Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Vorentsaftung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Solche Vorrichtungen werden verwendet, um Fraktionen zerkleinerter Früchte, allgemein als Maische bekannt, zu trennen in Saft einerseits und Feststoffanteile wie Schalen, Kerne, Stiele und Zellwände andererseits. Unter Früchten seien hier sowohl Obst als auch Gemüse verstanden.
Aus DE-Al-3 146 025 ist eine solche Vorrichtung bekannt, nämlich eine Membranpresse. Eine weitere solche Vorrichtung ist aus DE-Al-19 636 030 bekannt. Auch hier handelt es sich um eine Presse. Derartige Pressen arbeiten meist mit einem Pressdruck von 10 bar oder mehr. Das hat zur Folge, dass sehr viele feinere Feststoffe durch das Filter gedrückt werden, sodass die Qualität des Saftes unbefriedigend ist.
Eine Vorrichtung zur Vorentsaftung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus DE-Al-4 122 634 bekannt, die ein Verfahren zur Gewinnung von naturtrüben Frucht- und Gemüsesäften betrifft. Als Vorrichtung kommt hier eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge zum Einsatz. Der bekannte Stand der Technik ist ausführlich kommentiert.
Pressen arbeiten in der Regel diskontinuierlich, ebenso Zentrifugen. Die Maische wird eingefüllt, und durch Pressen bzw. Zentrifugieren wird Saft von den Feststoffanteilen abgetrennt. Nach dem Entfernen der Feststoffanteile kann eine nächste Füllung erfolgen. Es sind allerdings auch Zentrifugen bekannt, die kontinuierlich arbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht und die gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik dadurch wirtschaftlicher betrieben werden kann, dass die Investitions- und Betriebskosten niedriger sind.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schema der erfindungsgemässen Vorrichtung,
Fig. 2 Diagramme des Druckverlaufs,
Fig. 3 Details eines Filterrohres,
Fig. 4 eine Anlage mit parallel angeordneten erfindungsgemässen Vorrichtungen,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage,
Fig. 6 eine besondere Ausführungsform eines Gegendruckerzeugers und
Fig. 7 eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt ein Schema der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Vorentsaftung, die ein Filterrohr 1 aufweist, um dessen Längsachse im Innenraum 2 eine Welle 3 mit einer daran befestigten Schnecke 4 drehbar ist, die von einem Motor 5 angetrieben wird. Das Filterrohr 1 ist umgeben von einer Kammerwandung 6. Filterrohr 1 und Kammerwandung 6 umschliessen so eine Saftkammer 7.
Der Vorrichtung zur Vorentsaftung wird das zu entsaftende Gut, die Maische, über einen Eintrittsstutzen 8 zugeführt. Die Zuführung erfolgt mittels einer Förderpumpe 9, die einen Förderdruck PF erzeugt. In Flussrichtung hinter dem Filterrohr 1 ist ein Austrittsstutzen 10 angeordnet, an den ein Gegendruckerzeuger 11 anschliesst. Dieser Gegendruckerzeuger 11 ist vorteilhaft ein Schlauch-Quetschventil.
Mittels der Förderpumpe 9 wird die Maische der Vorrichtung zur Vorentsaftung zugeführt. Über die gesamte Länge des Filterrohres 1 kann der Saft durch das Filterrohr 1 in die Saftkammer 7 übertreten. Dadurch wird der Saftanteil in der Maische im Innenraum 2 über die Länge des Filterrohres 1 von dessen Eingang E bis zu dessen Ausgang A immer kleiner. Entsprechend erhöht sich der Fruchtfleischanteil.
Auf der Innenfläche des Filterrohres 1 lagern sich die Feststoffanteile ab, wobei wegen des zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A zunehmenden Feststoffanteils die Ablagerungsdicke zunehmen kann. Aufgabe der Schnecke 4 ist es, diese Ablagerungen von Feststoffanteilen aus dem Innenraum 2 herauszubefördern, um zu verhindern, dass sich im Filterrohr 1 eine immer undurchlässigere Schicht von Feststoffen ablagert, was zu einer Beeinträchtigung der Entsaftungsleistung führen würde. Dadurch wird ein kontinuierliches Arbeiten der Vorrichtung zur Vorentsaftung ermöglicht, denn dadurch, dass sich absetzende Feststoffanteile fortlaufend zum Austrittsstutzen 10 gefördert werden, kann das Filterrohr 1 nicht verstopfen.
Der Aufbau einer solchen Schicht von Feststoffen würde es auch erfordern, dass der Förderdruck PF erhöht werden müsste, damit die Entsaftungsleistung nicht zurückgeht. Die maximal mögliche Entsaftungsleistung wird nur dann erreicht, wenn die Entsaftung über die ganze Länge des Filterrohres 1 erfolgt. Sind Partien des Filterrohres 1 durch Feststoffanteile verstopft, so findet in diesem Bereich keine Entsaftung mehr statt. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass eine Erhöhung des Förderdrucks PF nachteilig sein kann, weil Feststoffteile dann umso mehr auf der Oberfläche des Filterrohres 1 haften, in \ffnungen des Filterrohres 1 eindringen und so dieses verstopfen. Wenn die Ablagerung von Feststoffen weit gehend verhindert wird, kann der Förderdruck PF niedriger sein. Ist der Förderdruck PF kleiner, so ermöglicht dies auch eine leichtere Bauweise der Vorrichtung.
