Способ обработки растительных материалов Советский патент 1979 года по МПК A23K1/14 

1

Изобретение относится к области обработки растительных материалов, таких как люцерна, для; превращения их в обезвоженный концентрат и/или для извлечения содерж шихся в них протеинов.

Известен способ, согласно которому растительное сырье, такое как люцерна, подвергают обработке дегидратацией, при этом материал до или после прессования вводится в зону, имеющую высокую температуру, поддерживаемую нагревательными средствами. Для нагрева, используют горелки, которые потребляют газовое или жидкое топливо, например мазут.

Недостатком этого способа является потребление большого количества энергии при дегидратации, кроме того, последующая обработка обезвоженного материала и/или сока, или полученной сыворотки также связана с расходом энергии.

Цель изобретения - повысить эффективность способа обработки растительных материалов, преиму1цественно люцерны, за счет использования энергии газообразных продуктов дегидратации.

Для достижения этой цели растительное сырье подвергают прессованию, получают

сок -и жмых, жмых обезвоживают при высокой температуре. Образующиесяпри обезвоживании газообразные продукты с температурой близкой к 100°С при атмосферном давлении, имеющие высокое содержащие водяного пара, пропускают (по крайней мере часть этих газообразных продуктов) над одной поверхностью обмена, чтобы сконденсировать по крайней мере частично содержащиеся в них водяной пар. Сконденсированную воду удаляют или возвращают и используют выделенное из газообразных продуктов в процессе конденсации тепло водяного пара при последовательной обработке жмыха ш/или прессованного сока, которая требует подвода внешнего тепла по известному способу.

Газообразные продукты, полученные в результате дегидратации, содержат значительное количество водяного пара, который обычно выбрасывается в атмосферу. Часто в горелках, применяемых для нагрева зоны дегидратации, необходимо разбавлять газы сгорания, чтобы не достигать очень высоких температур. В условиях изобретения предпочтительно разбавлять самими газообразными продуктами путем их рециркулирования, а нечистым воздухом. Таким образ6м,вь1ход сушки улучшается и влажность газообразных продуктов повышается. Температура в зоне дегидратации может достигать 1200°С, но можно получить температуру до 800°С и даже ниже в случае частичной рециркуляции газообразных продуктов, чтобы не нанести вред растительным материалам. ., Таким образом, согласно изобретению исПотгьзуют тепло, имеюшееся в газообразных Продуктах дегидратации, в основном благо Дарй конденсации с6дёржа1дег6сяв них водяного па:ра. . ,--,, -.. Кроме того, в предлагаемом способе объединяют выделение газообразных продуктов с предварительной операцией прессования сырья. Газообразные продукты, используемые со гласно изобретению Для вШёлеШя тепла путемох:лаждения и конденсаций части водяного пара, имеют следуюшие характерис ХШЕГ ..,..-,„.,,-..,-.,-.Температура, °С 100-120 Средний весовой состав, %: углекислый газ /) о у jO 35-45 водяной пар 40-50 азот 2,5-7,5, кислород Газообразные Продукты нахбДятся практически под атмосферным давлением. Количество этих продуктов зависит от первоначальной влажности И Степени прессования фураЖа: - Так, фураж, содержавший 20% сухого материала, довели прессованием до 27 %-но гб содёржания сухого вещества путем удаления сока до 10,5%, при этом вес имеюшихся газообразных продуктов составлял около 1 т на 1 т сырого продукта или 5-7т на 1 т гранулированного прессованного фуража. В качестве жидкости обме}1а с газообразными продуктами можно использовать воду или другую жидкость, предпочтительно содержащую воду. Предпочтительной жидкостью обмена является вода. Максимальное содержание пара ъ газообразных продуктах определяется давлением пара, насыщенного при той температуре, до которой они охлаждены, и .избыток пара неизбежно конденсируется. . . . , ., , Количество сконденсированного пара нарастает тем больше, чем больше нарастает абсолютная влажность газообразных про ДуКтЬв перед охлаждением, поэтому выгодно осуществлять сгорание с минимальным избытком воздуха, но также необходимо испОльЗовать рециркуляцию газообразных продуктов для ограничения температуры химического воздействия. Снйжение температуры газообразных нро дуйтов является, следоватёльноГй тоадйкой теп.яа, которое может бытьочён ь 5й 3Чйтельным и большая часть которого образуется из скрытой теплоты путем конденсации, ос.тальная часть образуется за счет охлаждения газа. Например, в случае горения с 25 %-ным избытком воздуха выделяется более 90 % тепла, содержащегося в паре, если охлаждение достигает 60°С. Согласно изобретению предусматривается использование тепла, выделенного в газообразных продуктах дегидратаций, во время последующей обработки продуктов дегидратации и других продуктов, участвующих в процессах, использующих растительные вещества, в частности люцерну. Согласно предпочтительному варианту ре ализации изобретения выделение тепла из газообразных продуктов дегидратации осуществляют путем обработки выпариванием сыворотки жидкого вещества, полученного из прессованного сока. Выпаривание производится обычным методом с целью концентрации сывОрОтки, а именно за одну системйтическую многократного воздействия с термокомпрессией или без нее, сыворбтка циркулирует в целом какпротивоток нагретой жидкости (в общем случае водяному пару). В соответствии с изобретением используют по крайней мере частично газообразньтг продукты дегидратации, такие как нагретая жидкость, на первом этапе действия выпарного аппарата, предусмотренного для концентрации сыворотки, и собирают, или удаляют конденсаты, образующиеся при охлаждении газообразных продуктов (кислых, если топливо содержит серу). Газообразные продукты дегидратации,использованные для концентрации сыворотки, можно выпускать в атмосферу или использовать Для предварительного подогрева прессованного сока. В этом случае кислые конденсаты также собирают или удаляют, газообразйгые продукты после отдачи тепла прессованному соку выбрасывают в атмосферу. Согласно изобретению можно искусственно повысить ценность кислых конденсатов на других этапах процесса обработки. Например, сернистокислый ангидрид, присутствуюпшй в газообразных продуктах, превратить в серный ангидрид, затем в серную кислоту в водной среде конденсации. Согласно одному варианту изобретения кислые конденсаты можно добавлять к сыворотке с рН, близким к б, чтобы снизить его примерно до 5 (это требуется при определенных видах обработки). Согласно другому варианту изобретения в случае обработки, включающей замачивание растений со щелочью с нагревом или без него, бурый сок, содержащий в растворе протеины и имеющий нейтральный или основной рН, можно добавлять к кислому конденсату, причем такое подкисление способствует вЫдежний протеинов из сока.

