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Verfahren und Vorriditung zum Bestrahlen (Vitaminisieren, Entkeimen
usw.) von pulverförmigen Stoffen
Es sind hewährte Verfahren und Einrichtungen bekannt,
um gasförmige und flüssige Stoffe mit Strahlen, z. B. Ultraviolettstrahlen, zu behandeln,
um dadurch ingendwelche Wirkungen bakteriologischer, chemischer oder physikalischer
Natur zu erzielen. Speziell bei der Ultraviolettbehandlung handelt es sich meist
darum, Mikroben abzutöten, d. h. ingendwelches Gut zu entkeimen, oder Provitamine
in vitamin d umzuwandeln. Dagegen ist es his jetzt nicht befriedigend gelungen Verfahren
und Einrichtungen zu schaffen, mit denen es gelingt, im praktischen industriellen
Betrieb pulverförmige Stoffe zu bestnahlen. Für die Bestrahlung von grobkörnigem
Gut, wie z. B. Getreide, Mais u. dgl., sind zwar Anlagen gebaut worden, mit denen
nicht ohne Erfolg die Oberfläche der einzelnen Körner entkeimt wird. In diesen Anlagen
wird beispielsweise Getreilde in sehr dünner Schicht, so daß die ßlrner sich nicht
gegensei tig verdecken, über Schüttelsiebe gefördert, wobei sich die einzelnen Körner
wiederholt drehen und wenden, so daß sie von darüberliegenden Ultraviolettstrahlern
an ihrer ganzen Oberfläche bestrahlt werden können. Es ist nabeliegend, ein entsprechendes
Verfahren für die Bestrahlung pulverförmiger Stoffe zu versuchen. Es hat sich jedoch
gezeigt, daß dieser Weg nicht zum Erfolg führt, da man feines Pulver nicht in entsprechender
Weise über schwingende Flächen befördern kann. Es ist im praktischen Betrieb nicht
zu vermeiden, daß
sich jie einzeinen Teilchen des Pulvers gegenseitig
verdecken, so daß nur ein unter Umständen sehr kleiner Teil des Gutes wirksam bestrahlt
wird.
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Und doch ist die Lösung dieser Aufgabe voii großer wirtschaftlicher
Bedeutung. Da es bisher nicht möglich war, pulverförmige Stoffe zu be strahlen,
war man gezwungen, eine Bestrahlung, die beispielsweise zur Erhöhung des Vitamingehaltes
durchgeführt werden sollte, in einem Stadium des Fabrikationsprozesses vorzunehmen.
in dem sich das Produkt in flüssigem Zustand befindet. Bei der Herstellung von vitaminisiertem
Trockenmilchpulver z. B. hat man die Ausgangsmilch bestrahlt, evtl. in bereits etwas
eingedicktem, aber immer noch flüssigem Zustand. Bei anderen pulverförmigen Produkten,
wie z. B. vitaminisiertem Fischmehl, vitaminisierter Sojamilell. vitaminisierten
Mehlerzeugnissen, bei denen man nicht von einer Flüssigkeit als Ausgangsprodukt
ausgellt, war man sogar gezwungen, die festen Stoffe aufzulösen bzw. illeiner Flüssigkeit
feinstens zu verteilen und diese Lösung bzw. Dispersion in einem Flüssigkeitsbestrahlungsgerät
zu bestrahlen und anschließend das Gut in Trocknungsanlagen unter erheblichem Wärmeaufwand
wieder zu trocknen. Diese Verfahreii sind zwar technisch einwandfrei, aber aul erordentlich
kostspielig. Man ist deshalb bestrebt, ein brauchbares Verfahren zum unmittelbaren
Bestlrahlen des pulverförmigen Gutes zu finden, insbesondere in Fällen, in denen
man durch eine Ultraviolettbestrahlung des Endproduktes dieses nicht nur vitaminisieren,
sondern auch durch diese Bestrahlung unmittelbar vor der \l>packung die Gewähr
haben will, daß (las Endprodukt in bakteriologisch einwandfreier Qualität abgepackt
rvird.
