Способ обработки зерна в организованном воздушном потоке и устройство для его осуществления - RU2386478C2

Чертежи

Описание

Устройство относится к пищевой и сельскохозяйственной отраслям промышленности и может быть использовано при обработке зерновых культур, в процессах подготовки к длительному хранению.

Известен способ сушки семян и зерна в плотном слое, вращающемся вокруг вертикальной оси (Патент RU №2282117, МПК⁷ F26B 3/06, опубл. 20.08.2006 г.), заключающийся в том, что семена и зерна продувают агентом сушки, разгружают недосушенную нижнюю часть слоя, отлеживают и охлаждают в плотном слое газовым компонентом до влажности выше кондиционной. Этот материал после временного хранения и(или) окончания уборочного сезона возвращают на сушку, причем удельную подачу газового компонента определяют таким образом, чтобы его температура на выходе из слоя отличалась не более чем на 1÷2°С от температуры материала в слое.

Недостатком этого способа является то, что способ является затратным и длительным.

Известен способ вакуумной сушки зерна (Патент RU №2163993, МПК⁷F26B 5/00, F26B 5/04, F26B 7/00, А01С 1/00, В02В 1/00, опубл. 10.03.2001 г.), включающий помещение массы зерна в вакуумную камеру, понижение в ней давления с помощью вакуумного насоса, подвод тепла к высушиваемому зерну и удаление паров воды из камеры. Вакуумную камеру выполняют в виде двух коаксиально расположенных относительно друг друга труб, установленных вертикально на открытом воздухе, при этом подвод тепла к стенкам вакуумной камеры осуществляют из окружающей среды за счет тепловой энергии атмосферного воздуха и солнечного излучения, а давление в камере понижают до 10-30 мм рт. ст.

Недостатком данного способа является невысокая его производительность и повышенные энергозатраты.

С целью сокращения времени сушки известен способ сушки зерна путем его обработки в акустическом поле во взвешенном состоянии (а.с. №647511, МПК⁷ F26B 5/02, опубл. 18.02.79 г.). Акустические течения способствуют интенсивному испарению влаги с поверхности частиц, что приводит к сокращению времени процесса сушки, а также повышению качества продукта вследствие снижения длительности воздействия на него высокотемпературным агентом сушки.

Недостатком данного способа являются также повышенные энергозатраты.

Известен способ обработки зерна пневматическим сепаратором (SU 829209 заявка №2796923, опубл. 15.05.81 г., МПК³ В07В 4/00), характеризующийся тем, что зерновой поток очищается от примесей за счет взаимодействия идущих навстречу друг другу воздушных потоков.

При обработке имеется возможность регулирования скорости воздушного потока, но нет условий для создания и поддержания режима стоячих волн, что снижает эффективность обработки зерна и производительность сепаратора.

Наиболее близким техническим решением является аппарат для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое (Патент RU №2181621, МПК⁷ B01J 8/18, опубл. 27.04.2002 г.).

Аппарат для обработки дисперсных материалов в псевдоожиженном слое содержит газоподводящую магистраль и вертикальную колонну, в нижней части которой установлены газораспределительное устройство и пристыкованный к нему газоструйный генератор звука для возбуждения пульсаций давления в потоке рабочего газа, выполненный в виде резонансной камеры, сопла и клина. Резонансная камера газоструйного генератора звука для возбуждения пульсаций давления в потоке рабочего газа выполнена осесимметричной в поперечном сечении, газоподводящая магистраль расположена соосно с резонансной камерой, ее окончание выполнено в виде щелевого кольцевого сопла бокового направления, а оппозитно щелевому соплу на стенке резонансной камеры установлен кольцевой клин.

Недостатком этого аппарата является сложность его изготовления и значительные энергозатраты на обработку зерна.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является значительное уменьшение энергозатрат на обработку зерна, сохранение высокого качества зерна и исключение термообработки зерна в последующем.

Поставленная задача решается с помощью способа обработки зерна в организованном воздушном потоке.

