Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturbehandlung von Schüttgü- tern in einem Drehrohr mit wenigstens einer Infrarotlichteinheit, mit den Merk- malen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 .

Ein solches Verfahren ist in DE 10 2013 223 929 A1 sowie WO 2015/ 067255 A1 beschrieben. Demnach eignet sich ein Infrarot- Drehrohrtrockner sehr gut für die Keimreduzierung von getrockneten Nahrungsmittelrohstoffen wie z.B. Saaten, Gemüse, Kräutern, Gewürzen, Pilzen, Tee, Nüssen sowie getrockne- ten Futtermitteln. Die Verwendung des Drehrohrs ermöglicht sowohl einen Batchbetrieb wie einen kontinuierlichen Durchlaufbetrieb. Diese Wirkung wird insbesondere durch die zeitweise Einsprühung von Wasser verstärkt. Das im Drehrohr permanent durch die Rotation, und zusätzlich durch die ins Schütt- gutbett eingreifenden Mischelemente, bewegte Produkt wird durch Wärme des Infrarotlichts sehr schnell auf eine definierte Temperatur gebracht und eine be- stimmte Zeit auf dieser Temperatur gehalten. Gleichzeitig kann auf diesem Temperaturniveau ein feiner Wassernebel oder Sattdampf eingesprüht wer- den. Dieses Verfahren ist zur Sterilisierung vieler Nahrungsmittel gut wirksam, da durch die Zugabe von Wasser eine längere Behandlungszeit möglich ist und die Sterilisations- und Pasteurisierungswirkung stärker begünstigt wird, als dies bei einer reinen Erwärmung mit Infrarotlicht möglich wäre. Denn im letzteren Fall können Oberflächentemperaturen von 140° bis 170° C auftreten, wodurch oberflächliche Verbrennungen am Produkt auftreten können. Durch die Wasserzugabe wird die eingebrachte Wärmenergie nicht nur auf die mit Infra- rotlicht beleuchtete Oberfläche der Nahrungsmittelpartikel gebracht, sondern auch in darunter liegende Schichten. Die Temperatur am Produkt wird durch die Wassereinspeisung auf etwa 135° C begrenzt, wodurch eine Überhitzung vermieden wird. Diese Temperatur liegt im Bereich der Ultrahocherhitzung die z. B. zur Pasteurisierung von Milch angewandt wird. Allerdings hat sich gezeigt, dass die genannte Temperatur nicht immer ausreichend ist, um sporenbil- dende Bakterien abzutöten, insbesondere auf grobporigen Substraten wie schwarzem Pfeffer.

Eine grundsätzlich mögliche Temperaturerhöhung durch eine wesentliche Druckerhöhung in einem Autoklaven, wie sie in Dampfsterilisatoren u.a. im me- dizinischen Bereich angewandt wird, kommt für den großindustriellen Einsatz bei der Trocknung und Wärmebehandlung von großen Mengen an Schüttgü- tern jedoch oftmals aus wirtschaftlichen Gründen nicht in Betracht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, unter Verwendung des bekannten teiloffenen Drehrohrs, und damit ohne einen wesentlichen Diffe- renzdruck zur Umgebungsatmosphäre eine wirksame Entkeimung von Schütt- gütern im Hinblick auf sporenbildende Bakterien zu erreichen.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, Dampf einzu- bringen, und zwar in einer bestimmten Zone. Nach der Erfindung wird der Dampf nicht direkt ins Schüttgutbett eingespeist, sondern eng darüber. Außer- dem werden die Austrittsdüsen so platziert, dass der Dampf im Lichtkegel der Infrarotlichteinheiten ausströmt. Die Wahl von Dampf statt Wasser und die Plat zierung der Dampfdüsen sind die wesentlichen Merkmale der Erfindung.

Im Innenraum herrscht im Wesentlichen der normale Luftdruck der Umgebung. Zwar können lokale Druckerhöhungen bei der Dampfeinspeisung entstehen. Aufgrund der nicht abgeschlossenen Bauweise gleicht sich der Druck im In- nenraum aber stets wieder an die Umgebungsbedingungen an. Indem Dampf statt Wasser eingedüst wird, entfallen die im bekannten Verfah- ren anfallenden Wärmeverluste aufgrund der Verdampfungsenthalpie des Wassers, welche ursächlich für die oben genannte Temperaturbegrenzung des herkömmlichen Prozesses ist.

