RU2569824C2 - Способ получения порошкообразного продукта и установка для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к пищевой и фармацевтической отраслям промышленности, сельскому хозяйству. Предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье перемешивают до образования однородной смеси, подают в камеру сушки, где дополнительно измельчают до получения частиц заданного размера путем механического дробления на вращающемся активаторе и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°C, движущемся в восходящем направлении со скоростью (V_кс), составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц. Затем указанные частицы через выводной патрубок камеры сушки выносятся в циклон для сбора порошкообразного продукта. При этом поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки с тыльной стороны активатора в направлении отбойной поверхности, а скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп) в выводном патрубке камеры сушки, поступающего в циклон из камеры сушки, устанавливают в пределах 18-25 м/с, в зависимости от параметров исходного биологического сырья. Установка для осуществления заявляемого способа содержит узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем, теплогенератор с выходным патрубком и камеру сушки. В нижней части камеры сушки размещен измельчитель, выполненный в виде механического активатора, установленного с возможностью вращения, а в верхней - установлен выводной патрубок 6, соединенный с циклоном для сбора порошкообразного продукта. Нижняя часть камеры сушки снабжена отбойной поверхностью для частиц биологического сырья, расположенной напротив активатора и наклоненной под углом 30-60° относительно его оси. Выходной патрубок теплогенератора примыкает к нижней части камеры сушки с тыльной стороны активатора, при этом сопло выходного патрубка направлено в сторону упомянутой отбойной поверхности. Выводной патрубок камеры сушки снабжен клапаном для регулировки проходного сечения выводного патрубка. Изобретение позволяет получить тонкодисперсный порошкообразный продукт с высокой степенью чистоты, обладающий высокой биологической ценностью при сохранении витаминного и ферментного состава, а также органолептических свойств исходного биологического сырья. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1ил., 1 табл., 4 пр.

Description

Заявляемая группа изобретений относится к производству порошков из биологического сырья и может быть использована в пищевой, фармацевтической промышленности и в сельском хозяйстве.

Основной проблемой при производстве порошков из биологического сырья является получение конечного продукта требуемой дисперсности, не подверженного комкованию в процессе хранения, при максимальном сохранении в нем всех свойств исходного продукта, а именно биологически активных веществ, витаминов, ферментов, а также вкусовых, ароматических и др. составляющих.

Известен способ получения порошков из биологического сырья по патенту СССР №1792303, МПК A23L 1/212, опубл. 30.01.93 г., в соответствии с которым предварительно подготовленное биологическое сырье измельчают и сушат в потоке теплоносителя в кипящем слое при температуре 75-98°C и скорости теплоносителя 15-20 м/с. При этом после механического измельчения, но перед сушкой в потоке теплоносителя биологическое сырье подвергают вспучиванию в камере сушки одновременно с предварительным подсушиванием при температуре 75-150°C. В качестве теплоносителя используют азот.

Недостатком известного способа является его высокая стоимость, связанная с необходимостью использования в качестве теплоносителя газообразного азота, который необходимо дополнительно производить либо приобретать, а также в получении конечного продукта недостаточно высокого качества. Последнее объясняется высокой температурой предварительного подсушивания биологического сырья, что вызывает коагулирование белков в обрабатываемом сырье, а также разрушение молекул сырья в результате его вспучивания, что приводит к ухудшению органолептических свойств получаемого продукта.

Известен способ получения порошка из растительного сырья по патенту Российской Федерации №2013058, МПК А23В 7/02, опубл. 30.05.94 г., в соответствии с которым предварительно подготовленное растительное сырье измельчают до пюреобразного состояния, смешивают с сухими овощными компонентами до содержания сухих веществ в смеси 20-30%, сушат и распыляют в потоке газообразной двуокиси углерода с температурой 180-150°C и давлением 250-150 кПа. Распыление под вакуумом осуществляют с остаточным давлением не более 50 кПа.

Недостатками известного способа являются:

- низкое качество полученного порошка в связи с высокой температурой сушки, что ведет к коагулированию белков и разрушению молекул растительного сырья и, соответственно, к ухудшению органолептических свойств полученного продукта;

- неравномерная степень измельчения предварительно подготовленного растительного сырья, в связи с его различной исходной вязкостью, влажностью и другими реологическими показателями, что приводит к получению порошка с различной степенью дисперсности;

- ограниченный срок хранения, поскольку полученный порошок электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Наряду с этим при реализации известного способа требуется обеспечить герметизацию камеры сушки, что ведет к дополнительным затратам и усложняет эксплуатацию установки, на которой реализуется указанный способ.

Известен способ получения порошкообразного продукта из биологического сырья, согласно которому предварительно подготовленное биологическое сырье перетирают до образования однородной смеси, сушат и измельчают (см. патент Российской Федерации №2060670, МПК А23В 7/026, опубл. 27.05.96 г.). Сушку осуществляют токами СВЧ при одновременном измельчении в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18-80 кГц.