Somit sind die Investitionskosten geringer.
Mithilfe des Gegendruckerzeugers 11 ist es möglich, den über dem Filterrohr wirkenden Druck einzustellen bzw. zu regulieren. Der Gegendruckerzeuger 11 muss dabei so beschaffen sein, dass er durch das die Vorrichtung zur Vorentsaftung verlassende Gut, nämlich die Restmaische mit einem nur noch kleinen Saftanteil, nicht verstopft. Ein Schlauch-Quetschventil ist dafür gut geeignet. Weitere Ausgestaltungen werden noch gezeigt werden.
Vorteilhaft ist hinter dem Gegendruckerzeuger 11 in der nicht dargestellten Abflussleitung eine Restmaische-Pumpe 12 angeordnet, die die Restmaische absaugt. Das hat den Vorteil, dass der von der Förderpumpe 9 zu erzeugende Druck PF kleiner sein kann, weil er nicht auch noch dazu benutzt werden muss, um die Restmaische aus der Vorrichtung zur Vorentsaftung abzuführen. Somit kann der Druck PF im Hinblick auf die Trennung der Maische in Saft und Feststoffanteile mittels des Filterrohres 1 optimiert werden. Die Höhe des Druckes PF richtet sich nach dem zu verarbeitenden Produkt und ist beispielsweise bei Apfelmaische grösser als bei Traubenmaische.
Um den Betrieb der Vorrichtung zur Vorentsaftung optimal gestalten zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung eine Steuervorrichtung 20 aufweist. Dieser Steuervorrichtung 20 werden Signale zugeführt, die den Prozess charakterisieren. Ein erstes bedeutsames Signal ist jenes, das den Förderstrom Q9 charakterisiert. Das mit dem Förderstrom Q9 korrelierte Signal SQ9 kann die Drehzahl der Förderpumpe 9 sein, kann aber auch von einem Durchflussmesser 21 stammen, was in der Fig. 1 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet ist. Vorteilhaft ist es ausserdem, wenn Mittel vorhanden sind, um den Druck am Eingang E und am Ausgang A zu erfassen. Dazu dienen ein Eingangsdrucksensor 22 und ein Ausgangsdrucksensor 23. Der vom Eingangsdrucksensor 22 ermittelte Eingangsdruck PE und der vom Ausgangsdrucksensor 23 ermittelte Ausgangsdruck PAwerden der Steuervorrichtung 20 zugeführt.
Zusätzlich vorteilhaft ist es, wenn auch der Druck in der Saftkammer 7 ermittelbar ist. Dazu dient ein Sekundärdrucksensor 24, der den Sekundärdruck PS in der Saftkammer 7 misst. Auch dessen Signal wird der Steuervorrichtung 20 zugeführt. Um nun den Sekundärdruck PS in der Saftkammer 7 in vorteilhafter Weise steuerbar zu machen, ist es vorteilhaft, wenn in einer Leitung, aus der der Saft aus der Saftkammer 7 abfliessen kann, nämlich in der Saftabflussleitung 25, ein Drosselventil 26 angeordnet ist, das durch die Steuervorrichtung 20 steuerbar ist.
Auch der Gegendruckerzeuger 11 ist von der Steuervorrichtung 20 steuerbar. Vorteilhaft ist es auch, wenn zusätzlich noch der von der Restmaische-Pumpe 12 erzeugte Förderstrom messbar ist. In Analogie zur Erfassung des durch die Förderpumpe 9 erzeugten Förderstroms Q9 wird der Steuervorrichtung 20 ein Signal SQ12 zugeführt, das mit dem von der Restmaische-Pumpe 12 erzeugten Förderstrom Q12 korreliert und entweder auf der Drehzahl der Restmaische-Pumpe 12 basiert oder mittels eines weiteren Durchflussmessers 27 erzeugt wird. Auch hier ist alternative Ausgestaltung mittels gestrichelter Linien dargestellt.
Die Steigung der Schnecke 4 kann zwischen 10 und 25 Grad betragen, beispielsweise 17,5 Grad. Bedeutsam ist, dass der Aussendurchmesser der Schnecke 4 etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Filterrohres 1. Die Schnecke 4 berührt also das Filterrohr 1 nicht. Der Abstand zwischen der Schnecke 4 und der Innenfläche des Filterrohres 1 sollte aber nicht grösser als 2 mm sein.
