Устройство для диспергирования семян злакобобовых культур

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ СЕМЯН ЗЛАКОБОБОВЫХ КУЛЬТУР(71) Заявители Республиканское унитарное предприятие Гомельский завод Коммунальник Ветошкин Александр Георгиевич Саухин Дмитрий Анатольевич(72) Авторы Ветошкин Александр Георгиевич Саухин Дмитрий Анатольевич(73) Патентообладатели Республиканское унитарное предприятие Гомельский завод Коммунальник Ветошкин Александр Георгиевич Саухин Дмитрий Анатольевич(57) 1. Устройство для диспергирования семян злакобобовых культур в водной среде,включающее практически вертикальный проточный аппарат, имеющий закрытый в рабочем положении крышкой корпус с осесимметричной круглой по всей высоте рабочей полостью, диаметр поперечного сечения которой в верхней части больше диаметра поперечного сечения в донной части, подключенной в верхней части к средству дегазации и сообщающейся с патрубком для вывода целевого продукта, рециркуляционный контур на базе насоса непрерывного действия, у которого всасывающий патрубок подключен к корпусу проточного аппарата через сквозное отверстие в его донной части, а нагнетательный патрубок по меньшей мере однократно подключен на вход в рабочую полость этого 37162007.08.30 корпуса выше входа в указанное сквозное отверстие, по меньшей мере одно средство турбулизации потока рециркулирующей текучей среды, включенное в рециркуляционный контур перед выходом из нагнетательного патрубка насоса в рабочую полость корпуса проточного аппарата, по меньшей мере два запорно-регулирующих элемента, одним из которых оснащено средство дегазации, а вторым - патрубок для вывода целевого продукта, уголмежду радиусом окружности внутренней стенки проточного аппарата и геометрической осью канала для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды из нагнетательного патрубка насоса в проточный аппарат, вершина которого практически совпадает с точкой пересечения указанной оси и образующей внутренней стенки проточного аппарата, меньше 90, сквозное отверстие в донной части для подключения рабочей полости проточного аппарата к всасывающему патрубку насоса выполнено на продолжении оси ее симметрии, патрубок для выгрузки целевого продукта из рабочей полости корпуса проточного аппарата присоединен к всасывающему патрубку насоса, отличающееся тем, что уголвыбран в интервале 330. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочая полость проточного аппарата ограничена цилиндрической поверхностью в верхней части и плавно сопряженной с нею конической поверхностью в нижней части. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочая полость проточного аппарата ограничена параболоидальной поверхностью. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что рабочая полость проточного аппарата ограничена сфероидальной поверхностью. 5. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что указанный уголвыбран в интервале 1030. 6. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что нагнетательный патрубок насоса подключен на вход в проточный аппарат по меньшей мере дважды через отдельные патрубки, расположенные на разных уровнях. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что каждый указанный отдельный патрубок оснащен запорно-регулирующим элементом. 8. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что в полости проточного аппарата над входом в центральное отверстие осесимметрично установлен трубчатый резервуар для порции диспергируемых семян, верхний торец которого открыт и расположен на уровне выхода из нагнетательного патрубка насоса в указанную полость, а нижний торец снабжен также осесимметрично расположенной заслонкой для торможения выхода семян. 9. Устройство по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что в полости проточного аппарата осесимметрично установлена переливная труба, верхний торец которой открыт и расположен под крышкой над выходом из нагнетательного патрубка насоса в указанную полость, а нижний торец введен с кольцевым зазором в начальный участок всасывающего патрубка насоса. Полезная модель относится к конструкциям устройств на основе проточных аппаратов периодического действия для изготовления водных дисперсий из семян злакобобовых культур, в которых совмещены диспергирование сырья, дегазация и термообработка вязкотекучих или пастообразных полуфабрикатов и продуктов для подавления патогенной 2 37162007.08.30 микрофлоры, и может быть преимущественно использована в производстве пастообразных продуктов как пищевого, так и кормового назначения из таких злакобобовых культур,как соевые бобы, вика, люпин, ячмень, кукуруза, пшеница и т.