Недостатком известного способа является неравномерная степень измельчения подготовленного биологического сырья в связи с его различной исходной вязкостью, влажностью и другими реологическими показателями, что приводит к получению порошкообразного продукта с различной степенью дисперсности. При этом полученный порошкообразный продукт, в связи с высокой скоростью перемещения частиц при распылении, электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Вместе с тем известный способ требует использования дорогостоящего оборудования, сложного и недостаточно надежного в эксплуатации, что ограничивает сферу применения известного способа.

Известен также способ получения порошкообразного продукта из биологического сырья, принятый в качестве прототипа, согласно которому предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье перемешивают до образования однородной смеси, подают в камеру сушки, где дополнительно измельчают до получения частиц заданного размера путем механического дробления на вращающемся активаторе и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°C, движущегося в восходящем направлении со скоростью, составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, которые затем через выводной патрубок камеры сушки выносятся из нее в циклон для сбора порошкообразного продукта вместе с потоком газообразного теплоносителя (см. патент Украины №46435, МПК А23В 7/026, опубл. 15.05.2002 г.). Поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки тангенциально вращающемуся активатору. Это приводит к образованию в нижней части камеры сушки вихревого потока газообразного теплоносителя, что препятствует равномерному нагреву биологического сырья, находящегося в камере сушки. Это объясняется тем, что наличие вихревого потока газообразного теплоносителя в камере сушки приводит к нарушению непрерывности потока теплоносителя, обогащенного частицами обработанного сырья на выходе из нее, а именно в выводном патрубке камеры сушки, что препятствует формированию в выводном патрубке ламинарного потока газообразного теплоносителя. Вследствие этого не обеспечивается постоянство скорости потока газообразного теплоносителя в объеме камеры сушки, что приводит к перепадам градиента температурного поля в камере сушки и неравномерному нагреву биологического сырья.

Недостатком известного способа является относительно невысокое качество полученного порошкообразного продукта, обусловленное его низкими органолептическими свойствами в связи с неравномерностью нагрева биологического сырья, находящегося в камере сушки, которое приводит к его локальному перегреву и подгоранию конечного продукта, что вызывает появление в нем постороннего запаха, не характерного для обрабатываемого сырья.

Задачей заявляемого способа, входящего в группу изобретений, является получение порошкообразного продукта из биологического сырья, обладающего однородной дисперсностью и высокой биологической ценностью при сохранении исходного витаминного и ферментного состава, а также органолептических свойств исходного биологического сырья.

Поставленная задача, в части способа, решается тем, что в известном способе получения порошкообразного продукта из биологического сырья, согласно которому предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье перемешивают до образования однородной смеси, подают в камеру сушки, снабженную вращающимся активатором, где дополнительно измельчают до получения частиц заданного размера путем механического дробления на активаторе, и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°C, движущемся в восходящем направлении со скоростью (V_кс), составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, которые затем выносятся из камеры сушки в циклон для сбора порошкообразного продукта вместе с потоком газообразного теплоносителя, согласно изобретению, поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки с тыльной стороны активатора в направлении отбойной поверхности, а скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп) в выводном патрубке камеры сушки, поступающего в циклон из камеры сушки, устанавливают в пределах 18-25 м/с, в зависимости от параметров исходного биологического сырья.

Введение потока газообразного теплоносителя в камеру сушки с тыльной стороны активатора в направлении отбойной поверхности позволяет предотвратить образование в нижней части камеры сушки вихревого потока теплоносителя и обеспечить равномерный нагрев биологического сырья, поступающего в камеру сушки. При этом скорость потока газообразного теплоносителя в выводном патрубке (V_вп) камеры сушки устанавливают в пределах 18-25 м/с. Указанные значения скорости потока (V_вп) в выводном патрубке обеспечивают выбор оптимального режима сушки измельченных частиц, в зависимости от параметров биологического сырья, а именно - удельного веса исходного сырья, размера и влажности полученных частиц, а также температуры газообразного теплоносителя. Оптимизация скорости потока (V_вп), выносящего измельченные частицы исходного биологического сырья через выводной патрубок в циклон для сбора порошкообразного продукта, позволяет достичь постоянства скорости потока газообразного теплоносителя (V_кс) в камере сушки и градиента температурного поля в ее объеме, что обеспечивает равномерный нагрев и сушку исходного сырья в ней.

В частном варианте реализации заявленного способа скорость потока (V_вп) газообразного теплоносителя в выводном патрубке камеры сушки рассчитывают по следующей формуле:

где

V_вп - скорость потока газообразного теплоносителя в выводном патрубке камеры сушки, м/с;

Q_гт - величина расхода газообразного теплоносителя, подаваемого в камеру сушки от теплогенератора, м³/ч,

S_вп - площадь проходного сечения выводного патрубка, м².