Mit der Positionierung der Dampfdüsen im Infrarotlicht wird erreicht, dass der ausströmende Dampf im Infrarotlicht auf ein höheres Temperaturniveau ge- bracht wird, und zwar schon während er durch die Dampfleitung strömt, denn die Dampfleitung befindet sich auch im Lichtkegel, so dass bereits die Dampf- leitung aufgeheizt wird und darüber der in ihr geführte Dampf aufgeheizt wird. Erst recht erfolgt die weitere Aufheizung nachdem der Dampf aus den Dampf- düsen in Richtung des Schüttguts strömt. Es findet also eine "Überhitzung" in dem Sinne statt, dass der Dampf nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hei- ßer ist als er theoretisch nach dem Austritt aus einer beliebigen, nicht zusätzlich erwärmten Dampfleitung und der damit einhergehenden Entspannung auf ei- nen niedrigeren Druck wäre. Um jedoch eine Abgrenzung zum Fachterminus des überhitzten Dampfes zu schaffen, wird bei der nachfolgenden Beschrei- bung des erfindungsgemäßen Verfahrens von einer Nach-Erhitzung gespro- chen.

Durch das Einbringen von nach-erhitztem Dampf wird die Entkeimungswirkung deutlich verstärkt, und insbesondere wird die Abtötung sporenbildender Keime erreicht, wenn Lebensmittel in Schüttgutform behandelt werden, wie Kräuter, Gewürze, Früchte, Nüsse, Saaten, Tee, Pilzen und/oder Wurzeln. Insbeson- dere bei bekanntermaßen hoch keimbelasteten Gewürzen wie schwarzem Pfeffer und Vanilleschoten wird eine wirksame Sterilisierung bei relativ kurzen Durchlaufzeiten erreicht.

Der nach-erhitzte Dampf erwärmt beim Auftreffen die Oberfläche der Schütt- gutpartikel schockartig auf hohe Temperaturen. Zugleich ist die spezifische Wärmekapazität der Dampfmenge, die in Kontakt mit der Oberfläche des Schüttgutbetts kommt, im Vergleich zu der spezifischen Wärmekapazität der behandelten Feststoffpartikel relativ gering, so dass eine Abkühlung und ggf. auch in geringen Maßen eine Kondensation des Dampfes erfolgt, wenn der Dampf in das Schüttgutbett gelangt. Der nach-erhitzte Dampf wirkt also nur oberflächlich, bewirkt aber keine tiefergehende, nachteilige Überhitzung des Produkts.

Ein weiterer Effekt des Dampfes ist die Verdrängung von Sauerstoff, so dass quasi eine inerte Atmosphäre im Bereich der Dampfeinleitung geschaffen wird. Sauerstoff begünstigt eine Verbrennung des Produktes. Durch die Verdrän- gung des Sauerstoffes durch den Dampf können höhere Entkeimungstempe- raturen erreicht werden, da die Sauerstoffkonzentration im Produktbett sehr gering ist und Verbrennungen des Produktes vorgebeugt werden.

Da überhitzter Dampf frei von Luft und damit von Sauerstoff ist, kann er auch für sauerstoffempfindliche Produkte eingesetzt werden, die ansonsten z. B. in Stickstoffatmosphäre behandelt werden.

Durch die Verwendung des Infrarotdrehrohrs mit den innenliegenden Misch elementen sind stets wechselnde Lagen des Schüttguts zusätzlich zum Infra- rotlicht dem Einfluss des heißen Dampfes ausgesetzt. Es werden also immer wieder lokale Erhitzungen mit hohen Temperaturen von bis zu 190°C in den oberflächennahen Schichten der Schüttgutpartikel, in denen die Bakterien an- gesiedelt sind, erreicht, wobei aber anschließend - wenn die zuvor unter Dampfeinfluss stehenden Partikel nach der Umwälzung wieder in tieferen Schichten des Schüttgutbetts liegen - sehr schnell eine Abkühlung auf ein Ni- veau erreicht wird, bei dem keine Produktschädigungen eintreten.

Mit dem eingespeisten Dampf und den Infrarotlichteinheiten stehen zwei unab- hängige Wärmequellen zur Verfügung, die im Durchlaufbetrieb axial und/oder zeitlich nacheinander oder gleichzeitig in unterschiedlicher Weise genutzt wer- den können, und im Batchbetrieb gleichzeitig oder zeitlich nacheinander.

