Установка для диспергирования и пневмоклассификации зерновой муки Российский патент 2023 года по МПК B02C23/10 A23J1/12 C08B30/02 

Область, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике разделения частиц белка и крахмала муки зернового и зернобобового сырья пневмоклассификацией для использования в пищевой промышленности и сельском хозяйстве, а также в других отраслях для сепарирования полидисперсных порошков, частицы которых отличаются не только по размерам, но и по плотности, и аэродинамическим свойствам, что характерно для белковых частиц и зерен крахмала измельченного крахмалсодержащего сырья, состоящего из двух основных компонентов: крахмала от 50 до 80% и белков от 8 до 50% в зависимости от вида сырья.

Исследованию «сухого способа» выделения крахмальной и белковой фракций из крахмалсодержащего сырья посвящено много работ, направленных на определение прочностных связей гранул крахмала с частицами белка, степени разрушения этих связей до размеров частиц, соизмеримых с зернами крахмала.

Уровень техники

Существуют многочисленные исследования и конструкции измельчителей, диспергаторов и пневмоклассификаторов. Ведущими компаниями в этой сфере являются HOSOCAVA ALPINE, NETCH, STURTEVANT, НПП "ВМ", ООО «Техно-центр», РВМ Рыбинск.

Основное направление по разработке технологий и оборудования по измельчению и пневмоклассификации материалов включает мельницу тонкого измельчения со встроенным классификатором для получения однородных тонкодисперсных порошков с заданными размерами частиц и с рециркуляцией недоизмельченных частиц в самой рабочей камере мельницы.

Известна мельница со встроенным классификатором в патенте US 6375103 для пульверизации и классификации измельченных материалов.

Рециркуляция недоизмельченного материала предусмотрена патентом США 5277370 «Вертикальная ударная мельница с двойной классификацией материала».

К этому типу мельниц относятся роторно-вихревая мельница с рециркуляцией недоизмельченных частиц и использующая вихри для самоизмельчения частиц по патентам SU 1618440 и RU 2626721, содержащая камеру помола с рабочими органами, устройство подачи исходного материала и камерой-сепаратором, соединенным с камерой выгрузки несепарированного материала, которая соединена посредством пневмогазового тракта с камерой-сепаратором. После измельчения смесь материала и газов по специальному тракту попадает в зону сепарации. В зоне сепарации происходит разделение материала, после которого частицы крупнее заданной фракции попадают в зону подачи материала питателем, где доизмельчаются. Частицы, прошедшие классификацию (измельченные до заданного размера), выводятся газовым потоком в зону осаждения измельченного материала в виде сепаратора циклонного типа и сепаратора, снабженного двигателем и патрубком для вывода измельченного материала. Отличительной особенностью данного устройства является рециркуляция недоизмельченного продукта.

Несмотря на широкое использование этих мельниц со встроенным классификатором для приготовления однородных порошков из различного сырья, для разделения на фракции тонко измельченного зернового и зернобобового сырья по плотности и размерам устанавливают дополнительно выносной классификатор, в котором частицы фракций разделяются по размерам, форме и плотности, при этом в зависимости от типа классификатора можно получать несколько фракций, отличающихся по размерам и аэродинамическим свойствам.

К таким устройствам для концентрации частиц белка и крахмала зерновой муки методом пневмоклассификации относится установка (патент РФ 2560593) для разделения тритикалевой муки на белковую и углеводную фракции.

Установка работает следующим образом: исходная тритикалевая мука загружается в приемный бункер с вибропитателем, поступает через приемный патрубок внутрь цилиндра, где происходит разделение частиц на основе различия аэродинамических свойств. Частицы конгломерата, обладая большими размерами, остаются внутри цилиндра, перемещаются по его поверхности в нижнюю часть и выводятся через патрубки в сборные короба с первого по четвертый в виде исходной (крупной) фракции, а менее тяжелые - в сборные короба с пятого по восьмой в виде мелкой тяжелой фракции. Частицы белка как более легкие уносятся воздухом из аппарата по материалопроводу, попадают в фильтр, где отделяются от воздуха и собираются в сборном коробе в виде мелкой легкой фракции. Скорость уноса частиц в аппарате пневмоклассификатора - в пределах 1,0-1,5 м/с при окружной скорости ротора 70 м/с. Общий выход белковой муки из тритикале сорта «Корнет» составил 12,6% с концентрацией белка 25,9%.