п., а также кедровые, грецкие и иные орехи и их произвольные смеси. Кроме того, полезная модель может быть использована для изготовления вязкотекучих тестообразных полуфабрикатов для преимущественно диетических хлебобулочных изделий из цельных семян злаков, в частности взятых с добавками семян злакобобовых культур. Общеизвестно, что многие пищевые (кормовые) продукты поступают на рынок в виде эмульсий и/или суспензий, которые получены диспергированием подходящего сырья в водной среде и, по меньшей мере, пастеризацией (а обычно - стерилизацией) готовых дисперсий. Термин водная среда здесь и далее обозначает либо влагу, которая изначально присутствовала в сырье, либо стандартную питьевую воду, либо низкоконцентрированные водные дисперсии произвольных пищевых и/или вкусовых добавок в такой воде, либо собственную влагу сырья и воду, которая была добавлена из внешнего источника согласно техническим требованиям к влажности целевого продукта. Известно устройство для гидродинамической обработки текучих сред 1, включающее насос для непрерывной подачи текучей среды на обработку, который имеет всасывающий и нагнетательный патрубки и связан с источником свежей текучей среды,средство турбулизации потока этой среды на выходе с насоса, средство непрерывного фракционирования потока турбулизованной текучей среды на фракцию, обогащенную диспергируемым материалом и подлежащую рециркуляции, и фракцию целевого продукта, отводимую на потребление, при этом средство непрерывного фракционирования выполнено в виде круглого в поперечном сечении резервуара, выход средства турбулизации тангенциально подключен к этому резервуару вблизи одного из его торцов, а рециркуляционный и отводящий патрубки оснащены запорно-регулирующими элементами и подключены к этому резервуару соответственно в зоне сбора фракции, обогащенной диспергируемым материалом, и в зоне сбора фракции целевого продукта. Кроме этого,резервуар снабжен круглой в поперечном сечении камерой термостатирования обработанной текучей среды и дегазатором термостатированной текучей среды, верхняя часть которого сообщается с атмосферой. В проточной камере термостатирования, расположенной в зоне максимально возможных температур, целевой продукт удается нагреть до температуры, которая достаточна для вывода в атмосферу существенной части влаги (вместе с выделившимися газами). Эта температура может превысить 120 С, а иногда и 130 С. При такой температуре и интенсивном механическом воздействии на диспергируемое сырье обычно происходит термомеханохимическая деструкция жиров и белков, что само по себе способно ухудшить органолептические показатели качества продукта (особенно в условиях торможения частиц семян и образования придонного осадка, который длительно подвергается нагреву). Далее, та же практика показала, что используемые водные среды для диспергирования семян злакобобовых культур неизбежно содержат растворенный воздух (и в том числе кислород) и что заметное количество воздуха подсасывается в систему рециркуляции вместе с непрерывно подаваемым сырьем. В условиях интенсивной кавитации молекулы растворенного кислорода способны диссоциировать на атомы. В таком синглетном состоянии химическая активность кислорода резко возрастает, что приводит к неуправляемой термоокислительной деструкции жиров и белков и, соответственно, к еще более заметному ухудшению качества пастообразных продуктов, получаемых из семян масличных растений. Поэтому описанное устройство обычно применяют для получения слегка загущенного соевого молока как простого жидкого корма или компонента комбикормов для травоядных сельскохозяйственных животных. 3 37162007.08.30 Известна также установка для приготовления кормов 2, включающая камеру с входным и выходным патрубками, в которой установлены статор и ротор, соединенный с приводом, бункер для предварительного смешивания, который соединен через входной и выходной трубопроводы соответственно с входным и выходным патрубками камеры, образуя таким образом замкнутый контур для движения кормов. В процессе приготовления смесь пропускают через камеру с системой подвижных каналов с переменными по ходу ее движения сечениями. При таком пропуске смеси обеспечивается высвобождение энергии охлопывающихся кавитационных пузырьков. Эту энергию направляют на многократно движущуюся по замкнутому контуру обрабатываемую смесь для доведения ее до гомогенного состояния с температурой 50-70 С. Недостатком этой установки является то, что на ней не удается получить пастеризованный (стерилизованный) продукт. Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для диспергирования семян злакобобовых культур в водной среде 3, которое включает практически вертикальный проточный аппарат, имеющий закрытый в рабочем положении крышкой корпус с осесимметричной круглой по всей высоте рабочей полостью, которая подключена в верхней частик средству дегазации и сообщается с патрубком для вывода целевого продукта, рециркуляционный контур на базе насоса непрерывного действия, у которого всасывающий патрубок подключен к корпусу проточного аппарата через сквозное отверстие в его донной части, а нагнетательный патрубок по меньшей мере однократно подключен на вход в рабочую полость этого корпуса выше входа в указанное сквозное отверстие, по меньшей мере одно средство турбулизации потока рециркулирующей текучей среды, которое включено в рециркуляционный контур перед выходом из нагнетательного патрубка насоса в рабочую полость корпуса проточного аппарата, и по меньшей мере два запорно-регулирующих элемента, одним из которых оснащено средство дегазации, а вторым - патрубок для вывода целевого продукта, диаметр поперечного сечения рабочей полости проточного аппарата в верхней части больше диаметра поперечного сечения рабочей полости в донной части, уголмежду радиусом окружности внутренней стенки проточного аппарата и геометрической осью канала для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды из нагнетательного патрубка насоса в проточный аппарат,вершина которого практически совпадает с точкой пересечения указанной оси и образующей внутренней стенки проточного аппарата, выбран в интервале 3090,сквозное отверстие в донной части для подключения рабочей полости проточного аппарата к всасывающему патрубку насоса выполнено на продолжении оси ее симметрии, патрубок для выгрузки целевого продукта из рабочей полости корпуса проточного аппарата присоединен к всасывающему патрубку насоса. Недостатком данного устройства является то, что при использовании углав указанном интервале возникает большая центробежная сила и, как следствие, высокое давление потока рециркулирующей среды на внутренние стенки полости проточного аппарата, что в условиях высокой производительности установок данного типа приводит к быстрому изнашиванию оборудования. Задачей, решаемой данной полезной моделью, является создание устройства для высококачественного диспергирования семян злакобобовых культур в водной среде с высоким сроком службы. Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для диспергирования семян злакобобовых культур в водной среде, включающем практически вертикальный проточный аппарат, имеющий закрытый в рабочем положении крышкой корпус с осесимметричной круглой по всей высоте рабочей полостью, диаметр поперечного сечения которой в верхней части больше диаметра поперечного сечения в донной части, подключенной в верхней части к средству дегазации и сообщающейся с патрубком для вывода целевого продукта, рециркуляционный контур на базе насоса непрерывного дей 4 37162007.08.30 ствия, у которого всасывающий патрубок подключен к корпусу проточного аппарата через сквозное отверстие в его донной части, а нагнетательный патрубок по меньшей мере однократно подключен на вход в рабочую полость этого корпуса выше входа в указанное сквозное отверстие, по меньшей мере одно средство турбулизации потока рециркулирующей текучей среды, включенное в рециркуляционный контур перед выходом из нагнетательного патрубка насоса в рабочую полость корпуса проточного аппарата, по меньшей мере два запорно-регулирующих элемента, одним из которых оснащено средство дегазации, а вторым - патрубок для вывода целевого продукта, уголмежду радиусом окружности внутренней стенки проточного аппарата и геометрической осью канала для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды из нагнетательного патрубка насоса в проточный аппарат, вершина которого практически совпадает с точкой пересечения указанной оси и образующей внутренней стенки проточного аппарата, меньше 90,сквозное отверстие в донной части для подключения рабочей полости проточного аппарата к всасывающему патрубку насоса выполнено на продолжении оси ее симметрии, а патрубок для выгрузки целевого продукта из рабочей полости корпуса проточного аппарата присоединен к всасывающему патрубку насоса, согласно полезной модели, уголвыбран в интервале 330. Кроме этого, рабочая полость проточного аппарата может быть ограничена цилиндрической поверхностью в верхней части и плавно сопряженной с нею конической поверхностью в нижней части. Рабочая полость проточного аппарата может быть также ограничена параболоидальной поверхностью. Помимо этого, рабочая полость проточного аппарата может быть ограничена сфероидальной поверхностью. Угол , выбранный в интервале 1020, позволяет наиболее эффективно формировать газовую воронку при закрутке вводимого в аппарат турбулизованного потока текучей среды. Нагнетательный патрубок насоса может быть подключен на вход в проточный аппарат по меньшей мере дважды через отдельные патрубки, расположенные на разных уровнях,при этом каждый указанный отдельный патрубок может быть оснащен запорнорегулирующим элементом. Кроме этого, в полости проточного аппарата над входом в центральное отверстие осесимметрично может быть установлен/а либо трубчатый резервуар для порции диспергируемых семян, верхний торец которого открыт и расположен на уровне выхода из нагнетательного патрубка насоса в указанную полость, а нижний торец снабжен также осесимметрично