способ приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений и устройство для его приготовления

Формула изобретения

1 1. Способ приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений, включающий измельчение растений, введение адсорбирующей добавки и сушку, отличающийся тем, что измельчение зеленых растений ведут путем введения и совмещения операций плющения, расщепления, истирания, растягивания зеленых растений, резки и перераспределения части высвободившейся влаги в адсорбирующую добавку, которую добавляют к измельчаемым зеленым растениям при перемешивании в таком количестве, чтобы влажность получаемой массы не превышала 60 5 мас. причем в качестве адсорбирующей добавки используют, например, часть готового продукта, при этом смесь гранулируют путем обкатывания с одновременным сжатием частиц.2 2. Устройство для приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений, включающее в себя измельчитель типа волчок с режущим механизмом нож - решетка нож, смеситель, сушку типа АВМ или кипящего слоя, циклон, отличающееся тем, что измельчитель дополнительно снабжен формователем, содержащим корпус с выполненным в верхней его части вводным и в нижней его части выводным отверстиями, размещенный в корпусе вал, расположенные на валу диски, боковые поверхности которых выполнены в виде шаровых сегментов, а также гребенчатый нож, гребни которого расположены по ходу вращения вала после выводного отверстия радиально и между дисками, и привод, соединенный с валом, а в сушке выход аппарата кипящего слоя соединен с входом циклона с помощью пневмопитателя, а выход циклона соединен с сушкой кипящего слоя с помощью второго пневмопитателя, причем внутри сушилки кипящего слоя перед выходом установлен свободно на вертикальной оси пропеллер, диаметр которого выполнен большим диаметра выхода.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемые способ и устройство относятся к сельскохозяйственному производству, в частности к способам и устройствам получения кормов для сельскохозяйственных животных, и могут быть использованы при производстве коротковолокнистого брикетированного или гранулированного концентрата из зеленых растений.

Наиболее распространенным способом приготовления белково-витаминного концентрата в виде севки, брикетов или гранул является способ, заключающийся в предварительной резке зеленой травы до частиц размером 10-30 мм, сушке полученных частиц при температуре 500-1000^oC, дроблении высушенных частиц, увлажнении и формовке (брикетировании или грануляции) /1/.

Осуществляется указанный способ путем измельчения растений в измельчителе зеленых растений, сушки полученной сечки с помощью аппарата типа АВМ, отделения сечки в циклоне, дроблении высушенной сечки с помощью дробилки и брикетирования или гранулирования с помощью гранулятора-брикетировщика /2/.

Недостатками известного способа и устройства для его осуществления являются высокие энергозатраты на сушку получаемого продукта и его сравнительно низкое качество.

Высокие энергозатраты на сушку продукта объясняются тем, что сушке подвергают сечку травы, в которой очень трудно удалить влагу, содержащуюся внутри клеток растений. Когда же производят высокотемпературную сушку сечки, то подсыхающий наружный слой сечки растений еще больше препятствует выходу влаги из центра. Кроме того, за счет высокой температуры теплоносителя в отдельных частях сечки возможно закипание влаги, содержащейся внутри клеток, и "сваривание" клеток, что в последующем может привести к загниванию готового продукта.

Ближайшим к предложению является способ /3/. Этот способ приготовления белково-витаминной добавки из зеленых растений заключается в том, что при приготовлении сечки травы ее припудривают адсорбирующими добавками, взятыми в количестве 3-15% от веса высушенной массы, а сушку припудренной сечки осуществляют в кипящем слое при температуре теплоносителя 15-58^oC. Недостаток данного способа также заключается в сравнительно высоких энергозатратах, требуемых на удаление влаги, т.к. способ требует либо сравнительно высокого расхода теплоносителя (при t^o38^oC), либо расхода энергии на вентилятор, подающий воздух на создание кипящего слоя (при низких температурах сушки), т.е. удельная производительность сушки сравнительно низка. Объясняется это той же структурой травяной сечки, когда основная часть влаги заключена внутри клеток растений и удалить ее оттуда сравнительно трудно.

Целью предлагаемых способа и устройства является повышение экономичности технологии приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений.

