способ получения коптильного дыма с использованием энергии ик-излучения и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения коптильного дыма пиролизом древесного топлива влажностью 50-70%, отличающийся тем, что температура пиролиза не превышает 320°С, при этом к древесным опилкам с удельной поверхностью 9-12 м²/кг добавляют воду в количестве 50-100% от их массы, а пиролиз осуществляют энергией инфракрасного излучения.

2. Устройство для получения коптильного дыма, содержащее корпус, ванну для пиролиза с перегородками, расположенными параллельно ее стенкам, отличающееся тем, что оно снабжено генераторами ИК-излучения, рефлекторами и дополнительной излучающей поверхностью, причем ванна для пиролиза разделена перегородками на отдельные зоны для древесного топлива и воды, при этом зоны для воды образуют два боковых кармана.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для непрерывного процесса генерации дыма, в топливной зоне ванны для пиролиза размещен конвейер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве мясной и рыбной продукции горячего и холодного копчения.

Известен способ получения коптильного дыма термическим разложением древесных опилок с помощью сухого перегретого пара (Ершов А.М., Зотов В.В., Ноздрин С.И. Копчение пищевых продуктов: уч. пособие ч. 2 Повышение энергетической эффективности - Мурманск: МГТУ, 1996, - с. 86-89). При данном способе насыщенный водяной пар нагревают до высоких температур и пропускают через слой опилок. Образующаяся при разложении опилок коптильная среда очищается от твердых частиц, охлаждается и используется в процессе копчения продукта.

Данный способ осуществляется в известном из той же литературы устройстве (Ершов А. М., Зотов В.В., Ноздрин С.И. Копчение пищевых продуктов: пособие, ч. 2 Повышение энергетической эффективности. - Мурманск, МГТУ, 1996, - с. 86-89), состоящем из корпуса, внутри которого расположен шнек, служащий для подачи и пиролиза опилок. В средней части шнека расположена зона пиролиза опилок. На входе и выходе зоны пиролиза имеются отверстия для подачи и отвода пара. На выходе из зоны пиролиза в шнеке установлен разрыхлитель. В верхней части корпуса расположены теплообменники, нагреватель и струйный насос, служащие для перегрева пара и подачи перегретого пара внутрь шнека с движущимися опилками. На выходе из зоны пиролиза установлен циклон для очистки коптильной среды от опилок. В нижней части корпуса расположен сборник золы. Так как пиролиз опилок происходит при температурах не выше 380^oC, то в коптильной среде содержится незначительное количество канцерогенных и проканцерогенных веществ. При использовании перегретого пара свойства получаемой коптильной среды отличаются от свойств дыма, получаемого традиционными способами, поэтому вкусовые свойства копченых продуктов, приготовленных с помощью этой среды, также отличаются. Устройства сложны и металлоемки, поэтому этот способ не нашел широкого применения в промышленности.

Наиболее близкий к предлагаемому изобретению, относящемуся к способу получения коптильного дыма, является способ по патенту РФ N 2115322, МПК A 23 B 4/052 (опубликованный в БИ N 20, 1998).

Данный способ заключается в получении коптильного дыма путем трения древесины влажностью 50-70% об вращающийся металлический барабан. Пиролиз в зоне трения - низкотемпературный, так как происходит при температуре, не превышающей 350^oC, что способствует резкому уменьшению содержания канцерогенных и проканцерогенных веществ. Вкусовые свойства продуктов, приготовленных с использованием дыма, полученного данным способом, не отличаются от вкусовых свойств традиционных копченых продуктов. Однако в процессе пиролиза поверхностные слои древесины пересыхают, и в конце процесса возможно их воспламенение, что способствует образованию вредных веществ. Вследствие этого в конденсатах дыма и в копченой продукции содержатся некоторое количество бенз-а-пиренов и нитрозосоединений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство по А.С. СССР N 1755767, кл. A 23 B 4/044, (опубликовано в БИ N 31, 23.08.1992).

Устройство для копчения пищевых продуктов содержит корпус, в нижней части которого установлена ванна для опилок, а под ней решетка для пищевых продуктов. Над ванной установлен колпак, при этом ванна и колпак имеют по крайней мере две внутренние перегородки, расположенные параллельно их стенкам. Стенки и перегородки колпака размещены между перегородками ванны так, что они образуют между торцевыми стенками и дном ванны и колпака открытые с торцов каналы, в нижней части которых помещен фильтровальный материал. Центральная перегородка ванны контактирует с дном колпака, она выполнена по высоте больше, чем остальные перегородки и снабжена отверстиями в верхней части. Решетка для размещения продукта установлена на колпаке. Наличие в устройстве колпака перегородок, размещенных между перегородками ванны, и фильтровального материала, заполняющего пространство между перегородками, обеспечивает очистку дыма от копоти и других продуктов пиролиза опилок.

В этом устройстве пиролиз древесины ведется за счет горения части топлива, то есть в нерегулируемых температурных условиях, что ведет к неконтролируемому росту температуры древесного топлива с образованием большого количества канцерогенных и проканцерогенных веществ. Применяемые фильтры способны задерживать крупные частицы сажи, частично смолы, но не способны уменьшить содержание в дыме вредных и опасных для здоровья человека веществ. Кроме того, совмещение камеры генерации дыма с камерой собственно копчения продуктов также отрицательно сказывается на качестве продукции.

Предлагаемыми изобретениями решается задача получения качественного дыма с минимальным содержанием бенз-а-пиренов и нитрозосоединений в простых по конструкции, надежных и не требующих постоянного обслуживания аппаратах. Для достижения такого технического результата в предлагаемом способе получения коптильного дыма пиролиз древесного топлива влажностью 50-70% проводят при температуре, не превышающей 320^oC, при этом к древесным опилкам с удельной поверхностью 9-12 м²/кг добавляют воду в количестве 50-100% от их массы, а пиролиз осуществляется энергией инфракрасного излучения.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в нагревании древесного топлива энергией инфракрасного излучения и добавлении к топливу воды в начале процесса пиролиза в количестве от 50 до 70% от его массы. Эти условия позволяют поддерживать температуру разложения древесных опилок на уровне, не превышающем 320^oC.

Для достижения названного технического результата предлагается устройство, которое представляет собой корпус дымогенерации с ванной для пиролиза, которая разделена перегородками, расположенными параллельно стенкам ванны, на отдельные зоны для древесного топлива (опилок) и воды, причем зоны для воды образуют два боковых кармана. Над ванной располагаются генераторы инфракрасного излучения, снабженные рефлекторами. Между генераторами инфракрасного излучения и рефлекторами расположена дополнительная излучающая поверхность. В боковые карманы ванны для пиролиза заливается вода, а между ними размещается влажное топливо. Расстояние от генераторов инфракрасного излучения до поверхности топлива подбирается экспериментально в зависимости от их типа. Для установок с большой производительностью по дыму рекомендуются непрерывно действующие устройства.

Описанная конструкция устройства надежнее и проще в обслуживании, чем известные дымогенераторы и позволяет вырабатывать дым высокого качества, свободный от канцерогенных и проканцерогенных веществ. Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 - схема устройства периодического действия для осуществления предложенного способа, поперечный разрез;

на фиг. 2 - схема устройства непрерывного действия для осуществления предложенного способа, продольный разрез.

Предлагаемый способ осуществляют в следующей последовательности: топливо 9 увлажняют до 45-70% влажности, затем загружают в ванну 7 для пиролиза, в боковые карманы 8 добавляют 50-100% воды от массы топлива 9. После чего включают генераторы инфракрасного излучения 2 и процесс ведут до полного термического разложения топлива 9, затем удаляют остаток от термического разложения и цикл повторяют. Следует отметить, что определенной удельной поверхности топлива, его влажности и количеству добавленной воды соответствует определенная длительность процесса пиролиза, которую можно задавать таймером. Собственно пиролиз происходит без участия оператора.

Пример 1.

Опилки массой 0,7 кг с удельной поверхностью 9,0 м²/кг и влажностью 44% поместили в ванну 7 для пиролиза (фиг. 1), в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза добавили 0,35 кг воды. Продолжительность нагрева до начала дымообразования составила 7 мин, а продолжительность собственно дымообразования - 112 мин. В процессе дымообразования наблюдалось воспламенение топлива.

