RU2788857C1 - Способ контактной сушки зерна - Google Patents
Способ контактной сушки зерна Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788857C1 RU2788857C1 RU2022110464A RU2022110464A RU2788857C1 RU 2788857 C1 RU2788857 C1 RU 2788857C1 RU 2022110464 A RU2022110464 A RU 2022110464A RU 2022110464 A RU2022110464 A RU 2022110464A RU 2788857 C1 RU2788857 C1 RU 2788857C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- grain
- drying
- desiccant
- moisture
- moisture content
- Prior art date
Links
- 238000001035 drying Methods 0.000 title claims abstract description 88
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 claims abstract description 49
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L mgso4 Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 abstract description 124
- 235000021307 wheat Nutrition 0.000 abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 240000008529 Triticum aestivum Species 0.000 abstract 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 23
- 229960003390 magnesium sulfate Drugs 0.000 description 14
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 7
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 7
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 6
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 4
- 150000004677 hydrates Chemical class 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 3
- 235000005824 corn Nutrition 0.000 description 3
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 3
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 240000007842 Glycine max Species 0.000 description 2
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 2
- 229940091250 Magnesium supplements Drugs 0.000 description 2
- 241000209149 Zea Species 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000005070 ripening Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K Aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 235000007319 Avena orientalis Nutrition 0.000 description 1
- 244000075850 Avena orientalis Species 0.000 description 1
- 229940098396 BARLEY GRAIN Drugs 0.000 description 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 229940073640 MAGNESIUM SULFATE ANHYDROUS Drugs 0.000 description 1
- HWKQNAWCHQMZHK-UHFFFAOYSA-N Trolnitrate Chemical compound [O-][N+](=O)OCCN(CCO[N+]([O-])=O)CCO[N+]([O-])=O HWKQNAWCHQMZHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- 230000003851 biochemical process Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophylls Natural products 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 229910001649 dickite Inorganic materials 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KARVSHNNUWMXFO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane;hydrate Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O KARVSHNNUWMXFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 229910052564 epsomite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 235000013312 flour Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 235000008216 herbs Nutrition 0.000 description 1
- 150000004687 hexahydrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000010335 hydrothermal treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052900 illite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052928 kieserite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002045 lasting Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- LFCFXZHKDRJMNS-UHFFFAOYSA-L magnesium;sulfate;hydrate Chemical group O.[Mg+2].[O-]S([O-])(=O)=O LFCFXZHKDRJMNS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 1
- VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L nonaaluminum;magnesium;tripotassium;1,3-dioxido-2,4,5-trioxa-1,3-disilabicyclo[1.1.1]pentane;iron(2+);oxygen(2-);fluoride;hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[F-].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2 VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000009331 sowing Methods 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic Effects 0.000 description 1
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технологиям сушки материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например химической, биологической, фармацевтической, а также в сельском хозяйстве для сушки зерна и семян. Описан способ сушки зерна пшеницы, который осуществляется путем контактирования зерна с порошковым осушителем. Удаление влаги из зерна происходит при перемешивании смеси за счет влагообмена. По достижении требуемых значений влажности 14-16% выполняют отделение зерна от осушителя и регенерацию последнего. В качестве порошкового осушителя используют магний сернокислый MgSO4, массовое соотношение «зерно : осушитель» составляет (2-6):1. Сушка зерна реализуется за один цикл. Регенерацию осушителя выполняют при температуре 150°С. Техническим результатом изобретения является уменьшение количества порошкового осушителя, сокращение стадий сушки и снижение энергоемкости процесса. 3 ил. 3 табл.
Description
Изобретение относится к технологиям сушки материалов и может быть использовано в различных отраслях промышленности, например химической, биологической, фармацевтической, а также в сельском хозяйстве.
