Способ (варианты) и система фракционирования сухого материала
Предложенная группа изобретений относится к способам и системам измельчения и фракционирования сухих пищевых продуктов и может использоваться для получения компонентов зародышей кукурузы, крахмала и отрубей с неизменно высоким качеством. Способ фракционирования сухого материала включает ввод измельченного продукта в воздушный поток, направление воздушного потока, включающего измельченный продукт, в ускоритель и отделение первой фракции измельченного продукта от второй фракции измельченного продукта в ускорителе. Влажность измельченного продукта находится в диапазоне от тринадцати процентов (13%) до восемнадцати процентов (18%). Система фракционирования сухого материала содержит воздуходувку для создания воздушного потока, имеющего скорость от трехсот пяти миль в час (305 миль/час) до четырехсот миль в час (400 миль/час), для поддержания температуры потока выше ста двадцати градусов по Фаренгейту (120°F), ускоритель для приема воздушного потока, содержащего измельченный продукт, и отделение первой фракции измельченного продукта от второй фракции измельченного продукта. Воздушный поток содержит измельченный продукт, а воздуходувка работает под давлением по меньшей мере от трех тысяч фунтов на квадратный дюйм (3000 psi) до пяти тысяч фунтов на квадратный дюйм (5000 psi). Ускоритель характеризуется наличием входного диаметра и выходного диаметра, причем входной диаметр больше выходного диаметра. Технический результат – повышение эффективности фракционирования. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ
[0001] Предложенный способ включает ввод, по меньшей мере, одного цельного продукта или измельченного продукта (например, кукурузы) в воздушный поток (например, с использованием гравитационного бункера), направляющего воздушный поток в один или несколько ускорителей, отделяя первую фракцию, по меньшей мере, одного цельного продукта или измельченного продукта из второй фракции, по меньшей мере, одного цельного или одного измельченного продукта в одном или нескольких ускорителях. Например, таким способом компоненты зародышей кукурузы, крахмал и отруби могут быть отделены друг от друга.
[002] Данное краткое описание предназначено для введения определенных понятий в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже более подробно. Это краткое описание не предназначено давать определения ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, и оно не предназначено для использования для определения объема заявленного изобретения.
ЧЕРТЕЖИ
[0003] Подробное описание приводится со ссылкой на прилагаемые чертежи. Использование одних и тех же цифровых позиций в разных местах в описании и на чертежах может указывать на идентичность обозначенных этой позицией элементов.
[0004] Фигура 1 - блок-схема, иллюстрирующая пневматическую конвейерную систему в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0005] Фигура 2 - блок-схема, иллюстрирующая систему турбины в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящего изобретения.
[0006] Фигура 3А - вид сверху, иллюстрирующий пневматическую конвейерную систему, такую же, как пневматическая конвейерная система, показанная на фигуре 1, в соответствии с одним примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0007] Фигура 3В - вид сбоку пневматической конвейерной системы, показанной на фигуре 3А.
[008] Фигура 4А - вид сверху, иллюстрирующий систему турбины, показанной на фигуре 2, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0009] Фигура 4В - вид сбоку турбинной системы, показанной на фигуре 4А.
[0010] Фигура 5 - вид сбоку в поперечном разрезе ускорителя пневматической конвейерной системы и/или турбинной системы, такой как пневматическая конвейерная система и/или турбинная система, показанная на фигурах 1-4В, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0011] Фигура 6 - блок-схема, иллюстрирующая способ для приема цельного или измельченного продукта и дегермирования цельного или измельченного продукта в соответствии с примерными вариантами осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0012] Кукуруза обычно измельчается как цельное ядро. Однако существуют и другие способы влажного и сухого измельчения кукурузы, с помощью которых можно выделять определенные фракции кукурузы для продуктов питания человека, корма для скота и использования выделенных фракций в качестве топлива. Зародыш кукурузы содержит белок и клетчатку, жесткий эндосперм содержит клетчатку и клейковину, а мягкий эндосперм содержит крахмал. Например, кукурузное масло можно использовать в биодизельном топливе, и для его переработки можно использовать дополнительный процесс очистки. Клетчатку можно использовать в пищевых продуктах для животных и человека, а крахмал можно использовать для производства топлива, пищевых продуктов, кормов, строительных материалов и т.д. Настоящее изобретение относится к системам и способам измельчения сухих пищевых продуктов. Например, зародыши кукурузы удаляются из кукурузных зерен, а крахмал и кукурузные отруби классифицируются по размеру и/или плотности. Описанные здесь системы и способы могут облегчить получение компонентов зародышей кукурузы, крахмала и отрубей с неизменно высоким качеством, создавая ценные конечные продукты.
