Установка для тепловой обработки зерна и комбикормов

Изобретение относится к технике приготовления в животноводческих хозяйствах комбикормов повышенного качества и санитарной чистоты для молодняка животных и птицы, требующих тепловой обработки как зерна, так и рассыпного комбикорма. Установка для тепловой обработки зерна и комбикормов включает рабочую камеру с загрузочным и выгрузным шлюзами, размещенное в камере устройство для разрыхления слоя продукта в виде вала с лопастями, систему генерации и подвода тепла, устройство подачи свежего пара низкого давления и систему контроля и управления параметрами обработки. Рабочая камера совмещена с системой генерации и подвода тепла для осуществления обработки продукта одновременно или по отдельности кондуктивным, конвективным и пароконвективным способами в активно перемешиваемом псевдоожиженном слое с возможностью получения продукта различного вида. Рабочая камера выполнена в виде сосуда цилиндрической формы с усеченным коническим основанием, имеющего крышку, днище, термоизоляцию и защитный кожух. На наружной поверхности цилиндрической части сосуда размещены кольцевые электрические нагревательные элементы. На крышке сосуда по его центральной оси размещен загрузочный шлюз и на расстоянии 1/2-2/3 радиуса от центральной оси по кругу - форсунки для впрыска воды и жидких добавок. Устройство подачи свежего пара низкого давления расположено с внешней стороны днища сосуда. Устройство для разрыхления продукта дополнительно имеет два-четыре неподвижных завихрителя, и его лопасти выполнены наклонными и насажены на валу ярусами от одного до трех в зависимости от высоты сосуда. Использование изобретения позволит обеспечить многофункциональность и комбинирование режимов тепловой обработки зерна и комбикормов, а также повысить качество готового продукта. 1 ил.

 

Изобретение относится к технике приготовления в животноводческих хозяйствах комбикормов повышенного качества и санитарной чистоты для молодняка животных и птицы, требующего тепловой обработки как зерна, так и рассыпного комбикорма.

Тепловая обработка зерна и комбикормов применяется в различных процессах:

- кондиционирование (обработка влажным паром с нагревом продукта до 85°С и увлажнением 30%);

- варка (влаготепловая обработка острым паром при температуре 100-110°С);

- обеззараживание и стерилизация (обработка паром или горячим воздухом при температуре 85-120°С);

- жарение (обработка сухим жаром при температуре 250-300°С с нагревом продукта до 180-200°С) и прочих.

Параметры обработки - температура, влажность, продолжительность, гидродинамическое состояние слоя продукта являются специфическими для того или иного процесса. Это привело к созданию специализированных устройств и использованию необоснованно широкой номенклатуры технических средств для тепловой обработки зерна и комбикормов.

Известно устройство для сушки семян подсолнечника, состоящее из рабочей (сушильной) камеры, внешней нагревательной системы, включающей вентилятор высокого давления, электрокалорифер и щит управления (С.Н.Кузьмин, В.В.Коняхин. Установка для сушки семян подсолнечника в крестьянских фермерских хозяйствах. Ж-л "Механизация и электрификация сельского хозяйства". М., 2000, №4, с.10-11).

Сушильная камера выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося кверху, в нижем сечении которого установлена воздухоразделительная решетка, а в верхнем - крышка с люком для загрузки семян. Камера устанавливается на воздухоприемнике, который связан через электрокалорифер с вентилятором, и имеет выгрузной патрубок с заслонкой для выгрузки семян. Работа устройства основана на продувке слоя продукта горячим воздухом, напор которого должен превышать вес продуваемого слоя для перевода последнего в псевдоожиженное состояние.

Недостатком данного устройства является его узкоспециализированное назначение, а также неизбежные отклонения в гидродинамике псевдоожиженного слоя от оптимального режима при изменении физико-механических свойств продукта (дисперсность, влажность, угол естественного откоса, насыпной вес и т.п.), в результате чего нарушается равномерность обработки и ухудшается качество готового продукта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является технология тепловой обработки зерна и комбикормов парогазом, известная под названием "Система АРС" (А.Теляков. Анаэробное кондиционирование сырья. Ж-л "Комбикорма", М., 2003, №7, с.21). Система АРС состоит из вертикально расположенной камеры с загрузочным и выгрузным ротационными шлюзами, ротора с винтообразными лопастями, вращающегося с небольшой окружной скоростью внутри рабочей камеры, парогазогенератора, снабжающего рабочую камеру смесью топочных газов и пара с варьируемыми независимо друг от друга параметрами влажности и температуры. Работа системы основана на противотоке продукта и парогаза, при котором пар снизу рабочей камеры идет вверх через полости в продукте, а мучнистый или зерновой продукт движется непрерывно сверху вниз навстречу потоку парогаза.

Недостатком известного устройства является узкоспециализированное назначение, а именно использование только для кондиционирования зерна и комбикормов, а также нарушение неразрывности потока частиц продукта в рабочей камере воздействием вращающихся лопастей, снижающее равномерность обработки, а в случае повышения температуры парогаза свыше 100°С приводящее к неизбежному перегреву и порче продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение многофункциональности и комбинирования режимов обработки, расширение функциональных возможностей и универсализации конструкции установки, повышение однородности обработки и качества готового продукта.