Eine solche Vorrichtung kann mit einem Förderdruck PF von deutlich weniger als 10 bar betrieben werden, vorteilhaft unter 5 bar. Die Differenz zwischen dem Eingangsdruck PE und dem Ausgangsdruck PA ist vorteilhaft nicht grösser als 1 bis 2 bar. Die Steuervorrichtung 20 hält diesen Wert konstant. Dadurch ist auch bei schwankendem Gehalt an Feststoffanteilen der Maische die Vorrichtung zur Vorentsaftung mit optimaler Trennleistung betreibbar.
Die zuvor beschriebene Vorrichtung erlaubt es nun, den Ablauf der Vorentsaftung optimal zu steuern. Wegen der Tatsache, dass zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A der Saftanteil in der Maische abnimmt, nimmt die Viskosität zu. Daraus folgt gleichzeitig, dass der wirksame Druck über die Länge des Filterrohres 1 allein nicht konstant sein kann, wenn man das Filterrohr 1 allein betrachtet und die Wirkung der Schnecke 4 ausser Acht lässt. Am Eingang E hat der Druck den Wert PE, am Ausgang A hat der Druck den Wert PA. Dies ist in der Fig. 2 als oberster der drei Kurvenzüge gezeigt. Dies gilt dann, wenn die Welle 3 mit der daran befestigten Schnecke 4 nicht vorhanden ist. Diese Kurve zeigt also den statischen Druckverlauf Pstat über der Länge des Filterrohres 1.
Im mittleren Diagramm der Fig. 2 ist die Wirkung der Welle 3 mit der daran befestigten Schnecke 4 gezeigt. Darin sind drei Kurvenzüge Pdyn gezeigt, deren jeder für eine bestimmte Drehzahl der Welle 3 gilt. Die genaue Lage der Kurve hängt dabei natürlich auch von der Art der Maische ab.
Der effektiv wirksame Druckverlauf zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A ergibt sich nun durch Addition der beiden Kurven Pstat und Pdyn, was im untersten Diagramm der Fig. 2 gezeigt ist. Hier ist die Kurve Psum dargestellt. Das ist der tatsächlich wirksame Druck.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann durch Wahl der Einstellparameter für alle möglichen Arten von Maischen verschiedener Produkte in ihrem Betriebsverhalten optimiert werden. Durch die Variation der Drehzahl der Förderpumpe 9 sind der Förderdruck PF und somit auch der Eingangsdruck PE veränderbar. Durch die Variation der Ansteuerung des Gegendruckerzeugers 11 und der Drehzahl der Restmaische-Pumpe 12 ist der Ausgangsdruck PA veränderbar. Somit ist auch die Druckdifferenz zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A im Filterrohr 1 veränderbar. Diese Druckdifferenz soll möglichst klein sein.
Darüber hinaus ist durch die Wahl der Drehzahl der Welle 3 der dynamische Druckabfall veränderbar. Die Änderung der Drehzahl der Welle 3 wirkt sich wie gezeigt auf den Druckverlauf im Filterrohr 1 aus, beeinflusst also die vom Eingangsdrucksensor 22 und vom Ausgangsdrucksensor 23 gemessenen Werte. Weil der Eingangsdruck PE und der Ausgangsdruck PA mittels des Eingangsdrucksensors 22 bzw. des Ausgangsdrucksensors 23 messbar sind, kann die Steuervorrichtung 20 die Druckdifferenz regeln. Somit ist es auch möglich, in der Steuervorrichtung 20 vorbestimmte Kennzahlen bzw. Kennlinien für verschiedene Arten von Maischen abzulegen, um dadurch zu erreichen, dass die Vorrichtung zur Vorentsaftung automatisch einen optimalen Betrieb gewährleistet.
Der dynamische Druckabfall ist ausserdem dadurch beeinflussbar, dass die Schnecke 4 unterschiedlich dimensioniert ist. Der dynamische Druckabfall wird auch bestimmt durch die Steigung der Schnecke 4 und durch den Abstand zwischen der Schnecke 4 und dem Filterrohr 1. Zusätzlich besteht noch die Möglichkeit, den Durchmesser der Welle 3 zu variieren. Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Durchmesser der Welle 3 nicht konstant ist, sondern zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A zunimmt.
Die Optimierung kann noch dadurch ergänzt werden, dass mittels des Sekundärdrucksensors 24 der Sekundärdruck PS in der Saftkammer 7 erfassbar ist, womit dann die Stellung des Drosselventils 26 in der Saftabflussleitung 25 Steuer- und regelbar ist. Wenn also je nach Ausgangsprodukt die Viskosität des Saftes unterschiedlich ist, kann auch dies bei der Regelung der Vorrichtung zur Vorentsaftung berücksichtigt werden.
