СПОСОБ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА И ПРОПАРИВАТЕЛЬ ДЛЯ ГИДРОТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА Российский патент 2015 года по МПК B02B1/08 F26B3/02 

Группа изобретений относится к области мукомольно-крупяной промышленности и может быть применена при производстве круп.

Гидротермическая обработка зерна предназначена для направленного действия на зерно водой (паром) и теплом для изменения его технологических свойств, создания оптимальных условий процесса производства круп, повышения выхода круп, стойкости при хранении и улучшения их пищевых и вкусовых качеств.

Известен способ гидротермической обработки (ГТО) зерна овса (RU 2119820, публ. 1998.10.10), заключающийся в увлажнении зерна овса водой до 18-20% в увлажнительных машинах, отволаживании в отлежных закромах в течение 11-14 часов, сушке в сушилке при температуре 150-160°C в течение 3-5 минут и в дальнейшем шелушении.

Известен также способ ГТО зерна овса (RU 2169615, публ. 1999.09.07), заключающийся в увлажнении в вакуумной камере при наборе вакуума с остаточным давлением 0,03-0,05 МПа и подаче воды в зерно в течение 10-60 секунд с последующим удалением из зерна излишков поверхностной влаги. Затем зерно отволаживают в бункерах в течение 2,5-4,0 часов, сушат и отправляют на шелушение.

Недостатками этих способов являются длительность технологического процесса, потребность громоздкого и сложного в эксплуатации оборудования, больших производственных площадей, повышенных энергозатрат, а также невысокая производительность.

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является способ ГТО овса, заключающийся в предварительном прогреве зерна, пропаривании, его последующей сушке и охлаждении. Пропаривание овса осуществляют в горизонтальных шнековых пропаривателях непрерывного действия при давлении пара 0,05-0,15 МПа в течение 3-5 минут. Затем зерно сушат и направляют на шелушение (Е.М. Мельников. Технология крупяного производства. М.: ВО «Агропромиздат», 1991, с.136-139).

Недостатком данного способа является неравномерность пропаривания зерна по объему и соответственно неравномерность протекания физико-химических процессов в зерне, механическое воздействие шнеков на зерновку приводит к появлению на них трещин, что, в конечном итоге, снижает выход готовой крупы. Реализация способа требует дополнительного оборудования и увеличения энергозатрат для сушки зерна после пропаривания. Кроме того, данный способ ГТО применим не для всех культур. Например, его применение невозможно для ГТО зерна гречихи. Это обусловлено тем, что в процессе пропаривания ядро зерна приобретает повышенную эластичность и под воздействием шнека деформируется и частично разминается, что ведет к снижению выхода готовой продукции при повышенном содержании дробленого ядра.

Технической задачей предлагаемого изобретения является сокращение длительности технологического процесса ГТО, сокращение производственных площадей, необходимых для его реализации, повышение выхода готовой продукции

Поставленная техническая задача решается тем, что в способе гидротермической обработки зерна, включающем предварительный прогрев, пропаривание, сушку и охлаждение зерна, прогрев, пропаривание и сушку зерна осуществляют в вертикальном пропаривателе непрерывного действия, оснащенном ворошителем, для чего зерно подают в пропариватель, увлажняют, постоянно перемешивают, приводя в «псевдовзвешенное» состояние и обрабатывая восходящим потоком пара, при этом зерно, по мере перемещения под действием гравитационных сил сверху вниз, прошедшее стадии прогрева, пропаривания и сушки, выгружают, процесс проводят в течение 4-10 минут при давлении 0,05-0,15 МПа.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в осуществлении в одном аппарате (вертикальном пропаривателе непрерывного действия) нескольких операций ГТО: предварительный прогрев с увлажнением, пропаривание и сушку. Реализация способа обеспечивает сокращение длительности технологического процесса ГТО, энергозатрат и количества единиц оборудования для его проведения, а соответственно и производственных площадей. Отпадает необходимость использования на мукомольно-крупяных предприятиях ряда аппаратов, например подогревателей типа БПЗ, влагоснимателей типа В-5, сушильных агрегатов.

