Установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини

Реферат: UA 83839 U UA 83839 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до технологій отримання порошків з біологічної сировини і може бути використана в харчовій, фармацевтичній промисловості і сільському господарстві. Основною проблемою при виробництві порошків з біологічної сировини є отримання кінцевого продукту заданої дисперсності, не схильного до грудкування під час зберігання, при максимальному збереженні в ньому всіх властивостей вихідного продукту, а саме біологічно активних речовин, вітамінів, ферментів, а також смакових, ароматичних та інших складових. Відома установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, яка містить завантажувальний пристрій, механічний подрібнювач, камеру сушіння і циклоносаджувач, в якому відокремлюють отриманий порошкоподібний продукт від газоподібного теплоносія (див. опис винаходу до патенту СРСР № 1792303, МПК A23L 1/212, опубл. 30.01.93 р.). У камері сушіння подрібнені частинки піддають спучуванню за рахунок створюваної різниці тиску при подачі біологічної сировини і попередньому підсушуванню при температурі 75-150 °C. Потім отримані частинки сушать в потоці теплоносія, як такий використовують газоподібний азот, в киплячому шарі при температурі 75-98 °C. Сипкі частинки біологічної сировини, які переміщуються в потоці теплоносія, віддають йому свою вологу і висушуються до вологості 1214 %. Недоліком відомої установки є її складність, викликана використанням як теплоносія газоподібного азоту, який потребує регенерації для повторного використання в циклі отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, що приводить до збільшення вартості установки і трудомісткості її технічного обслуговування. Також недоліком відомої установки є низька якість отриманого продукту, що пояснюється високою температурою попереднього підсушування біологічної сировини, що викликає коагуляцію білків в оброблюваній сировині, а також руйнування молекул сировини в результаті її спучування, що приводить до погіршення органолептичних властивостей отриманого продукту. Відома установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, що містить вузол попередньої підготовки сировини і камеру сушіння (див. опис винаходу до патенту Російської Федерації № 2013058, МПК А23В 7/02,. опубл. 30.05.94 г.). Установка містить вузол попередньої підготовки вихідної рослинної сировини, де її подрібнюють до пюреподібного стану і змішують з сухими овочевими компонентами до вмісту сухих речовин в суміші 20-30 %. Потім отриману суміш розпилюють в потоці газоподібного двоокису вуглецю з температурою 150180 °C і тиском 150-250 кПа. Сушіння суміші здійснюють в камері сушіння в режимі розпилення під вакуумом з залишковим тиском не більше 50 кПа. Недоліками відомої установки є низька якість отриманого порошкоподібного продукту в зв'язку з високою температурою сушіння, що веде до коагулювання білків і руйнування молекул біологічної сировини і, відповідно, до погіршення біологічних властивостей отриманого продукту, а також нерівномірний ступінь подрібнення підготовленої біологічної сировини, в зв'язку з її різною початковою в'язкістю та вологістю. Крім цього отриманий продукт не підлягає тривалому зберіганню, оскільки отриманий харчовий порошкоподібний продукт, в зв'язку з високою швидкістю розпилення, електризується, що приводить до його грудкування під час зберігання. Відомою є установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, яка містить змішувач, камеру сушіння, що примикає до змішувача, та подрібнювач (див. патент Російської Федерації № 2060670, М. кл. А23В 7/026, опубл. 27.05.96 р.). Камера сушіння обладнана ультразвуковим розпилювачем та НВЧ-випромінювачем, а подрібнювач виконаний у вигляді встановленого в камері сушіння ультразвукового розпилювача стрижневого типу. Сушіння здійснюють струмами НВЧ при одночасному подрібненні в процесі розпилення ультразвуковими коливаннями з частотою 18-80 кГц. Недоліком відомої установки є отримання кінцевого продукту з різною дисперсністю через нерівномірне подрібнення біологічної сировини, яка підлягає переробці, в зв'язку з її неоднорідними вихідними реологічними характеристиками. Разом з цим, отриманий порошкоподібний продукт, у зв'язку з високою швидкістю переміщення частинок під