В ином варианте реализации заявленного способа площадь проходного сечения выводного патрубка камеры сушки в процессе регулировки устанавливают исходя из следующей зависимости.

где

S_KC - средняя площадь поперечного сечения камеры сушки, м²;

S_вп - площадь проходного сечения выводного патрубка, м².

Указанная совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет обеспечить получение порошкообразного продукта из биологического сырья, обладающего однородностью и высокой биологической ценностью при сохранении исходного витаминного и ферментного состава, а также органолептических свойств исходного биологического сырья.

Известна установка для получения порошка из биологического сырья, содержащая загрузочное устройство, механический измельчитель, камеру сушки и циклон-осадитель, в котором отделяют полученный порошок от газообразного теплоносителя (см. описание изобретения к патенту СССР №1792303, МПК A23L 1/212, опубл. 30.01.93 г.). В камере сушки измельченные частицы подвергают вспучиванию за счет создаваемой разницы давления при подаче биологического сырья и предварительному подсушиванию при температуре 75-150°C. Затем полученные частицы сушат в потоке теплоносителя, в качестве которого используют газообразный азот, в кипящем слое при температуре 75-98°C. Сыпучие частицы биологического сырья, перемещаясь в потоке теплоносителя, отдают ему свою влагу и высушиваются до влажности 12-14%.

Недостатком известной установки является ее сложность, вызванная использованием в качестве теплоносителя газообразного азота, который нуждается в регенерации для повторного использования в цикле получения порошка из биологического сырья, что приводит к увеличению стоимости установки и трудоемкости ее технического обслуживания. Также недостатком известной установки является низкое качество полученного продукта, что объясняется высокой температурой предварительного подсушивания биологического сырья, что вызывает коагулирование белков в обрабатываемом сырье, а также разрушение молекул сырья в результате его вспучивания, что приводит к ухудшению органолептических свойств полученного продукта.

Известна установка для получения порошка из растительного сырья, содержащая узел предварительной подготовки сырья и камеру сушки (см. описание изобретения к патенту Российской Федерации №2013058, МПК А23В 7/02, опубл. 30.05.94 г.). Установка содержит узел предварительной подготовки исходного растительного сырья, где его измельчают до пюреобразного состояния и смешивают с сухими овощными компонентами до содержания сухих веществ в смеси 20-30%. Затем полученную смесь распыляют в потоке газообразной двуокиси углерода с температурой 150-180°C и давлением 150-250 кПа. Сушку смеси осуществляют в камере сушки в режиме распыления под вакуумом с остаточным давлением не более 50 кПа.

Недостатками известной установки является низкое качество полученного порошка в связи с высокой температурой сушки, что ведет к коагулированию белков и разрушению молекул растительного сырья и, соответственно, к ухудшению биологических свойств полученного продукта, а также неравномерная степень измельчения подготовленного растительного сырья, в связи с его различной исходной вязкостью и влажностью. Кроме того, полученный продукт не подлежит длительному хранению, поскольку полученный порошкообразный продукт в связи с высокой скоростью распыления электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения.

Известна установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья, содержащая смеситель, камеру сушки, примыкающую к смесителю, и измельчитель (см. патент Российской Федерации №2060670, МПК А23В 7/026, опубл. 27.05.96 г.). Камера сушки оснащена ультразвуковым распылителем и СВЧ-излучателями, а измельчитель выполнен в виде установленного в камере сушки ульразвукового распылителя стержневого типа. Сушку осуществляют токами СВЧ при одновременном измельчении в процессе распыления ультразвуковыми колебаниями с частотой 18-80 кГц.

Недостатком известной установки является получение конечного продукта с различной дисперсностью ввиду неравномерного измельчения перерабатываемого биологического сырья, в связи с его неоднородными исходными реологическими характеристиками. Вместе с тем, полученный порошок в связи с высокой скоростью перемещения частиц при распылении электризуется, что приводит к его комкованию в процессе хранения. Указанные недостатки ведут к ухудшению витаминного состава и органолептических свойств полученного продукта, снижению его биологической ценности при длительном хранении.

Известна установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья, принятая в качестве прототипа, содержащая узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем, теплогенератор с выходным патрубком, камеру сушки, в нижней части которой размещен измельчитель, выполненный в виде механического активатора, установленного с возможностью вращения, а в верхней - установлен выводной патрубок, соединенный с циклоном для сбора порошкообразного продукта (см. патент Украины №46435, МПК А23В 7/026, опубл. 15.05.2005 г.). Выходной патрубок теплогенератора установлен тангенциально относительно механического активатора. Таким образом, поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки тангенциально вращающемуся активатору, что приводит к образованию в нижней части камеры сушки вихревого потока газообразного теплоносителя и препятствует равномерному нагреву биологического сырья, подаваемого в камеру сушки.