Достигается поставленная цель тем, что в способе приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений, включающем измельчение растений, введение адсорбирующей добавки и сушку, в отличие от прототипа измельчение зеленых растений ведут путем совмещения операций плющения, расщепления, истирания, растягивания зеленых растений, резки и перераспределения части высвободившейся влаги в адсорбирующую добавку, которую добавляют к измельчаемым зеленым растениям при перемешивании в таком количестве, чтобы влажность получаемой смеси не превышала 605 мас. причем в качестве адсорбирующей добавки используют, например, часть готового продукта (ретур).

Для получения гранулированного продукта смесь с влажностью 605% гранулируют путем обкатывания с одновременным сжатием частиц.

Устройство для осуществления заявленного способа представляет собой измельчитель по типу "шнек-нож-решетка-нож", причем в решетке изготовлены сегментообразные отверстия, размещаемые по концентричным окружностям решетки и выполняемые размерами по ширине 3 ммb10 мм и длине 10 ммl50 мм, при этом решетка измельчителя размещена либо в зоне загрузочного люка шнекового смесителя, либо в зоне подачи измельченной смеси в сушильный агрегат типа АВМ.

При получении гранулированного продукта измельчитель дополнительно оснащен формователем, размещенным под зоной выхода измельченной смеси из измельчителя и содержащим корпус с выполненным в верхней его части вводным и в нижней его части выводным отверстиями, размещаемый в корпусе вал, расположенные на валу диски, боковые поверхности которых выполнены в виде шаровых сегментов, а также гребенчатый нож, гребни которого расположены по ходу вращения вала после выводного отверстия радиально и между дисками, и привод, соединенный с валом.

С целью дополнительного удешевления способа сушку гранулированного продукта осуществляют в аппарате кипящего слоя, представляющего собой аппарат расширяющегося сечения, в верхней мертвой зоне которого расположен загрузочный люк для ввода продукта, внутри аппарат перед выходным газоотводящим отверстием установлен свободно на вертикальной оси пропеллер, диаметр которого выполнен большим диаметра газоотводящего отверстия.

С целью дополнительного удешевления операции сушки гранулированного продукта сушку осуществляют в комбинированной сушилке типа "циклон-кипящий слой".

На фиг. 1 и 2 представлены блок-схемы вариантов способа и устройства для приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений; на фиг. 3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9 изображены устройства для реализации способа.

Зеленые растения (фиг. 1) поступают в измельчитель 1, где они измельчаются путем совмещения операций плющения, расщепления, истирания, растягивания зеленых растений и резки. Измельченные растения поступают в смеситель 2, где измельченные растения смешиваются с адсорбирующей добавкой до влажности 605 мас. Из смесителя продукт поступает на сушку в сушилку 3, в качестве которой может быть использован, например, агрегат типа АВМ, либо сушилку других типов (сушилки фильтрующего слоя и т.д.). После сушки часть готового продукта поступает в смеситель, а остальной продукт идет на склад.

На фиг. 2 представлена блок-схема другого варианта способа и устройства для приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений. Зеленые растения поступают в измельчитель-смеситель 1, 2, где одновременно осуществляются операции измельчения зеленых растений и их смешивания с адсорбирующей добавкой. В данном случае из смесителя-измельчителя выходят "заготовки" гранул, которые поступают в формователь 4, в котором осуществляются дополнительное обкатывание и сжатие частиц с образованием гранул. При этом возможна подача части адсорбирующей добавки в формователь 4 для припудривания гранул. Из формователя 4 продукт поступает на сушку в сушилку 3, в качестве которой может быть использован аппарат кипящего слоя или сушилка типа "циклон-кипящий слой".

На фиг. 3 показан вариант использования для сушки гранул аппарата кипящего слоя. Это устройство содержит измельчитель-смеситель 1, 2, аппарат кипящего слоя 3 и формователь 4. Внутри аппарата 3 перед газовыводящим отверстием расположен пропеллер П, служащий для отбивания частиц.