Зерно пропускают через систему стоячих волн, которую создают путем взаимодействия организованного в вертикальной цилиндроконической камере обработки закрученного относительно центральной оси потока воздуха с идущими в эту камеру навстречу друг другу воздушным потоком и пневмотранспортным зерновым потоком.

Предпочтительно скорость поступления зернового потока на обработку имеет скорость большую, на величину скорости витания зерна, чем скорость противодействующего потока воздуха.

Поставленная задача решается также с помощью устройства для обработки зерна в организованном воздушном потоке, включающего воздухопривод, вертикальную камеру. Вертикальная камера выполнена цилиндроконической и имеет вверху соединение с пневмотранспортным рукавом для загрузки зерна, а снизу канал для выгрузки обработанного зерна и поступления встречного противодействующего потока воздуха. На вертикальной цилиндроконической камере выполнены по крайней мере два воздухозаборника, установленных тангенциально для организации закрученного потока воздуха относительно центральной оси вертикальной цилиндроконической камеры.

Устройство снабжено воздухоприводом, связанным с цилиндроконической камерой соединительными воздушными каналами и оснащенным снизу пылесборником с разгрузочным люком.

Предпочтительно воздухозаборники установлены на боковой поверхности сверху и снизу вертикальной цилиндроконической камеры.

Предпочтительно в качестве воздухопривода использован отсасывающий вентилятор.

Поверхность зерна представляет собой биологические мембраны, которые защищают зерно от механических повреждений ударами во время погрузочно-разгрузочных работ, воздействия неблагоприятной окружающей среды, в том числе и повышенной влажности. Осажденная пыль в естественных складках зерновой оболочки способствует развитию микроорганизмов, разрушающих защитные оболочки зерна. Этот процесс интенсивно развивается при повышенной влажности - зерно «горит», особенно в больших плотных объемах. Принимая во внимание способность зерна выделять излишнюю влагу через естественные биологические мембраны и тем самым подпитывать микроорганизмы в задержавшейся на поверхности зерна пыли, для исключения данного процесса в предлагаемом способе удаляют пыль, пропуская зерновой поток через систему стоячих волн искусственно организованных с помощью предлагаемого устройства.

При предлагаемой обработке зерна в системе стоячих волн широкого диапазона частот с поверхности любой конфигурации удаляется пыль вместе с микроорганизмами. Получаемая стерильно чистая поверхность зерна после воздействия стоячих волн выделяет излишнюю влагу в виде пара, при условии меньшего парциального давления пара в окружающем пространстве. Таким образом, зерно, освобожденное от пыли, не нуждается в принудительном подводе теплоносителя, что приводит к значительному уменьшению энергозатрат на проведение подготовки зерна к длительному хранению.

Зерно, обработанное предлагаемым способом, после удаления пыли из зернового потока необходимо защитить от повторного загрязнения и осаждения пыли на его очищенную поверхность.

На Фиг.1 представлено устройство для обработки зерна, реализующее описанные условия способа.

На Фиг.2 показана схема взаимодействия потоков в устройстве.

Устройство состоит из пневмотранспортного рукава 1, цилиндроконической вертикальной камеры 2, в которой происходит образование стоячей волны, воздухопривода 3, пылесборника 4, содержащего разгрузочный люк 5. Воздухопривод 3 связан соединительными воздушными каналами 6 с вертикальной камерой 2.

В качестве воздухопривода 3 могут быть использованы высоконапорные вентиляторы, дымососы и другие устройства, образующие движущийся поток воздуха.

В верхней части цилиндрической камеры 2 выполнено соединение 7 для пневмотранспортного рукава 1 с пневмозаборником 8 для транспортировки зерна на обработку в камеру 2 и образования разгонного потока А (Фиг.2).

В нижней части вертикальной камеры 2 осесимметрично соединению 7 выполнен канал 9 для выгрузки обработанного зерна и образования противодействующего потока В. Вверху и внизу цилиндроконической камеры 2 выполнены тангенциальные отверстия направляющих аппаратов 10 воздухозаборников для образования закрученного потока воздуха С.