час розпилення, електризується, що приводить до його грудкування під час зберігання. Зазначені недоліки приводять до погіршення вітамінного складу та органолептичних властивостей отриманого продукту, зниженню його біологічної цінності при тривалому зберіганні. Відомою є установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, прийнята як найближчий аналог, яка містить вузол попередньої підготовки біологічної сировини, обладнаний змішувачем, теплогенератор з вихідним патрубком, камеру сушіння, виконану у вигляді циліндричного корпуса, у нижній частині якої розміщений подрібнювач, виконаний у вигляді механічного активатора, встановленого з можливістю обертання, а у верхній встановлений вивідний патрубок, сполучений з циклоном для збору порошкоподібного продукту 1 UA 83839 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (див. патент України № 46435, М. кл. А23В 7/026, опубл. 17.01.2005 р.). Вихідний патрубок теплогенератора встановлений тангенціально відносно механічного активатора. Таким чином, потік газоподібного теплоносія вводять в камеру сушіння тангенціально активатору, що обертається, що приводить до створення в нижній частині камери сушіння вихрового потоку газоподібного теплоносія та перешкоджає рівномірному нагріванню біологічної сировини, що подається в камеру сушіння. Недоліком відомої установки є відносно невисока якість отриманого продукту, зумовлена низькими органолептичними властивостями порошкоподібного продукту через нерівномірне нагрівання біологічної сировини, яка знаходиться в камері сушіння, у зв'язку з її налипанням в нижній частині камери сушіння, в зоні розташування активатора та патрубків теплогенератора. Це пов'язано, перш за все, з тангенціальним розташуванням патрубків вводу газоподібного теплоносія, який має температуру 80-165 °C, в камеру сушіння, що приводить до часткового перегріву біологічної сировини в окремих зонах камери сушіння та коагулювання білків в біологічній сировині, яка міститься в зазначених зонах, що викликає підгоряння біологічної сировини та появу стороннього запаху, який погіршує органолептичні характеристики отримуваного порошкоподібного продукту. Задачею корисної моделі, що заявляється, є створення установки, призначеної для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, яка забезпечує вихід тонкодисперсного кінцевого продукту з високим ступенем чистоти, що має високу біологічну цінність, за рахунок збереження вітамінного і ферментного складу та органолептичних властивостей вихідної біологічної сировини. Поставлена задача вирішується тим, що у відомій установці для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини, що містить вузол попередньої підготовки біологічної сировини, забезпечений змішувачем, теплогенератор з вихідним патрубком, камеру сушіння, в нижній частині якої розміщений подрібнювач, виконаний у вигляді механічного активатора, встановленого з можливістю обертання, а у верхній - встановлений вивідний патрубок, сполучений з циклоном для збору порошкоподібного продукту, згідно з корисною моделлю, нижня частина камери сушіння забезпечена відбійною поверхнею для частинок біологічної сировини, розташованою напроти активатора і нахиленою під кутом 30-60° відносно осі активатора, вихідний патрубок теплогенератора примикає до нижньої частини камери сушіння з тильного боку активатора, а його сопло направлене у бік згаданої відбійної поверхні, при цьому вивідний патрубок камери сушіння забезпечений клапаном для регулювання прохідного перерізу вивідного патрубка. Розташування вихідного патрубка теплогенератора з тильного боку активатора дозволяє направити потік газоподібного теплоносія, за допомогою сопла вихідного патрубка, у бік згаданої відбійної поверхні, що забезпечує активне перемішування частинок біологічної сировини і запобігає їх налипанню і підгорянню в зоні розміщення активатора, що дозволяє зберегти в отриманому порошкоподібному продукті органолептичні властивості початкової біологічної сировини. У окремому варіанті виконання установка, що заявляється, забезпечена вібратором, встановленим в нижній частині камери сушіння, який примикає до відбійної поверхні, що дозволяє запобігти заляганню частинок біологічної сировини в камері сушіння. У іншому варіанті виконання установка, що заявляється, забезпечена вологовідділювачем, приєднаним