Установка для термообработки зерна

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМООБРАБОТКИ ЗЕРНА(73) Патентообладатели Мельцер Валентин Леонидович, Завьялов Владимир Витальевич,Шидловский Игорь Николаевич (ВУ)1. Установка для термообработки зерна, включающая пневмотрубу, вентилятор, теплогенератор, устройства для подачи И вывода зерна, отличающаяся тем, что пневмотруба выполнена секционированной с параллельным И горизонтальным размещением секций, соединенных полукольцевыми патрубками, причем каждая из секций пневмотрубы снабжена по крайней мере одним завихрителем потока, содержащим заглушенный патрубок И вставку с горизонтальной верхней Кромкой, выполненную в виде двух соединенных между собой в их верхних частях перегородок, перекрывающих нижнюю часть пневмотрубы не более чем на половину площади ее поперечного сечения и расположенных по ходу движения потока газовзвеси под углами соответственно 40-50 и 155-165 относительно оси пневмотрубы, при этом вставка расположена в пневмотрубе в месте присоединения К ней заглушенного патрубка, Который установлен вертикально над вставкой И имеет диаметр. равный диаметру пневмотрубы.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что патрубок заглушен крышкой, установленной с возможностью вертикального перемещения И снабженной смотровыми стеклами.3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри заглушенного патрубка размещен, с возможностью перемещения и перпендикулярно перегородке вставки, направленной под углом 40-50 к оси пневмотрубы, экран.4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что перегородки вставки выполнены перфориро ванными, а участок пневмотрубы, примыкающий к вставке, снабжен патрубком для ввода теплоносителя.5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что вставка установлена с возможностью ее перемещения вдоль оси пневмотрубы.6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ось заглушенного патрубка пересекает линию стыка перегородок вставки.7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для регулирования расхода отходящих газов, установленным между вентилятором И теплогенератором.Изобретение относится к устройствам для тепловой обработки зерна И бобовых Культур И может найти применение в сельском хозяйстве, в пищевой и комбикормовой промышленности для организации процессов взрыва И вспучивания зерна, а также обеззараживания зерновых и бобовых культур.Известна установка для термообработки зерна со взрывом 1, содержащая цилиндрическую трубу для термообработки зерна теплоносителем (перегретым или насыщенным водяным паром), устройства для вывода и ввода теплоносителя и зерна. В таком устройстве обработка зерна ведется в условиях его свободного падения во встречном потоке теплоносителя.Недостатком установки является большая длина вертикального пневмопровода И низкое качество конечного продукта, вызванное малой экспозицией процесса.Наиболее близким прототипом является установка для термообработки зерна, описанная в 2. Установка включает пневмотрубу, вентилятор, теплогенератор, устройства для подачи И вывода продуктов. Процесс термообработки зерна со взрывом происходит в пневмотрубе в режиме восходящего пневмотранспорта .Недостатком данной установки является малая питательная ценность конечного продукта не полностью взорванного зерна, из-за короткого времени пребывания его в пневмотрубе при малой интенсивности межфазового тепломассообмена, отсутствие возможности совмещения процесса термообработки зерна с другими операциями (шелушением, дроблением), большие габариты установки, вызванные большой длиной пневмотрубы И наличием необходимой для предварительного нагрева зерна камеры отлежки зерна. Кроме того, вертикальный пневмотранспорт требует повышенных затрат энергии на транспортировку зернопродуктовЦель изобретения - повышения питательной ценности зерна при его взрыве или вспучивании, путем повышения времени пребывания зерна в условиях Интенсивного тепломассо обмена, совмещение процессов термообработки И шелушения (или даже дробления) зерна в одном