用於製造具有預定表觀密度的澱粉、脂肪或蛋白質類食物或飼料的方法和設備的製作方法

2023-04-24 08:50:31 4

專利名稱：用於製造具有預定表觀密度的澱粉、脂肪或蛋白質類食物或飼料的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1和權利要求29的前序部分的用於從 澱粉、脂肪或蛋白質類的含水質量塊連續製造澱粉、脂肪或蛋白質類松 散食物或飼料、或工業半成品的設備和方法。
背景技術：
在從澱粉、脂肪或蛋白質類的含水質量塊製造澱粉、脂肪或蛋白質 類食物或飼料、或工業半成品的過程中，就產品質量而言，主要有兩個 參數比較重要。第一個參數是在處理過程中引入到產品內的比機械能 (SME)，而第二個參數是製成品的表觀密度或顆粒密度。用於製造幵始提到的產品的公知方法利用例如一個或多個擠壓機來 實現這個目的。這裡，MSME經由通過旋轉的螺杆產生的剪切力被引入 到在擠壓機的處理區域中的產品內。這裡使用的擠壓機通常具有進料區， 處理區和模製區。SME受下列處理和系統參數(工藝變量)的影響-原材料特性(配方)-溼度(產品溼度)-擠壓機螺杆結構-螺杆速度-填充水平通常，原材料特性或配方是規定的，且因此能基本不受影響。 通過溼度(產品溼度)來影響SME是昂貴的，因為在隨後的乾燥過 程中必須再次去除額外添加到產品中的水分，這產生額外的能量支出。 調節螺杆結構需要至少對螺杆進行結構修改，因此非常昂貴。
改變螺杆速度導致生產量改變。但是，通常是以最大的速度進行作 業來實現最大的生產量。因此，速度降低會導致生產量減少。結果，只有改變填充水平一個選擇。但是，在以前公知的基於擠壓 機的方法中，在不改變其他工藝變量的情況下，不可能改變填充水平。因此，就所有實用目的而言，在不改變其他工藝變量的情況下，不能調節或設置SME。 發明內容本發明的目的是，在使得在不改變其他工藝變量的情況下，可在開 始提到的設備中和開始提到的方法中調節或設置SME以及監測並控制產 品的表觀密度或密度(顆粒密度)。通過根據本發明的權利要求1以及權利要求29所述的設備和方法實 現這個目的。根據本發明的設備具有下列連續的區域，質量塊沿著這些區域被傳送 具有第一處理部分的第一區域，所述質量塊在該區域中被充分混合，且機械能和/或熱能被引入到該質量塊中； 具有第二處理部分的第二區域，在該區域中，在所述質量塊中累積壓力；和 用於容納從所述第二區域排出的所述質量塊的第三區域； 其中，在所述第二區域和所述第三區域之間設置成形單元，加壓的 質量塊在被排入所述第三區域之前通過該成形單元可形成為特定形狀， 所述設備的特徵在於，所述設備包括在所述第一區域和第二區域之間的 可調節的阻擋器，該阻擋器限制所述質量塊的傳送，而且為所述第三區 域設置測量裝置，所述測量裝置能用來確定與在所述第三區域中形成的 成品鬆散食物或飼料或工業半成品的表觀密度和/或密度相關的產品參 數。所述第一區域和第二區域之間的可調節阻擋器使得其可以獨立於所 有其他工藝變量而影響所述第一區域中的所述填充水平，並從而獨立於
所有其他工藝變量而影響所述第一區域中的SME。甚至可以在處理過程中進行在線監測以及如果需要的話改變所述填充水平和SME。因此，與公知的傳統方法和設備相比，在調節或控制處理過程方面 獲得額外的自由度，從而確保穩定的高產品質量。所述測量裝置優選通過數據傳送路徑與阻擋器致動裝置連接，從而 根據可由所述測量裝置確定的產品參數來設置所述可調節阻擋器。所述數據傳送路徑優選具有數據處理單元，用於將由所述測量裝置 接收的產品參數數據處理成用於所述阻擋器致動裝置的控制數據。尤其 有利的是，所述數據處理單元是可編程的，從而該數據處理單元可調節 成適應於不同的測量裝置和致動裝置。所述測量裝置優選具有取樣器，用於取出預定的鬆散材料樣品量， 並將該鬆散樣品量填入測量室。結果，可在恆定的時間間隔從在所述第 三區域中形成的鬆散材料流中取出樣品，從而使得可以準連續地檢測樣 品，且因此監測產品，並且如果需要的話，能進行處理條件、尤其是SME 的校正。所述測量裝置優選具有用於確定所述鬆散材料樣品量的質量的刻 度。這使得可以根據規定確定產品的表觀密度。所述測量裝置還能具有用於電磁(EM)輻射的源和接收機，在該源 和接收機之間存在穿過所述測量室的EM輻射路徑。給定強度的EM輻 射在經過所述鬆散材料樣品量時發生的減弱以及其傳播速率的改變也能 被用來間接地確定所述表觀密度。在另一有利的實施方式中，在所述測量裝置的所述測量室中的所述 鬆散材料樣品量的鬆散材料可以固定，且所述測量裝置在流體入口和流 體出口之間具有穿過所述測量室的流路。測量流體在經過所述測量室中 的鬆散材料樣品量時的壓降和流體通過量得到其流動阻力，特別是其氣 動阻力，該阻力也可以用來間接地確定所述表觀密度。在另一有利的實施方式中，所述測量裝置具有聲源和聲音接收機， 在該聲源和聲音接收機之間設置有穿過所述測量室的聲路。與所述EM 波一樣，給定強度的引入聲波在經過所述鬆散材料樣品量時發生的減弱 以及它們的傳播速率的改變能被用來間接地確定所述表觀密度。