Сушка - технологический процесс, цель которого получить материалы с оптимальными свойствами, увеличить срок их хранения и повысить качество. Процесс сушки имеет большое значение и широко используется в химической промышленности - для производства твердых веществ и плотных суспензий, лесоперерабатывающей - для сушки древесины, биологической - для получения сухих биопрепаратов, фармацевтической - для приготовления лекарств, а также в сельском хозяйстве - для сушки зерна, семян и другой продукции.
Известно, что одним из основополагающих показателей качества зерна является влажность. Влажность пшеницы - главной продовольственной культуры, должна быть не более 14-16% в зависимости от принадлежности субъекта Российской Федерации к определенной зоне, а закладываемых на хранение семян - не более 14% [ГОСТ 52325-2005. Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Москва, Стандартинформ, 2005]. По статистическим данным до 60% свежеубранного зерна имеет повышенную влажность, иногда достигающую 25-30%, что приводит к интенсивному протеканию биохимических процессов, быстрому размножению вредных микроорганизмов, в результате происходит самосогревание зерна, наблюдается резкое снижению всхожести семян и порча урожая. В случае неблагоприятных погодных условий в период уборочной кампании потери зерна составляют 25-40% [Пиляева О.В. Проблемы и перспективы послеуборочной обработки зерна, Ачинск, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Ачинский ф-л., 2017, 74 с.].
Своевременно и правильно проведенная сушка не только повышает стойкость зерна при хранении, но и улучшает его продовольственные и семенные качества. Известные способы сушки базируются на двух основных принципах: удаление влаги из зерна без изменения агрегатного состояния в виде жидкости - это механическое обезвоживание, акустическая и сорбционная сушка; удаление влаги с изменением агрегатного состояния путем превращения в пар - тепловые способы сушки [Курдюмов В.И., Павлушкин А.А., Карпенко Г.В., Сутягин С.А. Тепловая обработка зерна в установках контактного типа, Ульяновск, УГСХА им. П.А. Столыпина, 2013, 290 с.].
Тепловые способы сушки традиционны и достаточно широко распространены, но требует существенных энергетических затрат, которые удваиваются при влажности зерна более 27% по сравнению с нормальной начальной влажностью 20%. Высокая энергоемкость и потеря качества зерна при нагревании являются главными недостатками тепловой сушки. Другие способы сушки без нагрева материала обеспечивают сохранение качественных показателей зерна и семян, способствуют повышению энергоэффективности процесса.
Механическое обезвоживание зерна может осуществляться путем фильтропрессования или центрифугирования, что требует меньших затрат энергии, чем тепловая сушка, однако данный способ подходит только для удаления свободной влаги, когда речь идет о высоковлажном зерне, например, намоченном дождем, и не позволяет достигнуть требуемой для хранения зерна значений влажности.
Акустические способы удаления влаги из сыпучих материалов [Пат. RU №2062416 C1, F26B 5/02, 20.06.1996; Пат. RU №2548696 C1, F26B 5/02, 20.04.2015] основаны на применении ультразвуковых колебаний высокой интенсивности и характеризуются рядом специфических особенностей. Ускорение сушки происходит только при высоких интенсивностях, при этом наблюдается нелинейная зависимость интенсивности сушки от силы ультразвукового воздействия, что отрицательно сказываются на эффективности процесса. К недостаткам этих способов следует отнести сложность осуществления, необходимость использования специальной технологической аппаратуры, ограниченность применения, длительность и цикличность процесса с паузами между периодами воздействия.
Энергосберегающий сорбционный способ сушки особенно актуален в отношении термолабильных материалов, в том числе сельскохозяйственных культур, которые не переносят теплового воздействия или теряют при нагревании ценные свойства. При сорбционной сушке влажное зерно смешивают с влагопоглотителем, в качестве которого могут быть использованы сухое зерно, гранулированный силикагель, или другие вещества, способные к влагопоглощению, и выдерживают в течение определенного времени для протекания контактного влагообмена.
