Результат интеллектуальной деятельности: Установка обезвоживания сельскохозяйственного сырья и дикорастущих растений

Изобретение относится к области переработки сельскохозяйственных растений и дикорастущих растений с получением порошков, применяемых в пищевой промышленности.

Известна (RU, патент 2323030, опубл. 2008) установка для выделения влаги из материалов, в том числе и сельскохозяйственного сырья, содержащая наружный барабан, внутри которого закреплены винтовая вставка и фильтр, входной патрубок, патрубки для отвода фильтрата и сгущенной фракции.

Недостатком известного устройства является ограниченные технологические возможности из-за недостаточной скорости перемещения, частоты и мощности взаимодействия материалов при их перемещении от загрузке к выгрузке.

Известно также (RU, патент 2469768, опубл. 02.12.2012) устройство для выделения жидкой фазы из материалов, в том числе и сельскохозяйственного сырья, содержащее наружный барабан, внутри которого закреплена винтовая вставка, фильтр, выполненный по периметру в виде многозаходной винтовой перфорированной поверхности с винтовыми перфорированными канавками внутри и наружи фильтра под углом 5-45° к оси вращения фильтра в виде перфорированных карманов криволинейной формы с центрами кривизны, расположенными попеременно снаружи и внутри поперечного сечения фильтра, смонтирован из одной, свернутой в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам перфорированной полосы одинаковой ширины, согнутой волнообразно по размещенным под углом к ее продольным кромкам линиям сгиба с образованием по наружной и внутренней поверхностям фильтра, направленных в одну сторону винтовых перфорированных поверхностей в виде карманов криволинейной формы по наружной и внутренней поверхностям.

Недостатком известной конструкции являются большие габариты по длине, сложность изготовления и ограниченные технологические возможности.

Известно (RU, патент 2013058, опубл. 30.05.94) устройство для получения порошка из растительного сырья, содержащее узел предварительной подготовки сырья и сушильную камеру, в соответствии с которым в узле предварительной подготовки исходное растительное сырье измельчают до пюреобразного состояния и смешивают с сухими овощными компонентами до содержания сухих веществ в смеси 20-30%. Затем полученную смесь распыляют в потоке газообразной двуокиси углерода с температурой 180-150°C при давлении 250-150 кПа. Сушку смеси осуществляют в сушильной камере в режиме распыления под вакуумом с остаточным давлением не более 50 кПа.

Недостатками известного устройства являются использование высокой температуры сушки, что ведет к коагулированию белков и разрушению молекул растительного сырья и соответственно к ухудшению биологических свойств полученного продукта, а также неравномерная степень измельчения подготовленного растительного сырья, в связи с его различной исходной вязкостью и влажностью. Кроме того, полученный продукт не подлежит длительному хранению, поскольку полученный порошок в связи с высокой скоростью распыления электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Известно (RU, патент 2060670, опубл. 27.05.96) устройство для получения порошка из растительного сырья, содержащее узел перетирания сырья до образования однородной смеси, сушильную камеру, примыкающую к узлу перетирания, и измельчитель. Сушильная камера оснащена ультразвуковым распылителем и СВЧ-излучателями, а измельчитель выполнен в виде установленного в сушильной камере ультразвукового распылителя стержневого типа. Сушку осуществляют токами СВЧ при одновременном измельчении в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18-80 кГц.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции, значительная энергоемкость.

В ходе проведения патенто-информационного поиска не выявлен источник информации, который мог бы использован в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в расширении ассортимента средств переработки растительного сырья и дикорастущих растений.

Технический результат, получаемый при реализации разработанной установки, состоит в разработке установки обезвоживания простой конструкции с небольшим потреблением энергии при ее эксплуатации.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную установку обезвоживания растительного сырья и дикорастущих растений. Разработанная установка содержит шлюз на загрузки исходного сырья, выход которого совмещен с входом узла предварительного измельчения, выход узла предварительного измельчения шнековым транспортером соединен с входом распылителя, выход которого соединен с входом аэродинамической трубы, выполненной с возможностью регулирования плотности потока измельченного высушиваемого материала, паров воды и воздуха, выход аэродинамической трубы по высушиваемому материалу соединен с блоком аэродинамической сушки.

