СПОСОБ СУШКИ ЗЕРНА КРУПЯНЫХ КУЛЬТУР Российский патент 1994 года по МПК F26B3/02 

Изобретение относится к способам сушки дисперсных материалов, в частности сельскохозяйственных продуктов, и может быть преимущественно использовано для сушки зерна крупяных культур, склонных к растрескиванию, например риса, проса, гречихи, а также зерна кукурузы.

При обычно применяемой в зерносушении конвективной сушке испарение влаги с поверхности единичных зерен очень быстро углубляется внутрь их, - образуется зона испарения. Влага внутри зерна перемещается до зоны испарения в виде жидкости, а через зону испарения до поверхности зерна - в виде пара. Появляющиеся в зерне градиенты влагосодержания и температуры вызывают его объемно-напряженное состояние, что является причиной трещинообразования зерна. Это явление особенно резко проявляется в зерне крупяных культур, что объясняется спецификой их анатомического строения и химического состава. Наличие жестких цветковых пленок у зерновок риса, ячменя, гречихи и проса, а у некоторых из культур и воздушной прослойки предопределяет своеобразный механизм внутреннего тепло- и влагопереноса, вызывающий растрескивание оболочек. Эндосперм риса практически всегда имеет микротрещины, возникающие еще в период развития зерновки вследствие расслоения крахмальных гранул. Наличие развитых плодовых оболочек у зерен кукурузы крайне затрудняет подвод влаги из внутренних слоев эндосперма к поверхности зерна.

Поэтому первостепенная задача при сушке таких культур состоит в том, чтобы локализовать зону испарения вблизи поверхности зерна. Проведенные исследования показывают, что этого можно достичь путем предварительного нагрева зерна, в результате которого ускоряется перемещение влаги из центральных слоев зерна к его поверхности.

Известны способы сушки зерна с предварительным нагревом его "сухим" агентом сушки температурой 150-400^оС и влагосодержанием 10-12 г/кг с.в. Зерно нагревается в падающем или псевдоожиженном слое и далее направляется в сушильные камеры [1].

Недостатком указанных способов является то, что в процессе интенсивного предварительного нагрева "сухим" агентом сушки происходит обезвоживание поверхности зерна вследствие испарения влаги из оболочек и возникающего потока термовлагопроводности, направленного внутрь зерна. Резкое высушивание оболочек, сужение влагопроводных капилляров, закрытие пор оболочек в алейроновом слое и прилегающих к нему периферийных частях эндосперма приводят к накоплению водяных паров под оболочками зерна, способствуют перегреву и пересушиванию его поверхности и вызывают процессы трещинообразования.

Хотя скорость сушки зерна, предварительно нагретого "сухим" агентом, возрастает, однако возможное снижение влажности зерна за один цикл сушки, огpаничиваемое достижением предельно допустимой температуры зерна, увеличивается ненамного в сравнении с обычной сушкой.

Лучшие результаты могут быть получены путем предварительного нагрева зерна агентом сушки (теплоносителем) повышенного влагосодержания.

Интенсивный нагрев зерна в условиях высокого насыщения водяным паром межзернового пространства обусловливает значительное повышение коэффициента диффузии влаги в зерне, способствует ускорению внутреннего влагопереноса, замедлению углубления зоны испарения внутрь зерна, что предотвращает перегрев и пересушивание его поверхности.

Известен способ сушки с использованием для предварительного нагрева зерна отработавшего агента сушки, имеющего повышенное влагосодержание [2].

Этот способ наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.

Однако такой прием недостаточно эффективен в связи с тем, что температура отработавшего агента сушки, как правило, невысока (порядка 50-60^оС) и не обеспечивает достаточной эффективности процесса.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса сушки зерна путем интенсификации его предварительного нагрева при сохранении качества зерна.

Это достигается тем, что в известном способе, включающем предварительный нагрев зерна отработавшим теплоносителем и собственно сушку, предварительный нагрев зерна осуществляют теплоносителем с влагосодержанием 30-35 г/кг с. в. , дополнительно подогретым до температуры 90-120^оС. Дальнейшую сушку подогретого зерна ведут при температуре сушильного агента, превышающей предельно допустимую температуру нагрева зерна на 10-15^оС.