在一特別有利的使得能實際連續地監測表觀密度的實施方式中，所 述測量裝置具有布置在所述第三區域中或之後的碰撞表面，該表面延伸 進入形成在所述第三區域中的鬆散材料流中。該測量裝置還具有聲音接 收機，用於記錄碰撞噪音的聲譜，且所述數據處理單元設置有用於分析 所記錄的聲譜的頻譜分析器。所述碰撞噪音的聲譜對於所述表觀密度是 特有的("聲音指紋")，因此能用來對表觀密度進行監測。在另 一特別有利的能準連續地監測所述表觀密度的實施方式中，所 述測量裝置包括分離裝置，用於使形成在所述第三區域中的鬆散材料 流的鬆散材料顆粒分離；和光學成像系統，用於獲得相應的各個鬆散材 料顆粒的投影表面。在這種情況下，所述數據處理單元為頻譜分析器， 用於分析所記錄的投影表面頻譜。所述數據處理單元優選包括存儲器，用於存儲與所述鬆散材料的 設定點表觀密度相對應的各個產品參數的設定點；和比較器，用於比較 由所述測量裝置獲得的相應產品參數的實際值與其設定點。優選的是，以組合的方式對所述測量室內的鬆散材料樣品執行上述 產品參數測量處理，使得可以確實改進在所述測量裝置中確定的產品參 數和待監測的產品的容積密度之間的相關性。所述可調節的阻擋器優選為可調節的截面變窄器。所述第三區域可以處於低於或高於所述質量塊中含有的水的飽和蒸汽壓力的壓力下。這使得可以以膨脹形式或未膨脹形式製造開始所述的 口廣口口 o在一個優選實施方式中，所述第一區域和第二區域由多螺杆擠壓機、特別是同步旋轉的雙螺杆擠壓機(co-rotating two-screw extruder)的處理 部分構成。這個實施方式的特徵在於所述設備的緊湊性。在另一優選實施方式中，所述第一區域由多螺杆擠壓機、特別是反 向旋轉的雙螺杆擠壓機的處理部分構成，且所述第二區域由單螺杆擠壓 機、反向旋轉的雙螺杆擠壓機或齒輪泵的處理部分構成。這個實施方式 在一方面允許強烈的剪切碰撞，且因此允許向所述產品輸入高的SME，
而另一方面允許強烈的泵送作用，且因此在所述第二區域中的產品中累 積較強壓力。預處理器優選與所述多螺杆擠壓機串連。所述預處理器和所述多螺 杆擠壓機然後一起形成根據本發明的設備的所述第一區域。所述預處理 器優選具有兩個串連連接的腔室。初始材料在所述產品在所述第一腔室 中的相對較短的保留時間內被打溼，而在所述第二腔室中水能在相對較 長的保留時間內作用於所述初始材料。所述可調節的阻擋器優選布置在所述多螺杆擠壓機或雙螺杆擠壓機 的縱向剖面內，位於所述多螺杆擠壓機或雙螺杆擠壓機的整體長度的1/5與4/5之間，特別是在2/5和3/5之間的位置處。這確保在所述可調節阻 擋器的上遊設置有足夠的處理空間來用於可通過阻擋器調節的SME產品 輸入，且在所述可調節阻擋器的下遊設置有足夠的處理空間來用於產品 壓力累積。所述可調節的阻擋器還能布置在由所述多螺杆擠壓機或雙螺杆擠壓 機形成的所述第一區域的下遊傳送端處，或者可以布置在由所述單螺杆 擠壓機、反向旋轉的雙螺杆擠壓機或齒輪泵形成的所述第二區域的上遊 傳送端處。結果，在所述阻擋器上遊CME可以設置為相對較高的程度， 而在所述阻擋器的下遊存在有強的泵送作用，實現較寬壓力範圍內的壓 力累積。在另一優選實施方式中，所述可調節的阻擋器由所述擠壓機的所述 螺杆或多個螺杆的相應無螺紋、旋轉對稱部分構成，且包括至少一個能 相對所述相應的旋轉對稱部分運動並具有與相應旋轉對稱部分互補的凹 處的限位器，從而在所述相應的旋轉對稱部分與所述限位器的互補凹處 之間形成具有可調隙寬的間隙。所述限位器相對於與其對應的旋轉對稱 部分的運動使得可以容易地從所述擠壓機的外側設置阻擋器在擠壓機中 的鎖定效果。在尤其有利的實施方式中，根據本發明的設備具有壓力設置部件， 用於設置所述第二區域中的質量塊中的壓力。所述壓力設置部件可以是 改變存在於所述質量塊中的水量的裝置，尤其是用於有選擇地向所述第
二區域供應水蒸氣或從該第二區域去除水蒸氣的裝置。這使得可以設置 所述產品中的壓力，當目標為製造成具有由產品中的水蒸氣含量和壓力 確定的表觀密度的膨脹擠壓品時，這一點尤其重要。以這樣的方式使所述可調節的阻擋器(SME控制模塊)與壓力設置 部件(密度控制模塊)相互連接使得在一方面，可以獨立地影響基於產 品處理的熱煉(cooking)程度(SME)，且另一方面獨立地影響產品的密 度或表面密度。例如，這兩個模塊均可以分布在單個擠壓機(同步旋轉 的雙螺杆擠壓機)內，或兩個不同的擠壓機(SME控制模塊位於同步旋 轉的雙螺杆擠壓機的結束處和密度控制模塊位於反向旋轉的雙螺杆擠壓 機、單螺杆擠壓機或齒輪泵的開始處)之中。所述壓力設置部件優選具有用於向所述第二區域供應水蒸氣的供給 管線和從所述第二區域去除水蒸氣的排出管線，其中所述供給管線和所 述排出管線可以有選擇地被打開或阻塞。具體而言，通過阻塞或打幵所 述相應的管線，使得可以設置膨脹的擠壓品的表觀密度，或防止所述擠壓品月彭脹。在一個特別優選的實施方式中，所述壓力設置部件包括供給管線，該管線連接所述第二區域和水蒸氣產生系統；第一排出管線，該第一排 出管線連接所述第二區域和真空系統；和第二排出管線，該第二排出管 線連接所述第二區域和第一區域，其中所述供給管線與所述第一和第二 排出管線能被有選擇地打開或阻塞。