Известны способы сушки, в которых зерно с высоким содержанием влаги смешивают с сухим зерном в определенном соотношении, перемешивают при заданной скорости в специальном устройстве до достижения выравнивания влажности всей зерновой массы [Пат. JP №2997096 В2, F26B 5/00, 11.01.2000]. Зерно ячменя влажностью 7 и 23% перемешивали в соотношении 3:1, сообщается, что лишь только через 3 дня влагообмен между сухим и влажным зерном составил ~90% от возможного [Henderson S. Journal of Agricultural Engineering Research 37 (1987) 163].
В качестве осушителей зерна сельскохозяйственных культур используют различные алюмосиликатные глинистые минералы, такие как слюда, иллит, монтмориллонит, каолинит, диккит [Пат. JP №Н03277205 A, F26B 5/16, 09.12.1991]. Известен способ сорбционной сушки зерна с использованием природного глинистого минерала бентонита, который смешивали с кукурузой, пшеницей или овсом в соотношении 1:1, процесс сорбции осуществляли в две последовательные стадии продолжительностью по 24 часа каждая с заменой осушителя перед второй стадией [Craham V.A., Bilanski W.K., Menzies D.R. Transactions of the ASAE 26 (1983) 1512].
Известен способ сушки семян сои, в котором их смешивали с силикагелем [Li Z, Kobayashi N., Watanabe Е, Hasatani М. Drying Technology: An International Journal, 20 (2002) 223], количество силикагеля составляло 25, 50 и 75% от массы сои, сушку осуществляли в неподвижном слое при температурах окружающей среды 293, 303 и 311 К в течение 12 часов. Силикагель использовали в качестве осушителя зерен кукурузы [Danziger М.Т., М Steinberg М.Р., Nelson A.I. Transactions of the ASAE 15 (1972) 1071], смешивание осуществляли в закрытом контейнере при соотношении 0,1-0,35 г силикагеля на 1 г зерен с начальной влажностью 25,7%, через 48 часов была достигнута равновесная влажность 22%) при минимальной добавке силикагеля и 14% - при максимальной.
В рассмотренных выше известных вариантах сорбционной сушки необходимые значения влажности зерна были достигнуты за продолженное время от 12 до 72 часов. Длительность процесса, обусловленная низкой скоростью диффузии прочно связанной влаги от внутренних слоев зерна к поверхности, является основным недостатком этих способов сушки и ограничивает их применимость.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ сушки сыпучих материалов [SU №928878, МПК F26B 5/16, опубл. 30.05.86 г., бюл. №20 (прототип)]. Способ заключается в контактировании материалов с твердым сыпучим адсорбентом при их перемешивании и перемещении в противотоке с последующей регенерацией адсорбента, целью которого являлось сокращение времени сушки и повышение качества. Сокращение времени сушки достигается тем, что размеры контактирующих частиц выбирают в соотношении 2:10 при размере крупных частиц не более 10 мм, а перемешивание ведут в барабане в насыпном слое с порозностью 0,2-0,5 при вращении барабана со скоростью, составляющей 0,2-0,8 от критической скорости частиц, и тем, что регенерацию адсорбента ведут путем его контакта с кипящим слоем катализатора полного окисления топлива в процессе сжигания последнего. В качестве обезвоживаемых материалов используют гранулы гидроксида алюминия, керамзит, зерно пшеницы, кормовые и лекарственные травы, овощи. В качестве адсорбента используют алюмосиликат и активную окись алюминия. Перед смешением обезвоживаемых материалов с адсорбентом последний нагревают до заданной температуры. В качестве примера описана сушка зерна пшеницы с начальной влажностью 25%, которую осуществляли активной окисью алюминия в три последовательных стадии, на каждой из которых смешивали зерно с адсорбентом в массовом соотношении 1:1, затем непрерывно перемешивали в герметичной колбе, отделяли зерно от адсорбента. Перед каждой стадией адсорбент предварительно нагревали до 70, 82 и 120°С, что при смешивании с пшеницей вызывало разогрев зерна до 35, 40 и 43°С соответственно. Влажность зерна после каждой стадии уменьшалась до следующих значений: 19,3, 17,2 и 11,8% соответственно. Общее время сушки (три стадии непрерывного контакта адсорбента с зерном по 4 мин каждая) составило 12 мин - это без учета времени, затраченного на отделение адсорбента и его подогрев.
