Результат интеллектуальной деятельности: Способ комплексной переработки семян сои

Изобретение относится к комплексной переработке сои и может быть использовано в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

Известен способ получения соевого продукта, предусматривающий приготовление гомогенной суспензии из измельченных соевых бобов, экстракцию с разделением на растворимую и нерастворимую фракции и коагуляцию белка из растворимой фракции (Патент РФ № 2105494, А 23 J 1/14, от 27.05.96, опубл. 27.02.98).

Недостатком данного способа является невозможность комплексной переработки сои при безотходном получении целевых и промежуточных продуктов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ комплексной переработки семян сои и комплекс средств для его осуществления (Патент РФ № 2190334, A23L1/20, A23J1/14, от 24.01.2000, опубл. 10.10.002), включающий сушку семян сои в барабанной сушилке при температуре сушильного агента 80…85^oС до влажности 10…12%; измельчение и механический отжим высушенных семян в шнековом маслопрессе с выводом соевого масла в качестве готовой продукции и отводом выжимки на измельчение в вибромельнице до фракции 50 мкм и менее; смешивание выжимки с водой и нагревание до температуры 51…60^oС в емкости с размещенным в ней нагревателем и вибромешалкой; разделение на вибросите полученной смеси на растворимую и нерастворимую фракции с последующим выделением белка из растворимой фракции и отводом высушенной в барабанной сушилке нерастворимой фракции с влажностью 7…10%.

Однако в известном способе не реализованы основные принципы энергосбережения, связанные с организацией замкнутых термодинамических циклов с возможностью рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов, что не позволяет рассматривать известный способ как энергосберегающий и экологически безопасный; не предусмотрено использование теплового насоса, что не создает реальных перспектив в энергоэффективном получении целевых и промежуточных продуктов; отсутствует возможность осушения отработанных сушильных агентов при многократном использовании в замкнутых рециркуляционных циклах без выбросов в окружающую среду; не предусмотрена подготовка теплой воды, необходимой для смешивания с выжимкой.

Технической задачей изобретения является повышение энергетической эффективности и экологической безопасности способа комплексной переработки семян сои за счет максимальной рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов, реализации замкнутых термодинамических циклов по материальным и тепловым потокам с использованием парокомпрессионного теплового насоса при получении целевых и промежуточных продуктов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе комплексной переработки семян сои, включающем сушку семян сои в барабанной сушилке при температуре сушильного агента 80…85^oС до влажности 10…12%; измельчение и механический отжим высушенных семян в шнековом маслопрессе с выводом соевого масла в качестве готовой продукции и отводом выжимки на измельчение в вибромельнице до фракции 50 мкм и менее; смешивание выжимки с водой и нагревание до температуры 51…60^oС в емкости с размещенной в ней вибромешалкой; разделение на вибросите полученной смеси на растворимую и нерастворимую фракции с последующим выделением белка из растворимой фракции и отводом высушенной в барабанной сушилке нерастворимой фракции с влажностью 7…10%, новым является то, что дополнительно используют гравитационный охладитель для охлаждения выжимки холодным воздухом перед измельчением до температуры 10…15^oС; циклоны для очистки от содержащихся взвешенных твердых частиц в отработанном сушильном агенте после сушки сои и сушки нерастворимой фракции, а также в отработанном воздухе после гравитационного охладителя; парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессор, двухсекционный конденсатор с параллельно установленными секциями, одна из которых предназначена для нагревания воздуха, а другая для нагревания воды, терморегулирующий вентиль и двухсекционный испаритель, рабочая и резервная секции которого попеременно работают соответственно в режимах конденсации и регенерации; сборник конденсата; ресивер; причем потоки отработанного сушильного агента и отработанного воздуха после очистки от взвешенных твердых частиц объединяют и в режиме замкнутого цикла подают на охлаждение и осушение в рабочую секцию испарителя, работающую в режиме конденсации; полученный после рабочей секции испарителя кондиционированный воздух разделяют на два потока, один из которых подают на охлаждение выжимки в гравитационный охладитель, другой отводят в секцию конденсатора для нагревания воздуха и нагревают его до температуры 90…95^oС, после чего скапливают в ресивере и затем по двум потокам в качестве сушильного агента подают на сушку сои и сушку нерастворимой фракции; при этом конденсат из сборника конденсата нагревают в секции конденсатора для нагревания воды, часть которой подают на смешивание с выжимкой в емкость с размещенной в ней вибромешалкой, а другую часть направляют на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, с отводом образовавшего конденсата в сборник конденсата.

