Линия переработки вторичного картофельного сырья
PROCESSING LINE FOR SECONDARY POTATO RAW MATERIAL

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к комплексной переработке картофельного сырья при производстве картофелепродуктов, например сухого картофельного пюре, и может быть использовано для переработки отходов картофеля и получения кормового продукта.
Известен комплекс утилизации отходов Ш12-ККС  [НПО Белтехнопрод-Млеч, http://www.mlech2009.narod.ru]. Этот комплекс включает в себя сборник отходов, насос, водоотделительную машину, бункер-накопитель, измельчитель, конвейер, сборник-отстойник, центрифугу.
Недостатком комплекса утилизации отходов Ш12-ККС является небольшой срок хранения корма, получаемого из переработанных отходов при производстве картофелепродуктов.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является линия по переработке отходов производства картофелепродуктов на корм [Пат. РФ 2035885, МПК А23 N 17/00. Линия по переработке отходов производства картофелепродуктов на корм [текст] /В.Н. Кретов, А.А. Труханов, Ю.С. Никонов; патентообладатель: Конструкторское бюро транспортного машиностроения.; заявл. 29.04.1993; опубл. 27.05.1995]. Линия по переработке отходов содержит последовательно соединенные водоотделитель, емкость  сбора сгущенной массы, варочный аппарат, смеситель-охладитель, ферментер, дображиватель  и хранилище. Между водоотделителем и емкостью установлены связанные с ним дробилка и центрифуга. Отходы, разделенные в водоотделителе на твердую и жидкую фракции, через дробилку и центрифугу поступают через емкость в варочный аппарат, откуда они попадают в смеситель статический, где смешиваются с промышленной закваской и направляются в ферментер для сбраживания.
Известная линия по переработке отходов производства картофелепродуктов на корм имеет следующие недостатки: невысокое качество готовой кормовой продукции, которое связано с большой потерей кормовой ценности и снижения биологической активности веществ вследствие использования в процессе варки тепловой обработки при повышенной температуре, что способствует деструкции белковых соединений, распаду сахаров, снижению витаминного комплекса, незаменимых и заменимых аминокислот; повышенные энергозатраты при осуществлении производства; небольшой ассортимент готовой продукции.
При производстве картофелепродуктов по различным технологическим схемам, например, сухого картофельного пюре,  образуемое вторичное картофельное крахмалосодержащее сырье обладает высокой биологической и энергетической ценностью [ Шванская И.А., Коноваленко Л.Ю. Использование отходов перерабатывающих отраслей в животноводстве: науч. аналит. обзор. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2011. – 96 с.]. Отходы на базе картофельного сырья являются дешевым источником для производства кормов и при правильной переработке могут заменить фуражное зерно хорошего качества.
Данные отходы поддаются ферментативной и микробиологической биоконверсии и различным видам переработки. При этом лимитирующим фактором, как правило, является большое содержание в отходах воды, что повышает стоимость транспортировки, ограничивает количество этих отходов в рационах и не способствует длительному хранению продукта.
Техническая задача изобретения - увеличение сроков хранения кормового продукта, полученного из отходов при переработке картофеля, повышение питательных свойств кормового продукта, возможность создания кормового продукта, содержащего пробиотические полезные микроорганизмы с последующей заменой практически полностью фуражного зерна.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в линии переработки вторичного картофельного сырья, содержащей сборники-накопители, насос, водоотделитель, сборник-отстойник, центрифугу, бункеры-накопители, измельчитель с конвейером, емкость  сбора сгущенной массы,  новым является то, что линия содержит после участка предварительной переработки отходов реактор для посевной культуры и питательной среды, соединенный с ферментаторами, пресс для обезвоживания картофельного сырья, шестеренчатые насосы, емкости накопительные, теплообменник, фильтр грубой очистки, емкость промежуточную, сепаратор для сгущения биомассы, сушилку с регулировочным дозатором, мельницу роторного типа, сепаратор для фракционирования сыпучих частиц, емкости промежуточные, бункер-накопитель с магнитными уловителями и фасовочно-упаковочную машину.
Технический результат изобретения заключается в использовании жидких и твердых промышленных отходов переработки картофелепродуктов, например, при производстве сухого картофельного пюре, повышении сроков хранения кормового продукта, получаемого из картофельных отходов, снижении себестоимости производства основной продукции за счет реализации дополнительной в виде кормового продукта, повышении степени переработки картофеля, а также улучшении состояния окружающей среды и экологической безопасности производств при переработке картофеля вследствие снижения загрязнения окружающей среды и максимальной утилизации картофельных отходов.
