Результат интеллектуальной деятельности: Способ приготовления комбикорма и устройство для его осуществления

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к кормопроизводству, и может быть использовано в фермерских хозяйствах для термообработки, измельчения и обеззараживания первичного сырья.

Известные способы и устройства для их осуществления представляют изобретения, реализующие технологию переработки первичного сырья электрофизическими методами посредством эндогенного нагрева с дополнительным экзогенным и механическим воздействием:

- многоярусная сверхвысокочастотная установка для термообработки влажного сырья в неприрывном режиме (патент RU 2661372 С1);

Из известных изобретений наиболее близким к предлагаемому является «Микроволновая установка для термообработки сырья в процессе измельчения» (патент RU 2671710 С1), которое выбрано в качестве прототипа.

Установка, в которой реализуется известный способ имеет цилиндрический экранирующий корпус, прикрепленный к амортизационным пружинам, в котором соосно расположен неферромагнитный цилиндр, выполненный в виде терки и жестко установленный на диск, образуя ротор вращающийся от электродвигателя. На крышку экранирующего корпуса установлены сверхвысокочастотные генераторы. Реализация собственно способа термообработки сырья заключается в его приеме, дозированной подаче в рабочую камеру, содержащую измельчающий механизм в виде терочного цилиндра из неферромагнитного материала, дальнейшей термообработки и обеззараживании в электромагнитном поле сверхвысокой частоты в процессе измельчения и смешивания, а также пневмотранспортировании готового продукта в циклон-разгрузитель.

Однако реализация операционно-технологической схемы процесса приготовления корма сопровождается нецелесообразным расходом энергии при измельчении сырья и эвакуации готового продукта из микроволновой установки. Это обусловлено тем, что, несмотря на обеспечение непрерывности процесса с максимальным использованием свойств сыпучести и вязкости сырья, конструкцией установки не предусмотрено создание и использование избыточного давления от увеличения объема при микронизации, а также при паро- и газовыделении в процессе эндогенного нагрева, что способствует ускоренному и более качественному приготовлению продукта и его перемещению по отводящим каналам к выгрузному желобу.

Задачей изобретения является интенсификация процесса переработки первичного сырья и улучшение технологичности устройства для приготовления комбикорма.

Это достигается тем, что первичное сырье подают и накапливают в резонаторной камере до момента ее заполнения, после чего включают СВЧ-генератор, излучатель которого направлен внутрь резонаторной камеры, и проводят эндогенный нагрев, следствием чего является микронизация зерновых ингредиентов и парообразование от влагосодержащей фракции. Несмотря на увеличение давления в связи с реструктурированием первичного сырья и паронасыщением резонаторной камеры в нее продолжают подавать первичное сырье, вытесняя реструктурированное сырье из резонаторной камеры к нижней части нагнетательного шнека, винтовая поверхность которой, как и винтовая поверхность верхней части, обеспечивает подачу перерабатываемого первичного сырья внутрь резонаторной камеры, то есть на встречу вытесняемому из нее продукту. Таким образом, создавая подпор и избыточное давление в резонаторной камере, направляют реструктурированное сырье в межвитковое пространство и секторные окна винтовой поверхности нижней части нагнетательного шнека, представляющие собой отводящий канал к выгрузному желобу. Образующийся при тепловой обработке пар используют как при подогреве поступающего в резонаторную камеру первичного сырья, так и для принудительного перемещения реструктурированного сырья по отводящему каналу к выгрузному желобу. При перемещении в межвитковом пространстве ингредиенты реструктурированного сырья перемешивают и, далее, подвергают дополнительному механическому воздействию - резанию ее не разрыхленные компоненты при их перемещении через секторные окна винтовой поверхности, где вторую по направлению вращения нагнетательного шнека кромку оборудуют режущей пластиной с конфигурацией лезвия по типу «Верзьера Аньези».