Недостатком известной установки является относительно невысокое качество полученного продукта, обусловленное низкими органолептическими свойствами порошкообразного продукта из-за неравномерного нагрева биологического сырья, находящегося в камере сушки, в связи с его налипанием в нижней части камеры сушки, в зоне размещения активатора и патрубков теплогенератора. Это связано, прежде всего, с тангенциальным размещением патрубков ввода газообразного теплоносителя, имеющего температуру 80-165°C, в камеру сушки, что приводит к частичному перегреву биологического сырья в отдельных зонах камеры сушки и коагулированию белков в биологическом сырье, находящемся в указанных зонах, что вызывает подгорание биологического сырья и появление постороннего запаха, ухудшающего органолептические характеристики получаемого порошкообразного продукта.

Задачей заявляемой группы изобретений является также создание установки, предназначенной для получения порошкообразного продукта из биологического сырья и обеспечивающего выход тонкодисперсного конечного продукта с высокой степенью чистоты, обладающего высокой биологической ценностью при сохранении витаминного и ферментного состава, а также органолептических свойств исходного биологического сырья.

Поставленная задача, относительно заявленного устройства, решается тем, что в известной установке для получения порошкообразного продукта из биологического сырья, содержащей узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем, теплогенератор с выходным патрубком, камеру сушки, в нижней части которой размещен измельчитель, выполненный в виде механического активатора, установленного с возможностью вращения, а в верхней - установлен выводной патрубок, соединенный с циклоном для сбора порошкообразного продукта, согласно изобретению, нижняя часть камеры сушки снабжена отбойной поверхностью для частиц биологического сырья, расположенной напротив активатора и наклоненной под углом 30-60° относительно оси активатора, выходной патрубок теплогенератора примыкает к нижней части камеры сушки с тыльной стороны активатора, а его сопло направлено в сторону упомянутой отбойной поверхности, при этом выводной патрубок камеры сушки снабжен клапаном для регулировки проходного сечения выводного патрубка.

Расположение выходного патрубка теплогенератора с тыльной стороны активатора позволяет направить поток газообразного теплоносителя посредством сопла выходного патрубка в сторону упомянутой отбойной поверхности, что обеспечивает активное перемешивание частиц биологического сырья и предотвращает их налипание и подгорание в зоне размещения активатора, что позволяет сохранить в полученном порошкообразном продукте органолептические свойства исходного биологического сырья.

В частном варианте исполнения заявляемая установка снабжена вибратором, установленным в нижней части камеры сушки и примыкающим к отбойной поверхности для предотвращения залегания частиц биологического сырья в камере сушки.

В другом варианте выполнения заявляемая установка снабжена влагоотделителем, присоединенным к выходному патрубку циклона для сбора порошкообразного продукта и снабженным емкостью для сбора конденсата, связанной с насосом, выход которого оснащен узлом распыления конденсата, размещенным в выходном патрубке упомянутого циклона.

В ином варианте выполнения заявляемая установка снабжена компрессором разряжения, связанным с газозаполненной полостью влагоотделителя и оснащенным вытяжной трубой.

Таким образом, техническим результатом заявленной группы изобретений является обеспечение выхода тонкодисперсного порошкообразного продукта с высокой степенью чистоты, обладающего высокой биологической ценностью при сохранении витаминного и ферментного состава и органолептических свойств исходного биологического сырья.

На фиг.1 изображен общий вид установки для получения порошкообразного продукта из биологического сырья.

Установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья содержит узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем 1, теплогенератор 2 с выходным патрубком 3 и камеру сушки 4. В нижней части камеры сушки 4 установлен измельчитель, выполненный в виде механического активатора 5, установленного с возможностью вращения. В верхней части камеры сушки 4 установлен выводной патрубок 6 для вывода из камеры сушки потока газообразного теплоносителя вместе с полученным порошкообразным продуктом. Выводной патрубок 6 камеры сушки 4 снабжен клапаном 7, регулирующим величину проходного сечения выводного патрубка 6.

Нижняя часть камеры сушки 4 снабжена отбойной поверхностью 8 для частиц биологического сырья, расположенной напротив активатора 5 и наклоненной под углом 30-60° относительно его оси. Выходной патрубок 3 теплогенератора 2 примыкает к нижней части камеры сушки 4 с тыльной стороны активатора 5, при этом сопло выходного патрубка 3 направлено в сторону отбойной поверхности 8.

Установка снабжена вибратором 9, установленным в нижней части камеры сушки 4 и примыкающим к отбойной поверхности 8, для предотвращения залегания частиц биологического сырья в камере сушки 4.

В состав установки также входит циклон 10, предназначенный для отделения порошкообразного продукта от газообразного теплоносителя и его сбора. К входу циклона 10 присоединен выводной патрубок 6 камеры сушки 4, а его выход снабжен выходным патрубком 11. К выходному патрубку 11 присоединен влагоотделитель 12 с емкостью 13 для сбора конденсата, связанной с насосом 14, выход которого оснащен узлом распыления конденсата 15, размещенным в выходном патрубке 11 циклона 10.