Влияние указанных отличий на достижение поставленных целей заключается в следующем.

В условиях предварительной обработки зерна теплоносителем с указанными параметрами парциальное давление пара в агенте сушки больше, чем парциальное давление пара у поверхности зерна, поэтому будет происходить процесс сорбции, т.е. зерно будет увлажняться за счет частичной конденсации пара из агента сушки. Как показывают проведенные исследования, количество влаги, конденсирующееся в этом случае на поверхности зерна, невелико, в связи с чем влажность зерна повышается всего лишь на десятые доли процента.

При взаимодействии зерна с нагретым до 90-120^оС воздухом повышенного влагосодержания возрастает коэффициент теплообмена, благодаря чему ускоряется нагрев зерна. Однако при этом не пересушивается его поверхность, снимается объемно-напряженное состояние, трещиноватость не увеличивается по сравнению с исходной.

При проведении сравнительных опытов нагрева зерна воздухом разного влагосодержания выявлено существенное ускорение процесса теплообмена с повышением влагосодержания воздуха до 30-35 г/кг с.в.

Важно подчеркнуть, что в результате предварительного нагрева зерна влажным подогретым воздухом появляется возможность существенно снизить температуру сушильного агента на последующем этапе сушки, не теряя сколь-нибудь в интенсивности процесса, т. е. эффективность за счет снижения удельных затрат энергии возрастает.

В то же время смягчение режима сушки на этом этапе благотворно сказывается на качестве высушиваемого зерна, снижается также присущая сушке в плотном слое неравномерность нагрева зерна, исключается опасность "закала" оболочек и необратимых биохимических и структурно-механических изменений в зерне.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный способ отличают дополнительная операция подогрева влагонасыщенного теплоносителя и его параметры при осуществлении предварительного нагрева зерна, т.е. предложение соответствует критерию изобретения "новизна".

При проведении патентного исследования такие отличия не выявлены в других источниках и, как показано выше, достигают поставленных целей, т.е. соответствуют критерию "существенные отличия".

П р и м е р 1. Зерно риса с начальной влажностью 22,1%, температурой 19^оС и исходной трещиноватостью 29% подвергают предварительному нагреву в псевдоожиженном слое теплоносителем с влагосодержанием 30 г/кг с.в., отработавшим в основных сушильных зонах прямоточной зерносушилки и дополнительно подогретым до температуры 90^оС, в течение 240 с (регулирование времени пребывания зерна в нагретом состоянии осуществляется прекращением подачи теплоносителя в камеру нагрева путем переключения). Дополнительный нагрев отработавшего сушильного агента до указанной T при постоянном его влагосодержании может быть осуществлен, например, путем подачи его в специальный подогреватель, расположенный в зоне топки и изолированный от свежего агента сушки. Температура зерна в процессе предварительного нагрева повышается с 19 до 50^оС, затем нагретое зерно просушивают в двухступенчатом режиме при температуре сушильного агента 60^оС (I ступень) и 50^оС (II ступень), что выше предельно допустимой температуры нагрева зерна крупяного назначения на 10-15^оС (для риса предельно допустимая температура нагрева 35^оС, для проса и гречихи 40^оС, для кукурузы 45^оС). Далее зерно охлаждают при температуре воздуха 20^оС до конечной влажности 14,7%.

Трещиноватость просушенного зерна риса составила 38%, общий выход крупы 69,5%, в т.ч. дробленой 14,0%.

П р и м е р 2. Способ осуществляется аналогично примеру 1, предварительный нагрев зерна риса осуществляется теплоносителем с влагосодержанием 25 г/кг с. в. и температурой 90^оС в течение 360 с. Температура зерна при этом повышается с 19 до 45^оС. Сушка и охлаждение нагретого зерна осуществляются при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость просушенного зерна риса повышается и составляет 52%, общий выход крупы 67,8%, в т.ч. дробленой 16,3%.