Технический результат изобретения заключается в повышении энергетической эффективности способа комплексной переработки семян сои за счет рекуперации и утилизации вторичных энергоресурсов, обеспечивающих снижение удельных энергозатрат; реализации замкнутых термодинамических циклов по материальным и тепловым потокам с использованием парокомпрессионного теплового насоса; в создании экологически безопасных условий при получении целевых и промежуточных продуктов в отсутствие выбросов отработанных теплоносителей в окружающую среду.

На фиг. 1 представлена схема, реализующая предлагаемый способ комплексной переработки семян сои с использованием парокомпрессионного теплового насоса.

Схема содержит барабанные сушилки 1,8; циклоны 2,9; шнековый маслопресс 3; гравитационный охладитель 4; валковую мельницу 5; смеситель с вибромешалкой 6; вибросито 7; парокомпрессионный тепловой насос, включающий компрессор 10, секции двухсекционного конденсатора 11 и 12, установленные параллельно; терморегулирующий вентиль 13; резервную и рабочую секции испарителя 14 и 15; сборник конденсата 16; ресивер 17; вентиляторы 18, 19, 20, 21, 22; насос 23; распределитель потока 24; переключатели потока 25, 26; потоки: 1.0 - подачи исходных бобов сои в барабанную сушилку; 1.1 – отвода высушенных бобов сои в шнековый маслопресс; 1.2 – подачи выжимки из маслопресса в охладитель; 1.3 - отвода соевого масла из маслопресса; 1.4 – подачи охлажденной выжимки на измельчение в валковую мельницу; 1.5 - подачи измельченной выжимки на смешивание с теплой водой в смеситель с вибромешалкой; 1.6 – подачи соевой суспензии из смесителя на вибросито; 1.7 – отвода растворимой фракции соевой суспензии; 1.8 – отвода нерастворимой фракции соевой суспензии на сушку; 1.9 – вывода высушенной нерастворимой фракции; 1.10 – отвода взвешенных твердых частиц из циклонов; 2.0 – подачи сушильного агента из ресивера в барабанные сушилки и теплого воздуха на размораживание резервной секции, работающей в режиме регенерации; 2.1 – подачи объединенного потока отработанного сушильного агента и воздуха через переключатель потока 25 в секцию испарителя, работающую в режиме конденсации; 2.2 – подачи кондиционированного (охлажденного) воздуха через распределитель потока 24 в секцию конденсатора теплового насоса для нагрева воздуха и на охлаждение выжимки в гравитационный смеситель; 3.0 – подачи конденсата (воды) в секцию конденсатора для нагрев воды; 3.1 – подачи теплой воды в смеситель с вибромешалкой; 6.0 – рециркуляции хладагента в замкнутом контуре теплового насоса.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходные бобы сои по потоку 1.0 подают в барабанную сушилку 1 и осуществляют сушку при температуре сушильного агента 80…85^oС до влажности 10…12%. Высушенную сою по потоку 1.1 направляют в шнековый маслопресс 3 и производят выдавливание масла, которое отводят по потоку 1.3 в качестве целевого продукта. Полученные выжимки по потоку 1.2 направляют в гравитационный охладитель 4. Охлажденные до 10…15^oС выжимки направляют по потоку 1.4 в валковую мельницу 5 и осуществляют размол. При размоле происходит разрушение выжимок сои до фракции 50 мкм и менее с разрушением клеточных оболочек и самосогреванием массы за счет сил трения до температуры 55^oС.

