УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ НАСЫПНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
INSTALLATION FOR DRYING BULK RAW MATERIAL

Предложенное изобретение относится к пищевому оборудованию, а более конкретно, к устройствам для автоматической инфракрасной сушки зернового сырья.
Уровень данной области техники характеризует установка инфракрасной сушки семян подсолнечника, описанная в изобретении по патенту RU 2433364 C1, F26B 3/30, 2010 г., которая содержит размещенные в термоизолированной камере многоярусный ленточный транспортер, между которыми установлены бункеры перегрузки с регулируемым по высоте слоем насыпного сырья, подаваемого на ленту транспортеров, и вытяжной вентилятор для отвода выпариваемой влаги.
Лента транспортеров расположена на дне лотка коробчатой формы, на котором смонтированы распределенные вдоль инфракрасные излучатели, которые сверху ограничены отражателями направленного действия на поверхность обрабатываемых слоев.
Размещение инфракрасных излучателей по шагу и высоте относительно обрабатываемого слоя растительного материала оптимизировано для наиболее эффективного влагоотвода из ядер семян, заключенных в твердой пористой оболочке.
При этом дифференцирована плотность тепловых потоков и время нагрева на каждом ярусе установки, обеспечив постоянство скорости влагоотвода 0,33% в минуту, при межоперационном охлаждении в режиме термостатирования.
В описанной установке обеспечена промышленная технологичность послойной инфракрасной сушки композитного растительного материала в автоматическом режиме.
Однако недостатком этой установки является относительно низкая производительность, которая ограничена замедленным односторонним вводом тепловой энергии, инерционно распространяемой в объеме тонких (2-3 см) слоев обрабатываемого растительного материала и технологически вынужденными межоперационными выдержками при его термостатировании.
Более совершенным является установка для инфракрасной сушки пищевых насыпных материалов и сырья по патенту RU 2084786 C1, F26B 17/04; 3/30, 1997 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной.
Известная установка содержит камеру, изготовленную из материала, отражающего свыше 90% инфракрасной энергии от излучателей, помещенных внутри направленных на обрабатываемый слой материала экранов, что исключает средства теплоизоляции.
В камере на двух уровнях размещены, примыкая друг к другу, бесконечные транспортеры с сетчатым несущим полотном для беспрепятственного прохода тепла, на которых послойно размещается обрабатываемый пищевой материал, в частности вермишель.
На стыке транспортеров установлен игольчатый рыхлитель, который обеспечивает перегрузку с переворачиванием (кантованием) материала относительно ленты второго транспортера, перемещая таким образом менее нагретый продукт поверх помещенного на транспортере нижнего уровня пласта с более высокой температурой нагрева на верхнем ярусе транспортера.
В низу камеры под транспортерами смонтирован вентилятор для принудительного удаления из установки нагретого воздуха, содержащего выпариваемую влагу.
Вермишель обрабатывается равномерным нагревом прямыми и отраженными потоками инфракрасного излучения на каждом ярусе последовательно в перекантованных слоях толщиной 30-40 мм, прогревом материала в объеме до температуры 45-55°С, когда происходит наиболее интенсивное испарение капиллярной влаги.
На необогреваемых участках транспортера обрабатываемый продукт выдерживается и, остывая, досушивается.
Однако удаление связанной структурной влаги из плотного продукта, которым является зерно и, в частности, пшеничный зародыш, на его поверхность для дальнейшего испарения, является сложной термодинамической проблемой. При охлаждении поры продукта закрываются и поэтому влага выходит значительно медленнее, образуя малое количество пара. Низкий градиент температур между глубинными слоями продукта и поверхностью определяет слабый напор свободной влаги и низкую интенсивность ее удаления.
При сушке пшеничных зародышей проникновение инфракрасных лучей вглубь твердого тела происходит медленно из-за отсутствия молярного движения в капиллярных порах воздуха, который не создает под действием избыточного давления подвижной парогазовой смеси, что снижает производительность сушки. Установка вынужденно растет в габаритах, по протяженности ярусов или увеличении их числа, при соответствующем сужении слоя обрабатываемого насыпного продукта.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является интенсификация процесса удаления влаги из плотного зернового материала при обеспечении заданного его качества и сохранении пищевой ценности.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной установке для сушки насыпного растительного сырья, содержащей камеру из отражающего материала, где установлен двухуровневый бесконечный транспортер с кантователем между ними, над несущей лентой которых распределены под экраном инфракрасные излучатели, устройства загрузки и выгрузки обрабатываемого материала и вентилятор в нижнем объеме камеры, согласно изобретению, кантователь выполнен в форме клина, расположенного на высоте от тефлоновой ленты транспортера, равной 1/3-1/2 толщины слоя обрабатываемого материала, продольно разделяющего лоток перегрузки, каждый ручей которого оснащен шиберной заслонкой, смонтированной над нижним транспортером, с превышением в 2-3 раза второго просвета по ходу его движения относительно первого просвета, при этом инфракрасные излучатели с длиной волны 1,5-3,0 мкм установлены над тефлоновой лентой транспортера на высоте 50-80 мм для обработки слоя из пшеничных зародышей высотой 10-20 мм, причем плотность теплового потока инфракрасного излучения на нижнем ярусе камеры установлена на 20% ниже, чем на верхнем.
