СПОСОБ ШЕЛУШЕНИЯ ЗЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК B02B3/00 

Изобретение относится к области переработки сельхозпродуктов и может быть использовано на предприятиях по производству круп из зерновых культур.

Известны способы шелушения зерна и устройства для их осуществления, основанные на приложении к зерну механических сил сжатия и сдвига с меняющимися направлениями, путем пропускания зерна между декой и вальцем, футерованными пластичным материалом и воздействующими на зерно расщепляющими силами в двух взаимно перпендикулярных направлениях (1), либо путем обработки зерна между декой и валком, которому одновременно с вращением сообщают колебательное движение вдоль рабочей поверхности деки (2).

Недостатки этих способов и устройств заключаются в том, что механическое воздействие, кроме шелушения, разрушает зерно и часть готового продукта получается в виде дробленого зерна, имеющего меньшую ценность по сравнению с цельным зерном (ядрицей).

Известен способ шелушения зерна, основанный на воздействии воздушного потока со сверхзвуковой скоростью путем одновременного пропуска зерна и воздуха под давлением через сопло, после чего зерно подвергают воздействию ударной волны при перемещении из сопла в емкость с атмосферным давлением. В результате резкого перепада давления зерно подвергается воздействию ударной волны и освобождается от покрывающей его оболочки, которая в виде лузги вылетает вместе с воздухом через отверстия патрубка (3).

Недостатком способа является сложность его реализации, так как для сверхзвукового истечения требуется большой перепад давлений и, следовательно, конструктивные элементы устройства должны рассчитываться и изготавливаться с большим запасом прочности. Кроме того, воздействие ударной волны может также приводить к частичному разрушению зерна, что ухудшает качество продукта.

Задачей изобретения является разработка способа шелушения зерна и устройства для его осуществления с использованием полей высокой частоты, преимущества которых заключаются в том, что при высоком качестве шелушения не происходит разрушения зерна (ядрицы).

Известно использование полей высокой и сверхвысокой частоты для сушки зерна.

Так, например, известен способ сушки зерна в СВЧ поле на частоте 2450 МГц. Нагрев зерна осуществляется в волноводе, а влажный воздух удаляется с помощью вентилятора (4).

В этом способе СВЧ нагрев приводит лишь к удалению влаги из зерна.

Известен также способ термической обработки материалов в электромагнитном поле сверхвысокой частоты. В этом способе зерно предварительно увлажняют до влажности 65-75%, а затем воздействуют на него СВЧ полем в течение 8-11 мин до достижения дозы поглощенной энергии 500-300 кДж/кг (5).

Этот способ применяется для обеззараживания материалов зернового происхождения. Удельная мощность, вкладываемая в материал, мала и требует большого времени нагрева. Недостатком способа является также высокая стоимость СВЧ аппаратуры.

Известно устройство для диэлектрического нагрева сыпучих материалов (6).

Устройство выполнено в виде вращающегося барабана с несколькими отсеками для нагреваемого сыпучего материала, размещенного между электродами конденсатора. Высокопотенциальный электрод снабжен средствами для равномерного распределения поля.

Недостатком устройства является невозможность организации непрерывного процесса, а равномерное распределение поля не способствует повышению эффективности процесса диэлектрического нагрева.

Известно устройство для высокочастотной сушки материалов с изменяющимися свойствами, содержащее рабочий конденсатор переменной емкости, в котором высокопотенциальный электрод выполнен из двух пластин с возможностью одновременного и независимого перемещения их друг относительно друга в направлении движения материала (7).

Недостаток устройства заключается в сложности механизма перемещения пластин, находящихся под высоким потенциалом.

Известна установка для высокочастотной обработки диэлектрических материалов, содержащая экранированную камеру, рабочий конденсатор с высоко- и низкопотенциальными пластинами, транспортирующее устройство и вентиляционную систему. Высокопотенциальная пластина размещена между ветвями транспортирующего устройства, а низкопотеницальные пластины расположены над верхней и под нижней ветвями транспортирующего устройства. Транспортирующее устройство выполнено в виде короба, в полости которого размещен трос с шайбами из радиопрозрачного материала (8).