Auf Grund des Verlaufs des statischen Drucks -Pstat gemäss der obersten Kurve der Fig. 2 ist die Entsaftungsleistung am Eingang E gross und nimmt zum Ausgang A hin deutlich ab. Unter der Wirkung der Welle 3 mit der daran befestigten Schnecke 4 entsteht der dynamische Druck Pdyn, der vom Eingang E zum Ausgang A deutlich zunimmt. Der tatsächlich wirksame Druck Psum ist nun vom Eingang E zum Ausgang A hin praktisch konstant. Vergleicht man die Kurven für den Druck Pstat und den Druck Psum, so wird erkennbar, dass die Trennleistung über die Länge des Filterrohres 1 verbessert ist und damit deutlich grösser ist als in dem Fall, wo durch das Fehlen der Welle 3 mit der daran befestigten Schnecke 4 die Trennleistung allein durch den Verlauf des statischen Druckes Pstat bestimmt ist.
In der Fig. 3 ist eine unmassstäbliche schematische Ansicht eines Filterrohres 1 dargestellt. In der Mantelfläche des Filterrohres 1 sind Spalte 29 vorhanden. Diese können axial, d.h. parallel zur gestrichelt gezeichneten Achse des Filterrohres 1, oder senkrecht dazu angeordnet sein. Die axial angeordneten Spalte 29 sind gestrichelt gezeichnet, weil diese Anordnung aus Festigkeitsgründen nicht günstig ist. Zu bevorzugen ist deshalb die zur Achse des Filterrohres 1 senkrechte Anordnung. Dies ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn das Filterrohr 1 dünnwandig ist, beispielsweise nur 0,5 mm dick. Ansonsten kann die Dicke der Filterrohres 1 im Bereich 0,2 bis 3 mm liegen. Die Spalte 29 sind vorteilhaft etwa 0,5 mm breit. Deren Breite kann aber auch im Bereich 0,1 bis 2 mm liegen, was sich nach der Art der Maische, insbesondere nach dem Zerkleinerungsgrad, richtet.
Die Länge der Spalte 29 kann beispielsweise 2 bis 10 mm betragen.
In der Fig. 4 ist eine Anlage mit parallel angeordneten erfindungsgemässen Vorrichtungen nach der Art der Fig. 1 gezeigt, wobei die einzelnen parallelen Einheiten jeweils der Fig. 1 entsprechen, hier aber nicht in allen Details dargestellt sind. Durch Parallelschaltung mehrere solcher Vorrichtungen lassen sich auch sehr grosse Entsaftungsanlagen realisieren. Zusätzlich ist hier gezeigt, dass es vorteilhaft sein kann, für die Förderung der Restmaische hinter den einzelnen Vorrichtungen zur Vorentsaftung eine Förderschnecke 30 vorzusehen. Vorteilhaft ist dies, weil die Restmaische unter Umständen eine recht erhebliche Viskosität aufweist. Gezeigt ist hier auch, dass die Zufuhr der Maische aus einem Batch-Tank 31 erfolgt.
Die Förderschnecke 30 rotiert in einer Abflussleitung 32. Damit die Förderschnecke 30 nicht in den Raum der Wellen 3, die die Schnecken 4 tragen, eingreift, ist die Abflussleitung 32 entsprechend seitlich versetzt. Es ist allerdings auch möglich, die Wellen 3 auf der Eingangsseite anzuordnen, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist.
In der Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage mit parallel angeordneten erfindungsgemässen Vorrichtungen nach der Art der Fig. 1 gezeigt, wobei die einzelnen parallelen Einheiten jeweils der Fig. 1 entsprechen, hier aber ebenfalls nicht in allen Details dargestellt sind. Gleiche Bezugszahlen entsprechen den gleichen Teilen.
Gezeigt sind zwei Vorrichtungen nach der Fig. 1, die parallel angeordnet sind. Die die Vorrichtungen am Gegendruckerzeuger 11 verlassende Restmaische wird mittels der Restmaische-Pumpe 12 gefordert. Hinter der Restmaische-Pumpe 12 befindet sich ein Ablassventil 40, durch das die Restmaische abgelassen werden kann. Diese Restmaische kann beispielsweise einer Filterpresse zugeführt werden, um die Restmaische noch weiter zu entsaften. Zwischen der Restmaische-Pumpe 12 und dem Ablassventil 40 zweigt eine Rückruhrleitung 41 ab, in die ein Rückführ-Sperrventil 42 eingesetzt ist. Die Restmaische oder ein Teil von ihr ist damit zurück zum Batch-Tank 31 förderbar, wie dies an sich von Querstrom-Filtrationsanlagen bekannt ist. Wird das Ablassventil 40 ganz geschlossen und das Rückführ-Sperrventil 42 ganz geöffnet, so gelangt die gesamte Restmaische zurück zum Batch-Tank 31.
