АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА Российский патент 1994 года по МПК A23K1/00 A23N17/00 A23K1/14 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к устройствам для обработки зерна при приготовлении комбикормов или при изготовлении продуктов питания в пищевой промышленности.

Обработка зерна (микронизация) заключается в интенсивном нагреве инфракрасными лучами в микронном диапазоне спектра. При этом происходит быстрое выделение влаги, которая связывается на поверхностном слое зерна крахмалом, образуя плотную оболочку. За счет высокой температуры 160-190^оС и высокого парциального давления паров, выходу которых препятствует плотная оболочка, крахмал зерна расщепляется на декстрины. Крахмал плохо усваивается пищевым трактом, а декстрины хорошо. Поэтому при микронизации зерна, содержащего около 40% крахмала, его питательная ценность повышается на 20-30%. Однако при использовании существующих аппаратов удается микронизировать только 60-70% поступающего на обработку зерна. Количество крахмала, расщепляемого на декстрины, у остальной части невелико, так как эта часть зерна не нагревается до необходимых температур или в процессе нагрева не образуется необходимой плотной оболочки на поверхности зерна из-за недостатка влаги или недостаточно быстрого нагрева. Для обеспечения высокой интенсивности нагрева зерна (5-8 град/с) требуются высокие мощности инфракрасных излучателей (5-10 кВт на 1 кг облучаемого зерна).

Известно устройство (печь) для микронизации зерна, которое содержит загрузочный бункер, питатель, связанный с вибровозбудителем наклонный лоток, над которым расположен источник инфракрасного излучения. Недостатком этого устройства является отсутствие системы увлажнения зерна перед обработкой, в результате чего процесс микронизации дает удовлетворительные результаты только для зерна, влажность которого находится не ниже определенного предела.

Устройство облучения кормов содержит увлажнитель, шнековый транспортер и барабан, в котором установлены источники инфракрасного и ультрафиолетового облучения. К недостаткам этого устройства следует отнести увеличение потребной мощности устройства ≈ на 30%, которое необходимо, как показали эксперименты, для сохранения необходимой интенсивности нагрева увлажненного зерна. Кроме того, за короткий период времени не успевает проникнуть в зерно и остается на поверхностном слое. Поэтому ее влияние на биохимические процессы внутри зерна сказывается слабо.

Наиболее близким к предлагаемому аппарату по технической сущности является аппарат для тепловой обработки зерна, выбранный в качестве прототипа, который содержит конвейер подачи зерна, инфракрасный источник излучения с экраном, расположенный над ним, средство подачи зерна на конвейер, состоящее из загрузочного шнека, увлажнителя и бункера. Сначала происходит увлажнение зерна путем разбрызгивания на него воды. Затем производится предварительный прогрев увлажненного зерна горячим воздухом, поступающим из системы обдува источника излучения. Данный аппарат выбран в качестве прототипа. К недостаткам этого аппарата для тепловой обработки зерна можно отнести следующие. Во-первых, увлажнение осуществляется только тонкого поверхностного слоя, причем при обдуве горячим воздухом уносится значительное количество влаги. Во-вторых, при движении горячего воздуха от излучателя к загрузочному каналу теряется большое количество тепла на стенках воздуховодов. Кроме того, нагрев мокрого зерна потоком горячего воздуха в короткий промежуток времени мало эффективен. Таким образом, в известном аппарате обработка зерна осуществляется с высокой энергоемкостью, а качество обработки остается невысоким, так как не создается оптимальных условий по влажности зерна и интенсивности нагрева для преобразования крахмала в декстрины и у части зерна (30-40%) питательная ценность не повышается.

Целью изобретения является повышение качества обработки зерна и снижение энергоемкости процесса.

Это достигается тем, что в аппарате для тепловой обработки зерна, содержащем конвейер зерна, загрузочный бункер с питателем, расположенный над загрузочным концом конвейера, увлажнитель, инфракрасный источник излучения с экраном, установленный над конвейером, и приемный бункер, расположенный под разгрузочным концом конвейера, экран снабжен охлаждающей рубашкой, а увлажнитель зерна выполнен в виде системы пароструйных форсунок, связанных с полостью охлаждающей рубашки экрана инфракрасного источника излучения, причем пароструйные форсунки расположены над конвейером непосредственно перед инфракрасным источником излучения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый аппарат отличается наличием охлаждающей рубашки на экране инфракрасного источника излучения, а увлажнитель зерна выполнен в виде системы пароструйных форсунок, связанных с полостью охлаждающей рубашки экрана инфракрасного источника излучения, причем пароструйные форсунки расположены над конвейером непосредственно перед инфракрасным источником излучения.