К недостаткам данного способа следует отнести большой расход адсорбента, многостадийность процесса, включающего многократное смешивание и разделение компонентов; нагрев адсорбента перед каждой стадией; разогрев пшеницы до температуры, превышающей рекомендованное значение для семенного зерна; высокую температуру регенерации адсорбента. Требуемые значения влажности пшеницы не были достигнуты: после второй стадии сушки зерно характеризуются как «сырое» - влажность ≥17%, а после третьей становится пересушенным - влажность <14%.
Техническим результатом изобретения является уменьшение количества порошкового осушителя, сокращение стадий сушки и снижение энергоемкости процесса.
Технический результат достигается тем, что в способе контактной сушки зерна, включающем смешивание зерна с порошковым осушителем, удаление влаги из зерна при перемешивании смеси, отделение зерна и регенерацию осушителя, согласно изобретению, в качестве порошкового осушителя используют магний сернокислый MgSO, при массовом соотношении «зерно : осушитель», равным (2-6):1, при этом процесс сушки зерна осуществляют за один цикл, а регенерацию осушителя выполняют при температуре 150°С.
Перечисленные отличительные признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены при изучении других известных технических решений в данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения заключается в следующем.
Зерно относится к коллоидным капиллярно-пористым материалам, на кинетику сушки которых влияет не только температура сушильного агента, но и свойства самого материала. Специфические свойства зерна как объекта сушки в значительной мере обусловлены особым состоянием воды, содержащейся в зерне, и механизмом ее взаимодействия с веществами зерна. Для обоснованного выбора способа сушки необходимо учитывать различные формы связи влаги в зерне и последовательность ее удаления. Формы и виды связи влаги, находящейся в зерне, различны: от самой прочной, обусловленной молекулярными силами, до чистого механического удерживания на поверхности зерна. В зависимости от величины энергии связи принято различать: химически связанную, физико-химически связанную и физико-механически связанную влагу [Гинзбург А.С., Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов: Справочник, Москва, Легкая и пищевая промышленность, 1982, 280 с.; Казаков Е.Д., Кретович В.Л. Биохимия зерна и продуктов его переработки, Москва, Колос, 1980, 319 с.]. Физически и механически связанную воду можно удалить из зерна в процессе сушки. В случае удаления химически связанной воды структура веществ зерна необратимо разрушается.
Эффективность процесса сорбционной сушки зерна напрямую зависит от влагопоглощающих свойств сорбента. Магний сернокислый безводный MgSO4, как высушивавший агент, используется для обезвоживания в различных процессах [Гордин А., Форд. Р. Спутник химика. Физико-химические свойства, методики, библиография. - Москва, Мир, 1976, 541 с.]. Известно несколько кристаллогидратов сульфата магния MgSO4 ⋅ nH2O, где n=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 12. Наиболее устойчивыми являются кристаллогидраты с 7, 6 и 1 моль Н2О: эпсомит MgSO4 ⋅ 7Н2О, гексагидрат MgSO4 ⋅ 6Н2О и кизерит MgSO4 ⋅ H2O [Robson J. Am. Chem. Soc. 49 (1927) 2772].
Процесс термического разложения кристаллогидратов сульфата магния, особенно MgSO4 ⋅ 7Н2О, подробно исследован [Hamad S., Thermochimica Acta 13 (1975) 409; Emons H.-H, Ziegenbalg G., Naumann R., Paulik F. Journal of Thermal Analysis 36 (1990) 1265; van Essen K.M., Zondag H.A., Schuitema R., van Helden W.G.J, Rindt C.C.M. Journal of Solar Energy Engineering 131 (2009) 041014]. По справочным данным [Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник, Ленинград, Химия, 1978, 392 с.] MgSO4 ⋅ 7Н2О теряет 6 молекул Н2О при температуре 150°С, 7 молекул Н2О - при 200°С. Значения потери массы при полном разложении кристаллогидратов MgSO4 ⋅ 6Н2О и MgSO4 ⋅ 7Н2О составляют 47,31 и 51,16 мас. % соответственно.