Das bietet sich dann an, wenn der Feststoffanteil des zu verarbeitenden Gutes sehr klein ist. Weil zunächst keine Restmaische aus der Anlage abgeführt wird, steigt nun der Feststoffanteil langsam an. Erst dann, wenn der Feststoffanteil eine bestimmte Grösse erreicht hat, wenn also bereits eine Entsaftung erfolgt ist, wird das Ablassventil 40 geöffnet und gleichzeitig das Rückführ-Sperrventil 42 geschlossen. Damit lässt sich die Betriebsweise der Anlage verbessern. Auch bei einem zu verarbeitenden Gut mit sehr kleinem Feststoffanteil lässt sich so erreichen, dass die die Anlage verlassende Restmaische nur noch wenig Saftanteil hat, sodass sie dann der nachgeschalteten Filterpresse zugeführt werden kann.
In der Fig. 6 ist eine besondere Ausgestaltung des Gegendruckerzeugers 11 gezeigt, der sich an Stelle der in der Fig. 1 gezeigten Ausgestaltung als Schlauch-Quetschventil an den Austrittsstutzen hinter dem Filterrohr 1 anschliesst. Der Gegendruckerzeuger 11 dieser Ausführungsform besteht aus einem Rohr 50, in dem ein Schnecke 51 angeordnet ist, die an einer Welle 52 befestigt ist und sich mit dieser dreht. Die Welle 52 wird von einem Antriebsmotor 53 angetrieben. Die Drehrichtung des Antriebsmotors 53 und die Schnecke 51 sind so gestaltet, dass der Gegendruckerzeuger 11 die hindurch tretende Restmaische abbremst. Durch Veränderung der Drehzahl des Antriebsmotors 53 lässt sich die Grösse des Gegendrucks sehr genau einstellen.
Der Antriebsmotor 53 kann dabei von der Steuervorrichtung 20 geregelt werden, sodass der am Ausgang A wirksame Druck PA so regelbar ist, dass die Vorrichtung zur Entsaftung optimal arbeitet.
Als Gegendruckerzeuger 11 kann auch eine Schlauchpumpe eingesetzt werden. Auch eine Exzenter-Schneckenpresse kann als Gegendruckerzeuger 11 verwendet werden.
Die Steuervorrichtung 20 erzeugt Stellsignale für den Motor 5 und für den Gegendruckerzeuger 11, allenfalls auch für die Restmaische-Pumpe 12 und für die Förderpumpe 9. Dabei ist das Stellsignal y5 für den Motor 5, der die Welle 3 mit der Schnecke 4 antreibt, eine Funktion
f(PE, PA, PS, Q9 und Q12),
wobei alle diese Parameter zuvor schon erwähnt worden sind.
Solche Funktionen sind auch für die Steuerung des Gegendruckerzeugers 11, für die Förderpumpe 9 ist auch und die Restmaische-Pumpe 12 definierbar. Die einzelnen Funktionen sind in der Steuervorrichtung 20 speicherbar. Die Parameter sind für die einzelnen Arten von Maischen unterschiedlich, sodass es vorteilhaft ist, wenn in der Steuervorrichtung 20 eine Vielzahl von Parameter-Sätzen ablegbar ist. Jedem Ausgangsprodukt kann ein solcher Parameter-Satz zugeordnet werden. Für die Bedienperson einer solchen Vorrichtung bedeutet dies eine entsprechende Arbeitserleichterung. Grösseres Fachwissen ist dann sogar entbehrlich, sodass solche Vorrichtungen auch in solchen Landwirtschaftsprodukte erzeugenden Ländern, in denen ein Mangel an fachlich qualifiziertem Personal besteht, vorteilhaft einsetzbar sind.
In der Fig. 7 ist eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Fig. 1 gezeigt. An Stelle des Drosselventils 26 in der Saftabflussleitung 25 ist hier eine Saugpumpe 60 vorhanden. Diese erzeugt einen Unterdruck in der Saftkammer 7. Weil sich dadurch der über dem Filterrohr 1 wirkende Druck erhöht, kann entsprechend der Förderdruck PF niedriger gewählt werden, ohne dass die Entsaftungsleistung sinkt. Die Saugpumpe 60 ist wie das Drosselventil 26 (Fig. 1) von der Steuervorrichtung 20 ansteuerbar.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Entsaftung von Maischen kontinuierlich erfolgen, was eine hohe Produktionsleistung ergibt. Eine solche Vorrichtung kann sehr wirtschaftlich betrieben werden.
The invention relates to a device for pre-juicing of the type mentioned in the preamble of claim 1 and to a method for operating such a device according to the preamble of claim 11.
Such devices are used to separate fractions of chopped fruit, commonly known as mash, into juice on the one hand and solids such as peels, seeds, stems and cell walls on the other. Fruits here are understood to mean both fruits and vegetables.
Such a device is known from DE-Al-3 146 025, namely a membrane press. Another such device is known from DE-Al-19 636 030. This is also a press. Such presses usually work with a pressure of 10 bar or more. As a result, a lot of finer solids are pushed through the filter, so the quality of the juice is unsatisfactory.
A device for pre-juicing of the type mentioned in the preamble of claim 1 is known from DE-Al-4 122 634, which relates to a method for obtaining naturally cloudy fruit and vegetable juices. A solid-bowl screw centrifuge is used as the device. The known prior art is commented on in detail.
