СПОСОБ ВЛАГОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА ГРЕЧИХИ Российский патент 2012 года по МПК A23L1/10 

Изобретение относится к зерноперерабатывающей промышленности и может быть использовано в линиях переработки зернопродуктов, преимущественно зерна гречихи.

Известен способ автоматического управления процессом производства варено-сушеных круп [Патент РФ №2181015; Опубл. 10.04.2002; Бюл. №10], предусматривающий мойку, варку и сушку круп в среде перегретого пара.

Недостатками известного способа является то, что в нем не предусмотрены такие важные технологические процессы как пропаривание, разрыхление и охлаждение зерна, что не позволяет обеспечить его заданных структурно-механических свойств, зерно не выдерживает последующего механического воздействия при интенсивном шелушении и разрушается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ гидротермической обработки зерна гречихи [Егоров Г.А. Технология муки. Технология крупы. - 4-е изд., перераб. и доп. Учебник. - М.: Колос, 2005. - 296 с. (с.248)], согласно которому зерно, очищенное от сорных и зерновых примесей на зерновом сепараторе и триере и пропущенное для улавливания ферропримесей через магниты, подают в пропариватель и подвергают обработке паром при давлении 0,25…0,30 МПа в течение 3…5 минут, после пропаривания зерно в течение 30 минут выдерживают в закроме для усиления преобразования структурно-механических и технологических свойств зерна, затем его подсушивают, охлаждают и после просеивания направляют на шелушение. Влажность зерна при этом снижается до 12,5…14,5%.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- невысокая эффективность сушки зерна гречихи, т.к. значительная часть теплоты выбрасывается в атмосферу с отработанным сушильным агентом;

- не реализованы основные принципы энергосбережения, к которым относятся, прежде всего, рекуперация и утилизация вторичных энергоресурсов, замкнутые рециклы;

- не предусмотрена предварительная подсушка зерна воздухом и его разрыхление в виброкипящем слое, обеспечивающая высокие сыпучие свойства зерновой массы при движении за счет сил гравитации, равномерность подсушивания при удалении поверхностной и осмотически связанной влаги;

Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности сушки за счет использования в качестве теплоносителя перегретого пара, снижение удельных энергозатрат и создание экологически чистой, ресурсосберегающей технологии влаготепловой обработки за счет организации рециркуляционных схем по энергетическим потокам.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в способе влаготепловой обработки зерна гречихи, включающем очистку от сорных и зерновых примесей, улавливание ферропримесей, пропаривание в течение 3…5 мин при давлении пара 0,25…0,30 МПа, термовлаговыравнивание в течение 30 минут, сушку и охлаждение зерна, новым является то, что после термовлаговыравнивания перед сушкой осуществляют предварительный подогрев зерна в камере нагрева с газораспределительной решеткой до температуры 40…42°С и разрыхление слоя зерна воздухом со скоростью 6…8 м/с в виброкипящем слое с частотой вибрации газораспределительной решетки 7…10 Гц и амплитудой колебания 3…7 мм при снижении влажности зерна с 21…23% до 15…17%, сушку зерна осуществляют до влажности 12…14% при температуре 95…100°C перегретым паром в кипящем слое с температурой 120…130°C и скоростью движения 0,6…0,8 м/с, причем отработанный воздух после предварительного подогрева зерна сначала направляют в циклон для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, а затем подвергают осушению до влагосодержания 0,005…0,007 кг/кг в двухсекционном испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают в режимах конденсации и регенерации, и далее осушенный воздух после рабочей секции испарителя подают на охлаждение высушенного зерна, после чего нагревают в конденсаторе теплонасосной установки до температуры 75…77°C и подают на предварительный подогрев зерна с образованием замкнутого цикла, используя при этом парогенератор с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном для получения насыщенного пара, одну часть которого перегревают в пароперегревателе до температуры 120…130°C и подают на сушку зерна, а другую направляют на регенерацию поверхности охлаждающего элемента резервной секции испарителя, образовавшийся при этом конденсат отводят в сборник конденсата и затем в режиме замкнутого цикла вновь подают в парогенератор, а отработанный перегретый пар после сушки с температурой 105…110°C подают на пропаривание зерна.

На фиг. представлена схема, реализующая предлагаемый способ влаготепловой обработки зерна гречихи.