На фиг. 4 показан вариант использования для сушки гранул сушилки типа "циклон-кипящий слой". Устройство содержит измельчитель-смеситель 1, 2, аппарат кипящего слоя 3, формователь 4, пневмопитатель 5, вход которого соединен с выходом аппарата кипящего слоя, а выход его соединен со входом циклона 6, разгрузочное отверстие которого соединено со вторым пневмопитателем 7. В этом устройстве загрузку гранул осуществляют через пневмопитатель 5 влажного материала, откуда отработанным сушильным агентом влажный материал подается в циклон 6, где происходят подсушка и смешивание влажного материала с сухими частицами уноса. Это препятствует его комкованию и слипанию. Далее материал поступает в нижний пневмопитатель 7 вместе с некоторым количеством отработанного сушильного агента, а затем в аппарат с закрученным кипящим слоем 3. Досушка продукта до заданной конечной влажности обеспечивается благодаря регулируемому времени пребывания в результате создания определенной высоты слоя.

На фиг. 5 показано продольное сечение измельчителя 1, который может быть использован и в качестве измельчителя-смесителя 1, 2 (см. фиг. 1 и 2). Измельчитель содержит корпус 8, загрузочный люк 9, вал со шнеком 10, приводимый во вращение приводом 11. На конце вала насажен внутренний нож 12, плотно прилегающий к решетке 13, снаружи которой вплотную к решетке режущей поверхностью расположен наружный нож 14, также насаженный на вал 10.

На фиг. 6 показан один из вариантов выполнения решетки 13 с отверстиями 15.

На фиг. 7 показан другой вариант выполнения отверстий 15 в решетке 13.

Следует отметить, что с ростом диаметра решетки число отверстий может быть увеличено (см. фиг. 6 и 7). Размеры же отверстий определяются предназначением получаемого на устройстве продукта. Если, например, белково-витаминный концентрат из зеленых растений предназначен для крупного рогатого скота, то размер сегментообразных отверстий нужно выбирать по ширине 10 мм и по длине 50 мм. Это позволит получить волокна длиной до 50 мм.

На фиг. 8 изображено поперечное сечение, а на фиг. 9 продольное сечение формователя 4 (см. фиг. 2). Формователь содержит корпус 16, вводное 17 и выводное 18 отверстия, размещаемый в корпусе вал 19, расположенные на валу и разделенные шайбами 20 диски 21, боковые поверхности которых выполнены в виде шаровых сегментов, а также гребенчатый нож 22, гребни которого расположены по ходу вращения вала после выводного отверстия 18 радиально и между дисками.

Концы вала 19 размещены во втулках скольжения 23. Один из концов вала 19 соединен с приводом 24.

Принцип действия формователя заключается в следующем. Предварительно полученные в измельчителе-смесителе 1, 2 (см. фиг. 5) гранулы поступают в формователь через вводное отверстие 17 и попадают в щели между дисками 21. Так как отверстие 17 изготовлено со смещением от центрального сечения навстречу направлению вращения (показано стрелкой), то гранулы проникают в щели довольно глубоко. В последующем гранулы увлекаются боковыми поверхностями дисков 21, что приводит к их обкатке к сжатию. Вместе с этим припудривание через отверстие 17 с помощью адсорбирующей добавки способствует формованию гранул, которые, достигая плоскости выводящего отверстия 3, либо вываливаются самопроизвольно, либо снимаются из щелей с помощью гребенчатого ножа 22.

Выполнение операции измельчения зеленых растений путем совмещения операций плющения, расщепления, истирания, растягивания и резки зеленых растений позволяет деформировать скелет растений, произвести физическое высвобождение влаги из клеток растений.

Смешивание измельченных растений с адсорбирующей добавкой позволяет распределить высвобожденную влагу по большей поверхности и тем самым в последующем значительно интенсифицировать процесс сушки и удешевить способ.

Кроме того, смешивание измельченных растений с адсорбирующей добавкой позволяет интенсифицировать процесс физического обезвоживания клеток, капилляров измельченных растений за счет отвода части влаги адсорбирующей добавкой с поверхности измельченных растений, т.е. снижения "концентрации" влаги в объеме измельченных растений, приводящего к интенсификации и удешевлению процесса сушки, а, следовательно, и всего способа.