Presses usually work discontinuously, as do centrifuges. The mash is filled in and juice is separated from the solids by pressing or centrifuging. After the solids have been removed, they can be filled again. However, centrifuges are also known that work continuously.
The invention is based on the object of providing a device which enables continuous operation and which can be operated more economically than the known prior art in that the investment and operating costs are lower.
According to the invention, the stated object is achieved by the features of claim 1. Advantageous further developments result from the dependent claims.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
Show it:
1 is a diagram of the device according to the invention,
2 diagrams of the pressure curve,
3 details of a filter tube,
4 shows a system with devices according to the invention arranged in parallel,
5 shows a further exemplary embodiment of a system,
Fig. 6 shows a special embodiment of a back pressure generator and
Fig. 7 shows an alternative embodiment of the device.
1 shows a diagram of the device for preliminary juicing according to the invention, which has a filter tube 1, about the longitudinal axis of which a shaft 3 with an auger 4 attached to it can be rotated, which is driven by a motor 5. The filter tube 1 is surrounded by a chamber wall 6. Filter tube 1 and chamber wall 6 thus enclose a juice chamber 7.
The device to be juiced, the material to be juiced, the mash, is fed via an inlet connection 8. The supply takes place by means of a feed pump 9, which generates a feed pressure PF. In the flow direction behind the filter tube 1, an outlet connection 10 is arranged, to which a back pressure generator 11 connects. This back pressure generator 11 is advantageously a hose pinch valve.
The mash is fed to the device for preliminary juicing by means of the feed pump 9. The juice can pass through the filter tube 1 into the juice chamber 7 over the entire length of the filter tube 1. As a result, the juice content in the mash in the interior 2 becomes smaller and smaller over the length of the filter tube 1 from its inlet E to its outlet A. The percentage of pulp increases accordingly.
The solids content is deposited on the inner surface of the filter tube 1, the deposit thickness increasing due to the increasing solids content between the inlet E and the outlet A. The task of the screw 4 is to remove these deposits of solid matter from the interior 2 in order to prevent an increasingly impermeable layer of solid matter from being deposited in the filter tube 1, which would impair the juicing performance. This enables the device for pre-juicing to work continuously, since the fact that sedimentation of solid particles is continuously conveyed to the outlet nozzle 10 cannot block the filter tube 1.
The build-up of such a layer of solids would also require that the delivery pressure PF be increased so that the juicing performance does not decrease. The maximum possible juicing performance is only achieved if the juicing takes place over the entire length of the filter tube 1. If parts of the filter tube 1 are blocked by solids, juicing will no longer take place in this area. In addition, it must be taken into account that an increase in the delivery pressure PF can be disadvantageous because solid particles then adhere all the more to the surface of the filter tube 1, penetrate into openings in the filter tube 1 and thus clog the latter. If the deposition of solids is largely prevented, the discharge pressure PF can be lower. If the delivery pressure PF is lower, this also enables a lighter construction of the device.
The investment costs are therefore lower.
With the help of the counter-pressure generator 11, it is possible to adjust or regulate the pressure acting over the filter tube. The counterpressure generator 11 must be such that it does not become blocked by the material leaving the device for pre-juicing, namely the residual mash with only a small amount of juice. A hose pinch valve is well suited for this. Further refinements will be shown.
A residual mash pump 12, which sucks off the residual mash, is advantageously arranged behind the counterpressure generator 11 in the drain line, not shown. This has the advantage that the pressure PF to be generated by the feed pump 9 can be lower because it does not have to be used to remove the residual mash from the device for pre-juicing. The pressure PF can thus be optimized with regard to the separation of the mash into juice and solids by means of the filter tube 1. The amount of pressure PF depends on the product to be processed and is, for example, greater for apple mash than for grape mash.
In order to be able to optimally design the operation of the device for preliminary juicing, it is advantageous if the device has a control device 20. This control device 20 is supplied with signals which characterize the process. A first significant signal is that which characterizes the flow rate Q9. The signal SQ9 correlated with the delivery flow Q9 can be the speed of the delivery pump 9, but can also originate from a flow meter 21, which is indicated by broken lines in FIG. 1. It is also advantageous if means are available to detect the pressure at inlet E and outlet A. An inlet pressure sensor 22 and an outlet pressure sensor 23 are used for this purpose. The inlet pressure PE determined by the inlet pressure sensor 22 and the outlet pressure PA determined by the outlet pressure sensor 23 are supplied to the control device 20.
It is also advantageous if the pressure in the juice chamber 7 can also be determined. For this purpose, a secondary pressure sensor 24 is used, which measures the secondary pressure PS in the juice chamber 7. Its signal is also fed to the control device 20. In order to make the secondary pressure PS in the juice chamber 7 controllable in an advantageous manner, it is advantageous if a throttle valve 26 is arranged in a line from which the juice can flow out of the juice chamber 7, namely in the juice discharge line 25 the control device 20 is controllable.