На фиг. 1 изображен общий вид линии переработки вторичного картофельного сырья.
Линия переработки вторичного картофельного сырья (фиг. 1) имеет участок предварительной переработки отходов, включающий сборники-накопители 1, насос 2, водоотделитель 3, сборник-отстойник 4, центрифугу 5, бункеры-накопители 6, измельчитель 7 с конвейером, емкость 8 сбора сгущенной массы, и содержит реактор 9 для посевной культуры и питательной среды, пресс 10 для обезвоживания картофельного сырья, шестеренчатые насосы 11, емкости накопительные 12, теплообменник 13, ферментаторы 14, фильтр грубой очистки 15, емкость промежуточную 16, сепаратор 17 для сгущения биомассы, сушилку 18 с регулировочным дозатором, мельницу 19 роторного типа , сепаратор 20 для фракционирования сыпучих частиц, емкости промежуточные 21, бункер-накопитель 22 с магнитными уловителями и фасовочно-упаковочную машину 23.
Линия переработки вторичного картофельного сырья работает следующим образом (фиг. 1).
При производстве сухого картофельного пюре образуемые отходы разнообразны по своему физическому и агрегатному составу. Они представляют  собой некондиционный картофель и кусочки в бланшированном и сыром виде, клейстеризованный и нативный крахмал, отдельные клетки и их группы, клеточный сок, водорастворимые вещества и другие смеси с водой.
Промышленные жидкие отходы переработки картофелепродуктов, например, с линии основного производства сухого картофельного пюре, собираются в сборники-накопители 1. На участке предварительного разделения и переработки жидкие отходы (обозначенные на линии 0.5) подвергаются механическому обезвоживанию в три стадии.
Из сборника-накопителя 1 насосом 2 отходы подают в приемный бак водоотделителя 3, в котором на первой стадии подвергаются разделению на твердую (некондиционный картофель и очистки, крупные кусочки и целые клубни, обозначенные на линии 0.3) и жидкую (обозначенные на линии 0.5) фракции.
При этом измельченные сырой некондиционный картофель и кусочки (обозначенные на линии 0.3) подвергаются обезвоживанию путем прессования. Твердые отходы, измельченные бланшированные и сваренные частицы картофеля, клейстеризованного крахмала (обозначенные на линии 0.8) с основного производства направляются непосредственно через теплообменник 13 на биотехнологическую переработку, а сухие и пюреобразные отходы (обозначенные на линии 0.9) - в емкость накопительную 12.
Из приемного бака водоотделителя 3 отходы самотеком поступают внутрь вращающегося перфорированного барабана водоотделителя с величиной отверстий 2,5-3 мм. Заодно с барабаном вращается и шнек, предназначенный для выгрузки обезвоженной массы.
На водоотделителе кожура полностью задерживается на сите, поэтому фильтрат, уходящий через перелив из отстойника машины, не содержит ее. Выделение твердой фракции в водоотделителе позволяет осуществлять процесс осаждения на центробежных устройствах в более спокойном ритме (без повышенной вибрации). При этом на водоотделителе возможно выделение из жидких отходов, содержащих кусочки и целые клубни, до 50-55% сухих веществ к массе картофеля, перешедшего в отходы.
Выделенная на водоотделителе твердая фракция из отходов представляет собой кусочки картофеля размером более 3 мм, некондиционный картофель и кожуру. Поэтому эта неоднородная масса из водоотделителя направляется через бункер-накопитель 6, в нижней части которого имеется шнек для выгрузки, в измельчитель 7 и, далее, на участок основной переработки отходов.
Некондиционный, мелкий и позеленевший картофель (обозначенные на линии 0.3) непосредственно подается в бункер-накопитель 6 с последующим измельчением в измельчителе 7 . Картофельная масса в бункере-накопителе 6 представляет собой смесь различных кусочков сырого картофеля, кожуры, измельченного в стружку картофеля и  сырого крахмала.
Применение водоотделителя способствует увеличению использования сухих веществ картофеля за счет выделения взвесей более 3 мм (до 20-30%). Кроме того, создается более однородная жидкая масса перед подачей ее на следующие технологические процессы, особенно на выделение взвесей под действием центробежных сил.
На второй стадии жидкая фракция отходов после водоотделителя 3 (содержание сухих веществ составляет около 3-5%) самотеком поступает и собирается в сборнике-отстойнике 4, где происходит осаждение взвешенных частиц размером менее 3 мм. Более плотная водная суспензия из сборника-отстойника 4 (обозначенная на линии 9.4) направляется на центрифугу 5 для механического обезвоживания.
