УСТАНОВКА ДЛЯ МИКРОНИЗАЦИИ ФУРАЖНОГО ЗЕРНА
UNIT FOR MICRONIZING OF FODDER GRAIN

Изобретение относится к оборудованию для тепловой обработки фуражного зерна, зерновых ингредиентов комбикормов и может быть использовано в комбикормовой и пищевой промышленности.
Известна «Установка для микронизации зерновых продуктов» (а.с. SU, 1711779, A23B 9/04, 9/06, A23L 1/025, 3/26, F26B 3/30, 15.02.1992 г.), которая содержит рабочую камеру, загрузочный бункер-дозатор, транспортер, выполненный из полых прозрачных для инфракрасного излучения стержней, в которых расположен источник инфракрасного излучения, при этом бункер-дозатор снабжен смесителем и вытяжным вентилятором для предварительного прогрева зерна парами испаренной влаги из рабочей камеры.
Применение ИК-излучения обеспечивает проникновение тепла в обрабатываемый материал на малую глубину, происходит поверхностный нагрев, а для качественной обработки необходимо достигнуть вскипания внутренней влаги, что в данном случае возможно при длительном подогреве фуражного зерна в зоне ИК-излучения; конвективный способ передачи тепла приводит к высоким удельным энергозатратам, возможно частичное обугливание поверхности обрабатываемого продукта.
Известен «Способ для дезинсекции и дезинфекции материалов зернового происхождения и устройство для его осуществления» (пат. RU 2143794, A01C 1/00, A23L 1/025, A23L 3/01, A01F 25/00, A23B 9/04, H05B 6/64, H05B 7/18, 10.01.2000 г.). Данный способ, реализованный в устройстве, заключается в преобразовании СВЧ-энергии в энергию плазмы, занимающую не весь рабочий объем, через который пропускаются материалы зернового происхождения, а только его часть, а затем это малое плазменное образование перемещают по всему рабочему объему так, чтобы за время пролета все зерновые подвергались плазменному воздействию.
Основным критерием качества обработки является температура нагрева материала зернового происхождения, критическое числовое значение которой определено для каждого вида различных групп микроорганизмов и грибков (Сыроватка В.И. «Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах» Москва, Россельхозакадемия, 2010 г., стр. 114). Способ и устройство сложны и трудно реализуемы на практике.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Установка для микронизации зерновых продуктов» (пат. RU, 2168911, A23L 1/18, A23L 1/025, A23L 3/01, A23B 9/04, F26B 3/34, 20.06.2001 г.) - принято за прототип, в которой нагретое зерно самотеком поступает в камеру облучения 3, где под действием СВЧ-излучения, подводимого от источника СВЧ-энергии 20, происходит мгновенный нагрев внутренней влаги зерна, что приводит к ее вскипанию, происходит разрыв тканей зерновых оболочек, превращение крахмала в декстрин.
Поскольку камера облучения напрямую соединена с вытяжным воздуховодом, а через перфорированные стенки промежуточного и внутреннего корпусов загрузочного бункера одновременно соединена с подводящим воздуховодом, а также с плющилкой-дозатором, то все рабочие узлы установки постоянно сообщены между собой и с атмосферой. При этом камера облучения не герметизирована, не гарантирован перепад давления, поэтому процесс микронизации не будет иметь необходимое качество. КПД электронагревателя уступает прямому нагреву воды жидким топливом или газом. Вспученное зерно плющить не требуется, оно рыхлое, мягкое, дезинфицированное, хорошо поедается животными и птицей. Также, в качестве теплоносителя используется подогретый воздух, который иссушает обрабатываемый продукт, а по технологии микронизации его надо увлажнять.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение качества микронизации фуражного зерна, при расширения ассортимента обрабатываемого материала, надежности конструкции, снижение металлоемкости и удельных энергозатрат.
Поставленная задача достигается тем, что в установке для микронизации фуражного зерна, включающей загрузочный бункер, соосно с которым расположены теплообменное устройство и СВЧ-камера с источником СВЧ-энергии, новым является то, что установка снабжена камерой вспучивания, при этом загрузочный бункер, теплообменное устройство, СВЧ-камера и камера вспучивания сообщены между собой дозаторами, герметизированными с атмосферой закрытыми коробами, и составляют герметичную систему, а в теплообменном устройстве, снабженном системой подачи пара, на внутренней поверхности корпуса под углом 45° к вертикальной оси закреплены направляющие диски-рыхлители, выполненные в виде эллипса, с зазором 30 мм между ними, имеющие в нижней части каждого из дисков-рыхлителей вырез в форме трапеции, меньшее основание которой расположено на расстоянии 0,5 R большого радиуса эллипса, а боковые стороны расположены под углом 90° относительно центра эллипса, причем на внутренней поверхности диэлектрического цилиндра СВЧ-камеры установлены под углом 51° к вертикальной оси и на расстоянии 30 мм между собой идентичные по конструкции направляющие диски-рыхлители, выполненные из диэлектрика.
Известно, что удельная теплоемкость воды при температуре 80°C в 4 раза выше удельной теплоемкости воздуха, а удельная теплопроводность в 23 раза (Диденко А.Н. «СВЧ-энергетика - теория и практика», М., Наука, 2003 г., стр. 39, табл. 19). Поэтому экономически выгодно в качестве теплоносителя использовать сырой или сухой пар, а не подогретый воздух. За счет этого ускоряется процесс тепловой обработки, что позволяет уменьшить размеры оборудования и, соответственно, его металлоемкость. Технологией микронизации предусмотрено увлажнение обрабатываемого зерна, что достигается при подогреве паром.
