Результат интеллектуальной деятельности: Реактор баротермической обработки комбикормов в псевдоожиженном слое

Изобретение относится к оборудованию для баротермической обработки рассыпных комбикормов, сои, рапса и может быть использовано в хозяйствах на животноводческих фермах, перерабатывающих сельскохозяйственных предприятиях и комбикормовых цехах.

Известен «Аппарат для пропаривания зерна» (а.с. SU 1161071, А23N 17/00, 15.06.1985 г.), содержащий вертикальную герметичную камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, вертикальные трубки с укрепленными на них лепестками, установленными под углом 40-50° к вертикальной оси аппарата.

Конструкция аппарата не позволяет регулировать время и температуру обрабатываемого зерна, которое под воздействием собственного веса стремительно перемещается вниз, а ускоряется процесс падения постоянно вибрирующими лепестками.

Известен «Шнековый реактор» (а.с. SU 1676578, А23N 17/00, 15.09.1991 г.), включающий корпус с загрузочной и выгрузной горловинами, выгрузное приспособление, нагревательное устройство, расположенное вокруг корпуса.

Нагревательное устройство, расположенное на корпусе, не обеспечивает равномерный нагрев.

Наиболее близким по конструктивным особенностям к предлагаемому изобретению является «Реактор баротермической обработки концентрированных кормов» (пат. RU 2425598, А23N 17/00, 10.08,2011 г.) - взят за прототип, содержащий горизонтальный цилиндрический корпус с загрузочной и выгрузной горловинами, расположенный внутри него рабочий орган, на валу которого установлены загрузочное и выгрузное приспособления и прямоугольные лопасти.

Однако вал с вращающимися лопастями не обеспечивает равномерный прогрев обрабатываемого корма в нижней и верхней части емкости корпуса реактора, так как при ее заполнении не выше оси вала (коэффициент заполнения реактора К=0,4-0,5) продукт скапливается в нижней части емкости и прямоугольные лопасти не осуществляют постоянного соприкосновения перегретого пара с каждой частицей обрабатываемого корма.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение одновременного и равномерного прогрева обрабатываемого корма во всех точках внутри цилиндрического корпуса реактора, сокращение времени нагрева, повышение качества обработки, КПД реактора и снижение удельных затрат энергии.

Поставленная задача достигается тем, что в реакторе баротермической обработки комбикормов в псевдоожиженном слое, включающем горизонтальный цилиндрический корпус с загрузочной и выгрузной горловинами, расположенный внутри него рабочий орган, на валу которого установлены загрузочное и выгрузное приспособления, новым является то, что рабочий орган снабжен блоком псевдоожижения, расположенным между загрузочным и выгрузным приспособлениями, выполненным в виде симметрично закрепленных на валу рабочего органа прямоугольных рамок, продольные стороны которых отогнуты в противоположном относительно друг друга направлении и под углом α к поперечным сторонам прямоугольных рамок, причем на продольных сторонах вышеуказанных рамок установлены ковши прямоугольной формы захватывающей частью в направлении вращения вала рабочего органа, при этом расположение ковшей на продольных отогнутых сторонах последующих прямоугольных рамок относительно расположения ковшей на продольных отогнутых сторонах предыдущих прямоугольных рамок смещено на ширину ковша, что обуславливает перемещение обрабатываемого материала к выгрузной горловине по винтовой линии во всем объеме горизонтального цилиндрического корпуса с созданием зоны псевдоожижения, причем расстояние между внутренней поверхностью горизонтального цилиндрического корпуса и верхней точкой ковшей равно 3-4 мм, а краны подачи пара установлены в нижней части горизонтального цилиндрического корпуса.

Преимущество техники псевдоожижения: большая поверхность взаимодействия твердых частиц со средой (паром); 1 м³ частиц диаметром 100 мкм (1 мкм = 10^-6 м) имеет площадь поверхности, превышающую 30000 м². Столь развитая поверхность позволяет получать высокие общие интенсивности тепло - и массообмена материала со средой; малые градиенты (разница) температур в объеме слоя вследствие интенсивного перемешивания, т.е. высокоэффективная теплопроводность слоя и интенсивность теплообмена (Дж. Боттерилл, Теплообмен в псевдоожиженном слое. М.: Энергия 1980 г., с 23-24).

Метод кипящего слоя широко используется в промышленности для проведения процессов катализа, сушки, кристаллизации, обжига, газификации и пиролиза топлива, а также производстве комбикормов. Успешно используется псевдоожиженный слой для приготовления однородных смесей лечебных кормов, в системах выгрузки рассыпных комбикормов. Турбулизация двухфазной системы в кипящем слое обеспечивает интенсивный массообмен между фазами и постоянство температур во всем объеме слоя.