Недостатком установки является наличие транспортирующего устройства между пластинами рабочего конденсатора, что не позволяет получать высокие напряженности ВЧ поля: из-за большой вероятности пробоя в областях высокой неоднородности поля на конструктивных элементах транспортирующего устройства.

Известно устройство для сушки резаного табака, содержащее сушильную камеру, снабженную поворотным диском и рабочим конденсатором, имеющим заземленный и высоковольтный электроды, являющиеся верхним и нижним основаниями цилиндрической камеры, причем заземленный электрод выполнен в виде поворотного диска.

Сушильная камера имеет загрузочное и разгрузочное отверстия, а боковые стенки ее выполнены из диэлектрика (9).

Недостаток устройства в том, что оно применимо только для сушки материала и требует периодической загрузки и выгрузки материала, подлежащего сушке.

Таким образом, известные способы и устройства с использованием полей высокой частоты не применимы для шелушения зерна и решения задачи изобретения - разработки способа и устройства для шелушения зерна в полях высокой частоты, позволяющего организовать непрерывный процесс и повысить его эффективность за счет создания в зоне нагрева неоднородного электрического поля.

Указанный технический результат достигается тем, что создан способ шелушения, зерна, заключающийся в воздействии на увлажненное зерно полем высокой частоты с увеличивающейся во время воздействия напряженностью поля от некоторого заданного минимального до максимального значения. Авторами экспериментально установлены режимы и параметры поля, обеспечивающие качественное обшелушивание зерна без разрушения ядрицы: на зерно воздействуют полем высокой частоты в диапазоне 25-40 МГц, в течение 15-30 с, причем за время воздействия напряженность поля увеличивают от минимального 2500-2600 В/см до максимального 2900-3000 В/см значений. Влажность зерна перед началом процесса доводят до 20-25%.

Сущность изобретения заключается также в том, что устройство для шелушения зерна содержит загрузочный бункер, сборник готовой продукции и камеру шелушения зерна, выполненную в виде рабочего конденсатора, одна обкладка которого заземлена, выполнена в виде диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси и является дном камеры, а вторая соединена с высокопотенциальным выходом источника высокой частоты, выполнена в форме части кольца и расположена над первой обкладкой под углом к ней, причем стенками камеры являются диэлектрические пластины, прикрепленные к боковым поверхностям второй обкладки.

В частном случае первая обкладка выполнена в виде приводимого во вращение диска, а вторая - в виде части кольца с внешним радиусом, равным радиусу диска, шириной, равной 0,5-0,7 радиуса диска, и длиной дуги внешнего радиуса не менее половины длины окружности диска. Вторая обкладка неподвижно закреплена над поверхностью диска, причем верхний конец второй обкладки установлен вначале по ходу вращения диска на высоте 30-50 мм над ним, а нижний - на высоте 10-20 мм. Над диском, в области свободной от второй обкладки, со стороны ее нижнего конца, расположена разгрузочная планка для направления зерна в сборник готовой продукции, а со стороны верхнего конца установлен загрузочный бункер, снабженный дозатором, выходное окно которого расположено на высоте верхнего конца второй обкладки.

Способ шелушения зерна и устройство для его осуществления поясняются чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид устройства, а на фиг.2 - вид сбоку на камеру шелушения. Способ шелушения зерна заключается в том, что зерно, имеющее достаточно прочную скорлупу, например, зерно гречихи, ячменя, пшеницы, доводят до влажности 20-25% и воздействуют на него полем высокой частоты (25-40) МГц в течение 15-30 секунд. Причем за время воздействия напряженность поля увеличивают от заданного минимального значения до максимального. Наиболее оптимальным является увеличение напряженности поля от 2500-2600 В/см до 2900-3000 В/см. В указанном диапазоне частот зона энерговыделения находится в приповерхностном слое зерна. При влажности зерна в пределах 20-25% и высоких напряженностях ВЧ поля процесс нагрева протекает настолько быстро, что содержащаяся в зерне влага вскипает и давление паров воды резко возрастает. При достаточно большом энерговыделении процесс приобретает взрывной характер и избыточное давление паров воды сбрасывает скорлупу, образуя чистую ядрицу (зерно), являющуюся товарным продуктом (крупой) соответствующей зерновой культуры. При этом само зерно не разрушается, т.к. избыточное давление возникает в приповерхностном слое и исчезает при сбрасывании скорлупы зерна.