Отличительные признаки конструкции технологически обеспечили автоматическую сушку в объеме слоя пшеничных зародышей от исходной влажности 12-14% до конечной влажности 4-6% равномерно, удалив связанную влагу без денатурации структурного белка и разрушения нативных витаминов.
Размещение клина на выходе транспортера верхнего уровня на заданной высоте от его несущей ленты обеспечивает пропорциональное продольное деление потока обрабатываемого материала на две части заданной толщины, которые автономно подаются по разным ручьям лотка перегрузки.
При этом автоматически происходит кантование механически разделенного насыпного материала, так как верхний его пласт высыпается непосредственно на ленту транспортера нижнего яруса, а затем на него сверху высыпается из лотка перегрузки нижний пласт материала, поверхность которого обращена к экранированным инфракрасным излучателям второго яруса транспортера.
Размещение разделительного клина на высоте 1/3-1/2 толщины обрабатываемого слоя материала от несущей ленты транспортера обеспечивает распределение температур по толщине обрабатываемого зернового материала как: 60-40-30°С соответственно.
Высота слоя обрабатываемого насыпного материала на ленте транспортера нижнего яруса, формируемого кантованием структурных пластов с верхнего яруса, образуется и регулируется размерами просветов между шиберными заслонками каждого ручья лотка перегрузки и лентой транспортера нижнего яруса, а именно: высота второго по ходу просвета в 2-3 раза больше высоты первого просвета. Это обстоятельство определяется тем, что нижний пласт слоя материала более нагрет на транспортере верхнего яруса.
Использование тефлона в качестве материала несущей ленты транспортера продиктовано его термоинерционностью, в результате чего сплошная несущая лента, удерживающая насыпной зерновой материал, служит для отражения тепловой энергии вовнутрь обрабатываемого слоя, увеличивая теплопередачу для технологической сушки пшеничных зародышей.
Применение инфракрасных нагревателей, излучающих на длине волны 1,5-3,0 мкм, определено резонансной сопоставимостью с частотой собственных колебаний молекулы воды, что способствует интенсивному испарению структурно связанной влаги зерна.
Размещение инфракрасных излучателей на высоте 50-80 мм от уровня ленты транспортеров (соответственно на высоте 40-60 мм от поверхности обрабатываемого слоя растительного сырья толщиной 10-20 мм) обеспечивает нагрев материала с поверхности не более 60°С, что предотвращает карамелизацию его Сахаров и денатурацию белков.
Снижение на 20% плотности теплового потока инфракрасного излучения, вводимого в слой обрабатываемого материала на транспортере нижнего яруса, с переориентированными по высоте предварительно дифференцирование нагретыми его пластами, обеспечивает практически равномерный нагрев пшеничных зародышей в объеме слоя, имеющего технологический перепад температур 60-55°С по толщине. Этим гарантируется достижение требуемой влажности всей массы обработанной в установке продукции.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности признаков формулы. На чертеже схематично изображены:
на фиг.1 - предложенная установка;
на фиг.2 - узел перегрузки с кантованием пластов обрабатываемого материала в слое.
В корпусе 1 из полированного алюминиевого листа с отражающей способностью выше 90% смонтирован двухуровневый транспортер 2 с бесконечной несущей лентой 3 из тефлона, связанной с приводом 4 регулируемой скорости вращения.
Верхний ярус транспортера 2 снабжен бункером 5 загрузки насыпного слоя 6 пшеничных зародышей, а нижний ярус транспортера 2 сообщается с лотком 7 выгрузки обработанного материала.
Пшеничные зародыши являются ценным продуктом в сбалансированном диетическом питании, содержат наиболее полезную часть зерна пшеницы, ее эмбрион.
Получают зародыши пшеницы при перемоле зерна с последующей обработкой, благодаря чему приобретают особый вкус и стой кость при длительном хранении.
Зародыши пшеницы богаты витамином Е и комплексом витаминов группы В, минералами, микроэлементами, белками и содержат полиненасыщенные жирные кислоты.
Пищевая ценность в 100 г продукта: белки - 28,5 г, жиры - 10 г, в том числе насыщенные - 2 г, углеводы - 41,5 г, в том числе пищевые волокна - 12,5 г.
