Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕЙ СУШКИ СЕМЯН МАСЛИЧНЫХ КУЛЬТУР С ЦИКЛИЧЕСКИМ ВВОДОМ АНТИОКСИДАНТА

Изобретение относится к пищевой и комбикормовой промышленности и может быть использовано при обработке семян масличных культур с целью подготовки их для пищевых и кормовых целей, а также их хранения.

Известен способ сушки семян рапса [Пат. РФ №2416919, МПК⁷ А 23 В 9/16. Способ сушки семян рапса. / Шевцов А.А., Бритиков Д. А., Фролова Л. Н., Лесных А. С.; Воронеж. гос. технол. акад. - №2009139592/13; Заявлено 26.10.2009; Опубл. 27.04.2011; Бюл. №12], предусматривающий сушку в осциллирующих режимах по несимметричной схеме осцилляции чередованием интервалов нагрева в псевдоожиженном слое и охлаждения воздухом.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- узкая область его использования, так как в качестве исходного продукта могут быть только семена рапса;

- не предусматривает возможность вторичного использования отработанных теплоносителей и проведения процесса в замкнутом цикле.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ сушки масличных семян с вводом стабилизатора [Пат. РФ №2410884, МПК⁷ А 23 В 9/24, 9/16. Способ сушки масличных семян с вводом стабилизатора и установка для его осуществления. / Шевцов А.А., Дранников А. В., Бритиков Д. А., Фролова Л. Н., Калинина А. В.; Воронеж. гос. технол. акад. - №2009119788/13; Заявлено 25.05.2009; Опубл. 10.02.2011; Бюл. №4], предусматривающий двухстадийную обработку исходного продукта, включающую его сушку воздухом, последующую стабилизацию ферментативной активности и охлаждение полученной смеси воздухом на каждой из стадий, с применением абсорбционной холодильной установки для подготовки воздуха, подаваемого в камеры сушки и охлаждения.

Известный способ имеет следующие недостатки:

- является энергоемким вследствие использования абсорбционной холодильной установки;

- исключается возможность использования теплоты низкотемпературного потенциала, в частности бросового тепла газотурбинных установок и котельных агрегатов, что не позволяет эффективно решать задачи энергосбережения;

- не позволяет максимально утилизировать и регенерировать теплоту для реализации осциллирующих режимов сушки.

Технической задачей изобретения является интенсификация и снижение энергетических затрат процесса обработки исходного продукта.

Для решения технической задачи изобретения предложен способ осциллирующей сушки семян масличных культур с циклическим вводом антиоксиданта, характеризующийся тем, что он предусматривает использование двух камер сушки, предварительной и окончательной, двух смесителей и двух камер охлаждения, предварительного и окончательного, и использование пароэжекторной холодильной машины, состоящей из эжектора, испарителя, холодоприемника, конденсатора, сборника конденсата, насоса для подачи вторичного пара в испаритель, смесителя потоков, насоса для подачи конденсата в парогенератор, терморегулирующего вентиля, насоса рециркуляции хладагента, парогенератора с предохранительным клапаном и двух рекуперативных теплообменников, установленных последовательно между холодоприемником и конденсатором, работающих по замкнутому термодинамическому циклу; реализуют осциллирующий режим сушки за счет чередования процессов сушки и охлаждения: осуществляют предварительную сушку семян в камере предварительной сушки воздухом с температурой 348…350 К и скоростью 7,0…7,5 м/с при снижении влажности с 18…20% до 12…14%, смешивание семян в смесителе с антиоксидантом Эндокс в количестве 0,6% от исходного продукта в течение 4…10 мин, охлаждение в камере предварительного охлаждения воздухом с температурой 280…282 K и скоростью 1,9…2,1 м/с в течение 4…6 мин, окончательную сушку в камере окончательной сушки воздухом с температурой 354…356 К и скоростью 6,7…7,2 м/с при снижении влажности с 12…14% до 8…10%, смешивание семян в смесителе с антиоксидантом Эндокс в количестве 0,4% от исходного продукта, охлаждение в камере окончательного охлаждения при тех же параметрах, что и предварительное охлаждение; причем в первом из теплообменников используют рекуперацию теплоты отработанного воздуха после зон охлаждения для предварительного нагрева осушенного и охлажденного воздуха с последующим отводом вместе с отработанным воздухом из камер нагрева в холодоприемник, а во втором используют рекуперацию теплоты части конденсата после конденсатора для промежуточного нагрева воздуха в линии его подачи между холодоприемником и конденсатором; испарившуюся из продукта влагу конденсируют в холодоприемнике путем теплопередачи от отработанного влажного воздуха через разделяющую стенку поверхности холодоприемника к хладагенту, в качестве которого используют воду, при этом применяют парогенератор с электронагревательными элементами для получения рабочего пара, который под давлением 0,9-1,2 МПа направляют в сопло эжектора, создавая при этом пониженное давление 0,0008-0,002 МПа и температуру 278-279 К в испарителе с рециркуляцией хладагента через холодоприемник, а образовавшуюся смесь паров хладагента и рабочего пара после эжектора с давлением 0,4-0,5 МПа направляют в конденсатор, часть образовавшегося конденсата подают в испаритель для пополнения убыли воды, а другую часть конденсата, а также конденсат после холодоприемника и второго рекуперативного теплообменника отводят сначала в сборник конденсата, а затем в парогенератор с образованием замкнутого цикла.