Установка снабжена компрессором разрежения 16, связанным с полостью влагоотделителя 12, и оснащенным вытяжной трубой 17.

Также установка содержит дозатор 18, примыкающий к камере сушки 4, и бункер 19 для сбора порошкообразного продукта, установленный в нижней части циклона 10.

Способ получения порошкообразного продукта из биологического сырья осуществляют следующим образом.

Предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье, представляющее собой биологическую массу в виде кусочков стружки либо мезги, подают в смеситель 1, где она перемешивается до образования однородной смеси, которая затем через дозатор 18 поступает в нижнюю часть камеры сушки 4. Вместе с поступлением биологического сырья в камеру сушки 4 подается газообразный теплоноситель, нагретый с помощью теплогенератора 2 до температуры 80-165°C. В камере сушки 4 смесь биологического сырья дополнительно измельчают до получения частиц заданной дисперсности за счет дробления на вращающемся механическом активаторе 5. Поток газообразного теплоносителя вводят в нижнюю часть камеры сушки 4 через сопло выходного патрубка 3 теплогенератора 2, примыкающего к нижней части камеры сушки 4 с тыльной стороны активатора 5, в направлении отбойной поверхности 8. В результате этого поток газообразного теплоносителя, обдувая с тыльной стороны вращающийся активатор 5, во-первых, препятствует налипанию частиц биологического сырья на его рабочие поверхности, а во-вторых, обеспечивает более щадящий режим работы рабочих поверхностей активатора 5 за счет оптимизации (создания равномерной) нагрузки на активатор 5 со стороны поступающего в камеру сушки 4 биологического сырья. Далее поток газообразного теплоносителя устремляется в направлении отбойной поверхности 8, препятствуя образованию зон залегания и подгоранию частиц биологического сырья в нижней части камеры сушки 4. Благодаря установке отбойной поверхности 8 под углом 30-60° относительно оси вращения активатора 5 обеспечивается ориентация потока газообразного теплоносителя в восходящем направлении в верхнюю часть камеры сушки 4. Частицы биологического сырья, перемещаясь в потоке теплоносителя, отдают влагу теплоносителю, движущемуся в восходящем направлении со скоростью, составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц. При этом обеспечивается активное удаление влаги как с поверхности частиц, так и частичное удаление свободной капиллярной влаги, содержащейся в биологическом сырье, в результате чего образуется поток газообразного теплоносителя, несущего измельченные частицы и обогащенного парогазовой смесью, извлеченной из биологического сырья.

Воздействие высокой температуры газообразного теплоносителя (80-165°C) на биологическое сырье в процессе сушки не создает опасности перегрева биологического сырья, так как температура теплоносителя не соответствует температуре на поверхности влажных частиц биологического сырья, на которых происходит образование парогазовой оболочки, защищающей собственно частицы сырья от чрезмерного нагревания. При этом температура на поверхности частиц сырья не превышает 25-38°C. Скорость теплоносителя, выбранная равной 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, позволяет обеспечить их циркуляцию в корпусе камеры сушки 4, при которой происходит дальнейшее дробление частиц сырья до достижения ими необходимого размера, и достаточна для удаления с поверхности частиц сырья поверхностной и части капиллярной влаги. Снижение скорости теплоносителя ниже 1,0 скорости свободного падения частиц препятствует удалению частиц заданной дисперсности из рабочей зоны камеры сушки 4 и приводит к дальнейшему их измельчению, а превышение скорости теплоносителя выше 1,5 скорости свободного падения частиц приводит к выносу в циклон 10 частиц большего, по сравнению с заданным, размера.

Образование частиц биологического сырья заданного размера сопровождается соответствующим выделением дополнительной капиллярной влаги до достижения конечной влажности получаемого порошкообразного продукта 6-8%. Выбранная температура, равная 80-165°C, способствует быстрому переходу капиллярной влаги в парогазовую смесь. Повышение температуры теплоносителя нерационально, поскольку ведет к повышению энергозатрат, а снижение температуры - к снижению эффективности отбора влаги. Активный отбор влаги из частиц сырья происходит в камере сушки 4 в течение 10-50 с, после чего газообразный теплоноситель вместе с измельченными частицами биологического сырья выносится из камеры сушки 4 через выводной патрубок 6 в циклон 10 для сбора порошкообразного продукта.

Скорость потока газообразного теплоносителя в выходном патрубке (V_вп) камеры сушки 4, поступающего в циклон 10, устанавливают в пределах 18-25 м/с, в зависимости от параметров исходного биологического сырья. Это позволяет установить оптимальный режим сушки измельченных частиц биологического сырья в камере сушки 4. Оптимизация скорости потока (V_вп) газообразного теплоносителя, выносящего измельченные частицы исходного биологического сырья через выводной патрубок 6 в циклон 10, позволяет обеспечить постоянство скорости потока газообразного теплоносителя (V_кс) и градиента температурного поля в объеме камеры сушки 4, а также равномерный нагрев исходного сырья в ней.

Скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп), рассчитывают по следующей формуле:

где

V_вп - скорость потока газообразного теплоносителя, м/с;

Q_гт - величина расхода газообразного теплоносителя, подаваемого в камеру сушки 4 от теплогенератора 2, м³/ч;

S_вп - площадь проходного сечения выводного патрубка 6, м².

При этом площадь проходного сечения выводного патрубка 6 камеры сушки 4 в процессе регулировки устанавливают исходя из следующей зависимости:

где

S_кс - средняя площадь поперечного сечения камеры сушки 4, м²;

S_вп - площадь проходного сечения выводного патрубка 6, м².

В циклоне 10 осуществляют отделение частиц биологического сырья (порошкообразного продукта) от газообразного теплоносителя, после чего отделившийся порошкообразный продукт поступает в бункер 19 для сбора порошкообразного продукта, установленный в нижней части циклона 10, а поток газообразного теплоносителя далее, через выходной патрубок 11 выносится во влагоотделитель 12. Частицы биологического сырья, отделенные от потока теплоносителя в циклоне 10, имеют заданные размеры и представляют собой порошкообразный продукт требуемой влажности, с максимальным сохранением в нем витаминного и ферментного состава, а также органолептических свойств исходного биологического сырья.

Во влагоотделителе 12 происходит завершающий этап отбора влаги из потока газообразного теплоносителя, ее конденсация и сбор в емкости 13 для сбора конденсата. Для повышения концентрации биологически активной влаги, извлеченной из биологического сырья, конденсат из емкости 13, с помощью насоса 14, повторно направляют на орошение газообразного теплоносителя, выходящего из циклона 10, для чего его вводят в выходной патрубок 11 циклона 10 посредством узла распыления конденсата 15.

Это позволяет повысить концентрацию биологически активной влаги, извлекаемой из биологического сырья в описываемом способе, и получить попутный продукт переработки исходного сырья в виде жидкого конденсата биологически активной влаги, пригодного для использования в пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

После прохождения влагоотделителя 12 отработанный газообразный теплоноситель посредством компрессора разрежения 16, сообщающегося с газозаполненной полостью влагоотделителя 12, сбрасывается в атмосферу через вытяжную трубу 17.

Пример 1. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 20 кг измельченной свеклы столовой красной, которые загружали в смеситель 1. В результате их обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь с влажностью 88%, которую вводили в камеру сушки 4, где она подвергалась предварительному дроблению на активаторе 5. При этом в камеру сушки вводили поток газообразного теплоносителя с температурой 125°C, который подавали с тыльной стороны активатора 5, в направлении отбойной поверхности 8. Благодаря установке отбойной поверхности 8 под углом 45° относительно оси вращения активатора 5 обеспечивалась ориентация потока газообразного теплоносителя в восходящем направлении в верхнюю часть камеры сушки 4. Поток газообразного теплоносителя, перемещался в камере сушки 4 в восходящем направлении со скоростью V_кс=8 м/с, что составляло 1,5 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. При этом полученные частицы биологического сырья, перемещаясь вместе с потоком газообразного теплоносителя, отдавали ему свою влагу до достижения конечной влажности получаемого порошкообразного продукта не более 6-7%. Далее поток газообразного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, полученной из биологического сырья, вместе с частицами порошкообразного продукта выносился из камеры сушки 4 через выводной патрубок 6 и поступал в циклон 10, где осуществлялось улавливание порошкообразного продукта. Скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп), поступающего в циклон 10 из камеры сушки 4, составляла 22,0 м/с, и устанавливалась посредством клапана 7, регулирующего величину проходного сечения выводного патрубка 6.

При этом общее время сушки 20 кг свеклы столовой красной составило 1,5 ч, а выход полученного порошка влажностью 6,4% - 3,480 кг.

Далее газообразный поток теплоносителя поступал во влагоотделитель 12, где осуществлялся отбор влаги из газообразного потока теплоносителя и ее накопление в емкости 13 для сбора конденсата. В результате количество полученного конденсата составило 2,96 л.

Пример 2. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 20 кг вареного говяжьего мяса, которое загружали в смеситель 1. В результате его обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь влажностью 82%, которую вводили в камеру сушки 4. При этом в камеру сушки 4 вводили поток нагретого в теплогенераторе 2 до температуры 110°C газообразного теплоносителя с тыльной стороны активатора 5, в направлении отбойной поверхности 8. От отбойной поверхности 8 поток газообразного теплоносителя направлялся в восходящем направлении в верхнюю часть камеры сушки 4 со скоростью V_кс=8 м/с, что соответствовало 1,5 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. Затем поток газообразного теплоносителя вместе с частицами порошкообразного продукта выносился из камеры сушки 4 через выводной патрубок 6 и поступал в циклон 10, где осуществлялось улавливание порошкообразного продукта. Выделившийся порошкообразный продукт накапливался в бункере 19 для сбора порошкообразного продукта, установленном в нижней части циклона 10. Скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп), поступающего в циклон 10 из камеры сушки 4, регулировалась посредством клапана 7 и составляла 23,5 м/с.