Таким образом, аппарат для тепловой обработки зерна соответствует критерию "новизна". Проверка работы конструкции позволяет считать, что устройство соответствует критерию "промышленная применимость". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен аппарат, общий вид; на фиг. 2 - увлажнитель зерна.

Аппарат содержит конвейер 1 зерна, состоящий из бесконечной ленты 2, натянутой на ведущий 3 и ведомый 4 барабаны, оси которых расположены горизонтально. Ведущий барабан 3 связан с электродвигателем 5 ременной или цепной передачей 6. Над конвейером 1 расположен источник 7 инфракрасного излучения, состоящий из набора излучателей 8, например кварцевых ламп КГ-220-1000. Сверху источник 7 инфракрасного излучения имеет экран 9 с охлаждающей рубашкой 10, выполненной в виде полой конструкции замкнутого объема коробчатого сечения. Над входным концом конвейера 1 расположен загрузочный бункер 11, механизм подачи зерна на конвейер в виде питателя 12, соединенного ременной или цепной передачей 13 с валом барабана 4. Непосредственно перед источником 7 установлен увлажнитель 14, состоящий из форсунок 15 и коллектора 16 и соединенного трубопроводом 17 с полостью охлаждающей рубашки 10 экрана 9. К противоположному концу охлаждающей рубашки 10 подключен входной трубопровод охлаждающей жидкости (например, воды), оборудованный регулирующим вентилем 18 и измерителем 19 расхода жидкостей (например, ротаметром). Под конвейером 1 установлен приемный бункер 20, расположенный с противоположной от загрузочного бункера 11 стороны.

Аппарат работает следующим образом.

Зерно из загрузочного бункера 11 попадает через питатель 12 дозированными порциями на ленту 2 конвейера 1. Лента 2 приводится в движение за счет вращения электродвигателем 5 ведущего барабана 3 через ременную передачу 6. Натяжение ленты обеспечивает ведомый барабан 4. Перед источником 7 зерно обрабатывается мягким паром из форсунок 15. Пар образуется в охлаждающей экран 9 рубашке 10. Регулирование парообразования осуществляется вентилем 18 входного трубопровода подачи воды в охлаждающую рубашку 10 экрана 9. Контроль количества подаваемой в рубашку 10 воды осуществляется ротаметром 19. Увлажненное и нагретое паром зерно попадает под источник 7, где за 20-40 с нагревается до необходимой температуры 160-190^оС. Обработанное зерно с конвейера 1 ссыпается в бункер 20.

Экспериментальные исследования аппарата показали, что предварительный нагрев паров повышает температуру зерна перед инфракрасным облучением до 60-70^оС. Таким образом, при дальнейшем нагреве необходимо повысить температуру зерна на 100-120^оС вместо 140-150^оС у прототипа. Поэтому потребная мощность сокращается на 20-25% по сравнению с обработкой зерна на известном аппарате. Так как пар образуется при охлаждении водой экрана инфракрасного источника излучения большой мощности, то для его образования не требуется дополнительной энергии. Время облучения зерна инфракрасными лучами тоже уменьшается. За счет сокращения времени нагрева зерна до требуемых температур 160-190^оС и более высокой влажности создаются более благоприятные условия для преобразования крахмала в декстрины, чем в известном аппарате. Повышение влажности зерна перед инфракрасным нагревом за счет обработки паром выше, чем при смачивании водой (у прототипа), так как проникающая способность пара в зерно выше, чем у воды. Плотная оболочка на поверхности зерна начинает образовываться уже при обработке зерна паром и при инфракрасном облучении меньшее количество влаги уходит из зерна, чему способствует и сокращение времени обработки. Поэтому парциальное давление паров внутри зерна при тепловой обработке на предлагаемом аппарате существенно выше, чем при обработке зерна на известном аппарате. В результате большее количество крахмала перерабатывается в декстрины и качество обработки зерна повышается.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в устройствах для тепловой обработки зерна. Сущность изобретения: аппарат содержит конвейер 1 подачи зерна, над которым установлен инфракрасный облучатель (источник) 7. Непосредственно перед фронтом инфракрасного облучения зерна установлен увлажнитель 14, выполненный в виде системы пароструйных форсунок 15. Образование пара происходит в охлаждающей рубашке 10 экрана 9. 2 ил.

АППАРАТ ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА, содержащий конвейер зерна, загрузочный бункер с питателем, расположенный над загрузочным концом конвейера, увлажнитель, инфракрасный источник излучения с экраном, установленный над конвейером, и приемный бункер, расположенный под разгрузочным концом конвейера, отличающийся тем, что экран снабжен охлаждающей рубашкой, а увлажнитель зерна выполнен в виде системы пароструйных форсунок, связанных с полостью охлаждающей рубашки экрана инфракрасного источника излучения, причем пароструйные форсунки расположены над конвейером перед инфракрасным источником излучения.