Изобретение охватывает весь суммарный процесс обработки растительных материалов с использованием кислых конденсатов на любом этапе и с нроведением кислой обработки.

Пример . Обработка растительных материалов, в частности зеленых растений, таких как люцерна, проводится аналогично описанному в патенте США ° 3823128. ,

Фураж вначале подвергают прессованию, которое дает жмых и зеленый сок. Жмых обезвоживают, зеленый сок подвергают химической обработке, в результате которой его разделяют на сыворотку и коагулят. Сыворотку концентрируют и мягкую пасту высушивают.;При этом по крайней мере 4 процесса протекают с потреблением тепла: .дегидратация жмыха, нагрев сока, высушивание коагулята, концентрация сыворотки. Например, для люцер{1ы средней влажности, подвергаемой нормальному прессованию, потребление тепла на указанные процессы представляет следующие величины относительно дегидратации непрессованного продукта (%):

Суммарная дегидратация

без рециркуляции100

Суммарная дегидратация

с рециркуляцией93

Дегидратация жмыха

без рециркуляции50

Дегидратация жмыха

с рециркуляцией47

Нагрев сока8

Высушивание коагулята7

Концентрация сыворотки11.

В суммарном процессе, -предусмотренном изобретением, вместе с выделением тепла, содержашегося в газообразных продуктах дегидратации, можно поставлять тепло, необходимое для концентрации сыворотки, на уровне первого этапа действия выпарного аппарата или первого выпариваемого вещества. Согласно дополнительному варианту изобретения газообразные продукты дегидратации могут также служить источником тепла для предварительного нагрева сока посредством вспомогательной замкнутой цепи.

Схема этого последнего варианта изобретения приведена на фиг. 1. Свежий фуражвводится по линии 1 в прессовальный аппарат 2, из которого поступают по линиям 3 жмых и 4 - сок, жмых затем подвергается в емкости 5 дегидратации, по линии 6 вводится высушенный жмых и по линии 7 - газообразные продукты. По линии 8.происходит подача воздуха в сушильную установку и по ЛИ1ШИ 9 - подача газа сгорания, образующегося в топливной горелке. Часть газообразных продуктов по линии 10 возвращается в цикл дегидратации.