При этом общее время сушки 20 кг вареного говяжьего мяса составило 1,35 ч, а выход полученного порошка влажностью 10% - 4,150 кг.

Пример 3. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 30 кг жома винограда влажностью 42%, который вводили в камеру сушки 4. Также в камеру сушки 4 вводили поток нагретого до температуры 90°C газообразного теплоносителя с тыльной стороны активатора 5, в направлении отбойной поверхности 8, установленной под углом 60° относительно его оси вращения. В результате этого обеспечивалась ориентация потока газообразного теплоносителя в восходящем направлении в камере сушки 4 со скоростью V_кс=7,8 м/с, что соответствовало 1,46 скорости свободного падения частиц в ней. Затем поток газообразного теплоносителя, вместе с частицами порошкообразного продукта, выносился из камеры сушки 4 через выводной патрубок 6 и поступал в циклон 10, где осуществлялось улавливание порошкообразного продукта. Выделившийся порошкообразный продукт накапливался в бункере 19, установленном в нижней части циклона 10. Скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп), поступающего в циклон 10 из камеры сушки 4, регулировалась посредством клапана 7 и составляла 18,8 м/с.

При этом общее время сушки 30 кг жома винограда составило 2,1 ч, а выход полученного порошка влажностью 7,5% - 16,190 кг.

Пример 4. В качестве предварительно подготовленного биологического сырья брали 60 кг тыквы влажностью 92%, которую загружали в смеситель 1. В результате ее обработки в смесителе 1 получали перетертую однородную смесь, которую вводили в камеру сушки 4, где она подвергалась предварительному дроблению на активаторе 5. При этом в камеру сушки 4 вводили поток нагретого до температуры 160°C газообразного теплоносителя с тыльной стороны активатора 5 в направлении отбойной поверхности 8. От отбойной поверхности 8 поток газообразного теплоносителя направлялся в восходящем направлении в верхнюю часть камеры сушки 4 со скоростью V_кс=6,5 м/с, что соответствовало 1,1 скорости свободного падения частиц в камере сушки 4. Перемещаясь вместе с потоком газообразного теплоносителя, полученные частицы биологического сырья отдавали ему свою влагу до достижения конечной влажности порошкообразного продукта не более 7%. Далее поток газообразного теплоносителя, обогащенного парогазовой смесью, полученной из биологического сырья, вместе с частицами порошкообразного продукта выносился из камеры сушки 4 через выводной патрубок 6 и поступал в циклон 10, где осуществлялось улавливание порошкообразного продукта. Скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп), поступающего в циклон 10 из камеры сушки 4, составляла 20,0 м/с и устанавливалась посредством клапана 7, регулирующего величину проходного сечения выводного патрубка 6.

При этом процесс обработки 60 кг исходного биологического сырья продолжался 10,7 ч, а выход полученного порошка тыквы влажностью 6,4% составил 5,840 кг.

Далее газообразный поток теплоносителя поступал во влагоотделитель 12, где происходил отбор влаги из потока газообразного телоносителя, в результате чего выделенная из биологического сырья влага конденсировалась и поступала в емкость 13 для сбора конденсата, а затем с помощью насоса 14, выход которого оснащен узлом распыления конденсата 15, повторно поступала в поток газообразного телоносителя, обеспечивая повышение степени концентрации конденсата, получаемого с помощью заявленной установки. В результате собранное количество конденсата составило 12,5 л.

Следующие примеры получения порошкообразных продуктов из биологического сырья осуществлялись таким же образом, что и в приведенных примерах 1-4.

Результаты проведенных испытаний отражены в таблице.