Предлагаемый способ может быть реализован устройством (рисунок Фиг. 1, Фиг. 2), содержащим: вертикально расположенный на монтажной раме 1 цилиндрический экранирующий корпус 2 с загрузочной воронкой 3 и выгрузным желобом 4, внутри которого размещена резонаторная камера 5, оборудованная излучателями 6 с магнетронами 7, направленными в резонаторную камеру и соединенными передающий линией 8 с генераторным блоком СВЧ 9, причем внутри цилиндрического экранирующего корпуса установлен нагнетательный шнек 10, изготовленный из диэлектрического материала, вал которого расположен по центральной оси резонаторной камеры 5 и приводится в действие мотор - редуктором 11, при этом винтовая поверхность в верхней и нижней части нагнетательного шнека 10 выполнена с взаимообратным наклоном витков для обеспечения перемещения перерабатываемого сырья внутрь резонаторной камеры 5 как сверху вниз, так и снизу вверх, при том, что центральная часть нагнетательного шнека 10, находящаяся в резонаторной камере 5, винтовой поверхностью не снабжена, а на винтовой поверхности в нижней части нагнетательного шнека 10 выполнены секторные окна 12, у которых вторая по ходу вращения нагнетательного шнека кромка оборудована режущей пластиной 13 с конфигурацией лезвия по типу «Верзьера Аньези».

Предлагаемый способ приготовления комбикорма реализуется в устройстве следующим образом. Устройство включает в себя вертикально расположенный на монтажной раме 1 цилиндрический экранирующий корпус 2 с загрузочной воронкой 3, в которую загружается первичное сырье, подготовленное к переработке, то есть заблаговременно замоченное и доведенное до влажности 30…60%. Предварительно включенный мотор -редуктор 11 задает вращение нагнетательному шнеку 10 так, что первичное сырье перемещается винтовой поверхностью верхней части нагнетательного шнека 10 в резонаторную камеру 5, где накапливается, постепенно заполняя ее ограниченное внутреннее пространство. Накоплению первичного сырья способствуют винтовая поверхность нижней части нагнетательного шнека 10, выполненная с взаимообратным, по отношению к верхней части, наклоном витков, что обеспечивает перемещение перерабатываемого первичного сырья внутрь резонаторной камеры 5 снизу вверх и препятствует его поступлению к выгрузному желобу 4. Резонаторная камера 5 оборудована излучателями 6 с магнетронами 7, направленными внутрь резонаторной камеры 5, которые активируются в рабочий режим генераторным блоком СВЧ 9 по средством передающий линии 8 в момент заполнения резонаторной камеры 5 первичным сырьем, обеспечивая тем самым его эндогенный нагрев. В результате этого происходит микронизация зерновых ингредиентов и парообразование от влагосодержащей фракции, что приводит к увеличению давления, которое является следствием реструктурирования первичного сырья и паронасыщения внутренней полости резонаторной камеры 5. Не прирывая процесс термообработки, продолжают подавать первичное сырье через загрузочную воронку 3 по средством винтовой поверхности верхней части нагнетательного шнека 10 в резонаторною камеру 5, вытисняя тем самым реструктурированное сырье из резонаторной камеры 5 к нижней части шнека 10, винтовая поверхность которой препятствует его дальнейшему перемещению к выгрузному желобу 4. Таким образом, осуществляют подпор вытесняемого термообработанного продукта и создают избыточное давление 0,3…0,7 бар. в резонаторной камере 5, что поддерживает температуру реструктурирования первичного сырья 180…200°С в течении всего периода перемещения его внутри резонаторной камеры 5. В результате образования избыточного давления реструктурированное сырье принудительно направляется в межвитковое пространство винтовой поверхности нижней части нагнетательного шнека 10 и выполненные в винтовой поверхности секторные окна 12, реализующие функцию отводящего канала к выгрузному желобу 4. Образующийся при тепловой обработке пар используют как при подогреве поступающего в резонаторную камеру 5 первичного сырья, так и для принудительного перемещения реструктурированного сырья по отводящему каналу к выгрузному желобу 4. При перемещении в межвитковом пространстве ингредиенты реструктурированного сырья перемешиваются за счет трения о винтовую поверхность и, далее, оставшиеся в массе неразрыхленные компоненты подвергаются дополнительному механическому воздействию -резанию при их перемещение через секторные окна 12, где вторая по направлению вращения нагнетательного шнека 10 кромка оборудована режущей пластиной 13 с конфигурацией лезвия по типу «Верзьера Аньези», что снижает энергетические затраты процесса резания на 29…45%. Реструктурированное сырье после перемешивания в межвитковам пространстве винтовой поверхности нижней части нагнетательного шнека 10 и воздействия режущих пластин 13 гравитационно перемещается в выгрузной желоб 4 и далее к потребителю.