расположенной заслонкой для торможения выхода семян,либо переливная труба, верхний торец которой открыт и расположен под крышкой над выходом из нагнетательного патрубка насоса в указанную полость, а нижний торец введен с кольцевым зазором в начальный участок всасывающего патрубка насоса. Подлежащие диспергированию семена перед запуском процесса должны быть загружены в первом случае в указанный трубчатый резервуар, а во втором случае - в пространство между стенкой корпуса проточного аппарата и переливной трубой. Поэтому указанные дополнительные приспособления позволяют в начале каждого технологического цикла по меньшей мере частично, то есть в объеме, включающем всасывающий патрубок и рабочую полость насоса, заполнять контур рециркуляции водной средой, а семена подавать на диспергирование постепенно. Тем самым практически исключается блокирование контура рециркуляции цельными семенами. Диспергирование семян злакобобовых культур и нагрев дисперсии протекают в таком устройстве на фоне стабильного удержания измельчаемых частиц в рабочем объеме. При этом отрыв вводимого в аппарат турбулизованного потока текучей среды от стенки, достигаемый в указан 5 37162007.08.30 ном диапазоне углов , и вывод текучей среды на рециркуляцию через центральное отверстие в днище способствуют во-первых, тому, что во вращающейся внутри аппарата массе появляется воронка, ось симметрии которой практически совпадает с осью симметрии полости аппарата и в которую (как в динамическую пустоту, возникающую в поле центробежных сил) выделяются газы, отводимые через средство дегазации, и,во-вторых, тому, что практически исключено выпадение осадка частиц семян в придонной зоне проточного аппарата. Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен простейший вариант устройства для диспергирования семян злакобобовых культур в водной среде на основе цилиндроконического проточного аппарата на фиг. 2 - геометрическая схема положения канала для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды относительно внутренней стенки проточного аппарата на фиг. 3 - устройство со сфероидальной поверхностью стенки рабочей полости на фиг. 4 устройство с проточным аппаратом, содержащим вставной осесимметричный трубчатый резервуар для порции семян на фиг. 5 - устройство с проточным аппаратом, содержащим вставную осесимметричную переливную трубу на фиг. 6 - устройство на основе проточного аппарата с параболоидальной стенкой рабочей полости и несколькими каналами для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды. Устройство для изготовления водных дисперсий из семян злакобобовых культур в общем случае включает (фиг. 1, 3 и 6) практически вертикальный проточный аппарат,имеющий корпус 1 с осесимметричной круглой рабочей полостью, при этом диаметр поперечного сечения рабочей полости проточного аппарата в верхней части больше диаметра поперечного сечения рабочей полости в донной части, которая в рабочем положении закрыта сверху съемной (предпочтительно откидной) крышкой 2 и плавно переходит в донной части корпуса 1 в не обозначенное особо сквозное отверстие, геометрическая ось которого практически является продолжением оси симметрии рабочей полости, рециркуляционный контур на базе (например центробежного или иного) насоса 3 непрерывного действия, у которого всасывающий патрубок 4 подключен к донной части корпуса 1 через указанное сквозное отверстие, а нагнетательный патрубок 5 по меньшей мере однократно подключен на вход в корпус 1 выше зоны отсоса, по меньшей мере одно средство 6 турбулизации потока рециркулирующей текучей среды, которое включено в рециркуляционный контур перед входом в аппарат 1 (обычно в конце нагнетательного патрубка 5 или по меньшей мере одного ответвления от него), средство 7 дегазации, которое подключено к рабочей полости корпуса 1 проточного аппарата и в простейшем случае выполнено в виде патрубка с запорно-регулирующим элементом (то есть краном или вентилем) 8, патрубок 9 для выгрузки целевого продукта из корпуса 1 проточного аппарата, который присоединен к всасывающему патрубку 4 насоса 3 и снабжен запорно-регулирующим элементом 10. Важным признаком любого проточного аппарата в составе устройства, согласно полезной модели, служит угол(фиг. 2). Он образован пересечением радиуса окружности стенки рабочей полости в корпусе 1 с геометрической осью канала для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды из нагнетательного патрубка 5 в проточный аппарат. Вершина этого угла практически совпадает с точкой пересечения указанной оси и образующей поверхности стенки рабочей полости в корпусе 1. Выбор углав интервале 330 обусловлен не только необходимостью и возможностью закручивания потока в этой полости, но и продлением срока службы аппаратуры установки, так как при бомбардировании стенок потоком смеси при углах , больших 30, происходит более интенсивное изнашивание оборудования. Выбор углапредпочтителен в более узком интервале 1030. 