連接所述第二區域與所述第一區域 可以使來自所述第二區域的用於設置所述壓力的水蒸氣返回所述第一區 域，例如，尤其是返回所述預處理器。這在一方面節省了能量，且在很 大程度上防止惡臭蒸汽散發到周圍空氣中。在另一特別有利實施方式中，所述測量裝置包含在所述第三區域中 的壓力傳感器，其中可用於設置所述第三區域中的壓力的壓力設置部件 連接到所述第三區域。這使得可以進一步影響所述第三區域中的產品的 膨脹行為。在這種情況下，所述測量裝置通過數據傳送路徑與壓力設置部件致 動裝置連接，以根據可由所述測量裝置確定的壓力或所述第三區域中的
上述產品參數中的一個產品參數設置所述壓力設置部件。這裡的所述數據傳送路徑包含數據處理單元，以將由所述測量裝置接收的來自所述第三區域的產品參數數據或壓力值處理成用於壓力設置部件致動裝置的控制數據。所述成形單元優選為具有旋轉切割刃的模板。這使得可在所述產品離開所述模板時，通過使產品或多或少膨脹，或根本不膨脹，可以將開始所描述的產品製造成表觀密度可調節的顆粒形式。根據本發明的方法具有在連續區域中的下列順序步驟a) 傳送所述質量塊經過具有第一處理部分的第一區域，在該 區域中，所述質量塊通過暴露於機械能和/或熱能而被充分混合和揉捏，且水作用在所述質量塊上；b) 傳送所述質量塊經過具有第二處理部分的第二區域，在該 區域中，在所述質量塊內累積壓力；c) 通過布置在所述第二區域和第三區域之間的成形單元形成 加壓的質量塊；d) 將所述加壓且形成的質量塊排入所述第三區域； 所述方法的特徵在於，通過使阻止所述質量塊在所述第一 區域和所述第二區域之間傳送的阻擋器直立來設置在所述 第一區域中發生的輸入所述質量塊的比機械能，且採用測 量裝置來確定所述第三區域中的產品參數，該參數與成品 食物或飼料或工業半成品的表觀密度和/或密度相關。優選地根據在所述測量裝置中確定的產品參數設置所述阻擋器，其 中優選地將在所述測量裝置中確定的產品參數的實際值與所述產品參數 的預定設定點進行比較，且根據所述產品參數的實際值/設定點偏差設置 所述阻擋器。在生產鬆散食物或飼料的過程中，優選的是，從所述第三區域中的 鬆散材料流中反覆地取出鬆散材料樣品量。該鬆散材料樣品量優選保持 在測量腔室中，且能用於將下列測量得到的變量中的至少一個確定為產 品參數鬆散材料樣品量的質量；電磁輻射、尤其是伽馬輻射在經過所
述鬆散材料樣品量時的減弱；電磁輻射、尤其是微波輻射在經過所述鬆散材料樣品量時的傳播速率；流體、尤其是壓縮空氣在經過固定的鬆散 材料樣品量時的壓降；機械波、尤其是聲波在經過所述鬆散材料樣品量 時的減弱。所述產品參數也可以是所述鬆散材料流在其撞擊碰撞表面或相對碰 撞表面偏轉時在所述第三區域內或在所述第三區域後產生的碰撞噪音的 聲譜。為此，也可以使用所述鬆散材料流偏轉進入氣動鬆散材料傳送系 統的管狀彎頭時的聲譜。為了獲得其他產品參數，使所述鬆散材料流的顆粒從所述第三區域 分離，其中每個鬆散材料顆粒在光學上單獨獲得，然後可採用所述鬆散 材料顆粒的投影表面頻譜作為所述產品參數。如上所述，還可以測量所述第三區域中的壓力。該壓力非常容易與 膨脹的產品的表觀密度或顆粒密度相關聯。優選的是，在所述第二區域中設置所述質量塊中的壓力，其中優選 的是通過在所述第二區域中供應或去除水蒸氣來設置所述壓力，從而改 變所述質量塊的含水量或產品溼度。尤其有利的是，有選擇地向所述第二區域供應由水蒸氣產生系統產 生的水蒸氣，或從所述第二區域中向真空系統釋放水蒸氣，或使水蒸氣 從所述第二區域返回所述第一區域。


可以從下面參照附圖對示例性實施方式的描述明白本發明的其他優點、特點和可能的應用，這些附圖不應被認為是限制性的。圖中 圖1是根據本發明的設備和根據本發明的方法的單純圖示； 圖2是根據本發明的設備的第一示例性實施方式的局部分解圖示； 圖3是根據本發明的設備的第二示例性實施方式的局部分解圖示； 圖4是根據本發明的設備的第三示例性實施方式的局部分解圖示；圖5是根據本發明的可調節阻擋器的第一實施方式的局部分解圖示；
圖6A、 6B、 6C和圖6D是根據本發明的可調節阻擋器的第二實施 方式處於不同操作設置下的立體圖示。
具體實施方式
圖1示出了根據本發明的設備和根據本發明的方法的單純圖示。箭 頭F表示質量塊通過所述設備的產品流動。所述設備沿著產品流的方向具有下列區域*第一區域2，在該區域中，質量塊被完全混合，且機械能和/或熱 能被引入到所述質量塊中(步驟a);*第二區域4，在該區域中，在所述質量塊中累積壓力(步驟b);*第三區域6，該區域用於接收從第二區域4排出的質量塊。 成形單元5位於第二區域4和第三區域6之間，加壓的質量塊通過 該成形單元在被排出到第三區域6之前形成為特定形狀(步驟c)。在設備的第一區域2和第二區域4之間還布置有可調節的阻擋器3， 其與產品參數測量裝置S，數據傳送路徑L，測量數據處理裝置V，和阻 擋器致動裝置Al —起阻止質量塊的傳送。