Наиболее близким аналогом является устройство для диспергирования и пневмоклассификации зерновой муки, опубликованное в статье «Разделение зерновой муки на крахмалистую и белковую фракции пневмоклассификацией» Н.Р. Андреева и др. в журнале «Достижения науки и техники АПК», 2015, Т. 29 - №11 - С. 108-111.

Устройство включает: двухкамерный измельчитель типа дисмембратора (патент RU 43263), соединенный трубопроводом с центробежным тонкослойным классификатором, который соединен с фильтром для сбора легкой фракции диспергированной муки. Для выгрузки тяжелой фракции муки из классификатора имеется шлюзовый затвор и перекидной клапан с двумя патрубками: один для выгрузки тяжелой фракции, а второй для ее рециркуляции в зависимости от положения клапана. При одноразовом измельчении и последующей пневмоклассификации не удается получить удовлетворительные результаты по выделению белковой фракции из муки зернового и зернобобового сырья, поэтому многие исследования по измельчению и пневмоклассификации проводились в несколько стадий или в замкнутом цикле за определенный промежуток времени, что увеличивало содержание крахмала в тяжелой фракции и белка в легкой фракции.

Максимальное содержание крахмала в тяжелой фракции при диспергировании и пневмоклассификации зерновой муки было получено за 60 с, а для гороховой муки за 30 с, что объясняется разным дисперсным составом тритикалевой и гороховой муки.

Основным недостатком данных установок является недостаточное разделение белковых и крахмальных фракций муки зернового и зернобобового сырья при непрерывном процессе диспергирования и пневмоклассификации муки. Увеличение степени разделения фракций достигается только при периодической порционной загрузке исходной муки и времени ее обработки в замкнутом контуре, что стало идеей для технического решения по многократному пропуску и рециркуляции тяжелой фракции диспергированной зерновой муки и промежуточным ее отбором для обеспечения непрерывности процесса.

Технический результат изобретения заключается в повышении степени разделения белковых и крахмальных фракций муки зернового и зернобобового сырья при непрерывном процессе диспергирования и пневмоклассификации.

Технический результат достигается тем, что в установке для диспергирования и пневмоклассификации зерновой муки установлен двухкамерный диспергатор, соединенный трубопроводом с центробежным вихревым классификатором, который имеет тангенциальный патрубок для вывода легкой фракции, шлюзовый затвор для вывода тяжелой фракции через дугообразный патрубок в устройство с поворотным клапаном и двумя патрубками: один для выгрузки тяжелой фракции, а второй для направления ее в диспергатор для полной или частичной рециркуляции в зависимости от положения клапана.

Изобретение поясняется фигурой: 1 - диспергатор, 2 - патрубок загрузки муки, 3 - воздуховод, 4 - циклон, 5 - классификатор, 6 - патрубок выхода легкой фракции, 7 - шлюзовый затвор, 8 - дуговой патрубок, 9 - клапан поворотный, 10 - патрубок рециркуляции тяжелой фракции, 11 - патрубок выхода тяжелой фракции.

Установка работает следующим образом. Исходная зерновая или зернобобовая мука загружается из приемного патрубка 2 в центробежный диспергатор 1, где подвергается ударному измельчению и диспергированию, и по воздуховоду 3 выдувается в циклон 4, в котором вращающаяся воздушно-мучная смесь разделяется на тяжелую фракцию, оседающую в конической части циклона, и легкую фракцию, проникающую под давлением воздушного потока через крыльчатку 5 центробежного классификатора в выходной патрубок легкой фракции 6. Тяжелая фракция из конической части циклона выгружается шлюзовым затвором 7 в дугообразный цилиндрический патрубок 8, и за счет движения по криволинейной поверхности под действием лопастей шлюзового затвора и гравитационных сил происходит разделение частиц по плотности: более легкие частицы всплывают в потоке, а тяжелые зерна крахмала как имеющие большую плотность оседают. Разделение потока, выходящего из дугообразного патрубка 8, осуществляется поворотным клапаном 9 таким образом, чтобы более тяжелая нижняя часть потока направлялась в выходной патрубок 11, а верхняя часть потока - в патрубок 10 и далее в диспергатор 1 для повторного диспергирования и рециркуляции.