Схема содержит пропариватель 1; питатели 2, 3, бункеры для термовлаговыравнивания 4; норию 5; камеру предварительного подогрева и разрыхления слоя зерна 6 с виброприводом 7 и газораспределительной решетки 8; вентиляторы 9, 10, 11; сушилку 12; камеру охлаждения 13; парогенератор 14 с предохранительным клапаном 15; пароперегреватель 16; тепловые электронагревательные элементы 17, 18; сборник конденсата 19; циклон 20; компрессор 21; конденсатор 22; терморегулирующий вентиль 23; секции испарителя 24, 25; распределители потока 26, 27, 28, 29; насос 30; линии материальных и энергетических потоков: 0.2 - исходное зерно; 0.2.1 - пропаренное зерно; 0.2.2 - подсушенное зерно; 0.2.3 - высушенное зерно; 0.2.4 - взвешенные твердые частицы; 0.2.5 - охлажденное зерно; 2.1 - насыщенный пар; 2.2 - перегретый пар; 2.3 - отработанный перегретый пар; 1.8 - конденсат; 3.0 - отработанный воздух; 3.1 - кондиционированный воздух, 3.2 - воздух после охлаждения зерна; 3.3 - горячий воздух; 5.2 - хладагент.

Способ влаготепловой обработки зерна гречихи осуществляют следующим образом.

Зерно, очищенное от сорных и зерновых примесей на зерновом сепараторе и триере и пропущенное для улавливания ферропримесей через магниты, подают в пропариватель 1 с помощью питателя 2 и подвергают обработке паром при давлении 0,25…0,30 МПа в течение 3…5 минут, после пропаривателя зерно с влажностью 19…20% с помощью питателя 3 по линиям 0.2.1 направляют в бункеры для термовлаговыравнивания 4, где в течение 30 минут выдерживают для усиления преобразования структурно-механических и технологических свойств.

Выдержанное в бункерах 4 зерно посредством нории 5 подают в камеру предварительного нагрева 6, где осуществляют нагрев зерна до температуры 40…42°C и разрыхление слоя зерна воздухом, подаваемым вентилятором 9 со скоростью 6…8 м/с, в виброкипящем слое с частотой вибрации 7…10 Гц и амплитудой колебания 3…7 мм, создаваемой виброприводом 7 газораспределительной решетки 8. В ходе предварительного нагрева из зерна удаляется поверхностная и осмотически связанная влага, влажность зерна снижается с 21…23% до 15…17%, обеспечивается равномерность конвективного тепло-массообмена между воздухом и зерном, повышаются сыпучие свойства зерновой массы при гравитационном перемещении зерна за счет преодоления сил сцепления между отдельными зернами. Предварительный нагрев зерна создает условия для ускорения последующей сушки, которую осуществляют в камере сушки 12 перегретым паром в кипящем слое с температурой 120…130°С и скоростью движения 0,6…0,8 м/с до достижения влажности зерна 12…14% и температуры 95…100°C. Высушенное зерно охлаждают в камере охлаждения 13 и отводят на шелушение по линии 0.2.5.

Отработанный воздух после предварительного нагрева зерна направляют по линии 3.0 в циклон 19 для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, отводимых по линии 0.2.4 в отходы, а затем с помощью распределителя потока 26 подают в рабочую секцию испарителя 24 теплонасосной установки и подвергают осушению до влагосодержания 0,005…0,007 кг/кг, и далее осушенный воздух после рабочей секции испарителя подают по линии 3.1 на охлаждение высушенного зерна до температуры 20…25°C в камеру охлаждения 13, после чего по линии 3.2 направляют в конденсатор 22 теплонасосной установки, где нагревают до температуры 75…77°C и вновь подают по линии 3.3 на предварительный подогрев зерна с образованием замкнутого цикла.

Теплонасосная установка, включающая рабочую 24 и резервную 25 секции испарителя, компрессор 21, конденсатор 22, терморегулирующий вентиль 23, работает по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент (рабочее тело) всасывается компрессором 21, сжимается до давления конденсации и направляется в конденсатор 22. Конденсируясь, он отдает теплоту воздуху, который, нагреваясь до температуры 75…77°C, подается в камеру предварительного нагрева зерна 6. Затем хладагент направляется в терморегулирующий вентиль 23, где дросселируется до заданного давления. С этим давлением хладагент посредством распределителя потока 29 поступает в рабочую секцию 24 испарителя и испаряется с выделением холода. Пары хладагента по замкнутому контуру 5.2 через распределитель потока 28 направляются в компрессор 21, сжимаются до давления конденсации и термодинамический цикл повторяется.