Устройство работает следующим образом: при включении электродвигателя воздухопривода 3 в пылесборнике 4 образуется разрежение, которое распространяется через соединительные каналы 6 в камеру 2, и через направляющие аппараты 10 воздухозаборников организует поступление воздуха в камеру 2 по тангенциальным траекториям, образуя закрученный поток и разрежение вдоль оси О-О, по центру камеры 2, которое через канал 7 со скоростью V1 засасывает воздух и зерновой поток и противодействующую ему струю воздуха со скоростью V2 через канал 9.

Поступающий зерновой поток через пневмотранспортный рукав 1 при входе в камеру 2 имеет скорость большую, чем скорость противодействующего потока В со стороны канала 9 (на величину скорости витания зерна). При столкновении потока В чистого воздуха из канала 9 с зерновым потоком А, движущимся через соединение 7 происходит «сортировка» - легкие составляющие зернового потока оттесняются нижним потоком В в стороны от центральной оси О-О, захватываются закрученным потоком Vτ и уносятся в пылесборник 4 по соединительным воздушным каналам 6. Более тяжелые частицы зерна падают, тормозясь, сквозь поток В и высыпаются через канал 9, образуя бурт очищенного зерна. При этом закрученный поток, принимая эжектируемый поток (V1+V2) с твердофазной загрузкой снижает скорость Vτ, уменьшая свою эжектирующую способность, вследствие чего получает меньшую загрузку зернового потока и, разгоняясь, повторяет начальную стадию.

В результате такого взаимодействия воздушных потоков образуется стоячая волна, которая по закону Паскаля имеет сферическую форму, а поскольку транспортировка зерна происходит в упругой среде, скорость распространения этой волны равна скорости звука в воздухе. Импульсы волны «стряхивают» пыль с оболочки зерен и транспортируют ее в закрученный поток и далее в пылесборник.

За счет этих свойств стоячей волны зерно приобретает стерильно чистую поверхность и даже во влажном состоянии (влажность до 24%) начинается удаление влаги из зерна естественным образом при любой температуре окружающего неподвижный слой (бурт) зерна воздуха.

Обеспыленный воздух из воздухопривода 3 может быть направлен в зону пневмозаборника 6 для организации потока А и/или для организации потока В.

Предлагаемое устройство может работать в закрытом помещении.

Техническим результатом предлагаемого устройства является получение зерна высокого качества, с использованием простого, не травмирующего зерна, устройства, с минимальными затратами энергии.

Реферат

Изобретение относится к пищевой и сельскохозяйственной отраслям промышленности и может быть использовано при обработке зерновых культур, в процессах подготовки к длительному хранению. Сущность способа обработки зерна в организованном воздушном потоке заключается в том, что зерно пропускают через систему стоячих волн, которую создают путем взаимодействия организованного в вертикальной цилиндроконической камере обработки закрученного относительно центральной оси потока воздуха с идущими в эту камеру навстречу друг другу воздушным потоком и пневмотранспортным зерновым потоком. Устройство для обработки зерна в организованном воздушном потоке включает воздухопривод и вертикальную камеру. Вертикальная камера выполнена цилиндроконической и имеет вверху соединение с пневмотранспортным рукавом для загрузки зерна, а снизу канал для выгрузки обработанного зерна и поступления встречного противодействующего потока воздуха. На вертикальной цилиндроконической камере выполнены по крайней мере два воздухозаборника, установленных тангенциально для организации закрученного потока воздуха относительно центральной оси вертикальной цилиндроконической камеры. Устройство снабжено воздухоприводом, связанным с цилиндроконической камерой соединительными воздушными каналами и оснащенным снизу пылесборником с разгрузочным люком. Изобретение позволяет значительно уменьшить энергозатраты на обработку зерна, сохранить высокое качество зерна и исключить термообработку зерна в последующем. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула