СПОСОБ ВЛАГОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ ЗЕРНА КРУПЯНЫХ КУЛЬТУР
METHOD FOR WET-HEAT TREATMENT OF CEREAL CROPS

Изобретение относится к зерноперерабатывающей промышленности и может быть использовано в линиях переработки зернопродуктов, преимущественно зерна крупяных культур.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ влаготепловой обработки зерна гречихи [Патент РФ № 2456815 РФ, А 23 L 1/10. Способ влаготепловой обработки зерна гречихи [Текст] / А.А. Шевцов, Л.И. Лыткина, Д.А. Бритиков, А.В. Дранников, А.И. Клейменов, А.А. Подрезова ; опубликовано 27.07.2012; Бюл. № 21], предусматривающий очистку зерна, его пропаривание и термовлаговыравнивание, предварительный подогрев зерна воздухом, очищенным в циклоне от содержащихся взвешенных твердых частиц, осушенным в испарителе и нагретым в конденсаторе теплонасосной установки; сушку зерна с рециркуляционным использованием перегретого в пароперегревателе пара, полученного в парогенераторе с нагревательными элементами, с отводом излишней его части в количестве испарившейся из зерна влаги на пропаривание; охлаждение высушенного зерна.
Известный способ имеет следующие недостатки:
- невысокое качество готового продукта;
- использование одноступенчатой холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса, не создает условий для подготовки сушильного агента с более высоким энергетическим потенциалом;
- не позволяет вести влаготепловую обработку продукта в переменных режимах, при которых температура и скорость теплоносителя изменяются по времени, что создает условия для плавного изменения температуры материала в соответствии с процессами, обусловленными технологическими требованиями;
- высокие энергозатраты на перегрев пара для реализации процесса сушки, так как для перегрева используется энергоемкий пароперегреватель с электронагревательными элементами;
- не предусмотрено использование сушильного агента в сушилке в режиме замкнутого цикла, что приводит к повышению удельных энергозатрат;
- не позволяет снизить нагрузку на парогенератор, так как возвращаемый в него конденсат не подвергается предварительному нагреву в конденсаторе теплонасосной установки.
Технической задачей изобретения является повышение качества готового продукта, снижение энергетических затрат и интенсификация процесса влаготоепловой обработки зерна крупяных культур, повышение эффективности тепловой обработки.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в способе влаготепловой обработки зерна крупяных культур, предусматривающем очистку зерна, его пропаривание и термовлаговыравнивание, предварительный подогрев зерна воздухом, очищенным в циклоне от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, осушенным в испарителе и нагретым в конденсаторе теплонасосной установки; сушку зерна с рециркуляционным использованием перегретого в пароперегревателе пара, полученного в парогенераторе с нагревательными элементами, с отводом излишней его части в количестве испарившейся из зерна влаги на пропаривание; охлаждение высушенного зерна, новым является то, что в технологическом процессе используют двухступенчатый тепловой насос, включающий компрессоры, двухсекционные конденсаторы, терморегулирующие вентили, испарители соответственно первой и второй ступени, промежуточный сосуд между ступенями теплового насоса, работающие по замкнутому термодинамическому циклу; в качестве пароперегревателя применяют первую секцию конденсатора второй ступени теплового насоса, а вторую секцию конденсатора второй ступени используют в качестве нагревательного элемента в парогенераторе; отработанный воздух после предварительного подогрева зерна и очистки от взвешенных частиц в циклоне направляют в испаритель второй ступени теплового насоса и доводят его температуру до температуры «точки росы», затем в первую секцию первой ступени теплового насоса и далее в режиме замкнутого цикла подают на предварительный подогрев зерна; образовавшийся конденсат в испарителе второй ступени отводят в сборник конденсата, а затем через вторую секцию конденсатора первой ступени теплового насоса направляют в парогенератор; полученный в парогенераторе насыщенный пар вместе с отработанным паром из сушилки подают на пропаривание зерна; охлаждение высушенного зерна осуществляют воздухом, охлажденным в испарителе второй степени теплового насоса.
На чертеже представлена схема, реализующая предлагаемый способ влаготепловой обработки зерна крупяных культур.