После размола полученную массу по потоку 1.5 подают в смеситель с вибромешалкой 6 и разбавляют теплой водой с температурой 51…85^oС до достижения однородности по всему объему получаемой соевой суспензии.

Полученную соевую суспензию по потоку 1.6 подают из смесителя 6 на вибросито 7, где разделяют на фракции: растворимую и нерастворимую. Чем больше продолжительность перемешивания, а также чем больше (относительно) будет воды в мешалке и чем выше температура суспензии (но не выше 85^oС), тем больше белка перейдет в растворимую фракцию. Чем меньше воды, меньше продолжительность перемешивания, меньше температура суспензии, тем меньше белка перейдет в растворимую фракцию.

Изменяя соотношение компонентов (измельченной выжимки сои и воды), температуру воды и время перемешивания, можно управлять процессом перехода белка и жира из нерастворимой фракции в растворимую, тем самым либо увеличивая количество белка в растворе, либо оставляя его в нерастворимой фракции (окаре). Растворимую фракцию соевой суспензии в качестве промежуточного продукта отводят по потоку 1.7 проходом через вибросито 7 и в дальнейшем используют в кормопроизводстве при составлении рационов кормления сельскохозяйственных животных. Нерастворимую фракцию соевой суспензии (окару) по потоку 1.8 подают в барабанную сушилку 8 и доводят ее влажность до 7…10%, с которой подают на хранение с последующим использованием в кондитерской промышленности, а также в сельском хозяйстве (в рационах кормления сельскохозяйственных животных).

Подготовку сушильных агентов для сушки бобов сои и нерастворимой фракции соевой суспензии, теплой воды на смешивание с измельченной выжимкой сои, холодного воздуха на охлаждение выжимки используют парокомпрессионный тепловой насос.

Тепловой насос, включающий компрессор 10, две секции конденсатора 11 и 12, установленные параллельно, одна из которых предназначена для нагревания воздуха, а другая для нагревания воды, терморегулирующий вентиль 13, рабочую 14 и резервную 15 секции испарителя, работает по следующему термодинамическому циклу.

Хладагент (рабочее тело) всасывается компрессором 10, сжимается до давления конденсации и по замкнутому контуру 6 направляется в секции конденсатора 11 и 12. За счет компрессионного сжатия в компрессоре 10 хладагент доводят до температуры конденсации 90…95ºС и за счет рекуперативного теплообмена в секции конденсатора 11 он отдает теплоту воздуху, отводимому в ресивер 17. с температурой 80…85ºС. В секции конденсатора 12 осуществляют подготовку теплой воды за счет теплоты конденсации хладагента. При этом необходимую температуру теплой воды обеспечивают из условия расчетной площади теплообменной поверхности секции 12.

Затем хладагент направляется в терморегулирующий вентиль 13, где дросселируется до заданного давления. С этим давлением хладагент поступает в рабочую секцию 12 испарителя и кипит при температуре -7…-10ºС. Пары хладагента по замкнутому контуру 6.0 направляются в компрессор 10, сжимаются до давления конденсации и термодинамический цикл повторяется.

Отработанные сушильные агенты после сушки бобов сои и нерастворимой фракции соевой суспензии из барабанных сушилок 1 и 8 сначала направляют соответственно в циклоны 2 и 9 для очистки от содержащихся в них взвешенных твердых частиц. Затем объединяют потоки отработанных сушильных агентов с отработанным воздухом после охлаждения выжимки в гравитационном охладителе 4 в единый поток 2.1, и вентилятором 20 через переключатель потока 25 в режиме замкнутого цикла подают на осушение и охлаждение в секцию испарителя 14 теплового насоса, работающую в режиме конденсации. Процесс конденсации влаги из влажного воздуха сопровождается образованием снеговой шубы на охлаждающей поверхности испарителя.