Выбор влажности смеси измельченных зеленых растений с адсорбирующей добавкой в пределах 605 мас. вызван необходимостью получения сыпучей, не образующий слипающихся комков массой, обеспечивающей сравнительно однородную дисперсность подаваемой на сушку смеси. Такая влажность смеси является необходимой и достаточной. Получение смеси с влажностью менее 55% не оправданно, т.к. не улучшает требуемые физические свойства смеси, но требует увеличения количества добавляемого ретура, а при влажности свыше 65% в смеси образуются слипшиеся комки, которые мешают равномерному высушиванию продукта.

Влажность смеси в пределах 605% позволяет гранулировать продукт путем обкатывания и одновременного сжатия частиц в формователе.

При влажности смеси менее 55% грануляция осуществляется плохо, часть продукта не успевает сформироваться в гранулы, а при влажности свыше 65% сформованные гранулы склонны к слипанию, т.к. на их поверхности содержится избыточное количество влаги.

Выполнение устройства для измельчения зеленых растений по типу "шнек-нож-решетка-нож" и соответствующих сегментных отверстий в решетке позволяет совместить операции плющения, расщепления, истирания, растягивания зеленых растений, их резку и свивание в некоторое подобие гранул. В результате таких операций получаются сплющенные волокна длиной до 50 мм, при этом из растений физически выдавливается основное количество влаги: клетки деформируются, мембраны и капилляры разрушаются, вследствие чего находившаяся внутри растений влага высвобождается. Однако эта влага содержит основную часть питательных элементов, содержащихся в зеленых растениях, что вызывает необходимость их сохранения, удаляя лишь избыточное количество воды при сушке. Поэтому напрямую на сушку полученные по описанному способу свитые конгломераты из массы зеленых растений подавать нецелесообразно, т.к. масса комкуется и сушка ее будет не только экономически не выгодной, но и приведет к получению продукта низкого качества, т. к. в такой массе невозможно обеспечить равномерность сушки. Поэтому перед подачей на сушку указанные конгломераты необходимо смешать с частью высушенного продукта (ретуром), который, впитав в себя часть влаги, увеличивает поверхность испарения.

Сушка полученной таким образом смеси (без окончательной грануляции), в которой содержатся волокна растений размером до 50 мм, целесообразна на агрегатах типа АВМ.

При этом за счет того, что влажность подаваемого на сушку продукта предварительно доведена до 605 мас. и того, что влага практически физически высвобождена, температура теплоносителя в аппарате не превышает 300-500^oC.

Если же использовать окончательное гранулирование с помощью формователя с дисками, поверхность которых выполнена в виде поверхности шаровых сегментов, то полученные гранулы можно подавать непосредственно в аппарат кипящего слоя.

При этом возможно совмещение операций измельчения зеленых растений (путем плющения, расщепления, истирания, растягивания и резки) и смешивания с адсорбирующей добавкой. На выходе из измельчителя, который в данном случае выполняет и роль смесителя, получаются сформованные частицы нужной влажности, которые при поступлении в формователь дополнительно будут обкатаны и сжаты.

Такое совмещение необходимо при высокой влажности травы. Оно позволяет повысить надежность операции измельчения, повысить ее интенсивность, т.к. высоковлажная масса с трудом самостоятельно проходит из корпуса к решетке измельчителя. Необходимо либо резко увеличивать число оборотов шнека, либо поддавливать влажную массу адсорбирующей добавкой.

Кроме того, в данном случае получаются более плотные гранулы.

Выбор в качестве измельчителя устройства, работающего по типу "шнек-нож-решетка-нож", позволяет проводить операцию измельчения растений путем совмещения операций плющения, расщепления, истирания, растягивания зеленых растений и резки.

Выбор решетки с сегментообразными отверстиями, размещаемыми по концентрическими окружностям, позволяет разместить основную часть волокон растений параллельно большим образующим сегментообразующих отверстий.

Выбор размеров сегментообразных отверстий по ширине 3 ммb10 мм и длине 10 ммl50 мм позволяет получать волокнистую массу с длиной волокон до 10-50 мм.

