Способ переработки крахмалсодержащего материала и устройство для его осуществления
Изобретение относится к способу переработки крахмалсодержащего материала в пивоварении и устройству для этого. Способ включает следующие операции: образование суспензии зерен, содержащих крахмал, в воде; измельчение суспензии в приспособлении для измельчения и диспергирование; отделение получающейся шелухи от зерен; измельчение зерна на более мелкие осколки; разрушение клеточных стенок осколков, по меньшей мере, частично; транспортирование дисперсии в улавливающую емкость. Устройство для его осуществления имеет приспособление для измельчения и диспергирования зерен, содержащих крахмал, которое выполнено в виде штифтовой мельницы. Она содержит, по меньшей мере, один статор с, по меньшей мере, одним кольцеобразно расположенным рядом штифтом и, по меньшей мере, один ротор с, по меньшей мере, одним кольцеобразно расположенным рядом штифтов, впускное отверстие и выпускное отверстие. Изобретение позволяет обеспечить более высокий выход сбраживаемых экстрактов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к способу переработки крахмалсодержащего материала в пивоварении.
При известном способе переработки крахмалсодержащего материала в пивоварении (см. Ф.Главачек, А.Лхотский "Пивоварение" 1977, стр.98-99) крахмалсодержащий материал смешивают с водой с последующим измельчением и подачей полученной смеси в улавливающую емкость.
При известном способе изготовления пивного солода путем расплющивания и растирания, по меньшей мере, частично от зерен отделяют лузгу и частично расплющивают крахмальное зерно. При этом зерна крахмала слипаются с лузгой, которая отделяется при обработке крахмала. Зерна крахмала сохраняют частично сравнительно крупные размеры.
В известном процессе помола клеточные стенки зерен крахмала частично сохраняются и разрушаются лишь частично. В первом случае при заключительном ферментном разложении уменьшается степень разложения. Даже при более длительной продолжительности образования лузги этот недостаток не удается устранить полностью. Соответственно уменьшается выход сбраживаемых молекул сахара.
Для известных способов помола необходимы многочисленные меры по предотвращению взрывов пыли и возгорании в установках.
В основу изобретения положена задача создания способа для измельчения крахмалсодержащего материала, который обеспечивает более высокий выход сбраживаемых экстрактов. И более безопасную работу.
Эта задача решается способом, при котором смешивание с водой осуществляют с получением суспензии, которую направляют на измельчение.
За счет того, что из зерен, содержащих крахмал, сначала образуют суспензию в воде и подводят к устройству для измельчения только в виде суспензии, зерна лучше измельчаются, причем осколки зерен распределяются значительно благоприятнее, чем в обычных способах. Осколки сильнее измельчаются механически. На основе высокой степени измельчения и хорошей равномерности распределения зернистости обеспечивается лучшее и более быстрое ферментное разложение крахмалсодержащих зерен. Благодаря этому выход экстракта ощутимо улучшается и поэтому значительно снижаются расходы на конечный продукт. Вследствие измельчения содержащих крахмал зерен в суспензии в солод вводится меньше кислорода, чем в обычных способах. В новом способе температура измельчающего приспособления ниже и находится поэтому в диапазоне, благоприятном для фермента. Благодаря измельчению содержащих крахмал зерен в суспензии отпадает также необходимость встраивания в установку устройств, защищающих от взрыва.
За счет выполнения дополнительных операций, касающихся увлажнения зерен, содержащих крахмал, предпочтительно на участке кондиционирования перед образованием суспензии или увлажнения зерен, содержащих крахмал, водой в течение заданного промежутка времени перед образованием суспензии, шелуха становится более эластичной и, по меньшей мере, частично теряет свою хрупкость, благодаря чему разрушение лузги уменьшается, и поэтому лузга легче и в большем объеме отделяется от крахмалсодержащих зерен.
Перед образованием суспензии из зерен, содержащих крахмал, с помощью устройства для удаления лузги с зерен, по меньшей мере, частично снимают лузгу и отделяют ее от них, лузгу отдельно подводят к улавливающей емкости, лузга меньше измельчается, что прежде всего облегчает и улучшает фильтровку солода в фильтрационном чане.