Режим не рекомендуется.

Пример 2.

Опилки массой 0,7 кг с удельной поверхностью 9,0 м²/кг и влажностью 45% поместили в ванну 7 для пиролиза (фиг. 1), в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза добавили 0,35 кг воды. Продолжительность нагрева до начала дымообразования составила 7,3 мин, а продолжительность собственно дымообразования - 115,7 мин. Воспламенение топлива не наблюдалось.

Режим рекомендуется.

Пример 3.

Опилки массой 0,7 кг с удельной поверхностью 11,0 м²/кг и влажностью 45% поместили в ванну 7 для пиролиза (фиг. 1), в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза добавили 0,45 кг воды. Продолжительность нагрева до начала дымообразования составила 16,6 мин, а продолжительность собственно дымообразования - 119,5 мин. Воспламенение топлива не наблюдалось.

Режим рекомендуется.

Пример 4.

Опилки массой 0,7 кг с удельной поверхностью 11,0 м²/кг и влажностью 70% поместили в ванну 7 для пиролиза (фиг. 1), в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза добавили 0,70 кг воды. Продолжительность нагрева до начала дымообразования составила 11,9 мин, а продолжительность собственно дымообразования - 142,6 мин. Воспламенение топлива не наблюдалось.

Режим рекомендуется.

Пример 5.

Опилки массой 0,7 кг с удельной поверхностью 11,0 м²/кг и влажностью 70% поместили в ванну 7 для пиролиза (фиг. 1), в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза добавили 0,80 кг воды. Продолжительность нагрева до начала дымообразования составила 13 мин, через 10 мин процесс дымообразования прекратился.

Режим не рекомендуется.

Пример 6.

Опилки массой 0,7 кг с удельной поверхностью 11,8 м²/кг и влажностью 47% поместили в ванну 7 для пиролиза (фиг. 1), в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза добавили 0,35 кг воды. Продолжительность нагрева до начала дымообразования составила 2,7 мин, а продолжительность собственно дымообразования - 112,7 мин. Воспламенение топлива не наблюдалось.

Режим рекомендуется.

Пример 7.

Генерация дыма велась 72 часа по режиму примера 2. Дым пропускался через абсорбер, в котором циркулировала вода с температурой 20^oC. Было получено 300 кг коптильного препарата, который соответствовал ТУ 2455-001-11796723-94 "Коптильный препарат "СКВАМА". Технические условия". В коптильном препарате полностью отсутствовали вещества типа бенз-а-пирена и нитрозосоединения, которые могут способствовать возникновению онкологических заболеваний.

Предлагаемое устройство для генерации дыма периодического действия содержит (фиг. 1) корпус 1, в котором размещены ряд генераторов 2 инфракрасного излучения, соединенных между собой параллельно токоведущими изолированными проводами. Над генераторами 2 расположен блок рефлекторов 3, служащих для отражения потока излучения вверх от генераторов 2. Дополнительная излучающая поверхность 4 предназначена для генерации длинноволнового инфракрасного спектра излучения и предохранения рефлекторов 3 от загрязнений. Окно 5 корпуса 1 служит для отвода генерируемого дыма, а заслонка 6 предназначена для подачи свежего воздуха в зону пиролиза. Ванна 7 для пиролиза размещена под генераторами 2 инфракрасного излучения. Ванна 7 для пиролиза разделена перегородками, размещенными параллельно стенкам ванны, на отдельные зоны для топлива и воды, причем зоны для воды образуют два боковых кармана 8, в которые заливается определенное количество воды. В средней зоне ванны 7 для пиролиза располагается топливо 9. Направляющие 10 предназначены для перемещения ванны 7 для пиролиза в зону действия генераторов 2 инфракрасного излучения.

Предлагаемое устройство для генерации дыма непрерывного действия содержит (фиг. 2) узлы позиций 1-9 аналогичного назначения, что и на фиг. 1, однако дополнительно оснащается следующими деталями и узлами.