測量裝置S用來測量從第三區 域6出來的產品的產品參數。為此，利用取樣器(未示出)從第三區域6 中的鬆散材料流中抽取鬆散材料樣品，並將其傳送到測量腔室或測量室 內。優選為碗形的取樣器也可以用作測量室。在測量室中確定的產品參數可以為與產品的表觀密度或(顆粒)密 度相關的任何產品參數。可以測量這其中的下列參數 ,鬆散材料樣品量的質量 電磁輻射、尤其是伽馬輻射在經過所述鬆散材料樣品量時的減弱 電磁輻射、尤其是微波輻射在經過所述鬆散材料樣品量時的傳播速率 流體、尤其是壓縮空氣在經過固定的鬆散材料樣品量時的壓降 機械波、尤其是聲波在經過所述鬆散材料樣品量時的減弱。 在用於相應的產品參數的測量裝置S中獲得的測量數據經由數據傳 送路徑L被供應給測量數據處理裝置V。在該測量數據處理裝置中，測 量數據被處理成用於阻擋器致動裝置A1的致動數據，該致動數據然後經由數據傳送路徑L被傳輸給阻擋器致動裝置Al以相應地設置阻擋器器 3。這影響了分別獲得的產品參數。這樣，可以控制並監測各個產品參數。 圖1中括號內的附圖標記表示在圖2，圖3和圖4中的對應附圖標記。圖2示出了根據本發明的設備的第一示例性實施方式的局部分解圖示0所述設備沿著產品流動的方向具有下列部分，預處理器1，其具有第一腔室la和第二腔室lb，在該第一和第二 腔室中，工具(未示出)由電機M1和M2驅動，其中第一腔室和第二腔 室串連連接；' 同步旋轉的雙螺杆擠壓機7，其具有第一局部處理部分7a和第二 局部處理部分7b，在這兩個部分之間布置有可調節的阻擋器3; 成形單元5，其位於擠壓機7的下遊傳送端部，例如為模板和旋 轉的切割刃的形式；和-最後，第三區域6，其接收例如呈鬆散材料流形式的完全成形產品。 沿著產品傳送方向，由電機3經由齒輪箱G驅動的雙螺杆擠壓機7 具有進料區域E、熱煉區域SME (SME引入區域)、可調節阻擋器3、密 度設置區域D、和壓力累積區域P。壓力設置部件11位於密度設置區域 D內。密度設置部件11 一方面與擠壓機7的密度設置區域D連接，另一方 面與供給管線12、第一排出管線13和第二排出管線14連接。壓力設置 部件可具有保持機構(傳送回擠壓機的螺杆)，以防止產品與吸入的蒸汽 一起離開擠壓機7。供給管線12中的閥12a、第一排出管線13中的閥13a 和第二排出管線14中的閥14a使得可以選擇性地向擠壓機的第二局部處 理部分7b供應水蒸氣或從該處去除水蒸氣，其中去除的水蒸氣優選經由 排出管線14返回預處理器1。下列部件被分配給壓力設置部件11或與之連接 -供給管線12,其連接第二局部處理部分7b與水蒸氣產生系統(未 示出)； 第一排出管線13，其連接第二局部處理部分7b與真空系統(未 示出)；以及 第二排出管線14，其連接第二局部處理部分7b與預處理器l，其中供給管線12以及第一和第二排出管線可選擇地經由相應的閥 12a， 13a和14a被打開或阻塞。用於製造澱粉、脂肪或蛋白質類食物或飼料的初始材料(原材料) 有含澱粉、脂肪或蛋白質的原材料，以及水。這些或者在全部處於預處 理器1內的情況下被供應給第一區域2 (見圖1)，或者逐漸被供應在預 處理器和擠壓機7的第一局部處理部分7a中。只有相對小的SME引入預處理器1，因此在該預處理器中產品還沒 有被熱煉。僅僅在擠壓機7的第一局部處理部分7a中發生大量的SME 引入和實際的熱煉處理。圖2中示出的設備使得一方面可通過經由可調節的阻擋器3設置擠 壓機7的第一局部處理部分7a中的填充水平來調節擠壓機7中的SME 輸入，而另一方面可通過經由壓力設置部件11設置擠壓機的第二局部處 理部分7b中的產品的含水量來調節產品的密度或表觀密度。與傳統的設備相比，根據本發明在擠壓機7的第一局部處理部分7a 和第二局部處理部分7b之間布置可調節的阻擋器3，能使SME輸入調節 和表觀密度調節分開，g卩，可以相互獨立設置SM輸入和表觀密度(產 品密度)。與圖1類似，根據本發明的設備的這個第一示例性實施方式具有產 品參數測量裝置S，數據傳送路徑L，測量數據處理裝置V和阻擋器致 動裝置Al。另外，在該第一示例性實施方式中(與圖3的第二示例性實施方式 一樣)，壓力設置部件致動裝置A2還可以通過數據傳送路徑L連接到測 量數據處理裝置S上。這在測量裝置S具有獲取第三區域6中的大氣壓 力的壓力傳感器時尤為有利。圖3示出了根據本發明的設備的第二示例性實施方式的局部分解圖