аппарате, повышение компактности установкиПоставленная Цель достигается тем, что в установке, включающей пневмотрубу, вентилятор,теплогенератор, устройства для подачи И вывода продуктов, согласно изобретению, пневмотруба расположена горизонтально, секционирована с параллельным размещением секций, соединенных полукольцевыми патрубками И каждая из секций пневмотрубы имеет по крайней мере один завихритель потока, содержащим заглушенный патрубок И вставку с горизонтальной верхней кромкой, выполненную в виде двух соединенных между собой в их верхних частях перегородок, перекрывающих нижнюю часть пневмотрубы не более чем на половину площади ее поперечного сечения и расположенных по ходу движения газовзвеси под углами соответственно 4 О-50 и 155-165 при этом вставка расположена в пневмотрубе в месте подсоединения к ней заглушенного патрубка, который установлен вертикально над вставкой и имеет диаметр, равный диаметру пневмотрубы.Целесообразно крышку заглушенного патрубка выполнять с возможностью вертикального перемещения И оснащать смотровыми стеклами.Желательно на внутренней поверхности заглушенного патрубка размещать подвижную экранную поверхность, расположенную перпендикулярно перегородке вставки, направленной под острым углом к направлению потока газовзвеси.Возможно перегородки вставки выполнять перфорированными, а в пневмотрубе в замкнутом пространстве между двумя перегородками вставки вмонтировать патрубок для ввода свежего теплоносителя.Предпочтительно вставку выполнять с ВОЗМОЖНОСТЬЮ ее Перемещения ВДОЛЬ ОСИ ПНСВМОТРУбЬК Возможно выполнение установки таким образом, чтобы ось заглушенного патрубка проходила через верхнюю грань, соединяющую обе перегородки вставки.Предпочтительно выходной патрубок вентилятора соединить при помощи регулирующего вентиля с выходным патрубком теплогенератора и трубопроводом отходящих газов.При конструировании УСТЭНОВКИ ЖСЛЗТСЛЬНО ЗЗВИХРИТСЛИ потока каждой ССКЦИИ ПНСВМОТ рубы располагать на равном расстоянии друг от друга и от входных И выходных торцов секций пневмотрубы, что обеспечит максимальный разгон частиц до и после эавихрителя потока. Желательно, согласно данным экспериментов, иметь длину заглушенного патрубка равную половине диаметра пневмотрубы, а внутреннюю поверхность боковых стенок и крышки заглушенного патрубка покрывать материалом, обладающим абразивными свойствами, что обеспечит повышенное шелушение (или дробление) зерна уже в первой секции пневмотрубы. Сопоставление с прототипом показывает, что заявляемая установка для термообработки со взрывом зерна соответствует критерию новизна. Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволяетВЫЯВИТЬ В НМ признаки, ОТЛИЧЗЮЩИС ЗЗЯВЛЯСМОС РЕЭШСНИВ ОТ ПРОТОТИПЯ, ЧТО делает ВОЗМОИСНЫМ ВЫВОД О СООТВСТСТВИИ КРИТСРИЪО СУЩЗСТВВННЪХС ОТЛИЧИЯ.На фиг. 1 схематически изображена описываемая установка. На фиг. 2 представлена схема узла установки с завихрителем потока.Установка содержит теплогенератор 1, с выходным патрубком 2, устройство для подачи зерна в установку - питатель 3 со шнеком и бункером исходного зерна, полукольцевые патрубки 4,секции пневмотрубы 5, узел установки с завихрителем потока 6, входной патрубок циклона 7,циклон 8 с разгрузочным устройством, бункер взорванного зерна 9 выходной патрубок циклона 10, осадитель шелухи 11, осадитель шелухи 12, вентилятор 12, выходной патрубок 13, трубопровод отводящих газов 14, регулирующее устройство 15, рециркуляционный трубопровод 16.Узел установки с завихрителем потока 6 (фиг. 2) содержит участок стенки пневмотрубы 17,расположенный между двумя наклонными перегородками, вставку 18, перекрывающую 45 сечения пневмотрубы 5. Вставка 18 состоит из двух, соединенных между собой верхними торцами 19 перегородок и в продольном сечении она имеет форму треугольника с горизонтальным основанием 17, лежащим на нижней поверхности пневмотрубы 5. Имеется лобовая перфорированная перегородка 20 (в разрезе меньшая боковая сторона треугольника), направленная навстречу потоку газовзвеси под углом 45(9 Оос), и концевая, перфорированная перегородка 21 (в разрезе - большая боковая стенка треугольника), направленная под углом 160(18 О-ос) к набегающему потоку газовзвеси (или к оси пневмотрубы). На участке трубы между перегородками 20 и 21 вмонтирован патрубок 22. Узел установки с завихрителем потока 6 содержит также вертикальный заглушенный патрубок 23, расположенный над вставкой 17 И состоящий из цилиндрической стенки 24 с телескопически установленной над ней крышкой 25 со смотровым стеклом 26.