Продолжительность воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на первичное сырье определяют в зависимости от вида сырья, его сыпучести или вязкости, в зависимости от свойств компонентов сырья, от их процентного соотношения в соответствии с рецептом 30…60 с. Для ускорения процесса термообработки первичного сырья, оптимизации энергозатрат и повышения качества получаемого продукта в предлагаемом устройстве используют несколько СВЧ генераторов.

Таким образом, применение предлагаемого способа и устройства для его осуществления позволит интенсифицировать процесс приготовления комбикорма при условии интегрирования функциональной схемы в единый технологический цикл операций электрофизического, термического и механического воздействия на первичное сырье с эффектом снижения энергозатрат и повышения качества конечного продукта.

Технический результат, выражающийся в повышении эффективности и улучшении качества переработки первичного сырья на комбикорм, достигается за счет повышения рабочего давления в резонаторной камере и интенсификации резания комбикормовой массы в процессе ее приготовления. Предлагаемый способ заключается в том, что подготовленное к переработке первичное сырье перемещается посредством нагнетательного шнека и накапливается в резонаторной камере. Сосредоточение и постоянный подвод первичного сырья в ограниченное пространство резонаторной камеры, как следствие, приводит к ее заполнению и повышению рабочего давления в ней. После заполнения резонаторной камеры включается источник СВЧ-излучения. Первичное сырье подвергается эндогенному нагреву, в результате чего происходит быстрое увеличение его объема, а также повышение давления и температуры в резонаторной камере. Колебание молекулы воды с большой скоростью приводит не только к уничтожению болезнетворных паразитирующих микроорганизмов, но и к разрушению (реструктурированию) первичного сырья или, конкретно, микронизации зерна. Раструктурированое сырье под давлением от увеличенного объема и парообразования удерживается нагнетательным шнеком в резонаторной камере, поскольку винтовая поверхность над камерой осуществляет подачу сырьевой массы сверху вниз, а винтовая поверхность под резанаторной камерой - снизу вверх. Дальнейшее поступление первичного сырья в резонаторную камеру и его эндогенный нагрев способствует принудительному перемещению уже реструктурированного сырья к выгрузному желобу по специализированному каналу, представляющему собой систему вырезов - секторных окон на винтовой поверхности нижний части нагнетательного шнека. Причем, в каждом секторном окне вторая по направлению вращения нагнетательного шнека кромка является режущей. Таким образом, вынужденное перемещение реструктурированного сырья через секторные окна и межвитковое пространство осуществляется навстречу вектору перемещения, определяемому геометрическими параметрами винтовой поверхности нагнетательного шнека под резонаторной камерой. При перемещении реструктурированного сырья через секторные окна оно подвергается воздействию режущей кромки, что обеспечивает дополнительное разрушение плотных компонентов перед попаданием готового комбикорма в выгрузной желоб и далее к потребителю.

Фактически, предлагаемый способ и устройство для его осуществления реализуют модель изохорного процесса термообработки первичного сырья на комбикорм с использованием эндогенного нагрева. Специализированный канал вывода реструктурированного сырья, также, играет роль предохранительного клапана, обеспечивающего максимально необходимое рабочее давление в резонаторной камере и исключающего разрушение устройства или выведение его из рабочего режима. В данном случае допустима технологическая аналогия с кастрюлей «скороваркой».