6 37162007.08.30 Иногда может возникнуть потребность и в регулировании угла(фиг. 1). Он образован пересечением геометрической оси канала для подачи турбулизованной рециркулирующей текучей среды из нагнетательного патрубка 5 насоса 3 в корпус 1 и такой плоскостью поперечного сечения корпуса 1, которая перпендикулярна оси симметрии его рабочей полости и включает точку пересечения образующей поверхности этой полости с указанной геометрической осью. Этот угол учитывает влияние силы отсоса рециркулирующей текучей среды из корпуса 1 в насос 3 и тоже влияет на эффективность закручивания потока в рабочей полости. Поэтому его целесообразно выбирать в интервале 1,0- 15, а предпочтительно в более узком интервале 0- 15 (где знак плюс означает отклонение вверх, а знак минус - вниз). Тем не менее, в некоторых случаях реализации полезной модели достаточно, если угол 0. Упомянутое выше средство 6 турбулизации потока может быть выбрано из хорошо известного специалистам в области гидравлики набора средств, которые способны прерывать ламинарное течение текучей среды или резко увеличивать начальную турбулентность такого течения. Для нужд реализации полезной модели средствами 6 турбулизации потока предпочтительно могут служить плохо обтекаемые тела различной конфигурации и/или генераторы ультразвуковых колебаний, оснащенные подходящими звукопроводами. В простейших случаях реализации полезной модели (фиг. 1, 4 и 5) рабочая полость корпуса 1 проточного аппарата может быть ограничена цилиндрической поверхностью в верхней части и плавно сопряженной с нею конической поверхностью в нижней части. В более сложных случаях реализации полезной модели рабочая полость корпуса 1 может быть ограничена сфероидальной (фиг. 3) или параболоидальной (фиг. 6) поверхностью. Сфероидальные корпуса 1 проточных аппаратов удобно изготовлять штамповкой-вытяжкой при массовой потребности в устройствах согласно полезной модели, а параболоидальные корпуса 1 позволяют оптимизировать движение диспергируемых частиц, что способствует быстрой гомогенизации пастообразных полуфабрикатов при их рециркуляции. Той же цели, то есть ускорению гомогенизации (и, соответственно, производительности устройств), служит (фиг. 6) и подключение нагнетательного патрубка 5 насоса 3 на вход в корпус 1 проточного аппарата с разветвлением на, по меньшей мере, два (в частности три) отдельных патрубка 11, 12 и 13, которые расположены на разных уровнях и предпочтительно оснащены собственными запорно-регулирующими элементами 14 и средствами 6 турбулизации потока. Для упрощения запуска процесса целесообразно, чтобы в рабочей полости корпуса 1 проточного аппарата было установлено осесимметричное круглое в поперечном сечении средство для пространственного разделения порций водной среды и предназначенных на диспергирование семян перед началом каждого очередного технологического цикла. Целесообразно, если это средство имеет вид трубчатого резервуара 15 для порции семян, у которого верхний торец открыт и расположен на уровне выхода из нагнетательного патрубка 5 насоса 3 в рабочую полость, а нижний торец снабжен осесимметрично расположенной заслонкой 16 для торможения семян и расположен в придонной части корпуса 1 над входом в центральное отверстие, как это показано на фиг. 4, или переливной трубы 17, у которой верхний торец открыт и расположен под крышкой 2 над выходом из нагнетательного патрубка 5 насоса 3 в рабочую полость корпуса 1, а нижний торец введен с кольцевым зазором в начальный участок всасывающего патрубка 4 насоса 3 (фиг. 5). Устройство работает следующим образом. Суспензия семян в водной среде загружается в осесимметричный вертикальный аппарат до заполнения рециркуляционного контура (РК), включающего насос 3 и трубопро 7 37162007.08.30 водную обвязку. Диспергирование семян осуществляется путем прокачки суспензии в замкнутом РК с турбулизацией потока перед входом в аппарат и его спиральным закручиванием внутри аппарата до достижения заданной консистенции и температуры. Для подавления деструкции и окисления жиров и/или белков прокачиваемую суспензию закручивают в спираль уменьшающегося в направлении сверху вниз радиуса и отбирают на рециркуляцию через центральное отверстие в днище аппарата, дегазацию начинают не позднее появления осесимметричной воронки в массе закрученной суспензии, а после достижения заданной гомогенности и температуры во всей массе продукта рециркуляцию прекращают и опорожняют РК. Полезная модель в любой из форм ее осуществления реализуема промышленным путем с использованием простого нестандартного оборудования и предназначена для производства пастообразных продуктов из растительного сырья, к которым предъявляют высокие требования по вкусовым характеристикам и их стабильности при длительном хранении. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 9