В сборнике-отстойнике 4 содержание сухих веществ в осадке возможно повысить до 7-9%. При этом значительно уменьшается масса осадка и получается меньшая нагрузка на центрифугу, что значительно увеличивает ее производительность, а следовательно, уменьшает ее металлоемкость, расход электроэнергии и стоимость, что немаловажно на данной стадии.
На третьей стадии механического обезвоживания смесь взвесей подается в приемный бак центрифуги 5, откуда самотеком поступает во внутренний барабан. При этом на центрифуге 5 осуществляется обезвоживание взвеси жидкой фракции под действием центробежной силы, что обеспечивает интенсивное возрастание скорости осаждения частиц твердой фазы и дальнейшее разделение на жидкую и твердую фракции.  Вследствие предварительного разделения отходов на твердую и жидкую фракции процесс осаждения под действием центробежных сил проходит равномерно, без повышенной вибрации ротора центрифуги. При осаждении твердой фазы из жидких отходов после сборника-отстойника в поле центробежных сил при факторе, обеспечиваемом промышленными центрифугами, возможно получение осадка за более короткое время с большим содержанием сухих веществ (среднее содержание СВ в сгущаемых отходах достигает 16-19% и выше).
Такой процесс осаждения позволяет полнее использовать сухие вещества картофеля и интенсифицировать технологии переработки картофеля.
Твердая фракция в виде пюреобразной сгущенной массы (обозначенная на линии 0.7) подается из центрифуги 5 через разгрузочное окно в бункер сборника-накопителя 8 отходов, в котором имеется мешалка и в нижней части шнек для выгрузки . Жидкая фракция (обозначенная на линии 9.3) из центрифуги 5, а также осветленная жидкость после сборника-отстойника 4 поступают в биореактор (на схеме не показан) и подвергаются биологической очистке от водорастворимых веществ. Очищенная вода направляется для реализации на технические цели (например, повторное водоснабжение), а образовавшийся осадок удаляется и используется в качестве удобрения.
Из сборника-накопителя 8 отходы в виде сгущенной массы картофельного крахмалосодержащего сырья подаются в реактор 9 .
В реакторе 9 обеспечивается получение синбиотической композиции для биотрансформации  вторичного крахмалосодержащего сырья при производстве пробиотической добавки в виде кормовой картофельной массы (ККМ). Образующиеся в результате ферментативного гидролиза крахмала моносахара обладают пребиотическим действием, создавая условия для развития микроорганизмов - пробиотиков.
В соответствии с разработанной схемой линии картофельное крахмалосодержащее сырье в виде измельченной твердой фракции (обозначенное на линии 0.3) после измельчителя 7 с частицами толщиной не более 20 мм направляется на участок основной переработки отходов и подвергается дополнительному механическому обезвоживанию за счет форпрессования на прессе 10 .
Твердая фракция предварительно разделенных картофельных отходов подается на пресс 10 через загрузочный бункер и пресс продавливает его дальше в компрессионную камеру, где материал подвергается еще большей компрессии во время его поступательного движения по камере. Компрессия достигается за счет уменьшения объема между витками пресса. Продукт выходит из компрессионной камеры через разгрузочный бункер. Далее обезвоженное картофельное крахмалосодержащее сырье (обозначенное на линии 0.2) насосом 11 перемещается в накопительную емкость 12 и ферментатор 14.
Бланшированные и сваренные частицы картофеля, клейстеризованного крахмала (обозначенные на линии 0.8), поступающие с линии основного производства, направляются через накопительную емкость в теплообменник 13, в котором охлаждаются до температуры 55-57°С. Охлажденное крахмалосодержащее сырье поступает в ферментаторы 14, в которые из реактора 9 также подается кормовая добавка. Каждый из ферментаторов представляет собой герметичную цилиндрическую емкость с контролем температуры, снабженную барботером для подачи стерильного воздуха и мешалкой с электроприводом. Ферментатор имеет конусную нижнюю часть для сбора осадка и кран для слива в нижней части. Такая конструкция позволяет избавиться от осадка без дополнительного перелива и уменьшает риск заражения сторонними бактериями.
После ферментаторов 14 биомасса (обозначенная на линии 9.5) через фильтр грубой очистки 15, который задерживает взвешенные частицы, с помощью насоса 11, перемещается шестеренчатым насосом 11 в емкость промежуточную 16. Из емкости 16 биомасса в виде суспензии насосом 11 подается в сепаратор 17 для сгущения биомассы.