Сульфат магния - это хорошо зарекомендовавшее и широко используемое в сельском хозяйстве дешевое удобрение, которое не загрязняет почву, обеспечивает растения необходимыми питательными веществами серой и магнием, поддерживает злаковые культуры во время зимовки. Магний, входящий в состав хлорофилла, участвует в аккумуляции растениями солнечной энергии в процессе фотосинтеза.
Высокие значения Н2О-емкости, невысокая температура регенерации и положительный опыт применения в сельском хозяйстве определили перспективность использования MgSO4 как порошкового осушителя для процесса контактной сушки зерна. Активизация процесса внутреннего влагопереноса в зерне достигается за счет экзотермического эффекта реакции образовании кристаллогидратов при контакте влаги зерна с порошковым осушителем. По сравнению с прототипом, данный факт позволяет исключить предварительный нагрев сорбента с целью его дополнительного использования в качестве теплоносителя, а не только как агента сушки.
Зерно, высушенное заявляемым способом с использованием сульфата магния, при употреблении в пищу не может нанести вред здоровью человека, поскольку по окончанию процесса сушки легко отделяется от порошкового осушителя ситовым способом. Стоит отметить, что на мукомольных предприятиях предусмотрена многостадийная обработка зерна перед помолом, включающая очистку от примесей, минеральных загрязнений и микроорганизмов сухим и мокрым способами, влаготепловую обработку гидротермическим способом [Кузьмина Н.П., Любарский Л.Н. Пшеница и оценка ее качества, Москва, Колос, 1967, 496 с.]. Сульфат магния является лекарственным средством, при пероральном приеме плохо всасывается - не более 20%. Максимальная доза для взрослых - до 40 г/сут. Тяжелые последствия от передозировки сульфатом магния могут наступить только при парентеральном введении в случае превышения терапевтической дозы [Справочник Видаль 2022. Лекарственные препараты в России. Изд-во Видаль Рус, 2022. 1120 с.].
Сущность изобретения демонстрируется следующими таблицами и иллюстрациями. В Таблице 1 приведены значения влажности зерна пшеницы и величина влагосъема в определенное время от начала процесса контактной сушки с порошковым осушителем MgSO4 (хч); температура регенерации 200°С; влажность зерна определена влагомером «ФАУНА - М» (РКГЯ 4.844.002 РЭ). В Таблице 2 приведены значения влажности зерна пшеницы и величина влагосъема в определенное время от начала процесса контактной сушки с порошковым осушителем MgSO4 (ч); температура регенерации 150°С; влажность зерна определена методом воздушно-тепловой сушки (ГОСТ 13586.5-2015). В Таблице 3 приведены качественные показатели зерна после контактной сушки зерна пшеницы, отобранного в период уборочной кампании; порошковый осушитель MgSO4 (ч); температура регенерации 150°С; влажность зерна определена методом воздушно-тепловой сушки (ГОСТ 13586.5-2015). На Фиг. 1 приведены оптические снимки зерна пшеницы после процесса контактной сушки и отсева сульфата магния. На Фиг. 2 приведены кинетические зависимости: 1 - влажности зерна пшеницы, 2 - величины влагосъема в процессе контактной сушки с порошковым осушителем MgSO4 (хч), температура регенерации 200°С; влажность зерна определена влагомером «ФАУНА - М» (РКГЯ 4.844.002 РЭ). На Фиг. 3 приведены кинетические зависимости: 1 - влажности зерна пшеницы, 2 - величины влагосъема в процессе контактной сушки с порошковым осушителем MgSO4 (ч), температура регенерации 150°С; влажность зерна определена методом воздушно-тепловой сушки (ГОСТ 13586.5-2015).