В результате использования предлагаемого изобретения обеспечивается выполнение при тепловой обработке зерна и комбикормов в отдельности и в комбинации различных стадий обработки, таких как кондуктивный и конвективный нагрев, ввод жидкостей и пара, гомогенизация, выдержка и другие во взаимосвязи с активным гидродинамическим режимом слоя, достигается оптимальная степень физико-химических и структурно-механических изменений в продукте, высокая интенсивность тепло - и массообменных процессов, равномерная обработка по всему объему продукта без слипания и комкования частиц.

Результат достигается тем, что в установке для тепловой обработки зерна и комбикормов, содержащей теплоизолированную рабочую камеру с загрузным и выгрузным шлюзами, устройство для разрыхления слоя продукта, систему генерации и подвода тепла, систему контроля и управления параметрами обработки, рабочая камера совмещена с системой генерации и подвода тепла и выполнена как термокамера в виде сосуда цилиндрической формы с усеченно-коническим основанием, у которого на наружной поверхности цилиндрической части размещены кольцевые электрические нагревательные элементы, на крышке установлены распылительные форсунки для увлажнения обрабатываемого материала и среды и ввода жидких добавок, внутри вмонтирован вращающийся вал, который имеет от одного до трех ярусов в зависимости от высоты рабочей камеры наклонных лопастей и завихрители потока для образования перемешиваемого псевдоожиженного слоя продукта и циркуляции горячего воздуха.

Для ускорения нагрева и увлажнения продукта в некоторых процессах тепловой обработки, например при обеззараживании, кондиционировании, пропаривании, тестировании, рабочая камера дополнительно снабжена устройством подачи свежего пара низкого давления в слой обрабатываемого продукта.

Тепловую обработку зерна и комбикормов осуществляют в трех подрежимах:

- влажным жаром (паром) от 50°С до 130°С;

- сухим жаром (горячим воздухом) от 30°С до 300°С;

- пароконвекцией (сочетанием влажного и сухого жара) от 30°С до 300°С, с помощью конвекции горячего воздуха и свежего пара низкого давления.

Эти режимы охватывают широкий круг процессов тепловой обработки зерна и комбикормов, которые осуществляются одной предлагаемой установкой.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором показана схема установки для тепловой обработки зерна и комбикормов.

Установка содержит рабочую камеру 1 цилиндрической формы с усеченно-коническим основанием, кольцевые электрические нагревательные элементы 2, укрепленные на наружной цилиндрической поверхности камеры, термоизоляцию рабочей камеры 3, защитный кожух 4, ограждающий термоизолированную рабочую камеру. На верхней крышке рабочей камеры по центральной оси размещен загрузочный шлюз 5, а на расстоянии 1/2-2/3 радиуса цилиндрической части камеры от центральной оси по кругу размещены форсунки для впрыска воды 6 и впрыска других жидких добавок 7. Внутри рабочей камеры вмонтированы вращающийся вал 8 с насаженными на нем одним-тремя ярусами наклонных лопастей 9 и два-четыре неподвижных завихрителя потока 10 для образования активно перемешиваемого псевдоожиженного слоя продукта и циркуляции горячего воздуха внутри слоя.

С внешней стороны днища рабочая камера снабжена устройством 11 приема и подачи свежего пара низкого давления в слой обрабатываемого продукта, в нижней части рабочая камера снабжена выгрузным шлюзом 12.

Работает установка следующим образом.

Включаются электрические нагревательные элементы 2. После прогрева рабочей камеры 1 в нее через загрузочный шлюз 5 подают предварительно отвешенную порцию продукта для обработки. После загрузки продукта включается вращение вала 8 с лопастями 9, которые переводят неподвижный слой продукта в псевдоожиженное состояние, обеспечивают циркуляцию частиц продукта в камере и циркуляцию горячего воздуха в слое продукта. Поток продукта в центре слоя направляют сверху вниз, а по краю наоборот - снизу вверх. Поднимаясь вверх по боковой стенке камеры 1, продукт доходит до завихрителей 10 и последними направляется к центру по наименьшей спиральной траектории, тем самым ускоряя движение частиц продукта в камере.

Передачу тепла продукту в рабочей камере осуществляют кондуктивным способом - от нагретых стенок камеры и конвективным - от горячего воздуха за счет его циркуляции в слое продукта одновременно.

Необходимая влажность среды обрабатываемого продукта достигается впрыском определенного количества воды форсунками 6 во внутрь рабочей камеры.

Жидкие компоненты, например растительное масло и другие, вводят в обрабатываемый продукт через форсунки 7 и перемешивают с продуктом лопастями 9.

При необходимости повышения интенсивности подвода теплоты с целью ускорения периода прогрева продукта до температуры насыщения около 100°С, а также при комбинированной пароконвекционной обработке продукта в рабочую камеру через специальное устройство 11 вводят пар (парогаз) низкого давления до 0,12 МПа.

Периодический характер обработки позволяет регулировать продолжительность процесса в зависимости от цели обработки, свойств продукта, термодинамических параметров теплоносителя.

После окончания обработки готовый продукт выводят из рабочей камеры через выгрузной шлюз 12. В камеру загружается очередная порция исходного продукта, и цикл обработки повторяется.

Конкретные примеры выполнения тепловой обработки предлагаемой установкой.

Пример 1. Приготовление декстринизированного ячменя для молодняка животных и кондиционирования рассыпного комбикорма перед экспандированием.

Для молодняка животных, у которых слабо развита активность амилолитических ферментов, необходимо преобразовывать крахмал зерна в легкоусвояемые углеводы-декстрины. Тепловая обработка зерна с целью декстринизации крахмала с помощью предлагаемого способа выполняется следующим образом. Включением электрических нагревательных элементов 2 нагревают боковую поверхность рабочей камеры 1 до 250-300°С. В нагретую рабочую камеру через шлюз 5 загружают порцию зерна кондиционной влажности (13-15%), включают вращение вала 8 с лопастями 9 и начинают нагревание зерна, поддерживая установленную температуру (250-300°С) стенок рабочей камеры. В момент достижения температуры зерна 60-70°С в рабочую камеру через форсунки 6 добавляют воду в количестве, необходимом для увлажнения зерна до влажности 20-25%. После добавления воды интенсивное нагревание зерна продолжается при поддержании температуры стенок камеры (около 300°С), в процессе которого температура зерна повышается до 180°С-200°С, а влажность снижается до 2-4%. В момент достижения температуры зерна 180°С-200°С выключают нагревательные элементы 2 и через форсунки 6 в рабочую камеру добавляют следующую порцию воды в количестве, необходимом для увеличения влажности до 8%. В результате добавления воды происходит быстрое охлаждение зерна до 100°С. На этом процесс тепловой обработки заканчивается, готовое зерно выгружают через шлюз 12 в охладитель, а цикл тепловой обработки следующей порции зерна повторяют.

В результате обработки качество зерна ячменя повышается за счет увеличения содержания декстринов с 2,42% до 16%, т.е. более чем в 6 раз, при сохранении перевариваемости протеина на уровне исходного.

Пример 2. Кондиционирование комбикорма.

Кондиционирование комбикормов перед их экспандированием преследует цель изменения в нужном направлении вязкопластических свойств корма, активизации естественных связующих веществ составляющих корма, снижения энергоемкости процесса экспандирования.

Тепловая обработка при кондиционировании комбикормов выполняется следующим образом.

Включением электрических нагревательных элементов 2 нагревают боковую поверхность рабочей камеры 1 до 80-100°С и поддерживают эту температуру до окончания обработки. Исходную порцию от дозированных сыпучих компонентов через шлюз 5 загружают в предварительно прогретую рабочую камеру, включают вращение вала 8 с лопастями 9, под действием которых слой сыпучих продуктов переходит в псевдоожиженное состояние. Включают подачу пара в слой через устройство 11 в количестве, достаточном для прогрева продукта до температуры 80-90°С в течении 0,5-1 минуты. Одновременно через форсунки 6 в камеру добавляют воду в количестве, обеспечивающем конечную влажность продукта в пределах 18-22%, а через форсунки 7 вводят в соответствии с рецептом жидкие компоненты (мелассу, жир и пр.). Благодаря активному перемешиванию в псевдоожиженном слое теплота и влага подводятся непосредственно к каждой частице продукта, что обеспечивает эффективное поглощение частицами пара и жидких добавок. Время кондиционирования составляет от 0,5 до 2-х минут при температуре продукта 80-90°С. После окончания этого времени выключают нагрев, готовый комбикорм выгружают через шлюз 12 и подают на экструдирование, а цикл кондиционирования следующей порции комбикорма повторяют.

Установка для тепловой обработки зерна и комбикормов, включающая рабочую камеру с загрузочным и выгрузным шлюзами, размещенное в камере устройство для разрыхления слоя продукта в виде вала с лопастями, систему генерации и подвода тепла, устройство подачи свежего пара низкого давления и систему контроля и управления параметрами обработки, отличающаяся тем, что рабочая камера совмещена с системой генерации и подвода тепла для осуществления обработки продукта одновременно или по отдельности кондуктивным, конвективным и пароконвективным способами в активно перемешиваемом псевдоожиженном слое с возможностью получения продукта различного вида и выполнена в виде сосуда цилиндрической формы с усеченным коническим основанием, имеющего крышку, днище, термоизоляцию и защитный кожух, при этом на наружной поверхности цилиндрической части сосуда размещены кольцевые электрические нагревательные элементы, а на крышке сосуда по его центральной оси размещен загрузочный шлюз и на расстоянии 1/2-2/3 радиуса от центральной оси по кругу - форсунки для впрыска воды и жидких добавок, причем устройство подачи свежего пара низкого давления расположено с внешней стороны днища сосуда, а устройство для разрыхления продукта дополнительно имеет два - четыре неподвижных завихрителя для образования активно перемешиваемого псевдоожиженного слоя продукта и циркуляции горячего воздуха внутри слоя, и его лопасти выполнены наклонными и насажены на валу ярусами от одного до трех в зависимости от высоты сосуда.