В качестве смесителя измельчаемых зеленых растений с адсорбирующей добавкой выбран либо шнековый смеситель, либо сам измельчитель. Этот выбор объясняется следующим. При смешивании измельченных растений с адсорбирующей добавкой в шнековом смесителе получается сыпучая масса, пригодная для сушки в аппаратах типа АВМ. Использование измельчителя растений и в качестве смесителя с адсорбирующей добавкой позволяет получить на выходе этого измельчителя-смесителя некоторое подобие (заготовки) гранул, которые окончательно могут быть превращены в гранулы с помощью формователя, размещаемого под зоной выхода измельченной смеси из измельчителя.

Выбор формователя, содержащего корпус с выполненным в верхней его части вводным и в нижней его части выводным отверстиями, размещаемый в корпусе вал, расположенные на валу диски, боковые поверхности которых выполнены в виде шаровых сегментов, а также гребенчатый нож, гребни которого расположены по ходу вращения вала после выводного отверстия радиально и между дисками, и привод, соединенный с валом, позволяет производить грануляцию путем обкатывания и сжатия частиц. Вводное отверстие размещено так, что заготовки гранул попадают в просвет между дисками, расположенный над валом. При вращении дисков частицы смеси с влажностью 605% за счет инерции обкатываются с поверхности дисков, уплотняясь и приобретая форму гранул, увлекаются дисками по окружности вниз, где встречаются с гребенчатым ножом, с помощью которого извлекаются из пространства между дисками и направляются в выводное отверстие.

Выбор для сушки гранул аппарата кипящего слоя, представляющего собой аппарат расширяющегося сечения, в верхней мертвой зоне которого расположен загрузочный люк для ввода продукта, позволяет осуществить сушку гранул в мягких тепловых условиях. Гранулы из загрузочного люка скатываются по стенке в зону сушки (в зону псевдоожижения), где происходит их сушка. Ввиду того, что при сушке происходит резкое изменение веса гранул, они могут в большом количестве уноситься теплоносителем в циклон и мультициклон, затрудняя работу последних.

Значительно снизить нагрузку на циклон позволяет пропеллер, свободно установленный на вертикальной оси внутри аппарата кипящего слоя перед газоотводящим отверстием. При этом диаметр пропеллера выбран большим диаметра газоотводящего отверстия.

Отработанный теплоноситель, устремляясь к газоотводящему отверстию, заставляет пропеллер вращаться с большой скоростью. Это приводит к тому, что частицы высушиваемого продукта, уносимые с воздухом, встречая на своем пути вращающиеся лопасти пропеллера, отбрасываются им вниз, вбок и снова поступают на сушку. Часть отбрасываемых частиц попадает на гранулы, подаваемые в аппарат кипящего слоя, и припудривает их.

Такое устройство аппарата кипящего слоя позволяет не только снизить нагрузку на циклон, но и обеспечить более равномерное просушивание гранул, исключает в последующем порчу продукта.

Сушка гранул в аппарате кипящего слоя позволяет не только повысить экономичность операции сушки (по сравнению с сушкой в аппаратах типа АВМ), но и сохранить качество высушиваемого продукта.

Использование для сушки гранул комбинированной сушилки "циклон-кипящий слой" позволяет осуществлять сушку этого термочувствительного материала в мягких условиях и с полным использованием потенциала сушильного агента.

Кроме того, в этой сушилке осуществляется контакт влажных гранул с сухими частицами уноса. Это препятствует слипанию и комкованию продукта. Эта сушилка позволяет осуществлять хорошую очистку воздуха от пыли (степень очистки близка к 100%), т.е. унос продукта с отработанным теплоносителем почти полностью исключается, что, в свою очередь, повышает экономичность способа.

Наконец, в этой сушилке можно осуществлять непрерывную циркуляцию продукта, позволяющую управлять процессом сушки и проводить в случае необходимости глубокую сушку продукта.

В научно-технической и патентной литературе нами не обнаружено сведений о заявляемой совокупности признаков способа и вариантов устройства для его осуществления.

Ввиду того, что заявляемая совокупность параметров способа и устройства не известна, т.е. нова, и в связи с тем, что она позволяет обеспечить достижение поставленной цели повышения экономичности технологии приготовления белково-витаминного концентрата из зеленых растений, то эта новая совокупность параметров способа и устройства для его осуществления соответствует критерию "существенные отличия".