Перед образованием суспензии из крахмалсодержащих зерен их предварительно подвергают грубому помолу, что сокращает продолжительность способа и уменьшает пики потребления энергии
Смесь из улавливающей емкости один или несколько раз возвращают в приспособление для измельчения, можно повысить механическое измельчение и у неочищенных плодов, отказавшись от отварочного способа.
Согласно еще одной форме выполнения смесь из улавливающей емкости один или несколько раз подают на измельчение.
В основе изобретения лежит также задача создания устройства для осуществления способа.
Известно устройство, содержащее измельчающее приспособление с, по меньшей мере, одним ротором, по меньшей мере, одним статором, впускным и выпускным отверстиями, причем ротор и статор снабжены расположенными кольцеобразно рабочими органами, выполненными в виде рядов стержней, а также улавливающую емкость. Такое устройство описано в публикации "Lueger" Lexikon der Technik, Band 16, Seite 364.
Известная стержневая мельница имеет тот недостаток, что она не позволяет размельчение в суспензии с высокими скоростями и с высокими гидромеханическими усилиями, что обеспечивает высокий выход экстрактивных веществ.
Эта задача решается тем, что ряды стержней ротора расположены в радиальном направлении внутри рядов стержней статора, между рядом стержней ротора и рядом стержней статора предусмотрено радиальное расстояние, которое больше, чем рабочий зазор обоих рядов стержней.
Несмотря на высокую степень измельчения крахмалсодержащего материала, достигается такое качество лузги, которое позволяет фильтровать солод в фильтровальном чане в пределах обычных отрезков времени.
При этом статор и ротор имеют каждый два или более рядов стержней, которые расположены по середине друг к другу, причем ряды стержней ротора и ряды стержней статора имеют взаимное расстояние в свету, соответствующее радиальному размеру стержней.
Устройство согласно изобретению снабжено двумя или более группами ротор-статор, расположенными предпочтительно аксиально, причем ротор каждой из групп соединен общим приводным валом, статор каждой из групп расположен в отдельном корпусе, корпуса всех групп расположены аксиально друг к другу и впускное отверстие последующей группы примыкает к отверстию предыдущей группы, при этом ротор и статор последующей группы имеет большее количество стержней, чем предыдущей группы, и/или выемки между стержнями последующей группы более узкие, чем предыдущей группы и/или расстояние в свету между двумя смежными рядами стержней последующей группы меньше, чем предыдущей группы.
При этом предусмотрен регулируемый клапан, установленный в сливном трубопроводе, который подключен в рабочем направлении к последней ротор-статор-группе.
Согласно еще одной форме выполнения стержни на роторе и/или статоре образованы окружными участками круговой стены с заданной толщиной, которые разделены выемками с заданным интервалом по окружности. При этом выемки образованы шлицами, которые расположены или радиально или имеют как радиальную, так и тангенциальную составляющую.
При еще одной форме выполнения количество стержней ротора меньше, чем количество стержней статора.
Стержни расположенного внутри ряда стержней статора и/или ротора имеют меньшую высоту, чем стержни расположенного снаружи ряда, при этом стержни на роторе имеют различную высоту.
Ниже изобретение поясняется более подробно примерами выполнения. При этом на
Фиг.1 показана блок-схема устройств для помола крахмалсодержащего материала в суспензии;
Фиг.2 - блок-схема устройств для помола крахмалсодержащего материала в суспензии с предварительным участком отмачивания и приспособлением для отделения лузги;
Фиг.3 - вид с частичным разрезом устройства проведения способа с частичным разрезом по Фиг.1 или Фиг.2;
Фиг.4 - увеличенный вырез по Фиг.3;
Фиг.5 - по одному виду сверху на ротор или статор, и на
Фиг.6 - устройство согласно изобретению по Фиг.3 и Фиг.4.
В способе, представленном на Фиг.1, стрелка 10 обозначает заполнение солодом 10 емкости 11 для замачивания в определенном количестве. По водопроводу 12 с запорным клапаном 13 в емкость 11 подают воду, которой замачивают солод с получением в емкости 11 суспензии из солода и воды.