Установка, включающая диспергатор, циклон с классификатором, шлюзовый затвор с распределительным поворотным клапаном, объединенная трубопроводами и снабженная загрузочным и разгрузочным патрубками, позволяет проводить при диспергировании и пневмоклассификации зерновой муки получение двух фракций - тяжелую (крахмальную) и легкую (белковую) двумя способами: в открытом контуре при движении муки с порционной, периодической загрузкой исходной муки и выгрузкой тяжелой и легкой фракций, и в полуоткрытом контуре движения муки с сепарированием и частичным отбором рециркулируемой тяжелой фракции.

При оценке качества разделения крахмальной и белковой фракций по содержанию крахмала в тяжелой (крахмальной) фракции на примере диспергирования и пневмоклассификации в несколько стадий сортовой ржаной муки с исходным содержанием крахмала 73% установлено, что по первому способу на первой стадии содержание крахмала в тяжелой фракции увеличивается до 78%, на второй стадии до 81%, на третьей до 83%, на четвертой до 84%), на пятой 84,5% и на последующих стадиях не увеличивается. В итоге после пяти стадий общее увеличение крахмала в тяжелой фракции составляет 82%.

По второму способу при тех же параметрах работы диспергатора и пневмоклассификатора и при том же исходном составе ржаной муки в отборе трехкратно рециркулируемой тяжелой фракции содержание крахмала составило 85%, а в рециркулируемой тяжелой фракции после дополнительного сепарирования относительное содержание крахмала составляло 80%). Кратность рециркуляции отсепарированной тяжелой фракции устанавливается положением клапана отбора и замером производительности циркулируемой фракции, соответствующей изменению энергетической нагрузки диспергатора. Интенсивность диспергирования муки устанавливается регулируемой скоростью вращения ротора диспергатора и окружной скоростью его рабочих органов от 70 до 100 м/с, а качество разделения диспергированной зерновой муки устанавливается регулируемой скоростью вращения крыльчатки классификатора.

Преимуществом заявляемой установки является повышение качества разделения крахмальной и белковой фракций зерновой и зернобобовой муки при диспергировании и пневмоклассификации в непрерывном процессе в одной установке.

Изобретение относится к технике разделения частиц белка и крахмала муки зернового и зернобобового сырья пневмоклассификацией для использования в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Установка представляет собой двухкамерный диспергатор, циклон, центробежный вихревой классификатор, тангенциальный патрубок для сбора и вывода лёгкой фракции, шлюзовый затвор для вывода тяжёлой фракции. Тяжелая фракция выводится через дугообразный патрубок в корпус с поворотным клапаном и двумя патрубками. Один патрубок служит для отбора и выгрузки тяжёлой фракции, а второй для направления её в диспергатор для полной или частичной рециркуляции. Дугообразный патрубок выполняет роль сепарирования рециркулируемой тяжёлой фракции при движении её по криволинейной поверхности. Под действием лопастей шлюзового затвора и гравитационных сил происходит разделение частиц по плотности: более лёгкие частицы всплывают в потоке, а тяжёлые зёрна крахмала, имеющие большую плотность, оседают. Поворотный клапан разделяет падающий поток на две фракции и устанавливает трёхкратную рециркуляцию тяжёлой фракции. Использование изобретения позволит провести пневмоклассификацию зернового и зернобобового сырья. 1 ил.

Установка для диспергирования и пневмоклассификации зерновой муки на легкую белковую и тяжелую крахмальную фракции, характеризующаяся тем, что она имеет двухкамерный диспергатор, соединенный трубопроводом с циклоном и центробежным вихревым классификатором, который снабжен тангенциальным патрубком для сбора и вывода лёгкой белковой фракции, а также шлюзовый затвор для вывода тяжёлой фракции через дугообразный патрубок в корпус с поворотным клапаном и двумя патрубками, один из которых предназначен для вывода тяжелой крахмальной фракции, а другой – патрубок рециркуляции тяжелой крахмальной фракции – предназначен для направления её в диспергатор для полной или частичной рециркуляции, при этом дугообразный патрубок выполняет роль сепаратора рециркулируемой тяжёлой фракции при движении её по криволинейной поверхности, разделяя частицы тяжелой фракции по плотности под действием лопастей шлюзового затвора и гравитационных сил, при этом более лёгкие частицы тяжелой фракции всплывают в потоке и направляются в патрубок выхода тяжелой фракции, а тяжёлые зёрна крахмала, имеющие большую плотность, оседают и направляются в патрубок рециркуляции тяжелой фракции для повторного диспергирования и рециркуляции, кроме того, поворотный клапан, разделяющий падающий поток на две фракции, обеспечивает проведение трёхкратной рециркуляции тяжёлой фракции.