Для получения пара используют парогенератор 14 с электронагревательными элементами 17 и предохранительным клапаном 15. Полученный насыщенный пар по линии 2.1 распределяют на два потока: один перегревают в пароперегревателе 16 посредством электронагревательных элементов 18 до температуры 120…130°C и по линии 2.2 подают на сушку зерна в камеру сушки, а другой направляют с помощью распределителя потока 26 на регенерацию поверхности охлаждающего элемента резервной секции испарителя 25, образовавшийся при этом конденсат отводят по линии 1.8 в сборник конденсата 19 и затем в режиме замкнутого цикла насосом 30 вновь подают в парогенератор 14 для пополнения убыли воды. Предусмотрена подпитка системы свежей водой через сборник конденсата 19 по линии 1.8.

Отработанный перегретый пар после сушки с температурой 105…110°C по линии 2.3 подают на пропаривание зерна в пропариватель 1.

В случае технологических и аварийных сбоев в работе парогенератора, связанных с возможным увеличением давления насыщенного водяного пара в его рабочем объеме, предусмотрен предохранительный клапан 15.

Пример реализации способа

Способ влаготепловой обработки зерна гречихи реализован для поточной линии производительностью по готовому продукту 4,9…5,1 т/ч.

Для повышения энергетической эффективности технологической линии использовался компрессорно-конденсаторный агрегат, работающий в режиме теплового насоса, со следующими характеристиками:

Компрессор одноступенчатый двухцилиндровый ФВ - 4/4,5; Хладагент (фреон-12) R12; Холодопроизводительность, кВт 15…20; Диапазон температур кипения, °C -25…0; Конденсатор воздушный, ребристый, м² 15; Площадь охлаждающей поверхности   испарителя, м² 20; Допустимые пределы изменения   коэффициента теплопередачи, Вт/м²·К 3,8…5,0; Температура хладагента на входе в испаритель, К 263…273.

Воздух с влагосодержанием 0,005 кг/кг после испарителя теплонасосной установки подается в камеру охлаждения, после которой его влагосодержание повышается незначительно и составляет 0,007 кг/кг. С этим влагосодержанием воздух подается в камеру предварительного нагрева зерна.

Низкотемпературные режимы предварительного нагрева зерна гречихи воздухом с пониженным влагосодержанием приводят к интенсивному влагоудалению поверхностной и осмотически связанной влаги и ее уносу из рабочего объема камеры предварительного нагрева.

На выходе из камеры предварительного нагрева влагосодержание отработанного воздуха составляет 0,014 кг/кг.

В соответствии с кинетическими закономерностями влагоудаления расход воздуха с температурой 75…77°C на 1 т продукта составляет 2500 м³. Следовательно, количество влаги, унесенной отработанным воздухом с поверхности зерен гречихи из камеры предварительного нагрева при производительности линии 5 т/ч, определяется следующим образом:

U=(x_вых-x_вх)ρ_свG_ккν=(0,014-0,005)·1,0·5·2500=112,5 кг/ч,

здесь G_кк - производительность поточной линии, т/ч; ν - удельный расход воздуха, м³/т.

Полученное количество влаги необходимо сконденсировать на поверхности охлаждающего элемента рабочей секции испарителя в виде снеговой шубы, предельно допустимая толщина которой не должна превышать 15 мм. В процессе конденсации влаги отработанный воздух охлаждается до температуры 7°C, что соответствует интервалу значений коэффициента теплопередачи от хладагента к воздуху через стенку охлаждающего элемента 3,8…5,0 Вт/м²·К. При снижении коэффициента теплопередачи ниже заданного интервала значений переключают рабочую секцию испарителя с режима конденсации на режим регенерации, а резервную секцию с режима регенерации на режим конденсации.

Конденсат, образовавшийся при размораживании секции испарителя, работающей в режиме регенерации, используется для получения пара в парогенераторе.

Насыщенный пар на процесс сушки подается под давлением 0,2 МПа, что соответствует 120°C и удельному объему пара 0,892 м³/кг. При норме массового расхода пара 260 кг на 1 тонну зерна, составляющей 12% от его расхода, объемный расход пара составит:

Q_n=q_n·0,12G_кк·V=260·0,12·16·0,892=445,3 м³ /ч,

где q_n - удельный массовый расход пара, кг/т.