Под «псевдовзвешенным» понимается состояние зерна в вертикальном пропаривателе непрерывного действия, при котором рабочими органами ворошителя зерну придается вертикальная составляющая скорости, направленная вверх, при этом плотность зерна в слое снижается.

Проведение процесса ГТО зерна в «псевдовзвешенном» состоянии обеспечивает его равномерное увлажнение и способствует при последующей сушке протеканию физико-химических процессов, таких как частичная денатурация белка, клейстеризация крахмала, приводящих к укреплению структуры ядра зерна и повышению выхода готовой продукции.

Длительность процесса (время пребывания зерна в пропаривателе) и температуру пара выбирают для каждой конкретной культуры с учетом требований технологического процесса дальнейшей переработки зерна, прошедшего ГТО, и требуемых потребительских свойств конечной продукции, например, для гречневой крупы - интенсивность аромата и вкус, характерный для пропаренной гречневой крупы.

Давление в диапазоне 0,05-0,15 МПа, при котором осуществляется ГТО, обусловлено газодинамическим сопротивлением слоя зерна в пропаривателе и сечением штуцера для отвода отработанного пара.

Из уровня техники устройств, с помощью которых возможно реализовать предложенный способ ГТО, не выявлено.

Технической задачей предлагаемого изобретения также является разработка устройства для реализации предлагаемого способа ГТО для осуществления непрерывного процесса гидротермической обработки зерна - предварительного прогрева, пропаривания и сушки.

Поставленная техническая задача решается тем, что пропариватель для гидротермической обработки зерна содержит вертикальный цилиндрический корпус, с загрузочным патрубком, штуцером вывода отработанного пара и штуцером для подачи воды в его верхней части и патрубком выгрузки зерна - в нижней, разгрузочное устройство, приспособление для подачи и распределения пара, ворошитель и отражатель, при этом ворошитель включает в себя установленный в опорах по оси корпуса вертикальный вал, соединенный с приводом, снабженный несколькими рядами лопастей в виде по меньшей мере двух пластин в каждом ряду, радиально закрепленных на валу таким образом, что их плоскости в направлении вращения образуют угол 30-50°, а отражатель выполнен в виде нескольких рядов пластин, закрепленных радиально на внутренней поверхности корпуса с обеспечением возможности перемещения между их рядами лопастей ворошителя, причем пластины отражателя закреплены с углом наклона плоскостей, обратным углу наклона плоскостей лопастей ворошителя, а приспособление для подачи и распределения пара установлено над разгрузочным устройством.

Поставленная техническая задача решается также тем, что:

- каждый последующий ряд лопастей ворошителя установлен на валу с угловым смещением, равным половине угла между лопастями предыдущего ряда;

- днище корпуса пропаривателя выполнено плоским, патрубок выгрузки зерна размещен в придонной зоне стенки пропаривателя, а разгрузочное приспособление выполнено в виде одной или более пластин, радиально закрепленных на валу ворошителя в придонной области, таким образом, что их плоскости перпендикулярны днищу, а приспособление для подачи и распределения пара установлено в зоне над пластинами разгрузочного устройства;

- пластины разгрузочного устройства выполнены с серповидным изгибом в направлении вращения вала ворошителя.

На фиг.1 изображена принципиальная схеме пропаривателя для гидротермической обработки зерна

Пропариватель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с загрузочным патрубком 2, штуцером вывода отработанного пара 3, штуцером для подачи воды 4 и патрубком выгрузки зерна 5, снабженный отражателем в виде рядов пластин 6, радиально закрепленных на его внутренней поверхности, ворошитель, включающий вал 7, установленный в опорах 8 по оси корпуса 1 и соединенный с приводом 9, снабженный несколькими рядами лопастей 10, разгрузочное устройство в виде одной или нескольких пластин 11, радиально закрепленных на валу 7, и приспособление для подачи и распределения пара 12.