示。所有與圖2的相應元件相同的元件由與圖2相同的附圖標記表示。圖3中的設備與圖2中的設備的不同之處在於，壓力設置部件11分 配有蒸汽射流泵20，該泵具有蒸汽射流入口 20a，蒸汽射流出口20b和 吸入口 20c。蒸汽射流泵20使得可以在蒸汽射流從入口 20a到出口 20b 經過該蒸汽射流泵時，在該蒸汽射流泵的吸入口 20c處產生真空。由於 這個示例性實施方式中的蒸汽射流泵20可以用於設置作用於密度設置區 域D的真空，因此蒸汽射流泵20通常包括壓力設置部件。在蒸汽射流泵20中，蒸汽射流入口 20a通過第一蒸汽管線21與水 一蒸汽產生系統(未示出)連接，蒸汽射流出口 20b通過第二蒸汽管線 22與預處理器1連接，且吸入口 20c通過第三蒸汽管線23與第二局部處 理部分7b連接，其中第一蒸汽管線21、第二蒸汽管線22和第三蒸汽管 線23各具有第一、第二和第三閥(未示出)，這些管線中的每一個可以 通過這些閥被有選擇地打開或阻塞。另外，設置有連接第一蒸汽管線21和第三蒸汽管線23的第四蒸汽 管線(未示出)，從而圍繞蒸汽射流泵20形成橋式管線(旁通管線)，其 中第四蒸汽管線具有第四闊(未示出)，該第四蒸汽管線通過該第四閥可 被有選擇地打開或釋放。如果橋式管線被阻塞且蒸汽管線21、 22和23被打開，則蒸汽射流 泵處於吸氣模式，並從局部處理部分7b虹吸水蒸氣。在成形單元5中的 隨後膨脹過程中，這會導致產品密度或表觀密度增大。相反，如果橋式管線和蒸汽管線21和23被打開，而蒸汽管線22被 阻塞，則蒸汽射流泵處於壓力模式，並將經由蒸汽管線21引入的水蒸氣 壓出水蒸汽產生系統而進入局部處理部分7b。在成形單元5中的隨後膨 脹過程中，這會導致產品密度或表觀密度減小。根所需的表觀密度，膨脹的擠壓品(顆粒)的密度或成形單元5 (例如，模板)的膨脹程度可以在一個較寬的範圍內連續調節。與圖1類似，根據本發明的設備的第二示例性實施方式具有產品參 數測量裝置S，數據傳送路徑L，測量數據處理裝置V，和壓力設置部件 致動裝置A2。圖4示出了根據本發明的設備的第三示例性實施方式的局部分解圖示。所有與圖2或圖3中的相應元件相同的元件都由與圖2或圖3中相同的附圖標記表示。圖4的設備與圖3的設備的不同之處在於，蒸汽射流泵20的吸入口 20c同時與擠壓機的第二局部處理部分7b (第二區域4)和第三區域6連 接，該第三區域為切割設備腔室27，在該腔室中存在規定的壓力，並容 納具有旋轉的切割刃的模板。在腔室26中產生的鬆散材料經由閘輪 (sluice wheel) 27離開腔室。蒸汽射流泵20的蒸汽射流入口 20a通過第一蒸汽管線21與水蒸氣 產生系統(未示出)連接，而蒸汽射流泵20的蒸汽射流出口 20b通過第 二蒸汽管線22與預處理器1連接。蒸汽管線21包含可根據需要控制的 閥21a和21b。蒸汽射流泵20使得可以在其吸入口 20c處產生真空。該真空經由第 三蒸汽管線23被供應給擠壓機的局部處理部分7b (第二區域4)，並經 由第四蒸汽管線24輸送給第三區域6或切割設備腔室26。第三蒸汽管線23附接有壓力或溫度傳感器S23，其致動第三蒸汽管 線23中的閥23a。切割設備腔室26附接有壓力或溫度傳感器S26，其致動第四蒸汽管 線24中的閥24a。第五蒸汽管線25還連接水蒸氣產生系統(未示出)與擠壓機的局部 處理部分7b。結果，蒸汽可以被直接引入擠壓機7 (直接蒸汽)。第五蒸 汽管線25包括閥25a，該閥也由傳感器S23致動。通過蒸汽管線23、 24和25與相應的閥23a、 24a和25a之間的相互 作用，以及它們經由傳感器S26和S23的致動，可以控制所製造的鬆散 材料的表觀密度或顆粒密度。也可以用三通閥替換閥23a和25a。這種布置使得可以通過蒸汽射流泵20在第二區域4 (==擠壓機局部 區域b)和/或第三區域6 (二切割設備腔室26)中產生真空。這個蒸汽 射流泵利用來自水蒸汽產生系統(未示出)的處理蒸汽而操作，並允許 擠壓機7和切割設備腔室26的由SME產生的熱能全部返回。使位於擠壓機處的第三蒸汽管線23和/或切割設備腔室26處的第四 蒸汽管線24暴露於真空，以及經由蒸汽管線25直接向擠壓機7供應蒸 汽，使得可以設置由切割設備26產生的鬆散材料的表觀密度或顆粒密度。 傳感器S23和S26與閥23a和25a或24a —起致動，可以在較寬的界限 範圍內改變表觀密度。一般可以利用根據第三示例性實施方式的這個系統設置下列範圍.- 表觀密度，從200kg/m3到650kg/m3.擠壓機中的壓力，從0.5巴到10巴.切割設備中的壓力，從0.5巴到2巴。與圖1、圖2和圖3類似，根據本發明的設備的第三示例性實施方 式還能具有可調節的阻擋器3，產品參數測量裝置S,數據傳送路徑L， 測量數據處理裝置V和阻擋器致動裝置Al和/或壓力設置致動裝置A2。 為清晰起見，在圖4中未示出這些元件S， L， V和A1和/或A2。圖5示出了根據本發明的可調節阻擋器的第一實施方式的局部分解 圖示。可調節的阻擋器3包括 擠壓機7的螺杆或多個螺杆8的相應無螺紋、旋轉對稱部分8a;和 ，至少一個限位器9，其能相對於相應的旋轉對稱部分8a運動，並 具有與相應旋轉對稱部分8a互補的凹處9a。因此，在相應的旋轉對稱部分8a和限位器9的互補凹處9a之間存在具有可調隙寬的壓隙io。在圖5中所示的實施例中，旋轉對稱部分8a和互補的凹處9a是錐 形的。軸向向左移動限位器9使得壓隙10變小，且因此提高局部處理部分 7a中的填充水平，從而使引入的SME升高。軸向向右移動限位器9使得壓隙10變大，且因此降低局部處理部分 7a中的填充水平，從而使引入的SME下降。這樣，能通過改變壓隙10而受到調節的阻擋器3使得能獨立於所有 說明書第15/17頁其他的工藝變量，特別是獨立於第二局部處理部分7b中的產品密度或產品表觀密度的設置而設置引入第一局部處理部分7a中的SME。