[0013] Теперь обратимся к фигурам. На фигурах 1-8В описаны системы 90 для приема цельного или измельченного продукта 100 (например, цельной кукурузы) и дегермирования цельного или измельченного продукта 100. В некоторых вариантах осуществления описанные здесь системы и способы, могут использоваться для обработки около двадцати (20) тонн в час цельного или измельченного продукта 100. Системы 90 могут включать бункер 96, конвейер 98 и гравитационный бункер 102 для приема цельного или измельченного продукта 100. В некоторых вариантах воплощения цельный или измельченный продукт 100 может быть измельчен перед подачей цельного или измельченного продукта 100 в гравитационный бункер 102. Например, когда цельный или измельченный продукт 100 содержит кукурузу, эндосперм кукурузы можно оценить до подачи кукурузы в гравитационный бункер 102. В других вариантах осуществления цельный или измельченный продукт 100 не обязательно измельчается до подачи цельного или измельченного продукта 100 в гравитационный бункер 102.
[0014] В гравитационном бункере 102 на цельный или измельченный продукт 100 действует сила тяжести, и цельный или измельченный продукт 100 входит в воздушный поток, создаваемый воздуходувкой. Например, гравитационный бункер 102 соединен с пневматическим конвейером 94, и цельный или измельченный продукт 100 входит в динамический воздушный поток, создаваемый пневматическим конвейером 94 (например, как показано на фигурах 1, 3А и 3В). В некоторых вариантах осуществления воздуходувка пневматического конвейера 94 может работать под давлением, по меньшей мере, от около трех тысяч фунтов на квадратный дюйм (3000 psi) до пяти тысяч фунтов на квадратный дюйм (5000 psi), в частности, при давлении около трех тысяч пятисот фунтов на квадратный дюйм (3500 psi). Однако пневматический конвейер 94 приведен здесь только в качестве примера и не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах осуществления изобретения цельный или измельченный продукт 100 может войти в динамический воздушный поток, создаваемый турбиной 95 (например, как показано на фигурах 2, 4А и 4В). В некоторых вариантах осуществления турбина 95 может создавать давление, по меньшей мере, от около трех тысяч пятьсот фунтов на квадратный дюйм (3500 psi) до четырех тысяч фунтов на квадратный дюйм (4000 psi). При нахождении продукта воздушном потоке на него могут действовать силы, включающие, без ограничения, силы удара, силы вибрации, центробежные силы, турбулентные силы, силы вязкого напряжения в ламинарном потоке и их комбинации.
[0015] Затем воздушный поток, включающий цельный или измельченный продукт 100, направляется в один или несколько ускорителей 104. В одном варианте осуществления изобретения воздушный поток в ускорителе 104 уменьшается и давление увеличивается, когда цельный или измельченный продукт 100 проходит через ускоритель 104. Например, входной диаметр D ускорителя 104 может быть, по меньшей мере, приблизительно вдвое больше выходного диаметра d ускорителя 104 (например, как показано на фигуре 5). Таким образом, силы, действующие на цельный или измельченный продукт 100 в воздушном потоке, могут разделять цельный или измельченный продукт 100 на фракции. Например, в случае измельченного продукта кукурузы зародыш может быть отделен от твердого и/или мягкого эндосперма. Однако это соотношение между входным и выходным диаметром представлено только в качестве примера и не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах осуществления соотношение между входным диаметром и выходным диаметром ускорителя может быть меньше, чем два к одному, больше двух к одному и так далее.
[0016] В некоторых вариантах осуществления изобретения для фракционирования цельного или измельченного продукта 100 используют более одного ускорителя 104 (например, продукт проходит через них последовательно до тех пор, пока отруби не будут свободны или, по меньшей мере, в основном, свободны от крахмала, и/или зародыши не будут содержать крахмала и отрубей в качестве сопутствующего продукта). Например, можно использовать второй ускоритель 104 (и, возможно, третий ускоритель 104, четвертый ускоритель 104 и т.д.). В некоторых вариантах осуществления используются три ускорителя 104. Несколько ускорителей 104 могут быть соединены вместе, например, каналами 101. Следует отметить, что в некоторых вариантах осуществления может быть выбран ряд ускорителей 104 для обеспечения требуемого размера частиц (например, частиц крахмала, полученного в системе 90). Например, в системе 90 можно несколько ускорителей для получения крахмала с меньшим размером частиц.
[0017] Затем фракции цельного или измельченного продукта 100 отделяют друг от друга (например, в случае кукурузного продукта, зародыши и отруби отделяют от крахмала,). Например, для разделения фракций цельного или измельченного продукта 100 используется воздушная классификация. В некоторых вариантах осуществления первый воздушный классификатор 106 (например, циклонный классификатор) используется для отделения компонентов цельного или измельченного продукта 100 друг от друга, и шлюз (например, вращающийся шлюз 110) для направления материала, выделенного из воздушного потока. Например, в случае измельченного продукта кукурузы фракции зародышей и/или отрубей отделенных от крахмальной фракции первым воздушным классификатором 106, выходят из воздушного потока через вращающийся воздушный шлюз 110 и поступают в хранилище (например, как показано на фигурах 1-4). В некоторых вариантах осуществления второй воздушный классификатор 108 (например, циклон, воздушный циклонный классификатор) может использоваться для воздушной классификации разделенной фракции цельного или измельченного продукта 100. Например, в случае измельченного продукта кукурузы крахмал классифицируется вторым воздушным классификатором 108. Однако следует отметить, что два воздушных классификатора представлены в только качестве примера и не предназначены для ограничения настоящего изобретения. В других вариантах осуществления в системе 90 могут использоваться более двух воздушных классификаторов. В некоторых вариантах осуществления один или несколько воздушных классификаторов (например, воздушный классификатор 106 и/или 108) могут быть соединены с системой 90, используя, например, колена воздуховода 114.