В средней зоне ванны 7 для пиролиза расположен скребковый конвейер 11, имеющий направляющие 10, предназначенный для перемещения топлива 9 в ванне 7 для пиролиза. Бункер 12, расположенный на корпусе 1, служит для дозирования подачи подготовленного топлива 9 в зону пиролиза. Бункер 12 оборудован ворошителем 13 и регулирующей заслонкой 14. С противоположной стороны от зоны загрузки топлива в корпусе 1 оборудован сборник золы 15 с заслонкой для выгрузки 16. Устройство для генерации дыма снабжено трубопроводом 17 для подачи воды в боковые карманы, регулирование которой осуществляется регулирующим клапаном 18.

Устройство периодического действия работает следующим образом. Из корпуса 1 по направляющим 10 выдвигают ванну 7 для пиролиза. Дозу топлива 9 с определенной влажностью помещают в среднюю зону ванны 7 для пиролиза, затем заливают определенную порцию воды в боковые карманы 8 ванны 7 для пиролиза. После чего ванну 7 для пиролиза по направляющим 10 перемещают в корпус 1. Ванна 7 для пиролиза со стороны загрузки имеет торцевую стенку большей площади, чем площадь поперечного сечения отверстия, через которое ванна выдвигается из корпуса, тем самым, в момент закрытия соприкасаясь этой торцевой стенкой с наружной стенкой корпуса 1, закрывается нерегулируемый доступ воздуха через отверстие загрузки. Затем включаются генераторы инфракрасного излучения. Часть теплового потока от генераторов 2 инфракрасного излучения направлена вниз на топливо 9, а часть попадает на дополнительную излучающую поверхность 4, которая частично отражает тепловой поток, но и частично поглощает и соответственно нагревается, но до меньшей температуры, чем излучающая спираль генераторов 2 инфракрасного излучения. Нагретая излучающая поверхность 4 начинает генерировать энергию инфракрасного излучения с большей длиной волны, чем генераторы 2. Тепловой поток от дополнительной излучающей поверхности 4, направленный вверх, отражается рефлектором 3, поверхность которого защищена от загрязнений дымовой средой дополнительной излучающей поверхностью 4. Таким образом, на топливо 9 действует поток энергии инфракрасного излучения с разной длиной волны, что обеспечивает равномерное поглощение потоков тепла поверхностью топлива и снижает возможность воспламенения отдельных его частей. При этом потери энергии инфракрасного излучения в окружающую среду невелики. Вначале происходит разогрев топлива, причем за счет сочетания потока инфракрасного излучения с определенной влажностью топлива имеет место явление термовлагопроводности, в результате интенсифицируется разогрев внутренних слоев древесных опилок. Через определенный промежуток времени начинает происходить пиролиз верхних слоев топлива. Подачу свежего воздуха регулируют заслонкой 6. По мере пиролиза толщина слоя топлива уменьшается и в конце процесса остается зольный остаток, составляющий 10-12% от массы топлива. Использование топлива с определенной влажностью и дополнительный подвод влаги из боковых карманов способствуют тому, что в течение всего процесса пиролиза частицы древесины окружены водяным паром, который не препятствует пиролизу, но препятствует их возгоранию, поэтому процесс пиролиза протекает равномерно при температурах менее 320^oC. После завершения пиролиза отключают генераторы 2, ванну 7 выдвигают из зоны пиролиза, удаляют зольный остаток и цикл повторяют.

Устройство для генерации дыма непрерывного действия (фиг. 2) работает следующим образом: бункер 12 загружается подготовленными опилками, включаются конвейер 11 и ворошитель 13, заслонкой 14 регулируется подача опилок, затем включаются генераторы 2 инфракрасного излучения и открывается подача воды в боковые карманы 8 по трубопроводу 17, при этом доза воды регулируется краном 18. Скребками конвейера 11 топливо постепенно перемещается по ванне 7 для пиролиза, в начале ванны 7 для пиролиза топливо нагревается, а в конце ванны 7 для пиролиза происходит его полное разложение. Из боковых карманов 8 ванны 7 для пиролиза постоянно подводится вода. Подача воды из боковых карманов 8 в зону пиролиза в сочетании с определенной влажностью топлива способствует пиролизу при температурах менее 320^oC. Зольный остаток скребками конвейера 11 удаляется в бункер 15, из которого он периодически выгружается с использованием заслонки 16. Генерируемый дым непрерывно отводится через окно 5.