圖6A、圖6B、圖6C和圖6D示出了根據本發明的可調節阻擋器的 第二實施方式處於不同操作設置下的立體圖示。這裡示出的SME控制模塊3主要包括兩個圓柱形限位器9，它們一 個接一個地布置且具有平行延伸的柱體軸線。這兩個限位器9中的每一 個均具有兩個凹處9a，所述凹處與兩個平行的、嚙合螺杆8的相應旋轉 對稱部分8a互補。兩個圓柱形限位器9中的下限位器由限位器電機M4 驅動。兩個限位器9中的每一個限位器在遠離電機的端部處具有齒輪9b。 兩個齒輪(正齒輪)的半徑和它們的齒設計成嚙合。結果，上限位器9 由電機M4驅動的下限位器9驅動。這使得被致動的限位器9、 9沿相反 的方向運動，使得旋轉對稱部分8a和互補限位器9a之間的壓隙10根據 電機M4的旋轉方向而減小或增大。在這裡示出的實施例中，旋轉對稱部分8a和互補限位器9a是圓柱 形的。圖6A示出了完全打開的SME控制模塊3。所述兩個限位器9， 9轉 動以儘可能相互遠離。這種設置使得可以拆卸螺杆8。圖6B示出旋轉了大約60°的SME控制模塊3。所述兩個限位器9， 9部分地朝向彼此轉動。限位器9， 9的這些和其他操作設置使得可以在 模塊3中設置需要的流動阻力，並因此設置第一局部處理部分7a中的填 充水平(見圖2)。圖6C示出旋轉了大約90°的SME控制模塊3。所述兩個限位器9， 9轉動以儘可能相互遠離。限位器9， 9的這個角度位置實現了基本上完 全的關閉，且因此使模塊3中的流動阻力最大，且因此使第一局部處理 部分7a中的填充水平最大(見圖2)。在這種設置中，螺杆8的圓柱形部 分8a與限位器9， 9的互補凹處9a之間的壓隙10約為0.5mm。圖6D示出了 SME控制模塊的整個單元，包括圖6A、圖6B和圖6C 中未示出的限位器殼體H。
附圖標記1預處理器8a旋轉對稱部分la第一腔室9限位器lb第二腔室9a互補凹處2第一區域9b齒輪3可調節阻擋器M4限位器電機4第二區域H限位器殼體5成形單元，模板10間隙6第三區域11壓力設置部件S產品參數測量裝置12供給管線V測量數據處理裝置12a閥L數據傳送路徑13第一排出管線Al阻擋器致動裝置13a閥A2壓力設置部件致動裝置14第二排出管線7同步旋轉、多螺杆擠壓機或雙14a閥螺杆擠壓機7aMWE或ZWE的第一局部處理20壓力設置部件，部分蒸汽射流泵7bMWE或ZWE的第二局部處理20a蒸汽射流入口部分Ml預處理器的第一電機20b蒸汽射流出口M2預處理器的第二電機20c吸入口M3擠壓機電機21第一蒸汽管線F產品傳送方向22第二蒸汽管線G擠壓機齒輪箱23第三蒸汽管線E進料區域24第四蒸汽管線SMESME弓t入區域(熱煉區域)25第五蒸汽管線D壓力累積區域21a閥S 螺杆21b閥 23 a閥 24a閥 25a閥26切割設備腔室 27 閘輪S23壓力和/或溫度傳感器 S26壓力和/或溫度傳感器
權利要求
1、一種用於從澱粉、脂肪或蛋白質類含水質量塊連續製造澱粉、脂肪或蛋白質類的鬆散食物或飼料、或工業半成品的設備，其中所述設備具有下列連續區域，所述質量塊可沿著這些區域被傳送·具有第一處理部分(7a)的第一區域(2；1，7a)，所述質量塊在該區域中被充分混合，且機械能和/或熱能被引入到該質量塊中；·具有第二處理部分(7b)的第二區域(4；7b)，在該區域中，在所述質量塊中累積壓力；和·用於容納從所述第二區域(4；7b)排出的所述質量塊的第三區域(6)；其中，在所述第二區域(4；7b)和所述第三區域(6)之間設置成形單元(5)，加壓的質量塊在被排入所述第三區域(6)之前通過該成形單元可形成為特定形狀的鬆散材料，所述設備的特徵在於，所述設備包括在所述第一區域(2；1，7a)和第二區域(4；7b)之間的可調節的阻擋器(3)，該阻擋器限制所述質量塊的傳送，而且為所述第三區域(6)設置測量裝置(S)，所述測量裝置能用來確定與在所述第三區域(6)中形成的成品鬆散食物或飼料或工業半成品的表觀密度和/或密度相關的產品參數。
2、 根據權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述測量裝置(S) 通過數據傳送路徑(L)與阻擋器致動裝置(Al)連接，從而根據由所述 測量裝置(S)確定的產品參數設置所述可調節阻擋器(3)。
3、 根據權利要求2所述的設備，其特徵在於，所述數據傳送路徑(L) 具有數據處理單元(V)，該數據處理單元(V)用於將由所述測量裝置(S)接收的產品參數數據處理成用於所述阻擋器致動裝置(AO的控制 數據。
4、 根據權利要求1至3中一項所述的設備，其特徵在於，所述測量 裝置(S)具有取樣器，用於取出預定的鬆散材料樣品量，並將該鬆散樣 品量填入測量室。
5、 根據權利要求4所述的設備，其特徵在於，所述測量裝置(S)具有用於確定所述鬆散材料樣品量的質量的刻度。
6、 根據權利要求4或5所述的設備，其特徵在於，所述測量裝置(S) 具有用於電磁(EM)輻射的源和接收機，在該源和接收機之間存在穿過 所述測量室的EM輻射路徑。