Работает пропариватель следующим образом.

Зерно через загрузочный патрубок 2 загружают внутрь корпуса 1 при включенном приводе 9, приводящем во вращение вал 7 ворошителя. При этом закрепленные на валу лопасти 10 ворошителя отбрасывают зерно вперед и вверх по ходу вращения, при взаимодействии с пластинами 6 отражателя зерно снова отбрасывается вверх и меняет направление движения на противоположное. Таким образом зерну придается вертикальная составляющая скорости, направленная вверх, частично компенсирующая влияние гравитационных сил, при этом плотность зерна в слое снижается, т.е. зерно приводится в состояние, названное нами «псевдовзвешенным». С началом загрузки зерна в корпус 1 через приспособление для подачи и распределения пара 12 в пропариватель подают сухой пар с температурой 120-200°C, который при движении снизу вверх к штуцеру вывода отработанного пара 3 обеспечивает равномерный контакт с зерновой массой. При этом его температура падает, а влажность растет.

Зерно, перемещаясь сверху вниз, проходит стадию увлажнения и предварительного прогрева в верхней части пропаривателя, за счет обработки отработанным влажным паром и впрыска, при необходимости, воды через штуцер 4, затем, собственно, пропаривание в его средней части и сушку в нижней, после чего захватывается пластинами разгрузочного устройства 11 и выгружается через патрубок выгрузки зерна 5.

Конструкция пропаривателя обеспечивает возможность проведения операций предварительного прогрева, пропаривания и сушки в одном аппарате и в непрерывном режиме. Глубина гидротермической обработки зерна может регулироваться за счет изменения температуры пара, степени заполнения пропаривателя и оборотов вала ворошителя с расположенными на нем пластинами разгрузочного устройства.

Предлагаемые способ и конструкция пропаривателя реализованы в опытно-промышленной установке производительностью 10 т/час, работающей на элеваторе в цехе по переработке зерна гречихи. Занимаемая этой установкой производственная площадь в 3,5-4,0 раза меньше, чем требуемая производственной площадь для ГТО зерна с использованием пропаривателя А9-БПБ такой же производительности, а расход пара снижен на 30-40%. При этом длительность процесса ГТО при использовании предлагаемого способа снижена 3-5 раз.

Предлагаемый способ и конструкция пропаривателя обеспечивают возможность ГТО зерна различных культур при различных влажностно-тепловых режимах. Известно, например, что режимы ГТО зерна гречихи для получения крупы и гречневой муки различны и определяют потребительские свойства готовой продукции. На опытно-промышленной установке в процессе ГТО зерно гречихи для выработки крупы получают темно-бежевого цвета, с интенсивным вкусом и ароматом, в то время как для муки - светлой окраски, с легким ароматом и вкусом поджаренного ореха. При этом подобранные опытным путем режимы позволяют в процессе ГТО в первом случае пластифицировать и упрочнить ядро гречихи и повысить выход и качество крупы за счет снижения дробленого ядра и мучки, а во втором - уменьшить степень упрочнения ядра и снизить энергозатраты на размалывание.

Обработка зерна овса по предлагаемому способу на опытно-промышленной установке позволяет получать крупу с выходом не менее 61% и содержанием колотых зерен 0,5-1,0%. При этом улучшаются органолептические качества крупы, т.к. способ позволяет получать крупу различных цветовых оттенков, что повышает конкурентоспособность продукции.

Таким образом, предлагаемые способ ГТО и пропариватель для его осуществления обеспечивают решение поставленной технической задачи - позволяют сократить длительность технологического процесса ГТО и его энергоемкость, сократить размер производственной площади для размещения технологического оборудования, повысить выход готовой продукции.

Кроме того, предлагаемый способ ГТО и пропариватель могут быть использованы для обработки готовых круп для их дальнейшего плющения и получения хлопьев.