Осушенный и охлажденный (кондиционированный) воздух из секции испарителя 14, работающей в режиме конденсации, вентилятором 21 подают по потоку 2.2 в распределитель 24. Часть кондиционированного воздуха подают в секцию конденсатора 11 для нагревания воздуха, после чего скапливают в ресивере 17, а другую часть вентилятором 22 направляют на охлаждение выжимки до температуры 10…15 ºС в гравитационный охладитель 4.

Нагретый воздух из ресивера 17 разделяют на два потока, которые в качестве сушильного агента вентиляторами 19, 18 подают на сушку сои и нерастворимой фракции соевой суспензии соответственно в барабанные сушилки 1 и 8.

При снижении интенсивности конденсации влаги из воздуха в снеговую шубу на теплообменной поверхности рабочей секции испарителя 14 ее отключают из контура рециркуляции хладагента 6.0 теплового насоса на режим регенерации и подключают резервную секцию 15 на режим конденсации. При этом с помощью переключателя 25 поток 2.1 направляют в секцию испарителя 15, которую с режима регенерации переключают на режим конденсации.

Образовавшийся при размораживании секции испарителя 15 конденсат по потоку 3.0 отводят в сборник конденсата 16. Конденсат из сборника 16 насосом 23 подают в секцию конденсатора 12 для нагрева воды, а затем нагретую до температуры 51…60^oС воду распределяют по двум потокам 3.1, один из которых направляют на смешивание с выжимкой в емкость 6 с размещенной в ней вибромешалкой, а другой через переключатель 25 направляют на размораживание секции испарителя 15, работающей в режиме регенерации.

Способ комплексной переработки семян сои реализован на экспериментальной поточной линии производительностью 10…15 т/ч в производственных условиях ООО «Согал-ЭКО». Энергоэффективные режимы технологических операций в области допустимых свойств осуществлялись с помощью компрессорно-конденсаторного агрегата, работающего в режиме теплового насоса, со следующими характеристиками:

Компрессор одноступенчатый

двухцилиндровый……………………………………..ФВ – 4/4,5

Хладагент(фреон-12)……….……………………………..R12

Холодопроизводительность, кВт…………………..…….15…20

Диапазон температур кипения, ^оС………………………-25…0

Конденсатор воздушный, ребристый, м²……………...…..15

Площадь охлаждающей поверхности

испарителя, м²……………..………………………………..20

Допустимые пределы изменения

коэффициента теплопередачи, Вт/(м²⋅K)…………...3,8…5,0

Температура хладагента на входе

в испаритель, K……………………………………….…263…273

В качестве теплоносителя использовался воздух, температура которого достигала значений 80..85^оC, и вода, нагрев которой осуществлялся до 60ºС, а его рециркуляция обеспечивалась высокотемпературным насосом.

Парокомпрессионный тепловой насос обеспечивал необходимую производительность трубчатого конденсатора с высокой рабочей температурой воздуха для последующего его использования для сушки семян сои, а также для нагрева воды, используемой для смешивания с измельченной выжимкой.

Таким образом, предлагаемый способ комплексной переработки сои позволяет создать условия для реализации энергетически эффективной технологии в непрерывном режиме эксплуатации основного и вспомогательного оборудования.

Дополнительные технологические приемы позволяют:

- реализовать предлагаемый способ как энергосберегающую и экологически безопасную технологию, обеспечить подготовку теплоносителей разного температурного потенциала с применением парокомпрессионного теплового насоса в замкнутых термодинамических циклах и повысить надежность эксплуатации линии для комплексной переработки сои на заданном уровне качества (чисто технологическая задача);

- максимально снизить выброс отработанных теплоносителей в окружающую атмосферу (экологическая задача);

- использовать рекуперацию теплоты конденсации хладагента в конденсаторе теплового насоса для нагрева воздуха и воды, подготовку охлажденного воздуха в испарителе для соевой выжимки (задача энергосбережения).