 20 reduziert, so dass eine kleinere Druckdifferenz zwischen Produkt und Atmosphäre nach der Düse im Schneidapparat 3 und damit eine verminderte Expansion und damit ein grösseres Schüttgewicht des Produktes entsteht.

Die dadurch grössere Menge an, in das Konditionierungsmittel 6 strömendem Dampf, wird durch eine entsprechend kleinere Menge Frischdampf aus der Leitung 10 kom- pensiert, welche aufgrund der vorgegebenen Produkttemperatur am Sensor 28, mit¬ tels der Steuerung 16 oder von Hand eingestellt wird. Das heisst, die Steuerung 16 oder die Bedienungsperson drosselt über das Stellventil 23 die Frischdampfmenge, bei gleichem, am Druckregulierventil 12 eingestellten Druck bis die Temperatur am Sensor den vorgegebenen Sollwert aufweist.

Die nichtgenannten Maschinenparameter, sowie die Wassermenge für das Konditio¬ nierungsmittel und die Wassermenge für den Extruder bleiben gleich eingestellt.

Wird der Druck am Druckhalteventil 20 mittels Stellmotor 46 von der Steuerung 16 eingestellt, so geschieht dies mittels eines Vergleichs eines in die Steuerung einge¬ gebenen Sollwertes und einem von einem Manometer 38 abgegebenen und über die Leitung 45 in die Steuerung 16 eingegebenen IST-Wert.

im weiteren kann der am Dampfauslass 50 ausgelassene Dampf, bevor dieser in die Verbindungsleitung 19 gefuhrt wird, durch einen Feststoffausscheider 49 gefuhrt wer¬ den Dazu ist nach dem Dampfauslass 50 eine Umschaltklappe 47 vorgesehen, wel¬ che den ausgelassenen Dampf samt allfalhg mitgerissenen Feststoffen in den Ab- scheider 49 leitet. Die Rückführung des "gereinigten" Dampfes vom Abscheider 49 in das Verbindungsrohr 19 geschieht durch eine geöffnete Verschlussklappe 48, welche, wenn der Abscheider 49 nicht benutzt wird, geschlossen ist. Im weiteren findet die Rückführung des sogenannt "gereinigten" Dampfes in das Verbindungsrohr vor dem an das Verbindungsrohr angeschlossenen vorgenannten Manometer 38 statt, welches seinerseits dem vorgenannten Druckeinhalteventil 20 im Verbindungsrohr 19 vorge¬ geben ist.

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Legende

1 Extruder

2 Antrieb 3 Schneidapparat

4 Produktaustritt

5 Produktübergang

6 Konditionierungsmittel (auch Vorkonditionierungsmittel genannt)

7 Dosiermittel 8 Produkttrichter

9 Produkteingabe

10 Frischdampfzufuhr

11 Wasserzufuhr

12 Druckregulierventil für Frischdampf 13 Frischdampfnachschub

14 Druckregulierventil für Wasser

15 Wassernachschub

16 Steuerung

17 Steuerleitung für Dampf 18 Steuerleitung für Wasser

19 Verbindungsrohr

20 Druckeinhalteventil

21 Druckregulierventil für Wasser

22 Stellventil 23 Stellventil

24 Stellventil

25 Stellventil

26 Wassernachschub

27 Steuerleitung 28 Produkttemperatursensor

29 Signalleitung

30 Steuerleitung für Wasser

31 Steuerleitung für Druckeinhalteventil

32 erstes Steuermittel für die Frischdampfmenge

33 zweites Steuermittel für die Wassermenge

34 drittes Steuermittel für die Wassermenge 35, 36, 37, 38 Manometer 39. 4041 Durchflussmengenmessgerät

42, 43, 44, 45 Signalleitung

46 Stellmotor

47 Umschaltklappe

48 Verschlussklappe 49 Feststoff-Abscheider 50 Dampfauslass