Установлено (Высокотемпературные инфракрасные технологии нового тысячелетия // [Электронный ресурс]. URL: http://www.pcstart.ru абзац 49, рис. 1, дата обращения 07.08.2012), что при выдержке 50 с кинетика нагрева зерна в теплообменном устройстве следующая: температура на поверхности зерна составляет 180-200°C, а температура внутри зерна равна 110-120°C. Поэтому ее целесообразно доводить до 180-200°C с помощью СВЧ-обработки, т.к. при этом происходит сквозной нагрев зерна и нагревается только вода внутри него, которой при нормальной влаге зерна содержится 14%.
В связи с тем, что вспученное зерно размягчается и увеличивается в объеме в 2-5 раза, клеточки частично гидролизуются, зерна приобретают пористую структуру, становятся гигроскопичными и стерильными, внутриклеточные структуры становятся доступны для пищеварительных ферментов.
Выполнение направляющих дисков-рыхлителей в виде эллипса, вырез в их нижней части в форме трапеции, расположение меньшего основания на расстоянии 0,5R большого радиуса эллипса, расположение боковых сторон под углом 90° относительно центра эллипса, а также крепление с зазором 30 мм определено опытным путем, исходя из максимального рыхления, равномерного распределения и прогрева обрабатываемого зерна на поверхности нижеустановленного направляющего диска-рыхлителя.
Угол наклона направляющих дисков-рыхлителей в 45°, закрепленных на внутренней поверхности корпуса теплообменного устройства, определен по коэффициенту внешнего трения сухого ячменя, а угол наклона дисков-рыхлителей в 51°, установленных на внутренней поверхности СВЧ-камеры, принят по коэффициенту внутреннего трения влажного ячменя (Соколов А.Я. «Технологическое оборудование предприятий по хранению и переработке зерна» М., Колос, 1975, стр. 28, табл. IV-I).
В связи с обработкой различных видов фуражного зерна и его физического состояния (влажность, длительность хранения, вид и степень бактериальной зараженности и др.) существует потребность в регулировке экспозиции-времени обработки. Это достигается изменением производительности дозаторов. Установка дозаторов в короба позволяет герметизировать их с атмосферой и получить единую герметичную конструкцию.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - схема установки для микронизации фуражного зерна, фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1.
Установка для микронизации фуражного зерна содержит загрузочный бункер 1 (см. фиг. 1) с встроенной в нем ворошилкой 2, сообщенный с теплообменным устройством 3, СВЧ-камерой 4 и камерой вспучивания 5 посредством дозаторов 6, 7 и 8, герметизированных с атмосферой и закрытых коробами 9, 10 и 11. В теплообменном устройстве 3, снабженном системой подачи пара 12, на внутренней поверхности корпуса под углом 45° к вертикальной оси закреплены направляющие диски-рыхлители 13 (фиг. 1, 2), выполненные в форме эллипса, с зазором 30 мм между ними. СВЧ-камера 4 имеет внутри себя диэлектрический цилиндр 14, на внутренней поверхности которого под углом 51° к вертикальной оси на расстоянии 30 мм между собой закреплены идентичные по конструкции направляющие диски-рыхлители 15, выполненные из диэлектрика, а сама СВЧ-камера подключена к СВЧ-генератору 16 через волновод 17.
Установка работает следующим образом.
Исходя из веса и заданной экспозиции обработки сырья в теплообменном устройстве 3, предварительно рассчитывается производительность дозатора 6 с закрытым коробом 9, по которому устанавливается производительность дозаторов 7 с закрытым коробом 10 и дозатора 8 с закрытым коробом 11. Производительность дозаторов регулируется изменением числа оборотов двигателя привода (на схеме не показан). Предварительно очищенное фуражное зерно подается в загрузочный бункер 1 и ворошилкой 2 через дозатор 6 подается в теплообменное устройство 3 на направляющие диски-рыхлители 13, а именно, попадая на верхний направляющий диск-рыхлитель 13, закрепленный под углом 45° к вертикальной оси, зерно скатывается по наклонной поверхности и через вырез в форме трапеции в нижней его части равномерным слоем пересыпается на следующий направляющий диск-рыхлитель, расположенный на расстоянии 30 мм, и т.д. Обрабатываемое зерно, находясь в рыхлом состоянии, равномерно подвергается обработке перегретым паром, нагнетаемым по системе подачи пара 12, происходит прогревание всей массы и каждого зерна в отдельности. При достижении нижнего уровня теплообменного устройства 3, обрабатываемое зерно дозатором 7 выгружается в СВЧ-камеру 4 и попадает на направляющие диски-рыхлители 15, выполненные из диэлектрика и закрепленные на внутренней поверхности диэлектрического цилиндра 14 под углом 51° к вертикальной оси. Попадая на верхний направляющий диск-рыхлитель 15, зерно скатывается по наклонной поверхности и через вырез в форме трапеции в нижней его части равномерно пересыпается на следующий направляющий диск-рыхлитель 15, расположенный на расстоянии 30 мм, и т.д. За счет работающего генератора 16, через волновод 17, происходит быстрый СВЧ-нагрев зерна. После СВЧ-обработки посредством дозатора 8 зерно передается в камеру вспучивания 5, в которой резкий перепад давления и температуры приводит к вскипанию внутренней влаги, происходит разрыв тканей зерновых оболочек, что приводит к вспучиванию зерна.
Таким образом, с помощью предложенной конструкции установки для микронизации фуражного зерна возможен последовательный нагрев, при котором достигается высокий (100%) уровень микронизации, повышается качество микронизации фуражного зерна, при расширения ассортимента обрабатываемого материала, снижается металлоемкость, за счет уменьшения необходимого оборудования и сокращаются удельные затраты энергии на 15-20%.