В соответствии с изобретением оставшаяся часть газообразных продуктов по линии 11 вводится в первую рабочую часть 12

аппарата для выпаривания сыворотки. Кислые конденсаты, образуюшиеся при конденсации водяного пара, содержашегося в газообразных продуктах, собирают или удаляют по линии 13. Первичный (грубый) концентрат сыворотки снова поступает по линии 14 для введения в последовательные части 16 выпарного аппарата, где рециркулирует как противоток пару, вводимому по линии 15. После выпаривания остаточный пар поступает в вытяжную трубу по линии -17, концентрат сыворотки собирается по линии 18, и конденсаты собираются или удаляются по линии 19.

Прессованный сок, отводимый по линии 4 предварительно нагревают довведения по линии 20 в зону 21, где он подвергается химической и/или термической обработке известным способом и разделению. В результате образуются мягкая п«ста, отводимая по линии 22, сыворотка - по линии 23. Сыворотку пропускают в первую рабочую часть 12 выпарного аппарата. А1ягкую насту высушивают в емкости 24 и по линии 25 отбирают концентрированный протеин.

В соответствии с изобретением газообразные продукты, отводимые по линии 11, после прохождения через первую рабочую часть 12 выпарного аппарата направляются по линии 26 в систему обмена 27. После отдачи остаточного тепла газообразные продукты выбрасывают в атмосферу по линии 28. Кислые конденсаты собирают или удаляют по линии 29. Линией 30 схематически представлена замкнутая цепь воды или другой жидкости, которая после поглощения тепла путем теплового обмена с газообразными продуктами, введенными по линии 26, выделяет тепло для сока, чтобы поставлять предварительно нагретый сок по линии 20.

В рассмотренном варианте газообразные нродукты используют сначала для выпаривания сыворотки, а затем для нагрев.ч сока. Возможны варианты, в которых газообразные продукты используют только для одной кли другой указанной операции.

Использование способа согласно изобретению приносит значительную экономию, как показывают приведенные ниже данные потребления тепла (/о относительно дегидратации непрессованного продукта). Интегральная дегидратация без рециркуляции100

Интегральная дегидратация с рециркуляцией93

Прессование -+ дегидратация без рециркуляции76

Прессование + дегидратация с рециркуляцией73

Прессование + дегидратация с рециркуляцией + газообразные продукты для концентрации и предварительного нагрева сока (способ согласно изобретению)59

.