В цилиндрической стенке 24 установлена с возможностью перемещения экранная поверхность 27.Установка работает следующим образом. В теплогенераторе 1, работающем, например, на газовом топливе, нагревают теплоноситель - газовоздушную смесь до 500 С И направляют теплоноситель на смешение с отходящими газами, поступающими из рециркуляционного трубопровода 16 с температурой 180 С. В образовавшийся поток теплоносителя, выходящего черезпатрубок 2 с температурой 350 С через питатель 3 вводят свежее зерно влажностью 14 ипоток газовзвеси направляют в первую секцию пневмотрубы 5. Зерно на разгонном участке разгоняется, подогревается до 60 С и поступает в завихритель потока 6, расположенный наравном расстоянии от торцов пневмотрубы 5. Основная масса зерна, которая обычно в горизонтальных трубопроводах в большей степени концентрируется в нижней части трубы, сталкивается с направленной под углом 45 перегородкой 19, тормозится и с завихренным потоком газа выносится в вертикальный заглушенный патрубок 23, где в вихревом воздушном потоке взвешивается в аэрофонтанном режиме с закруткой, сталкивается с цилиндрической стенкой 24 заглушенного патрубка, крышкой 25 и экранной поверхностью 27, совершая ряд вращательных и колебательных движений. В результате возрастает относительная скорость частиц зерна (по отношению к газу), увеличивается коэффициент межфазового тепломассообмена и экспозиция Процесса. Скорость нагрева зерна и время его пребывания возрастает в несколько раз по сравнению с таковыми при движении зерна в обычном горизонтальном трубопроводе. Наличие подвижной экранной Поверхности 27, выставляемой специальной регулировкой с использованием смотрового окна 26 навстречу основному потоку зерна, позволяет наносить по зерну лобовой удар, обеспечивающий эффективное шелушение зерна, особенно в случае покрытия стенок 24 и крышки 25 абразивной пленкой. После торможения зерна в завихрителе потока, сопровождающегося его шелушением, оно опять взвешивается в газовом потоке, движется вдоль наклонной перегородки (перфорированной) 21 или частично на ее поверхности и поступает далее на следующий разгонный участок пневмотрубы 5. Для повышения интенсивности теплообменна, предотвращения возможности образования плотного слоя и налипания размягченных зерновок на поверхности вставки 17, через патрубок 22 в полую внутреннююполость, образованную между поверхностями 20 и 21 и участком пневмотрубы 18, вводят через патрубок 22 горячий воздух повышенного давления, частично отбираемый из теплогенератора 1. Далее процесс термообработки материала повторяется в последующих секциях пневмотрубы. При этом температура зерна во входном патрубке 7 циклона 8 достигает 110-115 С. Зерновзбухает и взрывается, шелуха окончательно отделяется от зерна во втором и третьем завихрителе потока. В циклоне 8 взорванное зерно отделяется от теплоносителя, поступает в бункер 9,оттуда идет на охлаждение и потребление. Газ из циклона 8 направляют через отводной патрубок 10 в осадитель шелухи 11 И вентилятор 12, а оттуда через отводной патрубок 13 подают с помощью регулирующего вентиля 15 основную массу воздуха в рециркуляционный трубопровод 16 и небольшую часть воздуха ( 10-15 ) сбрасывают в трубопровод отходящих газов 14. Для определения оптимального угла наклона лобовой поверхности вставки к набегающему потоку газовзвеси были проведены на лабораторной модели установки опыты, результаты которых представлены в таблице. Опыты были проведены для расходной весовой концентрации твердой фазы 4 кг/кг, гарантирующей работоспособность установки в условиях горизонтального