На фиг. 1 представлена схема, характеризующая способ осциллирующей сушки семян масличных культур с циклическим вводом антиоксиданта.

Схема содержит бункер 1, магнитный сепаратор 2, камеры предварительной сушки 3 и окончательной сушки 6, смесители 4 и 7, камеры охлаждения 5 и 8, предохранительный клапан 9, электронагревательные элементы 10, парогенератор 11, насосы 12, 14 и 20, сборник конденсата 13, конденсатор 15, эжектор 16, холодоприемник 17, испаритель 18, терморегулирующий вентиль 19, распределители потоков 21 и 22, смеситель потоков 23, рекуперативные теплообменники 24 и 25, вентиляторы 26, 27, 28, 29 и 30, вентиль 31.

В состав схемы входят также линии для перемещения рабочих сред: 0.1 - антиоксидант, 0.2.1 - исходное зерно, 0.2.2 - подсушенное зерно, 0.2.3 - высушенное зерно, 0.2.4 - охлажденное зерно, 1.6 - хладагент, 1.8 - конденсат, 2.2 - насыщенный пар, 2.7 - пары хладагента, 2.9 - смесь эжектируемого и рабочего пара, 3.0 - отработанный воздух, 3.2 - осушенный воздух, 3.3 - циркуляционный воздух.

Способ осциллирующей сушки семян масличных культур с циклическим вводом антиоксиданта осуществляют следующим образом.

Исходный продукт по линии 0.2.1 подают в бункер 1, затем он проходит металломагнитную очистку в магнитном сепараторе 2, после чего его направляют в камеру предварительной сушки 3, где его высушивают при снижении влажности с 18…20% до 12…14% воздухом, поступающим в камеру сушки 3 со скоростью 7,0…7,5 м/с, температурой 348…350 К и влагосодержанием 0,005…0,006 кг/кг из конденсатора 15 пароэжекторной холодильной машины. Далее подсушенный продукт по линии 0.2.2 направляют в смеситель 4, снабженный шнеком, куда одновременно в непрерывном режиме по линии 0.1 подают антиоксидант Эндокс в количестве 0,6% от исходного продукта.

Проведены исследования по выбору антиоксидантов из группы препаратов направленного действия, используемых для стабилизации жира. Установлено, что наиболее эффективным является Эндокс [Шевцов, А. А. Изменение качества семян рапса в процессе сушки с циклическим вводом антиоксиданта [Текст]. / А. А. Шевцов, Д. А. Бритиков, Е. С. Шенцова, Л. Н. Фролова, А.С. Лесных // Вестник российской академии сельскохозяйственных наук. - 2010. - №4. - С. 72 - 74].

Смешивание в смесителе 4 осуществляют в течение 4…10 мин. Затем полученную предсмесь охлаждают в камере предварительного охлаждения 5 в течение 4…6 мин в плотном гравитационном движущемся слое продукта воздухом со скоростью 1,9…2,1 м/с, температурой 280…282 К и влагосодержанием 0,005…0,006 кг/кг, поступающим в камеру охлаждения 5 из холодоприемника 17 пароэжекторной холодильной машины. На этом первую стадию обработки заканчивают.

Продолжительность перемешивания выбирается из указанного интервала, исходя из условия синхронизированной работы камер сушки и охлаждения и достижения заданной однородности смеси, что позволяет проводить процесс как по симметричной, так и несимметричной схемам осцилляции в зависимости от обрабатываемой культуры.

Затем подсушенный и охлажденный продукт в непрерывном режиме последовательно направляют в камеру окончательной сушки 6 и по линии 0.2.3 в снабженный шнеком смеситель 7 и в камеру окончательного охлаждения 8, после чего выводят готовый продукт по линии 0.2.4. При этом вторую стадию сушки проводят при скорости воздуха 6,7…7,2 м/с и его температуре 354…356 K, причем влажность продукта снижается с 12…14% до 8…10%. Антиоксидант на этапе смешивания подают в количестве 0,4% от исходного продукта. Процесс охлаждения на втором этапе проводят при тех же параметрах, что и на первом, т. е. при температуре воздуха 280…282 K и его скорости 1,9…2,1 м/с в течение 4…6 мин.