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Voraussetzung für einen Erfolg der Bestrahlung, inshesondere der
einer Ultraviolettbestrahlung, eines Pulvers ist, daß dias Pulver sehr fein gemahlen
ist, da das Eindringungsvermögen ultravioletter Strahlen in diese Stoffe minimal
ist, so daß eine Wirkung nur an der Oberfläche der einzelnen Körnchen zu erwarten
ist. Wenn z. 13. die Pro vitamine eines Milchpulvers durch Ultraviolettbestrahlung
in Vitamin D übergeführt werden sollen, so wird der im Bestfalle zu erzielende Vitamin
D-Gehalt um so größer werden, je größer die Oberfläche des Pulvers, d. h. je feiner
das Pulver ist uod je besser es gelingt. durch eine geeignete Bestrahlungsanordnung
die Oberfläche jedes einzelnen Teilchens durch @ Ultraviolettstrahlen zu treffen.
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Erfindungsgenäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß man das feinstgemahlene
Pulver durch einen mit einer Strahlung, beispielsweise Ultraviolettstrahlung, durchsetzten
Raum fallen läßt, unter Vermeidung von Zusammenballungen eineiner Pulverkörnchen,
so daß jedes Teilchen, während es durch den Bestrahlungsraum fällt, von allen Seiten
bestrahlt werden kann. Fig. 1 gibt das Prinzip eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
im Längsschnitt wieder. I ist ein röhrenförmiger Ultraviolettstrahler, z.B. eine
Quecksilberdampfniederdrucklampe. 2 ist ein diesen Strahler konzentrisch umgebender
Zylinder, dessen Innenwandungen zweckmäßig Ci nC die e Strahlung reflektie rende
Oberfläche haben. 1 Daruber ist eine. Aufgabevorrichtung 3 angeordnet, die durch
eine Rüttelvorrichtung 5 erschüttert wird und durch die das Pulver fein verteilt
und gleichmäßig in deii Zwischenraum zwischen Strahler und Zylinder fällt.
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1 )ie Aufgabevorrichtung besteht im Ausführungsbeispiel aus einem
sehr engmaschigen Sieb 4. wie es z. B. iii Mühlen verwendet wird, das beispielsweise
1000 Maschen und mehr je Quadratzentimeter besitzt. l)ie Rüttelvorrichtung 5 kann
von beliebiger Bauart sein: Exzenter. rotierende Unwncht. elektromagnetischer Rüttler,
Preßluftrüttler, ITammerwerk o. dgl. In der 11 ig. X ist eine. Ausführung als elektromagnetischer
Rüttler angedeutet. Das unten aus dem Rohr 2 herausfallende l>estrahlte Pulver
wird in einem Sammelbehlter 6 aufgefangen und, gegebenenfalls über Abfüllvorrichtungen
üblicher Bauart, wie Zellenräder. Schleusen usw.. abgeführt.
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Wenn es sich um die Bestrahlung größerer Äfengen von pulverförmigem
Gut handelt, \\-irtl man entweder eine größere Zahl der iii l:ig @ angedeuteten
Einheiten parallel anordnen oder man wird eine Weiterbildung der Erfindung nach
Fig. 2 verwenden. Hier ist eine größere Zahl von Strahlern 7 7 in einem Behälter
8 < X @el beliebigen Querschnitts (rechteckig, kreisrung, oval, vieleckig usw.)
gleichmäßig verteilt. Das zu bestrahlende Pulver fällt aus einer der Größe des Behälters
S angepaßten Aufgabevorrichtung 9. die wiederum durch eine geeignete Vorrichtung
10 gerüttelt wird, in den Pehälter 8, derart. daß die einzelnen Pulverteilchen zwischen
den Strahlern nach unten fallen und dabei von all-11 Seiten liestrahit werden. Das
Gut sammelt sich in einem Sammelbehälter 1 l ulitl wi ril aus diesem al>-geführt.
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Die Fallzeit des Gutes und damit die durch schnittliche Bestrahlungsdauer
der einzelnen Pulverteilchen kann man in weiten Grenzen dadurch bee@flussen, daß
man die Fallgeschwindigkeit der Teilchen entweder durch einen von oben nach nuten
gerichteten Luftstrom beschleunigt oder durch einen von unten nach oben gerichteten
| Luftstrom verzögert. In Fig. 3 ist eine solche Ausführung angedeuter. Die Zahlenbazeichnungen
dieser Figur haben sinngemäß dieselbe Bedeutung wie die der Fig. 2. lii den Sammelbehälter
1 1 ist hier ein Rohr 12 eingebaut, durch das Luft iii den Behälter 8 geblasen werden
kann oder evtl. auch ein anderer gasförmiger Stoff. wie Kohlensäure, Stickstoff
u. dgl. Eine entsprechende I,uftmenge wird durch Öffnungen 13, die am oberen Teil
des Behälters s ang@bracht sind, abgeführt. Diese von uiiteii nach oben führende
Luftströmung verlangsamt die durchschnittliche Fallgeschwindigkeit der Pulver teilchen,
besonders aber die Fallgeschwindigkeit der feinsten Teilchen. Diese unterschiedliche
Wirkung auf Teilcliei verschiedener Größe und Maße ist für die Wirkung der Bestrahlungsanlage
vorteilhaft. Wenn es sich um die Aufgabe handelt, den Vitamin D-Gehalt eines pulverförmigen
Stoffes durch eine derartige Ultraviolettbestrahlung anzu-
reichern.