Сепаратор состоит из станины с приводом, барабана, приемно-отводящего устройства, крышки сепаратора, приемника осадка, автоматической системы управления процессом сепарирования. Биомасса через приемно-выводное устройство попадает в барабан и заполняет межтарелочные пространства, где происходит очистка. Под действием центробежных сил колонии бактерий оседают в грязевом пространстве барабана. Выгрузка осадка происходит частично или полностью в рабочем режиме сепаратора через заданные интервалы времени под действием центробежной силы. Очищенная биомасса поступает в напорную камеру, откуда выводится под давлением напорным диском.
Сгущенная биомасса (обозначенная на линии 9.7) с помощью насоса 11 направляется по трубопроводу в сушилку 18 с регулировочным дозатором (имеется в комплекте над сушилкой). За счет теплового обезвоживания сырье высушивается до влажности 12...14 % при температуры не выше 55 °С. Высушенный продукт (обозначенный на линии 0.1) направляется в мельницу 19 роторного типа с возможностью изменения степени измельчения частиц.
Высушенный продукт дозированно подается в приемный бункер мельницы, откуда попадает в зону внутреннего ротора. За счет центробежных сил от вращения ротора материал движется на периферию, где измельчается установленными на роторах мелющими элементами. Измельченный материал с потоком воздуха выгружается через разгрузочный патрубок мельницы. Транспортный поток воздуха создается за счет вращения внешнего ротора. Вместе с исходным материалом через приемный бункер происходит забор воздуха для транспортировки материала.
Измельченный высушенный кормовой продукт проходит через сепаратор 20 для получения требуемой фракционности сыпучих частиц для различных групп сельскохозяйственных животных и направляется в  емкости промежуточные 21. Высушенный фракционированный кормовой продукт (обозначенный на линии 0.10-0.12) затем поступает в бункер-накопитель 22 с магнитной защитой, откуда подается на фасовочно-упаковочную машину 23. В линии переработки вторичного картофельного сырья предусмотрено возможное использование вальцовой сушилки и фасовочно-упаковочной машины таких же типов, что и в линии основного производства, например, сухого картофельного пюре.
Готовый высушенный кормовой продукт фасуют в бумажные мешки с полиэтиленовыми вкладышами, а также полиэтиленовые, пропиленовые мешки, специализированные мягкие контейнеры или тканевые мешки с внутренним полиэтиленовым вкладышем и зашивают машинным или ручным способом.
Линия предусматривает также штабеллер-укладчик и комплектование продукции в виде укрупненных транспортных единиц (не показаны).
Линия основывается на  технологии переработки картофельных крахмалосодержащих отходов путем  механического обезвоживания, биотехнологической и влаготепловой обработки, что позволяет осуществить рекуперацию жидких и твердых отходов с получением  новых кормовых продуктов, которые могут являться полнорационными комбикормами.
Линия переработки вторичного картофельного сырья позволяет обеспечить его рекуперацию и безотходную технологию производства сухого картофельного пюре, предусматривает разработку синбиотической композиции для биотрансформации  вторичного картофельного крахмалосодержащего сырья при получении пробиотической добавки в виде кормовой картофельной массы (ККМ), а также биотехнологию добавки ККМ  при производстве кормового продукта из вторичного картофельного сырья, что способствует улучшению состояния окружающей среды и максимальной утилизации жидких и твердых картофельных отходов.
Линия предусматривает добавление ферментов и биологически активных веществ бактериальной природы с целью повышению перевариваемости кормов, развития нормальной полезной микрофлоры, обеспечения стимуляции роста и развития животных, повышения неспецифического иммунитета.
Высушенное вторичное сырье обладает повышенной кормовой ценностью и в дальнейшем используется в качестве полнорационных комбикормов.
Таким образом, использование линии переработки вторичного картофельного сырья позволяет:
- использовать жидкие и твердые промышленные отходы переработки картофелепродуктов, например, при производстве сухого картофельного пюре, и обеспечить технологию комплексной безотходной переработки картофеля;
- осуществить переработку вторичного картофельного крахмалосодержащего сырья и получение на его основе кормового порошкообразного продукта с заданными свойствами в производстве полнорационных комбикормов  для различных видов сельскохозяйственных животных и птицы;
- повысить сроки хранения кормового продукта, получаемого из картофельных отходов;
- обеспечить снижение себестоимости производства основной продукции, например, получения сухого картофельного пюре, за счет реализации дополнительной в виде кормового продукта;
- повысить степень переработки картофеля;
- улучшить состояние окружающей среды и экологической безопасности производств при переработке картофеля вследствие снижения загрязнения окружающей среды и максимальной утилизации картофельных отходов.