Способ подтверждается конкретными примерами.
Пример 1. В качестве объекта сушки используют зерно пшеницы влажностью 22%. Определение влажности зерна выполняют с помощью специализированного портативного аппарата влагомер «ФАУНА - М» (РКГЯ 4.844.002 РЭ). В качестве осушителя используют химический реактив магний сернокислый 7-водный MgSO4 ⋅ 7H2O (ГОСТ4523-77) квалификации «химически чистый», температура предварительной обработки осушителя составляла 200°С.
Контактную сушку зерна проводят следующим образом. Партию зерна массой 200 г равномерно перемешивают с осушителем в соотношении 2:1, 4:1, 6:1, помещают в закрытую емкость и перемешивают. Контроль влажности зерна выполняют через 5, 15, 30, 60, 90 мин от начала процесса сушки. По окончанию сушки смесь зерна с осушителем помещают на сито с размером ячейки 2 мм и разделяют. Качество разделения отражают оптические снимки зерна пшеницы после процесса контактной сушки и отсева сульфата магния, которые представлены на фиг. 1.
Значения влажности зерна пшеницы и величина влагосъема, которая рассчитывалась как разность между начальной и конечной влажностью, в определенное время от начала процесса контактной сушки приведены в таблице 1, кинетические зависимости для этих параметров представлены на фиг. 2. Наиболее интенсивно поглощение влаги порошковым осушителем происходит за 5 минут от начала процесса сушки. Величина влагосъема в этот период максимальна и составляет 3,6% для соотношения «зерно/осушитель»=2:1, -3% - для 4:1 и 6:1. Через 60 минут от начала сушки во всех случаях достигается требуемая влажность зерна 16%. Через 90 минут от начала процесса сушки влажность зерна составляет 14,6-15,5%. Значения влажности сохраняются на уровне 14-15% через 1 час после выдержки зерна без осушителя в открытом стакане при толщине слоя 3 см, что подтверждает равномерность снятия влаги активным компонентом и эффективность процесса контактной сушки.
Эксперименты с разным соотношением «зерно / осушитель» показали, несмотря на то, что при соотношении 6:1 процесс сушки протекает менее интенсивно, это не является недостатком. Плавный влагосъем, когда в процессе сушки влага успевает диффундировать к поверхности зерна, т.е. скорость диффузии воды внутри зерна ≥ скорости поглощения осушителем, исключает пересушку приповерхностного слоя и возможное растрескивание зерен.
Пример 2. В качестве объекта сушки используют зерно пшеницы влажностью 24-25%. Определение влажности зерна пшеницы выполняют методом воздушно-тепловой сушки [ГОСТ 13586.5-2015. Зерно. Метод определения влажности. Москва, Стандартинформ, 2019]. В качестве осушителя используют химический реактив магний сернокислый 7-водный MgSO4 ⋅ 7H2O (ГОСТ4523-77) квалификации «чистый», температура предварительной обработки осушителя составляла 150°С.
Контактную сушку зерна проводят следующим образом. Партию зерна массой 20 г равномерно перемешивают с осушителем в соотношении 2:1, 4:1, 6:1, помещают в закрытую емкость и перемешивают. Контроль влажности зерна выполняют через 5, 15, 30, 60, 90, 150 мин для соотношения 2:1 и 4:1 и 5, 15, 30, 60, 90, 150, 210 мин для соотношения 6:1 от начала процесса сушки.
Значения влажности зерна пшеницы и величина влагосъема в определенное время от начала процесса контактной сушки приведены в таблице 2, кинетические зависимости для этих параметров представлены на фиг. 3. Приведенные данные показывают, что в качестве порошкового осушителя зерна можно успешно использовать более дешевый сульфат магния MgSO4 ⋅ 7H2O квалификации «чистый». Температуру предварительной обработки осушителя рекомендуется снизить до 150°С. Оптимальным режимом процесса контактной сушки зерна можно считать соотношение «зерно / осушитель=4:1.