so ist es für den Enderfolg, d. h. die Höhe des durchsch nitt 1 ttli clieii Vi tami
ii D-Gehaltes des Endproduktes, entscheidend, daß vor allem die kleinsten Teilchen
mit ihrer verhältnismäßig großen Oberfläche besonders wirkungsvoll bestrahlt werden.
die Wirksamkeit des Apparates wird erhöht. wenn diese feinsten Teilchen möglichst
lange der Strahlung ausgestzt 5 iiwl. Gröbere Teilchen, die prozentual weniger zum
Gesamtergebnis beitragen. können zur Entlastung des Apparates möglichst schnell
aus dem Bestrahlungsraum entfernt werden. wie es durch die beschriebene Anordnung
in Fig. 3 ei von unten nach oben genichteter Luftströmung erreicht ist. Zweckmäßig
wird man die bei I3 abgeführte Luft im Kreislauf durch das Rohr 12 wieder zurückführen,
um evtl. mitgerissenes feinstes Pulver nicht zu verlieren. Bei kolloidal feinst
verteiltem Pulver ist nur eine sehr geringe Luft-St römungsgeschwind@ gkei t erwünscht,
die unter Umständen bereits durch eine Schornsteinwirkung im Kasten 8 erzielt werden
kann. Für das Entstehen einer solchen Schornsteinwirkung ist eine gewisse Übertemperatur
der Luft im Bestrahlungsraum gegenüber der Umgebungsluft Voraussetzung, die unter
Umständen bereits durch die natürliche Wärmeabgabe der Strahler erreicht wird. Nötigenfalls
kann eine Zusatzbeheizung der Luft vorgesehen bzw. vorgewärmte Luft zugeführt werden,
was zusätzlich folgende Vorteile bringt: Einmal unter Umständen eine Erhöhung der
Strahlungsintensität der Strahler, da bekanntlich bei manchen Strahlern, beispielsweise
Quecksilberdampfniederdruckstrahlern, die Strahlungsintensität bei höherer Umgebungstemperatur
ansteigt ziiiii anderen eiiie Nachtrocknung der Oberfläche der Pulverkörnchen, durch
die die Gefahr einer Zusammenballung und Klümpchenbi ldung praktisch ausgeschaltet
wird.
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Man erzielt somit eine gülistige Kombination einer Trocknungs- und
Bestrahlungseinrichtung.
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Es ist nach der Erfindung aber auch möglich, große so Luftgeschwindigkeiten
zu wählen, so daß das Pulver durch die Luftströmung mitgerissen wird.
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Zur Erzeugung einer derart starken Luftströmung sind besondere Mittel,
wie Preßluft, Ventilatoren, Kompressoren, erforderlich. Man trennt nach der Bestrahlung
das Pulver von der Luftströmung in besonderen Staubal @scheide r-n (Zyklonen, Schlauchtiltern,
Elektrofiltern u. dgl.). Durch eine derartige starke Luftströmung kann man bei Pulversorten,
die die Neigung haben, sich an den Einbauteilen, insbesondere den S@ahlern festzusetzen,
dieses Absetzen vermeiden oder wenigstens ei einschränken.
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Gegebenenfalls wird man das Pulver mehrmals auf diese \\eise durch
den Bestrahlungsraum schicken.
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Die Bestrahlungsanlage kann iiur wirksam bleiben, wenn dafür gesorgt
wird, daß sich auf den Strahlern kein Pulverbelag festsetzt. In vielen Fällen ist
eine derartige Gefahr nicht vorhanden, da viele Staubsorten sich auf der glatten
Oberfläche der Strahler, die im allgemeinen aus Quarzrohren bestehen, nicht festsetzen.