Способ и пропариватель предназначены для производства круп в мукомольно-крупяной промышленности. Для гидротермической обработки зерно предварительно прогревают, пропаривают и сушат в вертикальном пропаривателе непрерывного действия и охлаждают. Зерно увлажняют, постоянно перемешивают и обрабатывают восходящим потоком пара. При перемешивании зерно приводят в псевдовзвешенное состояние. Зерно перемещается под действием гравитационных сил. После обработки зерно выгружают. Процесс проводят в течение 4-10 минут при давлении 0,05-0,15 МПа. Пропариватель содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с загрузочным патрубком 2, штуцерами вывода отработанного пара 3 и подачи воды 4 в верхней части, патрубок выгрузки зерна 5 в нижней части, разгрузочное устройство 11. Ворошитель включает вертикальный вал 7 с несколькими рядами лопастей 10 в виде по меньшей мере двух пластин в каждом ряду. Вал установлен в опорах 8 по оси корпуса и соединен с приводом 9. Несколько рядов пластин 6 отражателя закреплены радиально на внутренней поверхности корпуса с возможностью перемещения между их рядами лопастей ворошителя. Плоскости лопастей ворошителя в направлении вращения образуют угол 30-50°, пластины отражателя закреплены с обратным углом. Приспособление для подачи и распределения пара 12 установлено над разгрузочным устройством. Изобретение обеспечивает сокращение длительности технологического процесса и повышение выхода готовой продукции. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ гидротермической обработки зерна, включающий предварительный прогрев, пропаривание, сушку и охлаждение зерна, отличающийся тем, что прогрев, пропаривание и сушку зерна осуществляют в вертикальном пропаривателе непрерывного действия, оснащенном ворошителем, для чего зерно подают в пропариватель, увлажняют, постоянно перемешивают, приводя в «псевдовзвешенное» состояние и обрабатывая восходящим потоком пара, при этом зерно, по мере перемещения под действием гравитационных сил сверху вниз, прошедшее стадии прогрева, пропаривания и сушки, выгружают, процесс проводят в течение 4-10 минут при давлении 0,05-0,15 МПа.

2. Пропариватель для гидротермической обработки зерна способом по п.1, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с загрузочным патрубком, штуцером вывода отработанного пара, штуцером для подачи воды в его верхней части и патрубком выгрузки зерна - в нижней, разгрузочное устройство, приспособление для подачи и распределения пара, ворошитель и отражатель, при этом ворошитель включает в себя установленный в опорах по оси корпуса вертикальный вал, соединенный с приводом, снабженный несколькими рядами лопастей в виде по меньшей мере двух пластин в каждом ряду, радиально закрепленных на валу таким образом, что их плоскости в направлении вращения образуют угол 30-50°, отражатель выполнен в виде нескольких рядов пластин, закрепленных радиально на внутренней поверхности корпуса с обеспечением возможности перемещения между их рядами лопастей ворошителя, причем пластины отражателя закреплены с углом наклона плоскостей, обратным углу наклона плоскостей лопастей ворошителя, а приспособление для подачи и распределения пара установлено над разгрузочным устройством.

3. Пропариватель для гидротермической обработки зерна по п.2, характеризующийся тем, что каждый последующий ряд лопастей ворошителя установлен на валу с угловым смещением, равным половине угла между лопастями предыдущего ряда.

4. Пропариватель для гидротермической обработки зерна по п.2, характеризующийся тем, что днище его корпуса выполнено плоским, патрубок выгрузки зерна размещен в придонной зоне стенки ворошителя, разгрузочное приспособление выполнено в виде одной или более пластин, радиально закрепленных на валу ворошителя в придонной области, таким образом, что их плоскости перпендикулярны днищу, а приспособление для подачи и распределения пара установлено в зоне над пластинами разгрузочного устройства.

5. Пропариватель для гидротермической обработки зерна по п.4, характеризующийся тем, что пластины разгрузочного устройства выполнены с серповидным изгибом в направлении вращения вала ворошителя.