In jedem Fall kann das Schüttgut zunächst ausschließlich durch die Infrarot- lichteinheiten auf ein Temperaturniveau jenseits des Siedepunkts von Wasser gebracht werden, oder zumindest sehr nah daran. Damit wird eine zu weitgehende Kondensation von Dampf beim Kontakt mit dem Schüttgut ver- mieden, denn eine starke Befeuchtung würde auf dem sich anschließenden weiteren Weg der Wärmebehandlung wieder zu starken Wärmeverlusten in- folge der Verdampfungsenthalpie des Wassers führen, die zu der bereits be- schriebenen Begrenzung der am Schüttgut wirksamen Prozesstemperatur auf ein nicht ausreichendes Niveau führen würde. Die Vorerwärmung des Schütt- guts mit Infrarotlicht vor dem Beginn der Dampfeinspeisung vermeidet dies.

Um sehr hartnäckige Keime zu bekämpfen, kann es vorteilhaft sein, gesättigten oder sogar überhitzten Dampf im bekannten technischen Sinne einzuspeisen, wobei also Wasser lediglich im gasförmigen Aggregatzustand vorliegt und frei von Wassertröpfchen ist. Dieser strömt aus den Dampfdüsen auf das Schütt- gutbett und steigt von dort im Drehrohr nach oben, wo er ggf. abgesaugt wird, um Kondensation im Innenraum des Drehrohrs zu vermeiden. Der Strömungs- weg des Dampfes liegt vollständig oder zumindest größtenteils im Lichtkegel der Infrarotlichteinheiten. Aufgrund der bereits von vornherein gegebenen Überhitzung des Dampfes und einer fortwährenden Wärmezufuhr nach dem Austritt aus den Düsen bleibt der überhitzte Dampf frei von Wassernebel, und eine starke Kondensation am Schüttgut kann vermieden werden.

Ein weiterer Effekt der Behandlung von Produkten mit Infrarotlicht und nach- erhitztem Dampf besteht darin, dass Fremdgeruch drastisch reduziert oder charakteristischer, unangenehmer Eigengeruch ganz entfernt wird.

Es wurde herausgefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren, das ur- sprünglich für die Entkeimung von Nahrungsmitteln konzipiert ist, auch sehr wirksam für die Behandlung von Schüttgutpartikel aus Kunststoff im Recycling- prozess ist, insbesondere zur Beseitigung von Fremd- und Eigengeruch, der von anhaftenden organisch-aromatischen Stoffen stammt flüchtige Verunrei- nigungen durch migrierte Substanzen enthält. Als Schüttgut können insbeson- dere Partikel aus Thermoplastischen Kunststoffen, Thermoplastischen Elasto- meren und Vulkanisaten (TPE / TPU / TPE-V) behandelt werden, welche Rückstände von Monomeren und Oligomeren oder andere flüchtige Verunrei- nigungen durch migrierte Substanzen enthalten.

Ein Beispiel dafür ist der typische Benzin- oder Dieselgeruch bei Kraftstoffka- nistern oder -tanks aus Kunststoff. Das Verfahren nach der vorliegenden Erfin- dung eignet sich also auch, um im Recycling von solchen Kraftstoffgebinden Anhaftungen zu beseitigen, ohne den Kunststoff aufzuschmelzen. Bei der Auf- arbeitung von Kunststoffpartikeln kann bewusst eine stärkere Kondensation in dem Verfahren ermöglicht werden als bei der Nahrungsmittelbehandlung, so dass die abgelösten Stoffe in wässriger Lösung abgeschieden werden können.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht neben dem Drehrohr mit wenigstens einer Infrarotlichteinheit, die im lichten Querschnitt im Innen- raum des Drehrohrs installiert ist, also deutlich abgesetzt von der Wandung ist, folgendes vor:

- Eine Dampf- Einströmvorrichtung mit mehreren Dampfdüsen ist fest oder schwenk-, schieb- oder klappbar im Infrarotlichtkegel positioniert, so dass der durch den Lichtkegel strömende Dampf nach-erhitzt wird.

- Eine Dampf- Einströmvorrichtung in Form einer Dampf-Lanze kann unter- schiedlich lang gestaltet sein kann, um unterschiedliche Einströmzeiten im kontinuierlichen Drehrohr zu ermöglichen

- Teilstücke können abgesperrt werden, um unterschiedliche Phasen der Dampfbehandlung zu definieren und verschiedene Einwirkzeiten des Dampfes im kontinuierlichen Drehrohr zu realisieren.