	Тип биологического сырья	Влажность сырья, %	Температура теплоносителя,°C	Дисперсность частиц, мкм	Влажность порошка, %	Время сушки, ч	Кол-во сырья, кг	Выход порошка, кг
1	Свекла столовая красная	88	125	75	6,4	1,50	20	3,48
2		86	140	80	6,5	1,25	20	3,65
3		85	150	70	6,9	1,35	20	3,82
4		84	165	75	6,8	1,43	20	3,90
5		88	110	75	6,2	1,55	20	3,34
1	Мясо говяжье вареное	79	90	80	10,0	1,3	20	4,42
2		80	95	75	9,7	1,25	20	4,25
3		82	110	80	10,0	1,35	20	4,15
1	Тыква	92	160	50	6,4	10,7	60	5,84
2		94	145	50	7,0	11,3	60	5,72
3		92	130	60	6,5	11,2	60	5,96
1	Яблоко	88	130	60	6,0	1,5	20	3,46
2		87	110	65	7,2	1,6	20	3,56
3		86	100	50	8,0	1,8	20	3,77
4		90	95	55	7,6	1,9	20	3,65
5		88	105	45	7,8	1,6	20	3,72
1	Жом винограда	42	90	60	7,5	2,1	30	16,19
2		40	80	50	8,1	2,15	30	17,55
3		42	85	55	7,5	2,25	30	16,60
4		41	100	65	7,0	1,95	30	16,43
5		43	95	50	7,5	2,05	30	16,06
1	Сердце КРС (крупного рогатого скота)	75	165	85	6,5	1,15	10	1,61
2		76	150	70	6,8	1,29	10	1,55
3		72	145	65	6,1	1,05	10	1,64
4		70	140	65	7,0	0,95	10	1,61
5		74	155	70	7,2	1,12	10	1,58
1	Семенники половозрелых быков	82	130	50	7,8	1,48	10	1,43
2		86	120	60	7,4	1,75	10	1,22
3		85	110	65	7,0	1,56	10	1,25
4		82	105	55	6,3	1,55	10	1,33

Claims (7)

1. Способ получения порошкообразного продукта из биологического сырья, согласно которому предварительно подготовленное измельченное биологическое сырье перемешивают до образования однородной смеси, подают в камеру сушки, снабженную вращающимся активатором, где дополнительно измельчают до получения частиц заданного размера путем механического дробления на активаторе и сушат в потоке газообразного теплоносителя с температурой 80-165°C, движущемся в восходящем направлении со скоростью (V_кс), составляющей 1,0-1,5 скорости свободного падения частиц, которые затем выносятся из камеры сушки в циклон для сбора порошкообразного продукта вместе с потоком газообразного теплоносителя, отличающийся тем, что поток газообразного теплоносителя вводят в камеру сушки с тыльной стороны активатора в направлении отбойной поверхности, а скорость потока газообразного теплоносителя (V_вп) в выводном патрубке камеры сушки, поступающего в циклон из камеры сушки, устанавливают в пределах 18-25 м/с, в зависимости от параметров исходного биологического сырья.

2. Способ получения порошкообразного продукта из биологического сырья по п.1, отличающийся тем, что скорость потока (V_вп) газообразного теплоносителя в выводном патрубке камеры сушки рассчитывают по следующей формуле:
$${{\displaystyle V}}_{вп}={{\displaystyle Q}}_{гт}/{{\displaystyle S}}_{вп}\times \mathrm{3600,}(1)$$

где
V_вп - скорость потока газообразного теплоносителя, м/с;
Q_гт - величина расхода газообразного теплоносителя, подаваемого в камеру сушки от теплогенератора, м³/ч;
S_вп - площадь проходного сечения выводного патрубка, м².

3. Способ получения порошкообразного продукта из биологического сырья по п.1, отличающийся тем, что площадь проходного сечения выводного патрубка камеры сушки в процессе регулировки устанавливают исходя из следующей зависимости:
$$\mathrm{0,15}{{\displaystyle S}}_{кс}<{{\displaystyle S}}_{вп}<\mathrm{0,35}{{\displaystyle S}}_{кс}(2),$$

где
S_кс - средняя площадь поперечного сечения камеры сушки, м²;
S_вп - площадь проходного сечения выводного патрубка, м².

4. Установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья, содержащая узел предварительной подготовки биологического сырья, снабженный смесителем, теплогенератор с выходным патрубком, камеру сушки, в нижней части которой размещен измельчитель, выполненный в виде механического активатора, установленного с возможностью вращения, а в верхней - установлен выводной патрубок, соединенный с циклоном для сбора порошкообразного продукта, отличающаяся тем, что нижняя часть камеры сушки снабжена отбойной поверхностью для частиц биологического сырья, расположенной напротив активатора и наклоненной под углом 30-60° относительно оси активатора, выходной патрубок теплогенератора примыкает к нижней части камеры сушки с тыльной стороны активатора, а его сопло направлено в сторону упомянутой отбойной поверхности, при этом выводной патрубок камеры сушки снабжен клапаном для регулировки проходного сечения выводного патрубка.

5. Установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена вибратором, установленным в нижней части камеры сушки и примыкающим к отбойной поверхности для предотвращения залегания частиц растительного сырья в камере сушки.

6. Установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья по одному из пп. 4 или 5, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена влагоотделителем, присоединенным к выходному патрубку циклона для сбора порошкообразного продукта и снабженным емкостью для сбора конденсата, связанной с нагнетательным насосом, выход которого оснащен узлом распыления конденсата, размещенным в выходном патрубке упомянутого циклона.

7. Установка для получения порошкообразного продукта из биологического сырья по одному из пп. 4 или 5, отличающаяся тем, что она снабжена компрессором разрежения, связанным с газозаполненной полостью влагоотделителя и оснащенным вытяжной трубой.

Images