П р и м е р 3. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Однако и температура, и влагосодержание теплоносителя равны соответственно 90^оС и 35 г/кг с.в. Предварительный нагрев зерна риса осуществляется в течение 210 с. За это время температура нагрева зерна достигает 50^оС. Затем сушка и охлаждение зерна происходят при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость зерна составила 30%, общий выход крупы 69,4%, в т.ч. дробленой 13,8%.

П р и м е р 4. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Температура и влагосодержание теплоносителя соответственно равны 90^оС и 40 г/кг с.в. Предварительный нагрев зерна риса осуществляется в течение 180 с. За это время зерно нагревается до 55^оС. Сушка и охлаждение нагретого зерна осуществляются при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость зерна риса составляет 57%, общий выход крупы 67,3%, в т.ч. дробленой 16,4%.

П р и м е р 5. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Однако температура и влагосодержание теплоносителя равны соответственно 120^оС и 30 г/кг с. в., предварительный нагрев зерна риса осуществляется в течение 180 с. За это время температура зерна повышается с 19 до 52^оС, затем сушка и охлаждение нагретого зерна осуществляются при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость зерна составила 42%, общий выход крупы 69,2%, в т.ч. дробленой 13,8%.

П р и м е р 6. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Температура и влагосодержание теплоносителя соответственно равны 120^оС и 25 г/кг с.в. Предварительный нагрев зерна риса осуществляется в течение 210 с. За это время температура зерна повышается с 19 до 47^оС. Сушка и охлаждение нагретого зерна осуществляются при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость зерна составляет 63%, общий выход крупы 67,5%, в т.ч. дробленой 16,6%.

П р и м е р 7. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Однако предварительный нагрев зерна риса осуществляется теплоносителем температурой 120^оС и влагосодержанием 35 г/кг с.в. в течение 150 с. За это время температура нагрева зерна достигает 52^оС, затем сушка и охлаждение нагретого зерна при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость зерна составила 44%, общий выход крупы 69,0%, в т.ч. дробленой 13,9%.

П р и м е р 8. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Предварительный нагрев зерна риса осуществляется теплоносителем температурой 120^оС и влагосодержанием 40 г/кг с.в. в течение 120 с. За это время зерно нагревается до 56^оС. Сушка и охлаждение нагретого зерна осуществляются при тех же температурных режимах (60, 50 и 20^оС). Трещиноватость зерна составила 64%, общий выход крупы 67,0%, в т.ч. дробленой 16,5%.

Осуществление способа вне границ, указанных в формуле параметров теплоносителя, не способствует улучшению качества зерна крупяных культур и повышению эффективности процесса. При меньших значениях влагосодержания, т. е. ниже 30 г/кг с.в. (примеры 2 и 6), и больших, т.е. выше 35 г/кг с.в. (примеры 4 и 8), имеет место снижение эффекта предварительного нагрева зерна, заключающееся в удлинении процесса (в первом случае) и перегреве зерна выше допустимых температур (во втором случае).

Применение указанного способа позволяет добиться лучшей равномерности нагрева и сушки, исключить перегрев и интенсифицировать процесс испарения влаги из зерна при мягких температурных режимах, что предупредит трещинообразование и снизит выход дробленой крупы при увеличении производительности сушилки и снижении удельных расходов топлива и электроэнергии на сушку.

Использование: сельское хозяйство, пищевая промышленность, в частности сушка зерна крупяных культур. Сущность изобретения: способ включает предварительный нагрев и обезвоживание зерна газообразным сушильным агентом. Предварительный нагрев ведут отработанным сушильным агентом с влагосодержанием 30-35 г/кг и температурой 90-120°С, а обезвоживание ведут при температуре сушильного агента, на 10-15°С превышающей предельно допустимую температуру нагрева зерна. 1 з.п.ф-лы.

1. СПОСОБ СУШКИ ЗЕРНА КРУПЯНЫХ КУЛЬТУР, включающий предварительный нагрев и обезвоживание зерна газообразным сушильным агентом, отличающийся тем, что предварительный нагрев зерна осуществляют отработанным сушильным агентом с влагосодержанием 30 - 35 г/кг и температурой 90 - 120^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обезвоживание предварительно нагретого зерна ведут при температуре, на 10 - 15^oС превышающей предельно допустимую температуру нагрева зерна.