Allerdings würde bei Anwendung gewisser Strahlerarten, die eine erhebliche Übertemperatur
annehmen, wie z. B. von Quecksi lbe rdampfhochdruckstrahlern, imlmer die Gefahr
hestehen, daß Pulverteilchen an der Strahler oberfläche festbrennen. Man benutzt
deshalb für derartige Apparate vorzugsweise sog. Kaltstrahler, wie z. B. Quecksilberdampfniederdrucklampen,
deren Wandungen keine erhebliche Übertemperatur gegenüber der Umgebung annehmen
Wenn trotzdem Pulverablagerungen an den Strahlern auftreten sollten. so können diese
meist durch leichte Erschütterungen be seitigt werden. Unter Umständen genügen bereits
die Erschütterungen, die durch die Rüttelvorrichtung 5 bzw. 10 erzeugt werden uiid
die sich einer die Konstruktionsteile auch auf die Strahler übertragen. Wenn heftigere
Erschütterungen notwendig sind. können sie durch einfache, von Hand oder maschinell
betätigte zusätzliche Klopfeinrichtungen erzeugt werden. Bei stark haftendem Material
werden erfindungsgemäß bewegliche Reinigungsvorrichtungen verwendet, die sich über
die ganze Länge der einzelnen Strahler wegbewegen und deren Oberfläche gründlich
reinigen.
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Fig. 4 zeigt ciii Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung.
Auch in dieser Figur sind sinngemäß dieselben Zahlenbezeichnungen wie in Fig. 2
verwendet. Jeder der Strahler ist durch eine ringförmige Schabevorrichtung 14, z.
B. durch Bürsten oder Gummischaber, umschlossen. Alle diese Vorrichtungen 14 14
sind in einem gemeinsamen Rahmen l5 befestigt und können durch einen Scilzug 16,
der über Rollen 17 geführt ist, vom oberen Ende der Strahler bis zum unteren und
umgekehrt bewegt werden. Sie schaben dabei den auf den Strahlern haftenden Staub
ah. Diese Reinigung kann entweder intermittierend iii gewissen Zeitabständen von
hand oder automatisch mittels Uhrwerk und Niotor erfolgen, sie kann aber auch stetig
durch geführt werden. wobei ein motorischer Antnieb die Schaber während der ganzen
Betricbszeit auf und ah l>ewegt.
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Bei manchen Pulversorten ist es noch wirksamer, den Staub mittels
eines scharfen Luftstromes zu entfernen, wie es in Fig. 5 angedeutet ist. An die
Stelle der in Fig. 4 gezeigten ringförmigen Schabevorrichtung 14 treten in Eig.
5 ringförmige Düsen 18. In Fig. 6 ist eine einzelne Düse IX größer gezeichnet. Durch
diese Düsen wird ein Luftstrom erheblicher Geschwindigkeit konzentrisch auf den
Umfang der Strahler 7 gerichtet. Die Düsen sind an ein gemeinsames Rohrsystem 19
angeschlossen, dem durch ein Gebläse 20 über eine flexible Schlauchleitung 21 Druckluft
zugeführt wird. Das Gebläse 20 saugt diese Luft zweckmäßig aus dem Kasten 8 ab.
Analog den Ausführungen zu Fig. 4 können auch die Düsen 18 nach Fig. 5 mit dem Rohrsystem
19 entlang den Strahlern 7 auf und ab bewegt werden. Der Mechanismus für die Durchführung
dieser Bewegung entspricht dem in Fig. 4 gezeichneten und ist in Fig. 5 der Einfachheit
halber nicht gezeichnet. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Reinigungsvorrichtung
entweder kontinuierlich in Betrieb zu halten oder sie nur von Zeit zu Zeit manuell
oder automatisch einzu-
schalten. Ilm letzteren Fall ist es unter
Umständen zweckmäßig, während der Reinigungszeit der Strahler die Aufgabevorrichtung
für das Pulver vorübergehend stillzusetzen und ebenso einen etwa zur Beschleunigung
oder Verzögerung der Fallgeschwindigkeit des Pulvers dienenden Luftstrom abzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die Einrichtungen hierzu sind
nicht nur für die in der vorliegenden Beschreibung besonders berücksichtigte Ultraviolettbestrablung,
sondern generll für jegliche Art von Strahlung im Bereich optischer Wellenlängen
geeignet. Beispielsweise können sie auch für sicht4>ares Licht und infrarotstrahlung
verwendet werden wenn man durch solche Strahlung eine besondere Wirkung auf das
Pulver aus ülien will.