Пример 1. Зеленую траву с влажностью 72% измельчают на измельчителе типа "шнек-решетка-нож" и в количестве 6428 кг/ч непрерывно подают в шнековый смеситель. Туда же непрерывно подают 1543 кг/ч высушенного продукта (ретура). Полученную смесь с влажностью 605% непрерывно подают в сушилку агрегата AВМ-1,5 РЖ. Сушку производят теплоносителем с температурой 500^oC. Частота вращения сушильного барабана 9 мин^-1.

Сравнительные данные по сушке по известному и по предлагаемому способам на указанной сушилке приведены в таблице.

Температура продукта на выходе из сушилки 55-58^oC.

Расход тепла на удаление 1 кг влаги 3040 кДж/кг (в известном способе - 3600 кДж/кг).

Пример 2. Зеленую траву с влажностью 72% измельчают на измельчителе типа "шнек-нож-решетка-нож" и в количестве 685 кг/ч подают в шнековый смеситель. Туда же подают непрерывно 165 кг/ч ретура с влажностью 10-12% Полученную смесь с влажностью 605% непрерывно подают в формователь, а затем в аппарат кипящего слоя, выполненный аналогично изображенному на фиг. 3. Сушку смеси осуществляют теплоносителем с температурой 260^oC.

Температура высушиваемого продукта в слое 56^oC.

Выход готового продукта 175 кг/ч. Затраты на удаление 1 кг влаги по предлагаемому способу в данном примере составляют 2725 кДж, или 0,756 кВт/ч (в известном способе 3600 кДж/кг).

Содержание пыли в отработанном теплоносителе 0,003 мас.

Потери каротина 0,2%

Пример 3. Зеленую траву с влажностью 72% измельчают на измельчителе типа "шнек-нож-решетка-нож" и в количестве 685 кг/ч подают в шнековый смеситель. Туда же подают непрерывно 165 кг/ч ретура с влажностью 10-12% Полученную смесь с влажностью 605% непрерывно подают на формователь, изображенный на фиг. 8 и 9 и размещенный над бункером пневмопитателя влажного материала сушилки "циклон-вихревой слой" (см. фиг. 4). Сушку смеси осуществляют теплоносителем с температурой 232^oC.

Температура продукта на выходе из сушилки 56^oC.

В сушилке "циклон-вихревой слой" подача влажной смеси на сушку осуществляется отработанным сушильным агентом, что повышает экономичность сушки.

Затраты на удаление 1 кг влаги по предлагаемому способу в данном примере составляют 2436 кДж, или 0,68 кВт/ч (в известном способе 3600 кДж/кг).

Примеры на запредельные параметры способа

Пример 4. Аналогичен примеру 1 и отличается тем, что на сушку в АВМ-1,5 РЖ подали смесь с влажностью 70% Часть продукта слиплась и плохо просушилась. Содержание влаги в слипшихся кусках до 20%

Пример 5. Аналогичен примеру 2 и отличается тем, что в формователь поступил продукт с влажностью 50% Часть продукта не сгранулировалась, что привело к увеличению концентрации частиц уноса в зоне сепарации аппарата кипящего слоя и снижению производительности аппарата по готовому продукту.

Предлагаемый способ и устройство позволяют устранить непроизводительные затраты энергии по сравнению с приготовлением травяной муки из сечки.

Упрощаются операции измельчения растений и приготовления гранул.

Сохраняется волокнистость материала, что способствует поедаемости его и снижению потерь белково-витаминного концентрата при скармливании (скармливание животным переизмельченного продукта приводит к снижению приростов до 15% негативно влияет на пищеварение, т.к. такой продукт быстро проходит через пищеварительный тракт и не успевает полностью усвоиться).

Сокращается число технологических операций, сокращаются энергозатраты не менее чем на 10-15%

Полученные по предлагаемому способу гранулы содержат вдвое больше каротина и протеина по сравнению с травяной мукой, полученной на АВМ.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1186186, кл. А 23 К 1/14, 1985.

2. Кулаковский И.В. и др. Машины и оборудование для пригтовления кормов. Справочник. Ч. 1. М. Россельхозиздат, 1987.

3. Механизация пригтовления травяной муки. М. Сельхозиздат, 1963, с. 120.