Схема содержит пропариватель 1; питатели 2, 3; бункеры для термовлаговыравнивания 4; норию 5; камеру предварительного подогрева зерна 6; вентиляторы 7, 24, 25, 26; сушилку 8; камеру охлаждения 9; двухступенчатый тепловой насос, первая ступень которого включает компрессор 10, терморегулирующий вентиль 13, испаритель 15, первую и вторую секции конденсатора 17, 18, промежуточный сосуд 12, а вторая ступень включает компрессор 11, терморегулирующий вентиль 14, испаритель 16, первую и вторую секции конденсатора 19, 20; парогенератор 21; предохранительный клапан 22; распределитель потоков пара 23; насос 27; сборник конденсата 28; циклон 29; линии материальных и энергетических потоков: 0.2 - исходное зерно; 0.2.1 - пропаренное зерно; 0.2.2 - подсушенное зерно; 0.2.3 - высушенное зерно; 0.2.4 - взвешенные твердые частицы; 0.2.5 - охлажденное зерно; 2.1 - насыщенный пар; 2.2 - перегретый пар; 2.3 - отработанный перегретый пар; 1.8 - конденсат; 3.0 - отработанный воздух; 3.1 - кондиционированный воздух, 3.2 - воздух после охлаждения зерна; 3.3 - горячий воздух; 3.4 - очищенный воздух; 5.1, 5.2 - хладагент 1-й и 2-й ступеней.
Способ влаготепловой обработки зерна крупяных культур осуществляют следующим образом.
Зерно крупяных культур, очищенное от сорных и зерновых примесей на зерновом сепараторе и триере и пропущенное для улавливания ферропримесей через магниты, подают по линии 0.2 в пропариватель 1 с помощью питателя 2 и подвергают обработке насыщенным паром, после чего питателем 3 по линиям 0.2.1 направляют в бункеры для термовлаговыравнивания 4.
Выдержанное в бункерах 4 зерно крупяных культур посредством нории 5 подают в камеру предварительного нагрева 6, где осуществляют его нагрев в виброкипящем слое воздухом, подаваемым вентилятором 7 по линии 3.3. Далее зерно направляют по линии 0.2.2 в сушилку 8, где происходит его сушка перегретым паром в кипящем слое, а затем подают по линии 0.2.3 в камеру охлаждения 9, из которой готовый продукт выводят по линии 0.2.5.
Работа двухступенчатого теплового насоса характеризуется последовательным сжатием паров компрессорами 1-й ступени 10 и 2-й ступени 11 с промежуточным охлаждением за счет кипения подаваемого в промежуточный сосуд 12 хладагента. При этом уменьшается объем паров и затраты работы для их последующего сжатия. Уменьшение перепада давлений в каждой ступени ослабляет теплообмен паров со стенками цилиндров компрессора и улучшает условия рабочего процесса сжатия паров хладагента. При двухступенчатом сжатии снижается также температура перегрева нагнетаемых паров, что способствует лучшей смазке цилиндров. Кроме того, двухступенчатый тепловой насос позволяет работать с двумя температурами кипения хладагента и, соответственно, с двумя и более температурами сушильного агента.
Отработанный воздух после предварительного нагрева зерна крупяных культур направляют по линии 3.0 в циклон 29 для очистки от содержащихся в нем взвешенных твердых частиц, отводимых по линии 0.2.4 в отходы, а затем по линии 3.4 подают в испаритель 2-й ступени 16 двухступенчатого теплового насоса. В испарителе 16 температуру воздуха доводят до температуры «точки росы» за счет рекуперативного теплообмена при испарении хладагента, дросселируемого в испаритель 16 терморегулирующим вентилем 2-й ступени 14 и далее вентилятором 25 по линии 3.1 направляют для подогрева в первую секцию 1-й ступени 17 теплового насоса, после которого подают по линии 3.3 на предварительный подогрев зерна в камеру 6 в режиме замкнутого цикла. Подогрев воздуха в конденсаторе 17 происходит за счет теплоты конденсации хладагента, подаваемого по линии 5.1 компрессором  1-й ступени 10.
Для перегрева пара в линии 2.2 применяют первую секцию конденсатора 2-й ступени 19 теплового насоса, в которой посредством рекуперативного теплообмена используют теплоту конденсации хладагента, подаваемого в конденсатор 19 по линии 5.2 компрессором 2-й ступени 11.