- Vorzugsweise ist die sog. Dampflanze, welche die Dampfdüsen trägt, in einem unteren Bereich des Drehrohrs angeordnet. Aufgrund der Rotation und der Reibung mit der Innenwand steigt das Schüttbett im Drehrohr in eine schräge Lage an, das heißt, während der Rotation liegt die Mitte des Schüttgutbetts nicht auf einer 6-Uhr-Position, sondern eher bei 6 bis 8 Uhr bzw. 4 bis 6 Uhr, je nach Drehrichtung und Betrachtungsrichtung. Die Dampflanze wird dann bevorzugt am Rand des Schüttgutbetts bei der un- teren 6-Uhr-Position angebracht. Der Dampf steigt von dort auf. - Sehr vorteilhaft ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, ein soge- nanntes Airshield einzusetzen und dessen Luftströmung auf das Schütt- gutbett zu richten. Dabei handelt es sich um ein leistungsstarkes Gebläse, das üblicherweise die Infrarotlichteinheiten vor lokaler Überhitzung und Verschmutzung mit Staubpartikeln aus dem behandelten Schüttgut schützt. Indem die Luftströmung des Airshields auf die Oberfläche des Schüttgutbettes ausgerichtet wird, wird der aus der Dampflanze austre- tende Dampf auf die schräge Oberfläche des Schüttgutbetts gedrückt, an- statt senkrecht nach oben aufzusteigen. Damit wird die Wirksamkeit des Dampfes für die Behandlung des Schüttguts deutlich erhöht.

Hinsichtlich der Verfahrensführung kann eine Anpassung an das jeweils be- handelte Produkt insbesondere durch folgende Parameter oder Maßnahmen erfolgen:

- Im kontinuierlichen Durchlaufbetrieb erfolgt eingangs des Drehrohrs zu- nächst eine Aufheizung allein mit Infrarotlicht, bevor über eine längere axi- ale Strecke eine Beaufschlagung mit Dampf erfolgt.

- Das Produkt wird für eine Zeit zwischen 1 min und 25 min unter gleichzei- tiger Einwirkung von Infrarotlicht und Dampf auf einer Temperatur zwi- schen 90°C und 220°C gehalten, insbesondere für 10 min bis 20 min bei 150°C bis 200°C.

- Über den axialen Verlauf im Drehrohr können sich Phasen der kombinier- ten Behandlung mit Infrarot und Dampf und Phasen reiner Infrarotlichtbe- handlung abwechseln; beide Wärmequellen sind zumindest abschnitts- weise unabhängig voneinander zu betreiben.

- Das Produkt kann vor und/ oder nach der Dampfeinströmung mit einem Wassernebel beaufschlagt werden. Hierbei ist eine sorgfältige Abwägung hinsichtlich der Natur des behandelten Produkts vorzunehmen. Bei Kunst- stoffen etwa ist ein Wassernebel vorteilhaft, weil es weniger auf hohe Temperaturen im Prozess ankommt als auf eine vollständige Abscheidung der Anhaftungen und weil die Störstoffe vorteilhaft in wässriger Lösung ausgetragen werden können. Bei Nahrungsmitteln hingegen kann aufgebrachtes Wasser im Infrarotlicht verdampfen und zu einem Dampf- stoßeffekt führen. Wenn Wasser am Ende der Behandlung aufgebracht wird, bewirkt es eine Abkühlung und Rückbefeuchtung, um wieder den ur- sprünglichen Wassergehalt einzustellen.

Ein beispielhafter Prozessablauf zur Sporenabtötung in Vanille oder Pfeffer sieht vor, dass das Produkt zunächst im Infrarotdrehrohr bei gleichzeitiger Wassereinsprühung in 3 min bis 25 min, typischerweise etwa 12 min, auf Tem- peraturen zwischen 50°C und 150°C erhitzt wird. Anschließend wird das Pro- dukt mit Infrarotlicht bei gleichzeitigem Einströmen von Dampf in das Produkt- bett auf Temperaturen zwischen 100°C und 220°C erhitzt und unter Infrarotlicht und Dampfeinströmung für 1 min bis 20 min auf diesem Temperaturniveau ge- halten. Anschließend kann das Produkt bei reduzierter Infrarotlichtleistung mit einem Wassernebel besprüht und abgekühlt werden.

Ein beispielhafter Prozessablauf zur drastischen Reduzierung des charakteris- tischen Eigengeruches im Kunststoffbereich besteht im Aufheizen von Kunst- stoff-Schüttgut wie beispielsweise einem thermoplastischen Elastomer/vulka- nisiert (TPE-V) mittels Infrarotlichteinheiten im kontinuierlich beschickten und rotierenden Drehrohr auf eine Temperatur zwischen 70°C und 150°C. An- schließend wird das bewegte Schüttgut für 8 min bis 25 min in diesem Tempe- raturbereich mit nach-erhitztem Dampf behandelt und anschließend abgekühlt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Bezug auf die Zeichnungen er- läutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Figur 1 eine Infrarot-Drehrohreinheit in einer schematischen Schnittan- sicht;