Суспензия 14 подводится в измельчающее устройство в виде стержневой мельницы 15, в которой осуществляется помол зерен солода, имеющихся в суспензии. При этом от зерен солода отделяется имеющаяся у них лузга, а сами зерна измельчаются, то есть они разделяются на маленькие осколки, образующие смесь в воде, являющейся жидкостью-носителем. Кроме того, происходит дальнейшее разрушение клеточных стенок зерен крахмала, содержащихся в зернах. Возникающую при этом смесь 16 направляют по трубопроводу 17 с регулирующим клапаном 18 в улавливающую емкость 19. В качестве улавливающей емкости 19 применяют в основном емкость для солода, покрытого кожухом 21. С помощью регулирующего клапана 18 можно изменять длительность обработки суспензии 16 в устройстве размельчения.
В зависимости от свойств солода может быть целесообразно пропускать смесь 16 еще раз или еще несколько раз через устройство 15, действующую в качестве диспергирующего приспособления. Для этого на дне или вблизи от дна улавливающей емкости 19 предусмотрен возвратный трубопровод 22, снабженный возвратным насосом 23 и примыкающий к подводящему трубопроводу 24 стержневой мельницы 15. Таким образом, солод дробят несколько раз и при этом происходит дальнейшее измельчение и тонкое диспергирование.
В способе, показанном на Фиг.2, перед образованием суспензии в воде солод 10 закладывают в емкость 25 для предварительного отмачивания водой и при этом увлажняют или размягчают в течение определенного промежутка времени. Вследствие этого лузга зерна увлажняется и тем самым становится более мягкой и менее разрушаемой. Увлажненный солод 26 через трубопровод 27 подводят к приспособлению 28 для отделения лузги. Там лузгу отделяют от зерен. Смесь из зерен солода, отделенных от лузги, и лузги направляют по трубопроводу 29 в емкость 31 для замачивания.
Сначала емкость 31 для замачивания имеет функцию, аналогичную функции емкости 11 для замачивания в способе, показанном на Фиг.1. По водопроводу 32 с запорным клапаном 33 в емкость 31 для замачивания подводят воду и при этом солод, отделенный от лузги, размягчается и таким образом в емкости 31 для замачивания образуется суспензия 34 из солода и воды.
Наряду с этим емкость 31 для замачивания имеет еще и другую функцию, а именно: одного из приспособлений для разделения. От суспензии 34 из воды, солода и лузги отделяется сверху лузга и собирается на поверхности 35 суспензии 34 в виде слоя 36 из лузги. На высоте уровня 35 жидкости на емкости для замачивания расположен перелив 37. К нему присоединен трубопровод 38, входящий в улавливающую емкость 19. Посредством перелива 37 в суспензии 34 от зерен солода отделяется лузга и отдельно подводится к улавливающей емкости 19.
Далее, как показано в способе согласно Фиг.1, в значительной мере освобожденную от лузги суспензию 34 подводят к устройству 15, в котором дробят зерна солода, содержащиеся в суспензии 34, содержащей зерна солода, и диспергируют в жидкости. Смесь 39 направляют по трубопроводу 17 в улавливающую емкость 19.
В случае необходимости смесь 39 еще раз или несколько раз можно пропускать через устройство 15, для того чтобы еще более измельчить и еще мельче диспергировать раздробленные частицы зерен солода, как это показано в способе согласно Фиг.1. В этом случае является все же целесообразным отводить лузгу 36, отделенную от суспензии 34 в емкости для замачивания, в улавливающую емкость 19 не непосредственно, а сначала промежуточно складировать в другой, не показанной на чертеже, улавливающей емкости, и после окончания процесса дробления солода и диспергирования подводить смесь 39 в улавливающую емкость 19.
В предложенном устройстве, имеющем ряд (66, 67) штифтов ротора (55), расположенных в радиальном направлении внутри ряда (76, 77) штифтов статора (56), используют эффект центрифуги ротора для улучшения и ускорения прохождения продукта помола через устройство.
В предложенном устройстве, имеющем между рядом (66, 67) штифтов ротора (55) и рядом (76, 77) штифтов статора (56) радиальное расстояние, которое больше, чем рабочий зазор обоих рядов (66, 67, 76,77) стержней, используются срезающие усилия, возникающие в зазоре между рядами стержней ротора и статора в несущей жидкости, для измельчения зерен крахмала.