Пример 3. В качестве объекта сушки используют зерно пшеницы влажностью 24%. Определение влажности зерна пшеницы и контактную сушку выполняют, как описано в примере 2. В качестве осушителя применяют сульфат магния, использованный в сушке зерна в примере 2. Предварительно осушитель регенерируют при температуре 150°С. Соотношение «зерно / регенерированный осушитель» составляет 4:1. Значения влажности зерна пшеницы и величина влагосъема в определенное время от начала процесса контактной сушки приведены в таблице 2. Анализ данных таблицы 2 показывает, что повторное использование сульфата магния не ухудшает его влагопоглощающих свойств, что позволяет многократно использовать осушитель, подвергая его регенерации, что не снижает эффективности процесса сушки.
Пример 4. В качестве объекта сушки используют партию свежеубранного зерна пшеницы, отобранную непосредственно в период уборочной кампании. Исходное свежеубранное зерно имеет пониженные семенные и технологические достоинства, так как ко времени уборки не достигает физиологической спелости [Трисвятский Л.А., Лесик Б.В., Курдина И.Н. Хранение и технология сельскохозяйственных продуктов, Москва, Агропромиздат, 1991, 415 с.]. Полная физиологическая зрелость зерна, наивысшая всхожесть и энергия прорастания наступают по истечении периода послеуборочного дозревания, которое становится возможным лишь при низкой влажности зерна. Послеуборочное дозревание у зерновых составляет не менее 40 дней, включает целый комплекс процессов, которые в случае благоприятных условий повышают энергию прорастания и всхожесть семян [Егоров Г.А. Технологические свойства зерна, Москва, Агропромиздат, 1985, 334 с.].
Влажность свежеубранного зерна составляла 21-26%. Определение влажности зерна, подготовку осушителя, контактную сушку проводят, как описано в примере 2. Соотношение «зерно / осушитель» составляет 2:1,4:1.
Для контроля возможного разогрева зерновой массы при контакте с сульфатом магния определяют температуру смеси более влажного зерна с осушителем. Температура зерна с начальной влажностью 26% составляла 23°С. После смешивания этого зерна с осушителем в соотношении 4:1 через 2 минуты от начала процесса контактной сушки температура увеличилась до 34°С за счет экзотермического эффекта реакции образовании кристаллогидратов.
По окончанию процесса контактной сушки свежеубранного зерна определяют энергию прорастания и всхожесть семян [ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. Москва, Издательство стандартов, 2004] (Таблица 3). Анализ данных таблицы 3 показывает, что предлагаемый контактный способ сушки зерна улучшается энергию прорастания и всхожесть семян повышенной влажности ~26% по сравнению с контрольным образцом, высушенным на воздухе.
Таким образом, заявляемый способ контактной сушки является простым, эффективным и ресурсосберегающим, исключает перегрев зерна и обеспечивает мягкие условия сушки по сравнению с другими способами, осуществляется за один цикл, позволяет достигнуть требуемых значений влажности зерна при сохранении их качественных показателей.