Сушка семян масличных культур с применением осциллирующих режимов и введением антиоксиданта Эндокс позволяет повысить эффективность процесса стабилизации продукта, снизить общую микробиологическую обсемененность и энергетические затраты на обработку исходного продукта, увеличить срок хранения семян.

Двухэтапное внесение антиоксиданта в продукт способствует его равномерному распределению. Дозировку антиоксиданта при циклическом вводе определяли экспериментально. Уменьшение количества подаваемого в смеситель 7 антиоксиданта с 0,6% на первой стадии до 0,4% на второй стадии к исходному продукту определяется влажностью семян масличных культур. На первой стадии, когда влажность семян еще достаточно высока, соответственно более высока и активность ферментов, содержащихся в них.

Снижение скорости воздуха на второй стадии сушки с 7,0…7,5 м/с до 6,7…7,2 м/с обусловлено тем, что на начальном этапе сушки удаление влаги из продукта идет более интенсивно и требуется отвод образовавшихся паров.

Отработанный после камер сушки воздух по линиям 3.0 направляют в холодоприемник 17 пароэжекторной холодильной машины.

Пароэжекторная холодильная машина состоит из эжектора 16, испарителя 18, холодоприемника 17, конденсатора 15, сборника конденсата 13, насоса 14 для подачи конденсата в испаритель, смесителя потоков 23, насоса 12 для подачи конденсата в парогенератор, терморегулирующего вентиля 19, насоса рециркуляции хладагента 20, парогенератора 11, работающего за счет электронагревательных элементов 10, с предохранительным клапаном 9 и двух рекуперативных теплообменников 24 и 25, установленных последовательно между холодоприемником 17 и конденсатором 15, работающих по следующему термодинамическому циклу.

В парогенераторе 11 с электронагревательными элементами 10 и предохранительным клапаном 9 при затрате электроэнергии образуется рабочий пар, который по линии 2.2 под давлением 0,9…1,2 МПа с помощью вентилятора 30 направляют в сопло эжектора 16, создавая при этом пониженное давление 0,0008…0,002 МПа и температуру 278…279 К в испарителе 18 пароэжекторной холодильной машины с рециркуляцией хладагента через холодоприемник 17, а образовавшуюся смесь эжектируемого и рабочего пара после эжектора 16 с давлением 0,4-0,5 МПа направляют в конденсатор 15 по линии 2.9. Причем потенциальная энергия рабочего пара превращается в кинетическую энергию струи, которая вытекает с большой скоростью, и под действием энергии струи рабочего пара эжектируются пары хладагента из испарителя 18. С помощью насоса 20 осуществляют рециркуляцию хладагента по линии 1.6 через холодоприемник 17, который используют в качестве источника холода для конденсации влаги из отработанного после сушки воздуха при его осушении.

Охлажденный и осушенный в холодоприемнике воздух распределителем потоков 22 делят на два потока. Один из них с температурой 280…282 K и скоростью 1,9…2,1 м/с по линии 3.2 подают вентиляторами 27 и 29 на охлаждение зерна в камеры охлаждения. Другой поток проходит через последовательно установленные между холодоприемником 17 и конденсатором 15 рекуперативные теплообменники 24 и 25.

В первом рекуперативном теплообменнике 24 используют рекуперацию теплоты отработанного воздуха после камер охлаждения, подаваемого по линии 3.3, с последующим его отводом вместе с отработанным воздухом из камер сушки, подаваемым по линии 3.0 в холодоприемник 17. Во втором рекуперативном теплообменнике 25 воздуху передается тепло части конденсата после конденсатора 15.

Воздух, нагретый до температуры 354…356 K в рекуперативных теплообменниках 24 и 25 и конденсаторе 15 пароэжекторной холодильной машины, разделяют разделителем потока 21 на два потока. Первый поток смешивают с частью холодного воздуха из холодоприемника 17, определяемой вентилем 31, до достижения им температуры 348…350 К и вентилятором 26 направляют на сушку зерна в камеру предварительной сушки 3. Второй поток, имеющий температуру 354…356 К, направляют вентилятором 28 на окончательную сушку зерна в камере окончательной сушки 6. Испарившуюся из продукта влагу конденсируют в холодоприемнике 17 путем теплопередачи от отработанного влажного воздуха через разделяющую стенку поверхности холодоприемника к хладагенту, в качестве которого используют воду.