The back pressure generator 11 can also be controlled by the control device 20. It is also advantageous if the delivery flow generated by the residual mash pump 12 can also be measured. In analogy to the detection of the delivery flow Q9 generated by the delivery pump 9, the control device 20 is supplied with a signal SQ12 which correlates with the delivery flow Q12 generated by the residual mash pump 12 and is either based on the speed of the residual mash pump 12 or by means of a further flow meter 27 is generated. Here, too, an alternative embodiment is shown by means of dashed lines.
The pitch of the screw 4 can be between 10 and 25 degrees, for example 17.5 degrees. It is important that the outside diameter of the screw 4 is somewhat smaller than the inside diameter of the filter tube 1. The screw 4 does not touch the filter tube 1. The distance between the screw 4 and the inner surface of the filter tube 1 should not be greater than 2 mm.
Such a device can be operated with a delivery pressure PF of significantly less than 10 bar, advantageously below 5 bar. The difference between the inlet pressure PE and the outlet pressure PA is advantageously not greater than 1 to 2 bar. The control device 20 keeps this value constant. As a result, even with fluctuating solids content in the mash, the device for preliminary juicing can be operated with optimal separation performance.
The device described above now allows the pre-juicing process to be optimally controlled. Due to the fact that the juice content in the mash decreases between the entrance E and the exit A, the viscosity increases. It follows at the same time that the effective pressure alone cannot be constant over the length of the filter tube 1 if one looks at the filter tube 1 alone and disregards the action of the screw 4. The pressure at the input E is PE and the pressure at the output A is PA. This is shown in FIG. 2 as the topmost of the three curves. This applies when the shaft 3 with the worm 4 attached to it is not present. This curve thus shows the static pressure curve Pstat over the length of the filter tube 1.
The effect of the shaft 3 with the worm 4 attached to it is shown in the middle diagram of FIG. 2. It shows three curves Pdyn, each of which applies to a specific speed of shaft 3. The exact position of the curve naturally also depends on the type of mash.
The effectively effective pressure curve between the input E and the output A now results from the addition of the two curves Pstat and Pdyn, which is shown in the bottom diagram in FIG. 2. The Psum curve is shown here. That is the effective pressure.
The operating behavior of the device according to the invention can be optimized by selecting the setting parameters for all possible types of mashing different products. The delivery pressure PF and thus also the inlet pressure PE can be changed by varying the speed of the delivery pump 9. The output pressure PA can be changed by varying the control of the back pressure generator 11 and the speed of the residual mash pump 12. Thus, the pressure difference between the inlet E and the outlet A in the filter tube 1 can also be changed. This pressure difference should be as small as possible.
In addition, the dynamic pressure drop can be changed by selecting the speed of shaft 3. As shown, the change in the speed of the shaft 3 affects the pressure profile in the filter tube 1, that is to say influences the values measured by the inlet pressure sensor 22 and the outlet pressure sensor 23. Because the inlet pressure PE and the outlet pressure PA can be measured by means of the inlet pressure sensor 22 and the outlet pressure sensor 23, the control device 20 can regulate the pressure difference. It is thus also possible to store predetermined characteristic numbers or characteristic curves for different types of mash in the control device 20 in order to ensure that the device for pre-juicing automatically ensures optimal operation.
The dynamic pressure drop can also be influenced in that the screw 4 is dimensioned differently. The dynamic pressure drop is also determined by the pitch of the screw 4 and by the distance between the screw 4 and the filter tube 1. In addition, there is also the possibility of varying the diameter of the shaft 3. It can also be advantageous if the diameter of the shaft 3 is not constant, but rather increases between the input E and the output A.
The optimization can be supplemented by the fact that the secondary pressure PS in the juice chamber 7 can be detected by means of the secondary pressure sensor 24, with which the position of the throttle valve 26 in the juice drain line 25 can then be controlled and regulated. If the viscosity of the juice differs depending on the starting product, this can also be taken into account when regulating the device for pre-juicing.
Due to the course of the static pressure -Pstat according to the uppermost curve in FIG. 2, the juicing performance at the entrance E is high and decreases significantly towards the exit A. Under the action of the shaft 3 with the worm 4 attached to it, the dynamic pressure Pdyn arises, which increases significantly from the inlet E to the outlet A. The actually effective pressure Psum is now practically constant from inlet E to outlet A. If one compares the curves for the pressure Pstat and the pressure Psum, it can be seen that the separation performance is improved over the length of the filter tube 1 and is therefore significantly greater than in the case where there is no shaft 3 with the screw attached to it 4 the separation performance is determined solely by the course of the static pressure Pstat.