Claims (1)
- Способ контактной сушки зерна, включающий смешивание зерна с порошковым осушителем, удаление влаги из зерна при перемешивании смеси, отделение зерна и регенерацию осушителя, отличающийся тем, что в качестве порошкового осушителя используют магний сернокислый MgSO4, при массовом соотношении «зерно : осушитель», равном (2-6):1, при этом процесс сушки зерна осуществляют за один цикл, а регенерацию осушителя выполняют при температуре 150°С.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788857C1 true RU2788857C1 (ru) | 2023-01-25 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU21823A1 (ru) * | 1929-08-19 | 1931-07-31 | М.С. Дунин | Способ сушки сем н |
SU145854A1 (ru) * | 1961-02-01 | 1961-11-30 | М.А. Филимонов | Влагопоглощающее вещество дл сушки сем н |
SU928878A1 (ru) * | 1980-05-28 | 1986-05-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Катализа Со Ан Ссср | Способ сушки сыпучих материалов |
SU1511554A1 (ru) * | 1987-04-08 | 1989-09-30 | У.Д.Брегвадзе | Обезвоживающий материал дл эксикатора |
CN105339748A (zh) * | 2013-03-15 | 2016-02-17 | 维卓尼特服务公司 | 煤和矿物浆料的干燥方法和系统 |
RU2588529C1 (ru) * | 2015-03-26 | 2016-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Коралайна Инжиниринг" | Установка для обезвоживания мелких классов рудных и нерудных материалов |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU21823A1 (ru) * | 1929-08-19 | 1931-07-31 | М.С. Дунин | Способ сушки сем н |
SU145854A1 (ru) * | 1961-02-01 | 1961-11-30 | М.А. Филимонов | Влагопоглощающее вещество дл сушки сем н |
SU928878A1 (ru) * | 1980-05-28 | 1986-05-30 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Катализа Со Ан Ссср | Способ сушки сыпучих материалов |
SU1511554A1 (ru) * | 1987-04-08 | 1989-09-30 | У.Д.Брегвадзе | Обезвоживающий материал дл эксикатора |
CN105339748A (zh) * | 2013-03-15 | 2016-02-17 | 维卓尼特服务公司 | 煤和矿物浆料的干燥方法和系统 |
RU2588529C1 (ru) * | 2015-03-26 | 2016-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Коралайна Инжиниринг" | Установка для обезвоживания мелких классов рудных и нерудных материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sivakumar et al. | Fluidized bed drying of some agro products–A review | |
TWI491360B (zh) | 經熱處理之麵粉 | |
Soponronnarit et al. | Drying characteristics of corn in fluidized bed dryer | |
US5447742A (en) | High temperature/short time process for the production of lime cooked corn derivatives | |
JPH01503208A (ja) | 揮発性成分を分離する方法 | |
Pedro et al. | Effect of drying method on the adsorption isotherms and isosteric heat of passion fruit pulp powder | |
Rastogi et al. | Kinetics of osmotic dehydration of coconut | |
Pradana et al. | Seaweed drying process using tray dryer with dehumidified air system to increase efficiency of energy and quality product | |
Chua et al. | Recent advances in hybrid drying technologies | |
Singh et al. | Sorption isotherms of barnyard millet grain and kernel | |
RU2788857C1 (ru) | Способ контактной сушки зерна | |
Iglesias et al. | A survey of temperature effects on gab monolayer in foods and minimum integral entropies of sorption: A review | |
Igbeka et al. | Moisture isotherms of a processed meat product—Bologna | |
Djaeni et al. | Drying rate of onion (Allium cepa L.) drying using air dehumidification with silica gel | |
Gumus et al. | The effect of temperature on drying rate of agro food: Corn (Maize) and Ogbono (Irivingia gabonnensis) | |
RU2520142C2 (ru) | Способ производства плодоовощных чипсов | |
Ahmad et al. | Grain process engineering | |
Jafari et al. | Drying Technology in Food Processing: Unit Operations and Processing Equipment in the Food Industry | |
Barta | Fruit drying principles | |
Fomenko et al. | Sorption Drying of Wheat Seeds Using Kieserite as a Solid Desiccant | |
Bashir et al. | Drying kinetics for vegetable seeds with Zeolite beads | |
MX2007008369A (es) | Metodo de fabricacion de zeolitas de superficie parcialmente modificada para ser utilizadas como secuestrantes de micotoxinas de amplio espectro. | |
BR112013020645B1 (pt) | métodos e sistemas úteis para secar etanol | |
SU1665207A1 (ru) | Способ сушки термочувствительных материалов | |
SU1588353A1 (ru) | Способ сушки цветочной пыльцы |