до вихідного патрубка циклону для збору порошкоподібного продукту і забезпеченим ємкістю для збору конденсату, пов'язаною з насосом, вихід якого оснащений вузлом розпилювання конденсату, розміщеним у вихідному патрубку згаданого циклону. Ще в одному варіанті виконання установка, що заявляється, забезпечена компресором розрядження, пов'язаним з газонаповненою порожниною вологовідділювача, і оснащеним витяжною трубою. Таким чином, технічним результатом заявленої корисної моделі є отримання тонкодисперсного порошкоподібного продукту з високим ступенем чистоти, який має високу біологічну цінність при збереженні вітамінного і ферментного складу та органолептичних властивостей вихідної біологічної сировини. На кресленні зображено загальний вигляд установки для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини. Установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини містить вузол попередньої підготовки біологічної сировини, забезпечений змішувачем 1, теплогенератор 2 з вихідним патрубком 3 і камеру сушіння 4. У нижній частині камери сушіння 4 встановлений подрібнювач, виконаний у вигляді механічного активатора 5, встановленого з можливістю обертання. У верхній частині камери сушіння 4 встановлений вивідний патрубок 6 для виводу з 2 UA 83839 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 камери сушіння 4 потоку газоподібного теплоносія разом з отриманим порошкоподібним продуктом. Вивідний патрубок 6 камери сушіння 4 забезпечений клапаном 7, регулюючим величину прохідного перерізу вивідного патрубка 6. Нижня частина камери сушіння 4 забезпечена відбійною поверхнею 8 для частинок біологічної сировини, розташованою напроти активатора 5 і нахиленою під кутом 30-60° відносно його осі. Вихідний патрубок 3 теплогенератора 2 примикає до нижньої частини камери сушіння 4 з тильного боку активатора 5, при цьому сопло вихідного патрубка 3 направлено у бік відбійної поверхні 8. Установка забезпечена вібратором 9, який встановлений в нижній частині камери сушіння 4 та примикає до відбійної поверхні 8, для запобігання заляганню частинок біологічної сировини в камері сушіння 4. До складу установки також входить циклон 10, призначений для відділення порошкоподібного продукту від газоподібного теплоносія і його збору. До входу циклону 10 приєднаний вивідний патрубок 6 камери сушіння 4, а його вихід оснащений вихідним патрубком 11. До вихідного патрубка 11 приєднаний вологовідділювач 12 з ємністю 13 для збору конденсату, пов'язаною з насосом 14, вихід якого оснащений вузлом розпилювання конденсату 15, розміщеним у вихідному патрубку 11 циклону 10. Установка включає компресор розрідження 16, пов'язаний з порожниною вологовідділювача 12 і оснащений витяжної трубою 17. Також установка містить дозатор 18, що примикає до камери сушіння 4, і бункер 19 для збору порошкоподібного продукту, встановлений в нижній частині циклону 10. Установка для отримання порошкоподібного продукту з біологічної сировини працює таким чином. Заздалегідь підготовлену подрібнену біологічну сировину, що є біологічною масою, у вигляді шматочків стружки або мезги, подавали в змішувач 1, де вона перемішувалась до утворення однорідної суміші, яка потім через дозатор 18 надходила в нижню частину камери сушіння 4. Разом із подачею біологічної сировини в камеру сушіння 4 подавався газоподібний теплоносій, нагрітий за допомогою теплогенератора 2 до температури 80-165 °C. У камері сушіння 4 суміш біологічної сировини додатково подрібнювалась до отримання частинок заданої дисперсності за рахунок дроблення на механічному активаторі 5, що обертається. Потік газоподібного теплоносія вводили в нижню частину камери сушіння 4 через сопло вихідного патрубка 3 теплогенератора 2, що примикає до нижньої частини камери сушіння 4 з тильного боку активатора 5, у напрямку відбійної поверхні 8. В результаті цього, потік газоподібного теплоносія, обдуваючи з тильного боку активатор 5, що обертається, по-перше, перешкоджав налипанню частинок біологічної сировини на його робочі поверхні, а по-друге, забезпечував більш щадний режим роботи робочих поверхонь активатора 5, за рахунок оптимізації (створення рівномірного) навантаження на активатор 5 з боку біологічної сировини, що надходила в камеру сушіння 4. Далі потік газоподібного теплоносія спрямовувався у напрямку відбійної