;r ;-0 5--V - i- - i ii r; e S

1 :., . .-i.-Конечно, соотношение между количест /во;й вБщёленногр тепла. и количеГством поставляёмым наразличньге пршТёссы . меняется в зависимости от первоначальной влажности и степени прессования. Подвод тепла остается необходимым, во всех случаях ив пропорциях, м1еняющихся в зависимости от приведенных условий. Пример 2. Изобретение можно осуществлять в виде суммарного процесса. В этом случае практически способ осуществляется в основном так же, как и в примере 1. Существенное различие заклюд Т. ,Р обработке сока, котораяв этом случае раздел;ена ка две последовательные стадии осаждения-разделения. Продукт концентрации сам разделен на две части, чтобы получить, с одной стороны, фракциюхлоропластов, где находятся ъ основном пигменты, и, с другой стороны, фракцию цитоплазмы. При применении такого способа мбжнО вь1ГОда(Э использовать тепло, имеющееся во влажных газообразных продуктах дегидратац}1и для кбйВДМрТЦИи саворотаи и до2Тб7Г11й1-ельн6, если есть необходимость, для нагрева зеле ffOTO сбка. Пример 3. Изобретение также осуществляют в виде суммарного процесса,, В данном случае сырой фураж сначала замачивают в прессованной сыворотке, ре циркулирующей в подогреваемой притемпературе достаточной для осаждения и сохранения в растительных тканях наибольшего количества протеина. После прессования жмых обезвоживают, сыворотку частичНЪ подогревают для рециркуляции в направлении операции предварительного смачивания. Остаток сыворс/ткИ концентрируют известным способом. По существу Ури процесса протекают с потреблением тепла: дегидратация жмыха, нагрев- рециркулирующей , концентрация сыворотки путем выпаривания. В случае обработки люцерны средней вл аЖГсЯ;тТЯ й нормга ЛБНОго преСГОванйя цотребление тепла представляет следующие величийй относительно дегидратации непрессованного продукта (%): Интегральная дегидратация без рециркуляции И нтегральная дегидратация с рециркуляцией Дегидратация жмыха, нагретого без рециркуляции Дегидратация жмыха, нагретого с рециркуляцией ,, - : ВысуИтваТПтГсБГШрЪТМ ------------с рециркуляцией24 Концентрация сыворотки14 Согласно изобр етению можно выгодно использовать влажные газообразныепродукты дегидратации, чтобы поставлять все необходимое тепло в первую раб6чу ю часть выпарного аппарата, предустйотренного для кон- v: ; 5sssss i.iШШЦентрации сыворотки с термокомпрессией или без нее. На фиг. 2 приведена схема такого варианта изобретения. Свежий фураж, подаваемый по линии 51, подвергается сначала предварительному смачиванию в устройстве 52 с рециркулирующей и подогреваемой прессованной сывороткой, вводимой по линии 52а. После смачивания влажный фураж подвергают традиционному прессованию в емкости 53, по линии 54 отводят жмых и по линии 55 сыворотку. Смачи вающая жидкость может сама соединяться с сывороткой при помощи трубопровода 56. Сыворотка линии 55 разделяется на две части, часть по линии 57 отводится для рециркуляции, и част;ь по линии 58 - для концентрации. Сыворотка по линии 57 проходит в обменный аппарат 59, в котором нагревается водяным паром, подаваемым по линии 60. На выходе обменного аппарата по линии 52 а отводят сыворотку, которую используют в устройстве смачивания 52. Жмых, отводимый по линии 54, подвергается дегидратации в емкости 61, в которую по линии 62 подают воздух, по линии 63 - горячий газ, образующийся в топливной горелке, и по линии 64 - некоторое количество рециркулирующих газообразных продуктов. В результате дегидратации по линии 65 отводят сухой жмых и по 66 - влажные газообразные продукты дегидратации. Последние частично возвращаются в цикл дегидратации по линии 64, остальная их часть по линии 67 вводится в первую рабочую часть 68 выпарного аппарата, предусмотренного для концентрации сыворотки с термокомпрессией или без нее. Газообразные продукты после выделения тепла выходят из рабочей части 68 выпарного аппарата и выбрасываются в атмосферу по линии 69. Затем собирают или удаляют кислые конденсаты по линии 70. Для концентрации сыворотки многократного действия первичный (грубый) концентрат сыворотки, образующийся в первой рабочей части 68 выпарного аппарата, вводится по линии 71 для последующих этапов (обработки) в емкости 72, где движется как противоток пару, вводимому по линии 73. На последующих этапах пар поступает в вытяжную трубу 74, тогда как конденсаты собираются или удаляются по линии 75.. Концентрат сыворотки собирается по линии 76. Потребления тепла составляет следующие величины (в качестве базы отсчета принимают 100% -ТГуй йНГ6ТраЛьную дегидратацию) :-Интегральная дегидратация без рециркуляции,100 Интегральная дегидратация ,с рециркуляцией , , 93 Смачивание + прессование + дегидратация без рециркуляции ,70 Смачивание + прессование + , + дегидратации с рециркуляцией 67 Смачивание + прессование + + дегидратация с рециркуляцией -t- выделение тепла в газообразных продуктах для концентрации (согласно изобретению)53 Пример 4. Изобретение может также быть применено в виде суммарного процесса в способе, описанном в заявке № 7436627 на франзцуский патент, депонированной 4 ноября 1974 г. (способ обработки зеленых лиственных растении с целью извлечения протеинов в npeQCOBaHHOM соке и экономичной дегидратации жмыха). В этом способе осуществляют в процессе предварительного смачивания химическую или тепловую обработку, благодаря которой экстракт сока содержит еще в растворе наибольшее возможное количество протеинов без пигмента. Беспрерывно обезвоживается жмых и концентрируется сыворотка. Выделение тепла из влажных газообразных продуктов дегидратации в данном случае можно еще использовать для концентрации сыворотки в первой рабочей части выпарного аппарата с термокомпрессией или без неё. Кроме того, так как тепловая обработка во время смачивания осуществляется при средней температуре, например ниже или равной 50°С,можно ,г согласно изобретению предварительно нагреть рециркулирующую сыворотку, выделяя дополнительное тепло газообразных продуктов, уже частично охлажденных в первой рабочей части выпарного аппарата для концентрации сыворотки. Это дополнительное использование тепла улучщает тепловой баланс. Согласно изобретению все процессы обработки фуража, такого как люцерна, могут быть обеспечены в целом или частично теплом газообразных продуктов дегидратации, за исключением жмыха, который всякий раз требует значительного подвода тепла. Формула изобретения Cnoto6 обработки растительных материалов, преимущественно люцерны, включающий прессование растителъной массы с отделением сока и жмыха с последующим получением из сока сыворотки и обезвоживанием жмыха при высокой температуре, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности способа, газообразные продукты, образующиеся при обезвоживании жмыха, направляют на стадию прессования растительных материалов и/или для обезвоживания жмыха и тепловой обработки сока при получении сьшоротки.