При влажности зерна менее 20% образовавшихся паров недостаточно для создания нужного давления внутри скорлупы, а при влажности выше 25% существенно повышаются энергозатраты на нагрев зерна. При частоте ВЧ поля ниже 25 МГц происходит разогрев зерна по всему объему и образовавшиеся пары разрушают зерно. Повышение частоты выше 40 МГц усложняет конструкцию ВЧ установки и повышает ее стоимость. При напряженности ВЧ поля меньше 2500 В/см испарение влаги происходит медленно и скорлупа не разрушается, а при напряженности выше 3000 В/см зерно частично разрушается.

Устройство для шелушения зерна содержит загрузочный бункер 1, сборник готовой продукции 2 и камеру шелушения зерна, выполненную в виде рабочего конденсатора, одна обкладка которого является дном камеры, выполнена в виде диска 3, заземленного с помощью роликов 4 и соединенного через редуктор 5 с двигателем 6 для обеспечения заданной частоты вращения, например, 1-2 об/мин. Вторая обкладка 7 конденсатора выполнена в виде части кольца, расположенного над диском, неподвижно закреплена на изоляторах (на чертеже не показаны) и соединена с высокопотенциальным выходом источника высокой частоты (на чертеже не показан). Центр второй обкладки расположен на одной оси с центром диска, внешний радиус равен радиусу диска 3, ширина кольца составляет 0,5-0,7 радиуса диска 3, а длина дуги внешнего радиуса не менее половины длины окружности диска 3. Вторая обкладка 7 расположена под углом к диску, причем расстояние между неподвижной 7 и вращающейся обкладкой 3 изменяется от 30-50 мм, вначале по ходу вращения, до 10-20 мм на выходе конденсатора. Расстояние между обкладками выбирается из условия, чтобы напряженность поля изменялась от заданного минимального значения по ходу вращения диска до максимального значения на выходе из рабочего конденсатора.

Загрузочный бункер 1 расположен над диском 3 в области, свободной от второй обкладки 7, со стороны ее верхнего конца и снабжен дозатором 8, закрепленным в его нижней части, выходное окно дозатора 8 расположено над вращающимся диском на той же высоте, что и верхний конец высокопотенциальной обкладки 7 на расстоянии от нее 5-10 см по горизонтали. Дозатор 8 приводится во вращение электродвигателем 9.

Боковые стенки 10 камеры шелушения выполнены из диэлектрических пластин, прикрепленных к боковым поверхностям второй обкладки 7, служат для управления потоком зерна и его движением в пределах, рабочего конденсатора и установлены над диском 3 с зазором 0,5-1 мм.

За рабочим конденсатором, по ходу вращения, в области, свободной от второй обкладки, со стороны ее нижнего конца расположена разгрузочная планка 11, неподвижно закрепленная на оси вращения диска 3 и служащая для направления готовой продукции с диска в сборник готовой продукции 2, расположенный под вращающимся диском 3 и планкой 11. Зазор между поверхностью вращающегося диска и разгрузочной планкой составляет 0,5-1 мм.

Устройство для обработки зерна в поле высокой частоты работает следующим образом.

Зерно засыпается в бункер 1, проходит через дозатор 8 и попадает на вращающийся диск 3. Количество подаваемого зерна регулируется за счет изменения частоты вращения двигателя 9. При вращении диска 3 зерно попадает в рабочий конденсатор, образованный вращающимся диском 3 и высокопотенциальной обкладкой 7. В начальной зоне рабочего конденсатора, где расстояние между пластинами велико, происходит медленный нагрев зерна до температуры 80-90^oC. На выходе из рабочего конденсатора напряженность ВЧ поля достигает величины 2900-3000 В/см. При попадании зерна в эту зону происходит его быстрый разогрев до температуры выше 100^oC, интенсивное испарение влаги и образовавшиеся пары воды разрывают скорлупу зерна. Время нахождения зерна в ВЧ поле задается частотой вращения диска 3, а требуемая напряженность ВЧ поля - расстоянием между пластинами конденсатора. После выхода из рабочего конденсатора готовый продукт задерживается разгрузочной планкой 11 и ссыпается в сборник готовой продукции 2.