В основу принципа работы установки положен метод комплексирования, что позволило оптимально сочетать положительные эффекты целого ряда известных методов сушки и измельчения, одновременно уходя от их существенных недостатков.

В итоге такого комплексирования создана установка, в которой:

1. Сушка и измельчение перерабатываемого продукта происходят одновременно в интенсивном массо-воздухообменном процессе.

2. Осушаемый потенциал достигается не высокой температурой осушаемого агента, а за счет:

- получения максимального градиента относительной влажности между продуктом и осушаемым агентом;

- оптимального подбора центробежных сил и сил макро- и микроударов воздействующих на перерабатываемый продукт;

- получения максимального градиента давления при интенсивном перемещении высушиваемого сырья в процессе обезвоживания.

3. Процесс сушки и измельчения ускоряется за счет интенсивного трения и соударения частиц продукта друг о друга в плотном слое при движении с высокой окружной скоростью.

4. Компактная и малогабаритная конструкция достигнута за счет высокой скорости осушающего агента (25-28 м/с) относительно частиц продукта

5. Применение разработанных конструктивных и технологических решений позволило успешно решить задачу, связанную с комкованием и налипанием высушиваемого сырья на оборудование из-за большого содержания в овощах и фруктах углеводов, в том числе моно- и дисахаров.

В результате принятых технических и технологических решений удалось выполнить основную задачу - получить высококачественный продукт при минимальных энергетических и аппаратных затратах.

Разработанная установка предназначена, в основном, для предварительного интенсивного обезвоживания овощей, фруктов, ягод, зелени, грибов, трав, мяса и рыбы естественной влажности для дальнейшего досушивания в установках аэродинамического типа с получением полидисперсного порошка со следующими параметрами:

- дисперсность - 5 мкм и выше,

- влажность - 6% и выше,

- сохранность всех витаминов, ферментов, биологически активных веществ практически полностью, так как температура переработки не превышает 50°C, а время сушки составляет 3-5 минут.

- при увлажнении этого порошка питьевой водой он восстанавливает первоначальные свойства исходного продукта.

Полученный продукт используется:

- для детского, лечебного, профилактического и профессионального питания;

- в производстве натуральных пищевых добавок и красителей;

- как сырье в фармацевтической и косметической промышленности;

- при производстве продуктов быстрого питания;

- как сырье для работы пищевых 3D принтеров.

Однако выше приведенный перечень не исключает более широко спектра применения разработанной установки.

Предпочтительно узел предварительного измельчения представляет собой протирочную машину.

Распылитель может быть выполнен в виде двух вращающихся на одной оси навстречу друг другу роторов, между которыми выполнен зазор, в который поступает предварительно измельченный материал. На поверхности роторов, обращенных навстречу друг другу, могут быть расположены била.

В предпочтительном варианте реализации аэродинамическая труба выполнена с тангенциально ориентированным подводом потока обрабатываемого продукта.

Разработанная установка работает следующим образом.

Сырье загружают через шлюз, пройдя который сырье подвергается предварительному измельчению в измельчителе. Далее шнековым питателем-дозатором измельченное сырье поступает на распылитель, в котором за счет ударов роторов, вращающихся навстречу друг другу, влага интенсивно разделяется с высушиваемым материалом. Далее частично обезвоженный измельченный материал с парами воздуха попадает в аэродинамическую трубу, где, помимо ламинарного движения, за счет тангенциального подвода регулируют плотность его потока. Затем поток из высушиваемого материала и паров воздуха попадает в аэродинамическую сушилку, в которой за счет разности масс частиц пара воздуха и высушиваемого материала происходит интенсивный массовоздухообмен. В результате чего происходит обезвоживание материала до необходимой влажности.

В итоге растительное сырье, поступившее с содержанием влаги 88-92%, на выходе превращается в полидисперсный порошок со среднеэквивалентным размером частиц 200-500 мкм и влажностью 45-50%