Получение насыщенного пара производят в парогенераторе 21, где в качестве нагревательного элемента используют вторую секцию конденсатора 2-й ступени 20 теплового насоса. Полученный в парогенераторе 21 насыщенный пар вместе с отработанным паром из сушилки 8 подают соответственно по линиям 2.1 и 2.3 на пропаривание зерна в пропариватель 1. В случае технологических и аварийных сбоев в работе парогенератора, связанных с возможным увеличением давления насыщенного водяного пара в его рабочем объеме, предусмотрен предохранительный клапан 22.
Подпитку парогенератора 21 осуществляют конденсатом, образовавшимся в испарителе 2-й ступени 16 теплового насоса, который вначале отводят по линии 1.8 в сборник конденсата 28, а затем через вторую секцию конденсатора 1-й ступени 18 направляют по линии 1.8 насосом 27 в парогенератор 21.
Охлаждение высушенного зерна осуществляют воздухом, охлажденным в испарителе 2-й ступени 15 теплового насоса за счет рекуперативного теплообмена при испарении хладагента, дросселируемого в испаритель 15 терморегулирующим вентилем 1-й ступени 13.
Пример реализации способа.
Способ влаготепловой обработки зерна овса реализован для поточной линии производительностью по готовому продукту 4,9 … 5,1 т/ч.
Для повышения энергетической эффективности технологической линии использовался компрессорно-конденсаторный агрегат, работающий в режиме теплового насоса, со следующими характеристиками:
Компрессор двухступенчатый;
2
Хладагент…………………………………………………хладон 12В1 CFClBr;
Холодопроизводительность, кВт…………………..……………………30…40;
о
Температурой кипения в испарителе первой ступени,С.…………………...0;
о
о
Температура конденсации в конденсаторе первой ступени,С………...115С;
о
Температурой кипения в испарителе второй ступени,С.…………………..-4;
о
о
Температура конденсации в конденсаторе второй ступени,С………153,7С;
Площадь секций конденсатора воздушного, ребристого
2
первой ступени, м……………………………………....………………………34;
Площадь конденсатора воздушного, ребристого
2
второй ступени, м……………………………………....……………………63.2;
Площадь охлаждающей
2
поверхности испарителя первой ступени, м……………….……………..74,8;
Площадь охлаждающей
2
поверхности испарителя второй ступени, м……………………………...64,7;
Допустимые пределы изменения
2
коэффициента теплопередачи, Вт/м·K………………..........................3,8…5,0.
В таблице представлены показатели качества зерна овса в соответствии с требованиями ГОСТ и после влаготепловой обработки по предлагаемому способу.
Таблица
Как видно из таблицы, предлагаемый способ влаготепловой обработки зерна крупяных культур позволяет не только получить готовый продукт более высокого качества, но и снизить удельные энергозатраты на 10…15%.
Если взять, например, продолжительность пропаривания зерна более 5 мин, то оно будет с повышенным содержанием влаги, произойдет потемнение продукта. Если провести термовлаговыравнивание перед сушкой в камере с газораспределительной решеткой при температуре ниже 40°С, то не произойдет равномерного термовлаговыравнивание продукта в бункерах по всему объему, а температуру выше 42°С использовать нецелесообразно, так как увеличиваются удельные энергозатраты. Если температура перегретого пара в процессе сушки будет ниже 120°С, то увеличивается продолжительность процесса сушки. Если температура перегретого пара при сушке будет выше 130°С, то произойдет ухудшение качества готового продукта (реакция меланоединообразования). При охлаждении зерна необходимо чтобы его температура была не выше 5…6°С температуры окружающей среды, так как может произойти конденсация паров влаги из воздуха на поверхности зерна.
Предлагаемый способ влаготепловой обработки зерна крупяных культур позволяет:
- получить готовый продукт более высокого качества за счет проведения влаготепловой обработки зерна в переменных режимах, при которых создаются условия для плавного изменения его температуры, в соответствии с процессами, обусловленными технологическими требованиями;
- достичь высокого энергетического потенциала сушильного агента вследствие использования двухступенчатой холодильной машины, работающей в режиме теплового насоса;
- повысить производительность процесса влаготепловой обработки за счет снижения общей продолжительности обработки зерна крупяных культур;
- снизить энергозатраты.