пневмотранспорта при скорости теплоносителя 20 м/с и средней температуре его 300 С при пе рекрытии поперечного сечения пневмотрубы на 45 . В качестве дисперсного Материала испольЗОВЗНО НС ШСЛУШСННОС зерно ЯЧМСНЯ, время ПРОХОЖДСНИЯ КОТОРОГО через ЛОбОВУЮ часть ВСТЗВКИ ОПРСДСЛЯЛОСЬ МСТОДОМ МСЧВНЫХ частиц. УСТЗНОВКН была ВИЗУЭЛИЗИРОВЭНЗ С ПОМОЩЬЮ СТОКЛЯННЫХ ВСТЗВОК. ОЦСНКЭ КЗЧССТВЭ КОНСЧНОГО зерна определялась стандартными МСТОДЗМИ. ИЗ таблицы следует, что устойчивое движение зерна, наиболее высокая его степень взорванности и шелушеНИЯ, ПрИ СООТВСТСТВСННО МЭКСИМВЛЬНОМ ВрСМСНИ ЕГО УДЩЛКЗНИЯ В ЛОбОВОЙ ЧаСТИ турбулентного завихрителя потока приходится на диапазон значений углов наклона 40-5 О. Ниже значения 40вихревое и колебательное движение потока газовзвеси резко ослабляется, а соответственно понижается степень взорванности и шелушения, что объясняется существенным уменьшением времени удержания зерна. При значении угла наклона выше 5 О наблюдается неустойчивое дви жение зерна, агрегирование частиц и залегание их на лобовой поверхности вставки в нижней его части, что приводит к перегреву, обугливанию части зерна, опасным пульсациям по концентрации потока газовзвеси, приводящим к завалу зерна на лобовой концевой поверхности вставки 17. В этом случае понижается степень взорванности и шелушения зерна.Для определения оптимального угла наклона концевой поверхности вставки к направлению потока газовзвеси были проведены опыты при аналогичных приведенным в таблице условиям,и угле наклона лобовой поверхности вставки 45. Выявлено, что оптимальное значение угла наклона составляет 155-165. Установлено, что движение зерна в этом случае равномерное, взвешенное в воздухе и устойчивое (без пульсаций). При доведении угла наклона до 17 О-175начинаются визуально наблюдаемые, нежелательные для стабильной работы установки и качества зерна пульсации потока, агрегирование зерновок в крупные конгломераты и перемещение их по наклонной поверхности вставки в виде неравномерного периодически разрываемого плотного слоя. При снижении угла наклона до 150 наблюдается залегание зерна в нижнейчасти концевой поверхности. И в том, и в другом случае появляется опасность закупорки каналов, наблюдается неравномерность и низкое качество обработки зерна. В специальной серии опытов определялось влияние степени перекрытия поперечного сечения трубы вставкой на время пребывания частиц в завихрители потока. При весовой концентрации газовзвеси 4 кг/кг, углах наклона лобовой и концевой поверхности вставки соответственно 45 и 160 скорости 20 м/с, температуре воздуха 300 С, при прохождении оси заглушенного патрубка черезверхнюю грань поверхностей вставки получены следующие результаты. При перекрытии сечения на 60 выявлены неустойчивое движение зерна, пробки в наиболее узкой части трубы,время пребывания отдельных частиц может отличаться в 2-3 раза, наряду со слабовзорванными зерновками наблюдается большое количество горелых, темнокоричневых и обугленных зерен. При перекрытии поперечного сечения пневмотрубы на 50 , 40 и 30 наблюдалось устойчивое движение потока газовзвеси. При перекрытии поперечного сечения пневмотрубы на 40-50 время пребывания зерна в ударном завихрителе составило соответственно 0,35 и 0,4 сек, а при перекрытии сечения на 30 упало до 0,22 с, что ухудшило качество конечного продукта. При этом гидравлическое сопротивление вставки изменилось незначительно. Поэтому можно считать предпочтительным сечения на 40-50 . Доведение перекрытия сечения до большей величины нежелательно ввиду резкого падения надежности проведения процесса появлению неустойчивости пневмотранспорта и росту местного гидравлического сопротивления.С другой стороны уменьшение перекрытия поперечного сечения ниже 40 уменьшает эффективность использования завихрителя потока, так как ослабляется удар зерна о стенки заглушенного патрубка, колебательное движение и Закрутка потока, уменьшается время пребывания зерна при высоких коэффициентах тепломассообмена и следовательно и эффективность его нагрева со взрывом и шелушения.