В предложенном устройстве, в котором ротор (55) имеет два или более ряда (76, 77) стержней, расположенных с одним центром, статор (56) имеет два или более ряда (76, 77) стержней, расположенных с одним центром, ряды (66, 67) стержней ротора (55) и ряды (76, 77) стержней статора (56), имеет место такое взаимное расстояние в свету, которое соответствует радиальному размеру стержней другой части, обеспечивает за один проход размалываемого продукта многократное, т.е. многостержневое измельчение зерен и их осколков. В устройстве, в котором имеются две или более группы (47, 48, 49) ротор-статор, эти группы (47, 48, 49) расположены предпочтительно аксиально, на одной прямой друг с другом, ротор (51, 53, 55) каждой из групп (47, 48, 49 соединен с общим приводным валом (32), статор (52, 54, 56) каждой из групп (47, 48, 49) расположен в собственном отдельном корпусе (57, 58, 59), с которым он разъемно соединен, корпуса (57, 58, 59) всех групп (47, 48, 49) расположены аксиально, рядом друг с другом на одной прямой и разъемно соединены друг с другом, впускное отверстие последующей группы (48, 49) примыкает к выпускному отверстию предыдущей группы (47, 48), целесообразно, по меньшей мере, в одной части последующих групп (48, 49) ротор-статор согласовать ротор (55) и статор (56) друг с другом таким образом, чтобы получить более высокую степень измельчения, а именно, в частности, путем увеличения числа стержней (66, 67, 76, 77) и/или путем сужения выемок (71, 72, 81, 82) между стержнями и/или путем уменьшения расстояния в свету двух соседних друг с другом рядов (66, 76, 76, 67, 67, 77) стержней, за один проход размалываемого продукта обеспечивается многократное измельчение зерен и их осколков, не слишком увеличивая диаметр устройства. Так как отдельные группы статор-ротор размещены, каждая в своем собственном корпусе, которые разъемно соединены друг с другом, устройство легко монтируется и демонтируется. Поэтому в случае необходимости их также легче обслуживать и очищать. Кроме того, группы статор-ротор с заданными параметрами для определенного помола легче заменяются на такие группы, параметры которых лучше согласуются с требованиями другого помола, или параметры которых лучше согласуются со степенью измельчения помола для предыдущих групп статор-ротор.
В устройстве, в котором имеется регулируемый дроссельный клапан (18), который монтирован в сливной трубопровод (17), который подключен в направлении протекания к последней группе (49) ротор-статор, изменяется время обработки помола в устройстве и облегчается регулировка в соответствии с различными требованиями к различному сырью.
В устройстве, в котором стержни (66, 67, 76, 77) на роторе (55) и/или на статоре (56) образованы окружными участками круговой кольцеобразной стены (68, 69, 78, 79) с заданной толщиной стенки, которые с помощью выемок (71, 72, 81, 82) отделены друг от друга с заданным интервалом по окружности, упрощается и удешевляется изготовление рядов стержней, причем, кроме того, отпадает необходимость в специальной сборке.
Устройство, в котором выемки (71, 72, 81, 82) образованы прорезями, которые расположены либо радиально или его расположение имеет как радиальную, так и тангенциальную составляющую, наряду с ее функцией измельчения имеет также значительную нагнетательную способность, которая особенно высока при направленности прорези как с радиальной, так и с тангенциальной составляющей.
В устройстве, в котором количество стержней (66, 67) ротора (55) меньше, чем количество стержней (76, 77) статора (56), предотвращается пульсация, возникающая одновременно по всему периметру устройства, и вместе с тем также резонансные колебания в столбах жидкости.
В устройстве, в котором у нескольких рядов (66, 67, 76, 77) стержней на роторе (55) и/или статоре (56), стержни (66) ряда стержней, расположенного внутри, имеют меньшую высоту, чем стержни (67) другого ряда стержней, расположенного снаружи, стержни (66, 67) расположены предпочтительно с разной высотой на роторе (55), облегчается проход еще сравнительно больших вначале зерен в мелющий зазор рядов стержней.
В соответствии с Фиг.3 и Фиг.4 устройство 15, показанное на Фиг.1 и Фиг.2 лишь схематически, поясняется на конкретном примере выполнения.
Далее приводится пример выполнения способа переработки крахмалсодержащего материала в пивоварении.