Для увеличения срока сохранения потребительских качеств зародыши пшеницы необходимо высушить, не допуская окисления полиненасыщенных жирных кислот, денатурации белка и разрушения витаминов.
Вдоль транспортера 2 на обоих ярусах равно распределены инфракрасные излучатели 8, установленные под экранирующими отражателями 9, направляющими тепловую энергию излучения на поверхность обрабатываемого зернового продукта, насыпанного на ленте 3 слоем 6, толщина которого составляет 10-20 мм.
Инфракрасные излучатели 8, выполненные в виде кварцевых ламп с функциональным керамическим покрытием, излучающим на длине волны 1,5-3,0 мкм, размещены на высоте Н=50-80 мм от ленты 3 транспортера 2 каждого яруса.
1
Между ярусами транспортера 2 установлен кантователь, выполненный в виде клинового делителя 10 потока насыпного продукта, смонтированного на высоте h=1/3-1/2 от толщины слоя 6 (5-7 мм от ленты 3) и продольно разделяющего лоток 11 перегрузки на два ручья: 12 и 13 соответственно для перемещения верхнего и нижнего пластов обрабатываемого материала.
1
2
Под ручьями 12 и 13 последовательно смонтированы шиберные заслонки 14 и 15, которые образуют просвет относительно ленты 3 транспортера 2 нижнего яруса величиной в диапазоне h=5-7 мм и h=10-20 мм соответственно.
В нижней части камеры 1 установлен вентилятор 16 для принудительной продувки воздуха, насыщенного испаряемой из высушиваемого зернового продукта влагой.
Функционирует установка следующим образом.
При включении установки в электрическую сеть от привода 4 получают синхронное встречное вращение тефлоновые ленты 3 транспортеров 2 и запитываются излучатели 8 обоих ярусов.
2
Из бункера 5 загрузки зерновой материал равномерным слоем 6 толщиной 10-20 мм распределяется на ленте 3 примыкающего транспортера 2 верхнего яруса, которая перемещает его вдоль инфракрасных излучателей 8, которые обеспечивают ввод потока тепловой энергии 5,3-4,2 кВт/м.
Тепловая энергия инфракрасного излучения нагревает зерновой материал в слое 6 при распределении по высоте: 60-40-30°С.
В конце транспортера 2 верхнего яруса слой 6 насыпного материала продольно разделяется посредством клина 10 на две части: нижний пласт толщиной 5-7 мм с температурой 40-30°С и верхний пласт толщиной 5-13 мм с температурой 60-40°С, которые перемещаются по ручьям 13 и 12 лотка 11 соответственно.
Из ручья 12 зерновой материал пересыпается на ленту 3 транспортера 2 нижнего яруса, где посредством регулируемой шиберной заслонки 14 формируется нижний пласт толщиной 5-7 мм, который перемещается к шиберной заслонке 15.
Затем зерновой материал из ручья 13 лотка 11 пересыпается поверх сформированного пласта на ленте 3 транспортера 2 нижнего яруса, который формируется просветом шиберной заслонки 15 в верхний пласт толщиной 5-13 мм, суммарно в виде слоя 6 толщиной 10-20 мм.
2
Поток тепловой энергии инфракрасного излучения на нижнем ярусе транспортера 2 составляет 4,2-3,4 кВт/м (на 20% ниже потока тепловой энергии на верхнем ярусе).
Обработанный зерновой материал в конце транспортера 2 нижнего яруса по лотку 7 выгрузки выводится из установки.
Обработка опытных партий пшеничных зародышей в предложенной установке показала, что насыпной продукт с исходной влажностью 12-14% после инфракрасной сушки достигает заданную влажность 4-6%.
2
2
При этом оптимизировано технологическое время экспонирования для обработки пшеничных зародышей в слое толщиной 10-20 мм с тепловыми потоками на верхнем ярусе 5,3 кВт/м и 4,2 кВт/м на нижнем ярусе: в диапазоне 200-270 с и 170-240 с соответственно.
2
То же при тепловых потоках 4,2-3,4 кВт/м в диапазоне времени экспонирования: 270-390 и 240-360 с соответственно.
Таким образом, в предложенной установке автоматически обеспечивается заданный технологический режим инфракрасной сушки исходного зернового сырья до заданной влажности, которая гарантированно обеспечивает длительную сохранность продукта без видимых изменений качества и агрегатного состояния структурных составляющих и его питательных свойств.
Предложенное техническое решение целесообразно использовать для переработки зернового сырья на предприятиях малых форм, по заказу которых возможно серийное изготовление сушильных установок.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по сушке растительного сырья, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности практической сушки пшеничных зародышей в автоматической установке, пригодной для серийного изготовления на действующем производстве, можно сделать вывод о его соответствии критериям патентоспособности.