Figur 2 ein Diagramm mit einem Temperaturverlauf über der Zeit gemäß einer ersten beispielhaften Verfahrensführung und

Figur 3 ein Diagramm mit einem Temperaturverlauf über der Zeit gemäß einer zweiten beispielhaften Verfahrensführung. Die Figur 1 zeigt eine Infrarot-Drehrohreinheit 10 in einer schematischen Schnittansicht. Sie umfasst im wesentlich ein rotierbares Drehrohr 1 , das an seinem Umfang einen geschlossenen Mantel aufweist, und eine im lichten Querschnitt darin angeordnete Infrarotlichteinheit 2, die Infrarotlicht in einem Lichtkegel 3 abstrahlt. Der Lichtkegel 3 ist auf ein Schüttgutbett 20 gerichtet, das im unteren Bereich des Drehrohrs 1 auf der Innenwand aufliegt. Misch elemente und Förderelemente wie ein Schneckensteg sorgen für ständige Um- wälzung und Förderung, sind aber hier nicht dargestellt. Die Rotationsrichtung ist durch den Blockpfeil angedeutet. Die Rotation führt durch die Wandreibung zu einer schrägen Ausrichtung des Schüttgutbetts 20. Sowohl der Lichtkegel 3 wie auch eine durch die Pfeile 6 angedeutete Luftströmung eines Airshields 5 sind senkrecht auf die Schüttgutoberfläche ausgerichtet. Aus einer im Lichtke- gel liegenden Dampflanze 4, die über ihrer Länge mehrere Dampfdüsen auf- weist, tritt Dampf 7 aus. Die Anordnung der Dampflanze 4 in Bezug auf die Rotationsrichtung ist wichtig, denn die Dampflanze 4 sollte so angeordnet sein, dass sie am Unterrand des auf der Innenwandung des Drehrohrs 1 aufliegen- den Schüttgutbetts 20 positioniert ist. Damit streicht der Dampf nach dem Aus- tritt aus der Dampflanze 4 automatisch über das Schüttgutbett 20. Vorzugs- weise drückt zusätzlich die Luftströmung 6 des Airshields 5 den austretenden Dampf 7 auf die Oberfläche des Schüttgutbetts 20 und verhindert, dass der Dampf 7 aufgrund seiner im Vergleich zur Lufttemperatur im Inneren des Dreh- rohrs 1 deutlich höheren Temperatur und somit geringeren Dichte senkrecht nach oben aufsteigt.

In dem Diagramm nach Figur 2 ist die Temperatur über der Zeit gemäß einer ersten beispielhaften Verfahrensführung aufgetragen.

Beginnend am Zeitpunkt to wird das Produkt in einer Zeitphase Ati bis auf eine Basistemperatur erwärmt wird. In einer anschließenden Zeitphase At2 wird durch das Eindüsen von Dampf ein weiterer Anstieg der Temperatur erreicht. Nach den Zeitphasen Ati , At2 ist die Aufheizphase beendet und es schließt sich die eigentliche Behandlungsphase über eine Zeitphase At ₃ an, in der die hohe Temperatur gehalten wird. Der Vergleich zeigt, dass die durch Eindüsung von Dampf erreichbare Behandlungstemperatur Tmax (Dampf) deutlich höher ist, als die nach dem bekannten Verfahren erreichte Haltetemperatur, die auf dem Ni- veau Tmax (Wasser) liegt. Die ab Beendigung der Dampfzufuhr und Abschal- tung des Infrarotlichts gemessene Abkühlzeit Ät ₄ vom hohen Temperaturniveau Tmax (Dampf) ist nicht viel höher im Vergleich zur Abkühlung von dem niedrige- ren Temperaturniveau Tmax (Wasser), weil durch den erfindungsgemäßen Pro- zess vor allem die Oberfläche deutlich stärker aufgeheizt wird, aber weniger der Produktkern.

In Figur 3 ist die Temperatur über der Zeit gemäß einer anderen beispielhaften Verfahrensführung aufgetragen. Hierbei wird das Produkt von Beginn zum Zeit- punkt toan mit Dampf beaufschlagt wird, und innerhalb einer kurzen Zeitspanne Ati' wird bereits eine deutlich höhere Spitzentemperatur gegenüber dem Stand der Technik erreicht.

Bei beiden Verfahrensvarianten der Erfindung wird das Produkt nicht geschä- digt, trotz deutlich höherer Endtemperatur in den oberflächennahen Schichten durch die zusätzliche Dampfeindüsung.