Расположение на валу рабочего органа блока псевдоожижения между загрузочным и выгрузным приспособлениями в виде прямоугольных рамок с отогнутыми в противоположных направлениях относительно друг друга продольных сторон, на которых установлены ковши захватывающей частью в направлении вращения вала рабочего органа, и особенность их расположения на рамках вдоль всей длины обуславливает равномерное перемещение обрабатываемого зернистого материала к выгрузной горловине по винтовой линии с созданием зоны псевдоожижения. Опытным путем определено: оптимальные обороты вращения вала рабочего органа 150-200 об/мин; угол отгиба продольных сторон прямоугольных рамок относительно поперечных сторон α равен 41-45°, что соответствует углу естественного откоса зерновых, входящих в состав обрабатываемого материала (Рекомендации по использованию машин и оборудования для приготовления комбикормов в хозяйствах. М.: Колос, 1977 г. С. 6, табл. 4); расстояние между внутренней поверхностью горизонтального корпуса и верхней точкой ковшей, равное 3-4 мм, позволяет без заторов свободно перемещать обрабатываемый материал, а подача пара с нижней части горизонтального цилиндрического корпуса способствует равномерному распределению пара и прогреву обрабатываемого материала во всех точках емкости реактора, образуя однородную массу со свойствами, подобными свойствам жидкой массы - псевдоожиженный слой.

Одновременная интенсивная тепловая обработка в режиме: температура 300-374°C, давление 15-29 МПа, экспозиции обработки 30-60 с, позволяет избавиться от вредоносных бактерий, повысить качество кормов, снизить удельные затраты энергии.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - схема реактора баротермической обработки кормов в псевдоожиженном слое, фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1, фиг. 3 - вид Б по фиг. 2.

Реактор баротермической обработки комбикормов в псевдоожиженном слое содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1 (см. фиг. 1) с загрузочной 2 и выгрузной 3 горловинами, в котором установлен рабочий орган, включающий вал 4 со смонтированными на нем на одном конце напротив загрузочной горловины 2 загрузочное приспособление 5, а напротив выгрузной горловины 3 смонтировано выгрузное приспособление 6, между которыми расположен блок псевдоожижения 7, включающий (см. фиг. 1, 2, 3) прямоугольные рамки 8 с установленными на их продольных сторонах, отогнутых в противоположном относительно друг друга направлении и под углом 41-45° к поперечным сторонам, ковшами 9, закрепленными на продольных сторонах последующих прямоугольных рамок 8 относительно расположения ковшей 9 на продольных сторонах предыдущих прямоугольных рамок 8 с возможностью перемещения перерабатываемого материала по винтовой линии во всем объеме в сторону выгрузки с созданием зоны псевдоожижения. Зазор относительно внутренней поверхностью горизонтального корпуса 1 и верхней точкой ковшей 9 равен 3-4 мм.

Реактор баротермической обработки комбикормов в псевдоожиженном слое работает следующим образом. Корма или смесь его компонентов непрерывным потоком подается через загрузочную горловину 2 в горизонтальный цилиндрический корпус 1 реактора и загрузочным приспособлением 5, установленным на валу 4 рабочего органа, распределяется по внутренней поверхности корпуса 1, одновременно передвигается в зону действия блока псевдоожижения 7. При установившемся режиме обрабатываемый материал заполняет емкость горизонтального цилиндрического корпуса 1 до уровня оси вала 4 (коэффициент заполнения реактора 0,4-0,5) и под действием тяжести собственного веса скапливается в нижней его части. При вращении вала 4 с закрепленными на нем рамками 8, на которых установлены ковши 9, имеющие зазор 3-4 мм относительно внутренней поверхности горизонтального цилиндрического корпуса 1, происходит рыхление обрабатываемого материала в нижней части, а также заполнение им ковшей 9, подъем ковшами 9 захваченного материала по винтовой по окружности, и при достижении верхней точки обрабатываемый материал высыпается вниз, т.к. угол наклона днища ковшей 9 достиг значения α=41-54° угла естественного откоса обрабатываемого материала. Пройдя всю зону псевдоожижения, при обеспечении постоянного и равномерного пропаривание всей массы (каждой ее частицы), обрабатываемый материал перемещается к выгрузному приспособлению 6, расположенному напротив выгрузной горловины 3, для дальнейшей его выгрузки. По показаниям датчиков давления и температуры регулируют подачу пара и воды.

Использование предлагаемого изобретения позволит обеспечить одновременный и равномерный прогрев обрабатываемого комбикорма во всех точках внутри цилиндрического корпуса реактора, сократить время нагрева, повысить качество обработки, КПД реактора и снизить удельные затраты энергии.