поверхні 8, перешкоджаючи утворенню зон залягання і підгорянню частинок біологічної сировини в нижній частині камери сушіння 4. Завдяки установці відбійної поверхні 8 під кутом 30-60° відносно осі обертання активатора 5 забезпечувалась орієнтація потоку газоподібного теплоносія у висхідному напрямку у верхню частину камери сушіння 4. Частинки біологічної сировини, які переміщувались в потоці теплоносія, віддавали вологу теплоносію, рухомому у висхідному напрямку зі швидкістю, що становила 1,0-1,5 швидкості вільного падіння частинок. При цьому забезпечувалось активне видалення вологи, як з поверхні частинок, так і часткове видалення вільної капілярної вологи, що містилася в біологічній сировині, внаслідок чого утворювався потік газоподібного теплоносія, що несе подрібнені частинки і збагаченого парогазової сумішшю, що витягнута з біологічної сировини. Дія високої температури газоподібного теплоносія (80-165 °C) на біологічну сировину в процесі сушки не створює небезпеки перегріву біологічної сировини, оскільки температура теплоносія не відповідає температурі на поверхні вологих частинок біологічної сировини, на яких відбувається утворення парогазової оболонки, що захищає частинки сировини від надмірного нагрівання. При цьому температура на поверхні частинок сировини не перевищувала 25-38 °C. Швидкість теплоносія, що вибрана рівною 1,0-1,5 швидкості вільного падіння частинок, дозволяє забезпечити циркуляцію останніх в корпусі камери сушіння 4, при якій відбувається подальше дроблення частинок сировини до досягнення ними необхідного розміру, і є достатньою для видалення з поверхні частинок сировини поверхневої і частини капілярної вологи. Зниження швидкості теплоносія нижче 1,0 швидкостей вільного падіння частинок перешкоджало видаленню частинок заданої дисперсності з робочої зони камери сушіння 4 і приводило до подальшого їх подрібнення, а перевищення швидкості теплоносія 3 UA 83839 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вище 1,5 швидкості вільного падіння частинок приводило до винесення в циклон 10 частинок більшого, в порівнянні із заданим, розміру. Утворення частинок біологічної сировини заданого розміру супроводжувалось відповідним виділенням додаткової капілярної вологи до досягнення кінцевої вологості отримуваного порошкоподібного продукту 6-8 %. Вибрана температура, яка дорівнювала 80-165 °C, сприяла швидкому переходу капілярної вологи в парогазову суміш. Підвищення температури теплоносія нераціональне, оскільки веде до підвищення енерговитрат, а зниження температури - до зниження ефективності відбору вологи. Активний відбір вологи з частинок сировини відбувався в камері сушіння 4 протягом 10-50 с, після чого газоподібний теплоносій, разом з подрібненими частинками біологічної сировини, виносився з камери сушіння 4 через вивідний патрубок 6 в циклон 10 для збору порошкоподібного продукту. Швидкість потоку газоподібного теплоносія (\/вп) у вивідному патрубку 6 камери сушіння 4 встановлювалась у межах 18-25 м/с. Це дозволило встановити значення швидкості потоку (\/вп) у вивідному патрубку 6, що забезпечувало вибір оптимального режиму сушіння подрібнених частинок в залежності від параметрів біологічної сировини, а саме - питомої ваги вихідної сировини, розміру та вологості отриманих частинок, а також температури газоподібного теплоносія. Оптимізація швидкості потоку (\/вп), що виносить подрібнені частинки вихідної біологічної сировини через вивідний патрубок 6 в циклон 10 для збирання порошкоподібного продукту, дозволила досягти сталої швидкості потоку газоподібного теплоносія (Vкс) в камері сушіння 4 і такого градієнта температурного поля у її об'ємі, який забезпечував рівномірне нагрівання та сушіння вихідної сировини в камері сушіння 4. Швидкість потоку (\/вп) газоподібного теплоносія у вивідному патрубку 6 камери сушіння 4 розраховували за наступною формулою: \/вп=Qгт/SвпЗ600, (1) де \/вп - швидкість потоку газоподібного теплоносія у вивідному патрубку 6 камери сушіння 4, м/с; Qгт - величина витрати газоподібного теплоносія, що надходив до камери сушіння 4 від 3 теплогенератора 2, м /ч; 2 Sвп - площа прохідного перерізу вивідного патрубка 6, м . Величину площі прохідного перерізу вивідного патрубка 6 камери сушіння 4 у процесі регулювання встановлювали, виходячи із наступної залежності: 0,15 Sкс