Из конденсатора 15 конденсат по линии 1.8 направляется в испаритель 18 посредством насоса 14 и терморегулирующего вентиля 19 для пополнения убыли воды. Его избыток, а также конденсат после холодоприемника 18 и после второго рекуперативного теплообменника 25 отводят сначала в сборник конденсата 13, а затем в парогенератор 11 с образованием замкнутого цикла.

Способ осциллирующей сушки семян масличных культур с циклическим вводом антиоксиданта поясняется следующим примером.

Пример.

В условиях ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод» осуществляли сушку семян рапса предложенным способом.

Семена рапса с начальной влажностью 18,2% подают в бункер, затем их направляют на металломагнитную очистку в магнитном сепараторе, а затем - в камеру предварительной сушки, где высушивают до влажности 12,6% воздухом, поступающим в камеру сушки со скоростью 7,2 м/с, температурой 349 К и влагосодержанием 0,005 кг/кг из конденсатора пароэжекторной холодильной машины. Далее подсушенные семена рапса направляют в снабженный шнеком смеситель, куда одновременно в непрерывном режиме подают в количестве 0,6% от исходного продукта антиоксидант Эндокс. Смешивание в смесителе осуществляют в течение 4 мин. Затем полученную предсмесь охлаждают в камере предварительного охлаждения в течение 5 мин воздухом со скоростью 2,0 м/с, температурой 281 К и влагосодержанием 0,005 кг/кг, поступающим в камеру охлаждения из холодоприемника пароэжекторной холодильной машины. На этом первую стадию обработки заканчивают.

Затем подсушенные и охлажденные семена рапса в непрерывном режиме последовательно направляют в камеру окончательной сушки, в снабженный шнеком смеситель и в камеру окончательного охлаждения, после чего выводят готовый продукт. При этом вторую стадию сушки проводят при скорости воздуха 6,9 м/с и его температуре 355 K, причем влажность продукта снижается с 12,6% до 8,3%. Антиоксидант на этапе смешивания подают в количестве 0,4% от исходного продукта. Процесс охлаждения на втором этапе проводят при тех же параметрах, что и на первом.

Отработанный после камер сушки воздух направляют в холодоприемник пароэжекторной холодильной машины.

В парогенераторе при затрате электроэнергии образуется рабочий пар, который под давлением 1,0 МПа направляют в сопло эжектора, создавая при этом пониженное давление 0,001 МПа и температуру 279 К в испарителе пароэжекторной холодильной машины с рециркуляцией хладагента через холодоприемник, а образовавшуюся смесь эжектируемого и рабочего пара после эжектора с давлением 0,4 МПа направляют в конденсатор.

Охлажденный и осушенный в холодоприемнике воздух делят на два потока. Один из них с температурой 291 K и скоростью 2,0 м/с подают на охлаждение зерна в камеры охлаждения. Другой поток проходит через последовательно установленные между холодоприемником и конденсатором рекуперативные теплообменники.

Воздух, нагретый до температуры 355 K в рекуперативных теплообменниках и конденсаторе пароэжекторной холодильной машины, разделяют на два потока. Первый поток смешивают с частью холодного воздуха из холодоприемника до достижения им температуры 349 К и направляют на сушку зерна в камеру предварительной сушки. Второй поток, имеющий температуру 355 К, направляют на окончательную сушку зерна в камере окончательной сушки.

Ниже приведена техническая характеристика пароэжекторной холодильной машины, используемой в предлагаемом способе сушки.

Холодопроизводительность, кВт 50…100

Температура кипения хладагента (воды)

в испарителе пароэжекторной холодильной машины, К 279±0,1

в парогенераторе, К 373±0,1

Температура воздуха на входе в конденсатор, К 324±0,1

Коэффициент эжекции на выходе из конденсатора 0,3

Коэффициент теплопередачи, Вт/м²·К 11

Хладагент вода

В таблице представлены показатели качества рапса, высушенного по известному и предлагаемому способу, в процессе хранения.

Как видно из таблицы, предлагаемый способ позволяет улучшить качественные показатели семян рапса по сравнению с известным способом, снизив перекисное число с 8,6 до 8,0 ммоль/кг, кислотное число с 0,45 до 0,42 мг KOH/г и общую обсемененность с 1,5·10³ до 1,3·10³ КОЕ/г.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает:

- экологическую чистоту технологии;

- максимальную рекуперацию теплоты отработанного теплоносителя, что позволяет снизить энергозатраты на 5%;

- функционирование способа на заданном уровне качества с минимальными отклонениями от заданного поля допуска на показатели качества;

- повышение производительности за счет сокращения количества циклов, что достигается за счет увеличения температуры воздуха при сушке и ее снижения при охлаждении и, как следствие, сокращения пребывания семян в камерах сушки и охлаждения.