Пусть на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, необходимо установить расход пара 100 м³/ч, тогда с учетом общего потребления пара на процессы сушки, пропаривания и на размораживание резервной секции испарителя производительность парогенератора должна поддерживаться на уровне 545,3 м³/ч путем воздействия на мощность электронагревательных элементов парогенератора.

Таким образом, предлагаемый способ влаготепловой обработки зерна гречихи позволяет создать условия для реализации энергетически эффективной технологии в непрерывном режиме эксплуатации основного и вспомогательного оборудования.

Дополнительные технологические приемы позволяют реализовать предлагаемый способ как энергосберегающую и экологически безопасную технологию, в частности обеспечить охлаждение воздуха с применением теплонасосной установки в замкнутом контуре его рециркуляции и снизить при этом окисление продукта кислородом воздуха (чисто технологическая задача), устранить выброс пылевидной фракции с отработанным воздухом в атмосферу (экологическая задача), использовать рекуперацию теплоты конденсации хладагента в конденсаторе теплонасосной установки для нагрева воздуха (задача энергосбережения). В предлагаемом способе решается комплексная задача рационального энергоснабжения новых технологических операций, посредством которых осуществляется воздействие на зерно, что приобретает особую актуальность применения способа на предприятиях малой мощности, фермерских хозяйствах, миникрупоцехах и делает способ более привлекательным для специалистов зерноперерабатывающей промышленности.

В табл.1 представлены показатели качества зерна гречихи при гидротермической обработке известным и предлагаемым способами перед шелушением.

В табл.2 представлен выход крупы и отходов при гидротермической обработке зерна гречихи.

В табл.3 представлены результаты сравнения показателей качества гречневой крупы, выработанной из пропаренного зерна гречихи.

Таблица 1 Показатели Способ Известный Предлагаемый Влажность, % 14,5 14,0 Содержание ядра, % 71,0 72,0 Сорная примесь, % 2,0 2,0 Испорченные зерна, % 0,3 0,2 Зерновая примесь, %, 3,0 2,0 в том числе:     обрушенные зерна 2,0 1,5 Проросшие зерна 1,0 0,7 Зараженность вредителями отсутствует отсутствует

Таблица 2 Продукты переработки, выход, % Способ Известный Предлагаемый Крупа гречневая ядрица 62,0 63,0 Крупа гречневый продел 5,0 4,0 Мучка кормовая 3,5 3,0 Отходы I и II категории 6,5 6,5 Отходы III категории, механические потери 0,7 0,7 Лузга 20,8 21,3 Усушка 1,5 1,5 Всего 100 100

Таблица 3 Показатели качества Способ Известный Предлагаемый Цвет Коричневый разных оттенков Коричневый однотонный Запах Свойственный, без посторонних Свойственный, без посторонних Вкус Свойственный, без посторонних привкусов Свойственный, без посторонних Влажность, % 14,0 14,0 Доброкачественное ядро, %, 97,5 98,2 в том числе колотые ядра 5,0 3,5 Нешелушеные зерна, % 0,5 0,4 Сорная примесь, % 0,55 0,4 Мучка, % - - Испорченные ядра, % 0,2 0,1 Развариваемость, мин 25 22 Зараженность вредителями хлебных запасов - - Металломагнитная примесь, мг/кг 3,0 3,0 Плесневые грибы, клеток в 1 г отсутствуют отсутствуют Бактерии группы кишечной палочки, в 1 г отсутствуют отсутствуют

Как видно из табл.1-3, что в результате более глубокой влаготепловой обработки зерна по предлагаемому способу гречневая ядрица имеет однотонный цвет за счет более равномерного протекания меланоидиновой реакции, выход доброкачественного ядра на 0,7% выше, а содержание колотых ядер на 1,5% ниже, чем в крупе из гречихи, прошедшей традиционную гидротермическую обработку.

Выход гречневой крупы (ядрицы) из зерна гречихи, прошедшего гидротермическую обработку (ГТО) по предлагаемому способу на 1,0% выше, а гречневого продела ниже, что свидетельствует о преимуществе данного способа.

Отклонение температурных и гидродинамических режимов при предварительном нагреве зерна воздухом и последующей сушки перегретым паром от заданных значений приводит к неизбежным теплоэнергетическим потерям и ухудшению качества готового продукта.