Отделение шелухи от ядрицы производится известными способами провеивания. Отработка предлагаемого способа шелушения зерна и устройства для его осуществления производилась на зерне гречихи. При этом выход ядрицы составил 90%, тогда как в известных способах, основанных на приложении к зерну механических сил, выход ядрицы составляют 40-50%. Получаемая крупа имеет хорошие вкусовые качества, а влажность крупы позволяет засыпать ее на длительное хранение без дополнительного досушивания.

Источники информации:
1. Патент РФ N 2028181, B 02 B 3/00.

2. Патент РФ N 2013121, B 02 B 3/00.

3. А.с. СССР N 142861, B 02 B 3/12.

4. Патент Франции N 2458772.

5. А. с. СССР N 1608832, H 05 B 6/64.

6. А. с. СССР N 1607081, H 05 B 6/46.

7. А. с. СССР N 1601480, F 26 B 3/34.

8. Патент РФ N 2032874, F 26 B 3/347.

9. А. с. СССР N 1631239, F 26 B 3/34.

Способ и устройство предназначены для получения зерна, например гречихи, ячменя, пшеницы. Способ шелушения зерна включает воздействие на увлажненное зерно поля высокой частоты при одновременном увеличении напряженности поля за время воздействия от заданной минимальной до заданной максимальной величины. Устройство для шелушения зерна содержит загрузочный бункер, сборник готовой продукции и камеру шелушения зерна, выполненную в виде рабочего конденсатора. Одна обкладка конденсатора заземлена, выполнена в виде диска и является дном камеры. Вторая, соединенная с высокопотенциальным выходом источника высокой частоты, выполнена в форме части кольца и расположена над первой обкладкой под углом к ней, причем первая обкладка установлена с возможностью вращения вокруг оси. В результате повышается качество шелушения и уменьшается степень разрушения ядер. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ шелушения зерна, отличающийся тем, что на увлажненное зерно воздействуют полем высокой частоты при одновременном увеличении напряженности поля за время воздействия от заданной минимальной до заданной максимальной величины. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействуют полем частотой в диапазоне 25 - 40 МГц в течение 15 - 30 с, причем за время воздействия напряженность поля увеличивают от 2500 - 2600 В/см до 2900 - 3000 В/см. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что влажность зерна доводят до 20 - 25%. 4. Устройство для шелушения зерна, содержащее загрузочный бункер, сборник готовой продукции и камеру шелушения зерна, отличающееся тем, что камера шелушения зерна выполнена в виде рабочего конденсатора, одна обкладка которого заземлена, выполнена в виде диска, установленного с возможностью вращения вокруг оси, и является дном камеры, а вторая, соединенная с высокопотенциальным выходом источника высокой частоты, выполнена в форме части кольца и расположена над первой обкладкой под углом к ней, причем боковыми стенками камеры являются диэлектрические пластины, прикрепленные к боковым поверхностям второй обкладки. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вторая обкладка конденсатора выполнена в виде части кольца с внешним радиусом, равным радиусу диска, шириной 0,5 - 0,7 радиуса диска и длиной дуги внешнего радиуса не менее половины длины окружности диска и неподвижно закреплена над поверхностью диска, причем верхний конец второй обкладки установлен вначале по ходу вращения диска на высоте 30 - 50 мм над ним, а нижний - на высоте 10 - 20 мм над диском в области, свободной от второй обкладки, со стороны ее нижнего конца расположена разгрузочная планка для направления зерна в сборник готовой продукции, а со стороны верхнего конца установлен загрузочный бункер, снабженный дозатором, выходное окно которого расположено на высоте верхнего конца второй обкладки.