Пример
Солод (ячменя, пшеницы, кукурузы и т.п.) и/или несоложенный материал в пропорциональном соотношении подают через подводной трубопровод 10 в заторную емкость 11. Одновременно трубопроводом 12 подают требуемую заторную воду в заторную емкость 11 в пропорциональном к материалу количестве. Подачей твердого вещества и воды в пропорциональном количестве получают суспензию, соотношение жидкости к твердому веществу в которой составляет от 1:1 до 4:1 в зависимости от исходного материала и метода брожения. Таким образом на 1 кг твердого материала приходится от 1 до 4 л воды.
Суспензию подают через трубопровод 24 к мельнице 15. В этой мельнице отделяют от зерен возможно имеющуюся лузгу и зерна, в частности эндосперм, дробят на мелкие осколки, при этом разрушают клеточную структуру подлежащих дроблению зерен крахмала и делают их проницаемыми для ферментов.
Полученную дисперсию 16 перекачивают в улавливающую емкость 19, где нерастворимые в воде агломераты крахмала переводятся ферментами в поддающиеся брожению молекулы сахара.
Имеющиеся в дисперсии частицы имеют величину от 20 до 100 мкм. Эту дисперсию можно подавать по трубопроводу 22 насосом 23 повторно к стержневой мельнице, вследствие чего можно достигнуть размера частиц от 5 до 200 мкм. Выход расщепленного крахмала примерно на 10% выход, достигаемый известным способом.
1. Способ переработки крахмалсодержащего материала в пивоварении, при котором крахмалсодержащий материал смешивают с водой с последующим измельчением и подачей полученной смеси в улавливающую емкость, отличающийся тем, что смешивание с водой осуществляют с получением суспензии, которую направляют на измельчение.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что крахмалсодержащий материал перед суспендированием увлажняют.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что крахмалсодержащий материал перед суспендированием отмачивают в воде.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что крахмалсодержащий материал перед суспендированием подают на удаление лузги и удаленную лузгу подают в улавливающую емкость.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что крахмалсодержащий материал перед суспендированием подвергают грубому дроблению.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что смесь из улавливающей емкости один или несколько раз подают на измельчение.
7. Устройство для проведения способа по п.1, содержащее измельчающее приспособление с, по меньшей мере, одним ротором, по меньшей мере, одним статором, впускным и выпускным отверстиями, причем ротор и статор снабжены расположенными кольцеобразно рабочими органами, выполненными в виде рядов стержней, а также улавливающую емкость, отличающееся тем, что ряды стержней ротора расположены в радиальном направлении внутри рядов стержней статора, между рядом стержней ротора и рядом стержней статора предусмотрено радиальное расстояние, которое больше, чем рабочий зазор обоих рядов стержней.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что статор и ротор имеют каждый два или более рядов стержней, которые расположены посередине друг к другу, причем ряды стержней ротора и ряды стержней статора имеют взаимное расстояние в свету, соответствующее радиальному размеру стержней.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено двумя или более группами ротор-статор, расположенными предпочтительно аксиально, причем ротор каждой из групп соединен общим приводным валом, статор каждой из групп расположен в отдельном корпусе, корпуса всех групп расположены аксиально друг к другу, и впускное отверстие последующей группы примыкает к отверстию предыдущей группы, при этом ротор и статор последующей группы имеет большее количество стержней, чем предыдущей группы, и/или выемки между стержнями последующей группы более узкие, чем предыдущей группы, и/или расстояние в свету между двумя смежными рядами стержней последующей группы меньше, чем предыдущей группы.
10. Устройство по пп.7-9, отличающееся тем, что предусмотрен регулируемый клапан, установленный в сливном трубопроводе, который подключен в рабочем направлении к последней ротор-статор-группе.
11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что стержни на роторе и/или статоре образованы окружными участками круговой стены с заданной толщиной, которые разделены выемками с заданным интервалом по окружности.
12. Устройство по пп.7-9, отличающееся тем, что выемки образованы шлицами, которые расположены или радиально, или имеют как радиальную, так и тангенциальную составляющую.
13. Устройство по п.7, отличающееся тем, что количество стержней ротора меньше, чем количество стержней статора.
14. Устройство по п.7, отличающееся тем, что стержни расположенного внутри ряда стержней статора и/или ротора имеют меньшую высоту, чем стержни расположенного снаружи ряда, при этом стержни на роторе имеют различную высоту.