FIG. 3 shows an unscaled schematic view of a filter tube 1. Columns 29 are present in the outer surface of the filter tube 1. These can be axial, i.e. parallel to the axis of the filter tube 1 shown in dashed lines, or perpendicular to it. The axially arranged gaps 29 are drawn in dashed lines because this arrangement is not favorable for reasons of strength. The arrangement perpendicular to the axis of the filter tube 1 is therefore preferred. This is particularly preferable when the filter tube 1 is thin-walled, for example only 0.5 mm thick. Otherwise, the thickness of the filter tube 1 can be in the range 0.2 to 3 mm. The gaps 29 are advantageously about 0.5 mm wide. However, their width can also be in the range 0.1 to 2 mm, which depends on the type of mash, in particular on the degree of comminution.
The length of the column 29 can be, for example, 2 to 10 mm.
FIG. 4 shows a system with devices according to the invention arranged in parallel according to the type of FIG. 1, the individual parallel units each corresponding to FIG. 1, but not shown in all details here. By connecting several such devices in parallel, very large juicing systems can also be realized. In addition, it is shown here that it can be advantageous to provide a screw conveyor 30 for conveying the residual mash behind the individual devices for preliminary juicing. This is advantageous because the residual mash may have a very considerable viscosity. It is also shown here that the mash is supplied from a batch tank 31.
The screw conveyor 30 rotates in a drain line 32. In order that the screw conveyor 30 does not engage in the space of the shafts 3 which carry the screws 4, the drain pipe 32 is correspondingly offset laterally. However, it is also possible to arrange the shafts 3 on the input side, as shown in FIG. 1.
5 shows a further exemplary embodiment of a system with devices according to the invention arranged in parallel according to the type of FIG. 1, the individual parallel units each corresponding to FIG. 1, but also not shown in all details here. The same reference numbers correspond to the same parts.
Two devices according to FIG. 1 are shown, which are arranged in parallel. The residual mash leaving the devices on the back pressure generator 11 is required by means of the residual mash pump 12. A drain valve 40 is located behind the residual mash pump 12, through which the residual mash can be drained. This residual mash can, for example, be fed to a filter press in order to further juice the residual mash. Between the residual mash pump 12 and the drain valve 40 branches off a return pipe 41 into which a return check valve 42 is inserted. The residual mash or part of it can thus be conveyed back to the batch tank 31, as is known per se from cross-flow filtration systems. If the drain valve 40 is completely closed and the recirculation shutoff valve 42 is fully opened, all of the remaining mash is returned to the batch tank 31.
This is useful when the solids content of the material to be processed is very small. Because initially no residual mash is removed from the system, the solids content slowly increases. Only when the solids content has reached a certain size, that is to say when juicing has already taken place, is the drain valve 40 opened and at the same time the return check valve 42 closed. This can improve the operation of the system. Even with a material to be processed with a very small solid content, it can be achieved that the residual mash leaving the system has only a small amount of juice, so that it can then be fed to the downstream filter press.
FIG. 6 shows a special embodiment of the counterpressure generator 11 which, instead of the embodiment shown in FIG. 1, connects as a hose pinch valve to the outlet connection behind the filter tube 1. The back pressure generator 11 of this embodiment consists of a tube 50, in which a screw 51 is arranged, which is attached to a shaft 52 and rotates with it. The shaft 52 is driven by a drive motor 53. The direction of rotation of the drive motor 53 and the worm 51 are designed so that the back pressure generator 11 brakes the residual mash that passes through. By changing the speed of the drive motor 53, the size of the back pressure can be set very precisely.
The drive motor 53 can be controlled by the control device 20, so that the pressure PA effective at the output A can be regulated so that the device for juicing works optimally.
A hose pump can also be used as the counter pressure generator 11. An eccentric screw press can also be used as the counter pressure generator 11.
The control device 20 generates control signals for the motor 5 and for the back pressure generator 11, if necessary also for the residual mash pump 12 and for the feed pump 9. The control signal y5 for the motor 5, which drives the shaft 3 with the worm 4, is one function
f (PE, PA, PS, Q9 and Q12),
all of which have been mentioned previously.
Such functions can also be defined for the control of the back pressure generator 11, for the feed pump 9 and the residual mash pump 12. The individual functions can be stored in the control device 20. The parameters are different for the individual types of mash, so that it is advantageous if a multiplicity of parameter sets can be stored in the control device 20. Such a parameter set can be assigned to each output product. For the operator of such a device, this means a corresponding reduction in workload. Greater specialist knowledge is then even superfluous, so that such devices can also be used advantageously in those agricultural product-producing countries in which there is a shortage of professionally qualified personnel.
An alternative embodiment of the device according to FIG. 1 is shown in FIG. 7. Instead of the throttle valve 26 in the juice drain line 25, a suction pump 60 is provided here. This creates a negative pressure in the juice chamber 7. Because this increases the pressure acting over the filter tube 1, the delivery pressure PF can accordingly be chosen lower without the juicing performance falling. The suction pump 60, like the throttle valve 26 (FIG. 1), can be controlled by the control device 20.
With the device according to the invention, the juicing of mashes can take place continuously, which results in high production output. Such a device can be operated very economically.