Патент на изобретение №2333036

(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обработке капиллярно-пористых зерновых материалов, используемых для пищевых и кормовых целей, а также в химической промышленности и других отраслях. Способ обработки зерновых материалов выполняется в два этапа. На первом этапе зерновой материал в течение 30-90 с нагревают путем конвективного подвода тепла до температуры 105-120°С с повышением давления в камере до 0,15-0,20 МПа. На втором этапе зерновой материал в течение 10-30 с нагревают до температуры 120-180°С, используя электромагнитное поле СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг·с, с одновременным понижением давления в СВЧ-камере до 0,01-0,02 МПа. Изобретение позволяет снизить долю наиболее дорогостоящего компонента энергозатрат на осуществление процесса – энергии электромагнитного поля СВЧ – в 1,5-2,0 раза.

Изобретение относится к обработке капиллярно-пористых зерновых материалов, используемых для пищевых и кормовых целей, а также в химической промышленности и других отраслях, и позволяет снизить долю наиболее дорогостоящего компонента энергозатрат на его осуществление – энергии электромагнитного поля СВЧ.

Известен способ обработки сыпучих материалов в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (ЭМП СВЧ), реализуемый с помощью специальных устройств (а.с. СССР №1793838 А3, МКИ А01С 1/00, F26В 23/08. – 1993; а.с. СССР №1316645, МКИ А23L 3/32, Н05В 6/78. – 1987) и заключающийся в равномерном прогреве материала за счет поглощения им энергии электромагнитного поля СВЧ и интенсивном удалении выделяющейся при этом из материала внутрикапиллярной влаги, уносимой подаваемым в камеру обработки воздушным потоком. Способ позволяет значительно улучшить качество и сократить продолжительность процесса обработки материалов. Недостатком его является высокая энергоемкость процесса.

Известен способ сушки продуктов растительного и животного происхождения путем нагрева их СВЧ-энергией до 70÷90°С и перемешивания в герметичной вакуумной камере с остаточным давлением 3÷5 Па (а.с. СССР №2151984, МКИ 7 F26В 7/00, 5/04, 3/347. – 2000). Способ позволяет существенным образом интенсифицировать процесс влагоудаления из продукта, но в сравнении с вышеназванным отличается еще более высокой энергоемкостью, так как помимо затрат энергии на генерирование электромагнитного поля СВЧ требует дополнительных энергозатрат на вакуумирование камеры обработки материала.

Известен также способ тепловой обработки зерновых продуктов электрофизическими методами (патент РФ №2085088, МКИ А23L 1/18, F26В 3/30, 3/347. – 1997), выполняемый в два этапа и принятый за прототип. На первом этапе продукт в течение 30÷90 с нагревают тепловой энергией до температуры 95÷105°С без существенного изменения влагосодержания, на втором – в течение 20÷60 с электромагнитным полем СВЧ его температуру доводят до 120÷180°С. Способ позволяет значительно улучшить качество обработки зерна. Недостаток его состоит в том, что свыше половины (до 52%) всех энергозатрат составляют затраты, приходящиеся на используемое для нагрева материала электромагнитное поле СВЧ, характеризующееся сравнительно невысоким (около 0,54÷0,6 против 0,7÷0,9 при конвективном нагреве электроэнергией) коэффициентом преобразования электрической энергии промышленной частоты в тепловую из-за низкого коэффициента преобразования электрической энергии промышленной частоты в энергию СВЧ (0,6÷0,65) применяемыми для этой цели генерирующими устройствами.

Цель изобретения – снижение удельных затрат энергии при сохранении требуемого качества обрабатываемого материала.

Поставленная цель достигается тем, что на первом этапе зерновой материал в течение 30÷90 с нагревают путем конвективного подвода тепла до температуры 105÷120°С с повышением давления в камере до 0,15÷0,20 МПа для исключения фазового превращения внутрикапиллярной влаги зерна, а на втором этапе зерновой материал в течение 10÷30 с нагревают до температуры 120÷180°С, используя электромагнитное поле СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг·с, с одновременным понижением давления в СВЧ-камере до 0,01÷0,02 МПа.

Предлагаемый способ тепловой обработки зерновых материалов заключается в следующем.

На первом предварительном этапе подвергаемый обработке материал в течение 30÷90 с нагревают путем конвективного подвода тепла до температуры 105÷120°С. Принятые при этом режимы обработки, как показывают результаты экспериментальных исследований, обеспечивают оптимальные качественные показатели подготовки зернового материала по степени декстринизации крахмала, денатурации белков и переваримости протеина и способствуют снижению энергоемкости процесса в целом. Возможность фазового превращения внутрикапиллярной влаги зерна в пар, требующего в 2÷3 раза больших затрат энергии по сравнению с нагревом зерна, исключается созданием в камере нагрева избыточного (до 0,15÷0,20 МПа) давления за счет нагнетания в нее откачиваемого из вакуумируемой камеры воздуха, что смещает точку кипения воды в капиллярах зерна в область более высоких температур (до 105÷120°С).

Второй этап характеризуется скачкообразным повышением температуры зернового материала до 120÷180°С за счет нагрева его в течение 10÷30 с в электромагнитном поле СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг·с с одновременным понижением давления в СВЧ-камере до 0,01÷0,02 МПа. Использование на данном этапе электромагнитного поля СВЧ и принятых режимов обработки обеспечивает интенсивный локальный нагрев влаги внутри капилляров зерен, так как вода имеет существенно больший (в 80 раз) коэффициент диэлектрических потерь по сравнению с собственно сухим веществом зерна, что способствует резкому росту давления паровоздушной смеси внутри зерна за счет фазового перехода внутрикапиллярной влаги его в парообразное состояние. Дополнительное вакуумирование материала, достигаемое за счет резкого понижения давления в СВЧ-камере, в еще большей степени усиливает этот эффект за счет снижения на 15÷20% температуры фазового перехода (точки кипения) воды и использования на парообразование уже аккумулированной в зерне (в результате более экономичного конвективного нагрева на первом этапе обработки) части энергии.

Предлагаемый способ обработки позволяет снизить долю наиболее дорогостоящего компонента энергозатрат на осуществление процесса – энергии электромагнитного поля СВЧ – в 1,5÷2,0 раза, сохраняя все присущие известному способу предпосылки для обеспечения требуемых качественных преобразований обрабатываемых зерновых материалов. В целом по процессу, с учетом двухстадийности обработки материала и дополнительных затрат на его вакуумирование, общие удельные затраты энергии в сравнении с прототипом, как показывают теоретические расчеты и проведенные эксперименты, могут быть снижены на 10÷15%.

Формула изобретения

Способ обработки зерновых материалов, выполняемый в два этапа, заключающийся в нагреве материалов тепловой энергией и энергией электромагнитного поля СВЧ, отличающийся тем, что на первом этапе зерновой материал в течение 30-90 с нагревают путем конвективного подвода тепла до температуры 105-120°С с повышением давления в камере до 0,15-0,20 МПа для исключения фазового превращения внутрикапиллярной влаги зерна, а на втором этапе зерновой материал в течение 10-30 с нагревают до температуры 120-180°С, используя электромагнитное поле СВЧ с удельной мощностью не менее 5 кДж/кг·с, с одновременным понижением давления в СВЧ-камере до 0,01-0,02 МПа.