7、 根據權利要求4至6中一項所述的設備，其特徵在於，在所述測 量裝置(S)的所述測量室中的所述鬆散材料樣品量的鬆散材料可以固定， 且所述測量裝置(S)在流體入口和流體出口之間具有穿過所述測量室的 流路。
8、 根據權利要求4至7中一項所述的設備，其特徵在於，所述測量 裝置(S)具有聲源和聲音接收機，在該聲源和聲音接收機之間設置有穿 過所述測量室的聲路。
9、 根據權利要求1至8中一項所述的設備，其特徵在於，所述測量 裝置(S)具有布置在所述區域(6)中或之後的碰撞表面，該表面延伸 進入形成在所述第三區域(6)中的鬆散材料流，還具有聲音接收機，用 於記錄碰撞噪音的聲譜，其中所述數據處理單元(V)設置有用於分析所 記錄聲譜的頻譜分析器。
10、 根據權利要求1至9中一項所述的設備，其特徵在於，所述測 量裝置(S)包括分離裝置，用於使形成在所述第三區域(6)中的松 散材料流的鬆散材料顆粒分離；和光學成像系統，用於獲得相應的各個 鬆散材料顆粒的投影表面，其中所述數據處理單元(V)包含頻譜分析器， 用於分析所記錄的投影表面頻譜。
11、 根據權利要求1至10中一項所述的設備，其特徵在於，所述數 據處理單元(V)包括存儲器，用於存儲與所述鬆散材料的設定點表觀 密度相對應的設定點參數；和比較器，用於比較所獲得的鬆散材料值與 所述設定點參數。
12、 根據權利要求1至11中一項所述的設備，其特徵在於，所述可 調節的阻擋器(3)為可調節的截面變窄器。
13、 根據權利要求1至12中一項所述的設備，其特徵在於，所述第 三區域可以處於比所述質量塊中包含的水中的飽和蒸汽壓力低的壓力 下。
14、 根據權利要求1至12中一項所述的設備，其特徵在於，所述第 三區域可以處於比所述質量塊中含有的水的飽和蒸汽壓力高的壓力下。
15、 根據權利要求1至14中一項所述的設備，其特徵在於，所述第 一區域(2; 1， 7a)和第二區域(4; 7b)由多螺杆擠壓機、特別是同步 旋轉的雙螺杆擠壓機(7)的處理部分構成。
16、 根據權利要求1至14中一項所述的設備，其特徵在於，所述第 一區域由多螺杆擠壓機，特別是反向旋轉的雙螺杆擠壓機的處理部分構 成，且所述第二區域由單螺杆擠壓機、反向旋轉的雙螺杆擠壓機或齒輪 泵的處理部分構成。
17、 根據權利要求15或16所述的設備，其特徵在於，預處理器(1) 與所述多螺杆擠壓機(7)串連連接。
18、 根據權利要求15所述的設備，其特徵在於，所述可調節的阻擋 器(3)布置在所述多螺杆擠壓機或雙螺杆擠壓機(7)的縱向剖面內， 位於所述多螺杆擠壓機或雙螺杆擠壓機(7)的整體長度的1/5和4/5之 間，特別是在2/5和3/5之間的位置處。
19、 根據權利要求16所述的設備，其特徵在於，所述可調節的阻擋 器布置在由所述多螺杆擠壓機或雙螺杆擠壓機形成的所述第一區域的下 遊傳送端處處。
20、 根據權利要求16所述的設備，其特徵在於，所述可調節的阻擋 器布置在由所述單螺杆擠壓機、反向旋轉的雙螺杆擠壓機或齒輪泵形成 的所述第二區域的上遊傳送端處。
21、 根據權利要求15至20中一項所述的設備，其特徵在於，所述 可調節的阻擋器(3)由所述擠壓機(7)的所述螺杆或多個螺杆(8)的 相應無螺紋、旋轉對稱部分(8a)構成，且包括至少一個能相對於所述 相應的旋轉對稱部分(8a)運動並具有與相應的旋轉對稱部分(8a)互 補的凹處(9a)的限位器(9)，從而在所述相應的旋轉對稱部分(8a) 與所述限位器(9)的互補凹處(9a)之間形成具有可調隙度的壓隙(10)。
22、 根據前述權利要求中一項所述的設備，其特徵在於，所述第二區域(4)與壓力設置部件(11; 20)連接，用於設置所述質量塊中的壓力。
23、 根據權利要求22所述的設備，其特徵在於，所述壓力設置部件 (11)具有用於改變所述質量塊中的含水量的裝置(12， 13， 14)。
24、 根據權利要求22或23所述的設備，其特徵在於，所述壓力設 置部件(11)具有用於選擇性地向所述第二區域供應水蒸氣或從所述第 二區域去除水蒸氣的裝置(12， 13， 14)。
25、 根據權利要求24所述的設備，其特徵在於，所述壓力設置部件 (11)具有用於向所述第二區域(7b)供應水蒸氣或從所述第二區域去除水蒸氣的供給管線(12)和排出管線(13， 14)，其中所述供給管線(12) 和所述排出管線(13， 14)能被有選擇地打開或阻塞。
26、 根據權利要求25所述的設備，其特徵在於，所述壓力設置部件 (11)具有供給管線(12)，該管線連接所述第二區域(7b)和水蒸氣產生系統；第一排出管線(13)，該管線連接所述第二區域(7b)和真空 系統；和第二排出管線(14)，該管線連接所述第二區域(7b)和第一區 域，其中所述供給管線(12)與所述第一和第二排出管線(13， 14)能 被有選擇地打開或阻塞。
27、 根據權利要求1至26中一項所述的設備，其特徵在於，所述測 量裝置(S)具有在所述第三區域(6)中的壓力傳感器，以及可用於設 置所述第三區域中的壓力的壓力設置部件(20)連接到所述第三區域(6)。