Предлагаемый способ влаготепловой обработки зерна гречихи позволяет:

- повысить эффективность сушки;

- стабилизировать температурный режим влаготепловой обработки зерна гречихи в области заданных значений, что позволяет обеспечить необходимые структурно-механические показатели продукта перед шелушением;

- снизить энергозатраты на тонну высушенного и охлажденного зерна на 10…15%;

- обеспечить экологически чистую технологию влаготепловой обработки зерна гречихи, поскольку энергетические потоки осуществляются в замкнутых контурах рециркуляции.

Изобретение относится к зерноперерабатывающей промышленности и может быть использовано в линиях переработки зернопродуктов, преимущественно зерна гречихи. Способ включает очистку от сорных и зерновых примесей, улавливание ферропримесей, пропаривание в течение 3…5 мин при давлении пара 0,25…0,30 МПа, термовлаговыравнивание в течение 30 минут, сушку и охлаждение зерна. После термовлаговыравнивания перед сушкой осуществляют предварительный подогрев зерна в камере нагрева с газораспределительной решеткой до температуры 40…42°C и разрыхление слоя зерна воздухом со скоростью 6…8 м/с в виброкипящем слое с частотой вибрации газораспределительной решетки 7…10 Гц и амплитудой колебания 3…7 мм при снижении влажности зерна с 21…23% до 15…17%. Сушку зерна осуществляют до влажности 12…14% при температуре 95…100°C перегретым паром в кипящем слое с температурой 120…130°C и скоростью движения 0,6…0,8 м/с. Отработанный воздух после предварительного подогрева зерна сначала направляют в циклон для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, а затем подвергают осушению до влагосодержания 0,005…0,007 кг/кг в двухсекционном испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают в режимах конденсации и регенерации. Осушенный воздух после рабочей секции испарителя подают на охлаждение высушенного зерна, после чего нагревают в конденсаторе теплонасосной установки до температуры 75…77°C и подают на предварительный подогрев зерна с образованием замкнутого цикла, используя при этом парогенератор с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном для получения насыщенного пара. Одну часть пара перегревают в пароперегревателе до температуры 120…130°C и подают на сушку зерна, а другую - направляют на регенерацию поверхности охлаждающего элемента резервной секции испарителя. Образовавшийся при этом конденсат отводят в сборник конденсата и затем в режиме замкнутого цикла вновь подают в парогенератор, а отработанный перегретый пар после сушки с температурой 105…110°C подают на пропаривание зерна. Использование изобретения позволит повысить качество обработки зерна гречихи. 1 ил., 3 табл.

Способ влаготепловой обработки зерна гречихи, включающий очистку от сорных и зерновых примесей, улавливание ферропримесей, пропаривание в течение 3…5 мин при давлении пара 0,25…0,30 МПа, термовлаговыравнивание в течение 30 мин, сушку и охлаждение зерна, отличающийся тем, что после термовлаговыравнивания перед сушкой осуществляют предварительный подогрев зерна в камере нагрева с газораспределительной решеткой до температуры 40…42°C и разрыхление слоя зерна воздухом со скоростью 6…8 м/с в виброкипящем слое с частотой вибрации газораспределительной решетки 7…10 Гц и амплитудой колебания 3…7 мм при снижении влажности зерна с 21…23% до 15…17%, сушку зерна осуществляют до влажности 12... 14% при температуре 95…100°C перегретым паром в кипящем слое с температурой 120...130°C и скоростью движения 0,6…0,8 м/с, причем отработанный воздух после предварительного подогрева зерна сначала направляют в циклон для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, а затем подвергают осушению до влагосодержания 0,005…0,007 кг/кг в двухсекционном испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секции которого попеременно работают в режимах конденсации и регенерации, и далее осушенный воздух после рабочей секции испарителя подают на охлаждение высушенного зерна, после чего нагревают в конденсаторе теплонасосной установки до температуры 75…77°C и подают на предварительный подогрев зерна с образованием замкнутого цикла, используя при этом парогенератор с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном для получения насыщенного пара, одну часть которого перегревают в пароперегревателе до температуры 120…130°C и подают на сушку зерна, а другую - направляют на регенерацию поверхности охлаждающего элемента резервной секции испарителя, образовавшийся при этом конденсат отводят в сборник конденсата, и затем в режиме замкнутого цикла вновь подают в парогенератор, а отработанный перегретый пар после сушки с температурой 105…110°C подают на пропаривание зерна.