28、 根據權利要求27所述的設備，其特徵在於，所述測量裝置(S) 通過數據傳送路徑(L)與壓力設置部件致動裝置(A2)連接，以根據可 由所述第三區域(6)中的所述測量裝置確定的壓力設置所述壓力設置部 件(20)。
29、 根據權利要求28所述的設備，其特徵在於，所述數據傳送路徑 (L)包含數據處理單元(V)，以將由所述測量裝置(S)接收的來自所述第三區域(6)的產品參數數據或壓力值處理成用於所述壓力設置部件 致動裝置(A2)的控制數據。
30、 根據前述權利要求中一項所述的設備，其特徵在於，所述成形 單元(5)為具有旋轉的切割刃的模板。
31、 一種利用根據權利要求1至28中一項所述的設備從澱粉、脂肪 或蛋白質類的含水質量塊連續製造澱粉、脂肪或蛋白質類的鬆散食物或 飼料、或工業半成品的方法，其中所述方法具有在連續區域中的下列相繼步驟a) 傳送所述質量塊經過具有第一處理部分的第一區域，在該 區域中，所述質量塊通過暴露於機械能和/或熱能而被充分 混合和揉捏，且水作用在所述質量塊上；b) 傳送所述質量塊經過具有第二處理部分的第二區域，在該 區域中，在所述質量塊內累積壓力；c) 通過布置在所述第二區域和第三區域之間的成形單元形成 加壓的質量塊；d) 將所述加壓且形成的質量塊排入所述第三區域； 所述方法的特徵在於，通過使阻止所述質量塊在所述第一區域和所述第二區域之間傳送的阻擋器直立來設置在所述第一區域中發生的輸入 所述質量塊的比機械能，且釆用測量裝置來確定所述第三區域中的產品 參數，該參數與成品食物或飼料或工業半成品的表觀密度和/或密度相關。
32、 根據權利要求29所述的方法，其特徵在於，根據可在所述測量 裝置中確定的產品參數來設置所述阻擋器。
33、 根據權利要求30所述的方法，其特徵在於，將在所述測量裝置中確定的所述產品參數的實際值與所述產品參數的預定設定點相比較， 且根據所述產品參數的實際值/設定點偏差來設置所述阻擋器。
34、 根據權利要求29至31中一項所述的方法，其特徵在於，從所述第三區域中的鬆散材料流中取出鬆散材料樣品量，且確定下列測量值 中的至少一個並將其用作產品參數 鬆散材料樣品量的質量 電磁輻射、尤其是伽馬輻射在經過所述鬆散材料樣品量時的減弱 電磁輻射、尤其是微波輻射在經過所述鬆散材料樣品量時的傳播速率 流體、尤其是壓縮空氣在經過固定的鬆散材料樣品量時的壓降 機械波、尤其是聲波在經過所述鬆散材料樣品量時的減弱。
35、 根據權利要求29至32中一項所述的方法，其特徵在於，所獲 取的產品參數是所述鬆散材料流在其撞擊碰撞表面或相對碰撞表面偏轉 時在所述第三區域內或在所述第三區域後產生的碰撞噪音的聲譜。
36、 根據權利要求29至33中一項所述的方法，其特徵在於，使所述鬆散材料流的顆粒從所述第三區域分離，每個鬆散材料顆粒在光學上 單獨獲得，然後可採用所述鬆散材料顆粒的投影表面頻譜作為所述產品 參數。
37、 根據權利要求29至34中一項所述的方法，其特徵在於，測量 所述第三區域中的壓力。
38、 根據權利要求29至35中一項所述的方法，其特徵在於，所述 第三區域具有比水中含有的所述質量塊的飽和壓力低的壓力，從而加壓 的、形成的質量塊在進入所述第三區域時膨脹。
39、 根據權利要求29至35中一項所述的方法，其特徵在於，所述 第三區域具有比水中含有的所述質量塊的飽和壓力高的壓力，從而加壓 的、形成的質量塊在進入所述第三區域時不膨脹。
40、 根據權利要求29至37中一項所述的方法，其特徵在於，在所 述第二區域中設置所述質量塊中的壓力。
41、 根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，通過在所述第二區 域中供應或去除水蒸氣來設置所述壓力，從而改變所述質量塊的含水量 或產品溼度。
42、 根據權利要求38所述的方法，其特徵在於，有選擇地向所述第 二區域供應來自水蒸氣產生系統的水蒸氣，或從所述第二區域向真空系 統釋放水蒸氣，或使水蒸氣從所述第二區域返回所述第一區域。
全文摘要
本發明提供一種用於從澱粉、脂肪或蛋白質類的含水質量塊連續製造澱粉、脂肪或蛋白質類鬆散人類食物或動物飼料、或工業半成品的設備和方法。所述設備包括下列連續區域，所述質量塊可沿著這些區域被傳送其中引入機械或熱能的第一區域(2；1，7a)；其中累積壓力的第二區域(4；7b)；以及容納所排出的質量體的第三區域(6)；其中，在所述第二區域(4；7b)和所述第三區域(6)之間設置有成形單元(5)。根據本發明，所述設備包括在所述第一區域(2；1，7a)和第二區域(4；7b)之間的可調節的阻擋器(3)，該阻擋器限制所述質量塊的傳送，而且在所述第三區域(6)中設置測量裝置(S)，通過該測量裝置可確定產品參數。
文檔編號A23P1/10GK101132710SQ200680006910
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月2日 優先權日2005年3月3日
發明者康拉德·明茨, 斯特凡·魯蒂沙瑟爾, 馬庫斯·邁爾 申請人:布勒股份公司