[0018] Далее пылевидные частицы (например, частицы кукурузных отрубей и/или крахмала в случае кукурузного продукта) могут быть захвачены пылеуловительной камерой 112. Примеры таких пылеуловительных камер 112 включают, без ограничения устройства, изготовленные компанией DONALDSON, TORET, и/или MAC. В некоторых вариантах для разделения крупных отрубей и/или зародышей можно использовать размер сетки размером три с четвертью (+3,25) меш. Для разделения отрубей и небольших зародышей можно использовать размер сетки плюс двадцать (+20) меш и/или для отделения крахмальной муки можно использовать размер сетки минус двадцать (-20) меш. В некоторых вариантах осуществления дополнительно может быть использован пневматический сортировочный стол для отделения зародышей от отрубей (например, по плотности). Примеры таких пневматических сортировочных столов включают, без ограничения, устройства, поставляемые компаниями PEGASUS, RUIXE и FORSBERG. Отметим, что классификаторы воздуха и пневматические сортировочные столы представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах осуществления может использоваться одно или несколько других разделительных устройств, таких как стационарная сортировочная машина.
[0019] В некоторых вариантах осуществления изобретения разделение зародышей, отрубей и крахмала получают, используя скорости воздушного потока в системе 90, по меньшей мере, от около триста пять миль в час (305 м/ч) до 400 миль в час (400 м/ч) (например, в восьмидюймовой (8'') трубе, такой как трубопровод 101. В этой конфигурации температура в системе 90 может быть более высокой, чем температура цельного или измельченного продукта 100 (например, кукурузы), подаваемого в систему 90. В некоторых вариантах осуществления воздушный поток в системе 90 может поддерживаться при температуре, составляющей, по меньшей мере, от около ста двадцати градусов по Фаренгейту (120°F) до ста пятидесяти градусов по Фаренгейту (150°F). Однако этот температурный диапазон представлен в только в качестве примера и не предназначен для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах осуществления температура в системе 90 может поддерживаться на уровне менее ста двадцать градусов по Фаренгейту (120°F), более ста пятидесяти градусов по Фаренгейту (150°F) и т.д. Например, в некоторых вариантах осуществления температура в системе 90 может поддерживаться на уровне, по меньшей мере, ста семидесяти шести градусов по Фаренгейту (176°F). Кроме того, следует отметить, что такие повышенные температуры позволяют использовать продукты, полученные с использованием системы 90, в качестве кормовых и/или пищевых ингредиентов и так далее.
[0020] В некоторых вариантах воплощения цельный или измельченный продукт 100 (например, кукуруза) может быть подан в систему 90 с влажностью, по меньшей мере, тринадцать процентов (13%) и восемнадцать процентов (18%) (например, по меньшей мере, между 15% и 17% влаги). В некоторых вариантах осуществления температура цельного или измельченного продукта 100 (например, кукурузы), подаваемого в систему 90, может быть выше, по меньшей мере, на пятьдесят пять градусов по Фаренгейту (55°F (например, между восьмидесятою градусов по Фаренгейту (80°F) и девяноста градусов по Фаренгейту (90°F)). Однако эти температуры представлены лишь в качестве примера и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах воплощения цельный или измельченный продукт 100 может подаваться при температуре менее пятидесяти градусов по Фаренгейту (55°F), более предпочтительно девяносто градусов по Фаренгейту (90°F), и так далее.
[0021] Следует отметить, что регулирование скорости воздушного потока в системе 90 может нагревать воздух (например, при увеличении воздушного потока) или охлаждать воздух (например, при уменьшении воздушного потока). В некоторых вариантах осуществления продукт, выходящий из системы 90, имеет температуру меньше температуры воздуха в системе 90. В этом случае выход зародышей может снизиться, а размер частиц крахмала может быть меньше желательного размера. Например, при температуре в системе в сто семьдесят шесть градусов по Фаренгейту (176°F) продукт, выходящий из системы 90, может иметь температуру около ста двадцати градусов по Фаренгейту (120°F). Обсуждаемые здесь системы и способы могут быть реализованы с использованием автоматизированного управления (например, путем автоматической настройки одного или нескольких параметров системы 90) для поддержания желательной (например, заранее заданной) температуры. Кроме того, такая настройка может регулироваться с учетом температуры наружного воздуха (например, в зависимости от времени года),
[22] В некоторых вариантах осуществления, когда цельный или измельченный продукт 100 (например, кукуруза) имеет влажность выше определенного уровня, может использовать дополнительный источник тепла для сушки цельного или измельченного продукта 100 (например, до того, как он будет подан в гравитационный бункер 102). Например, один или несколько источников тепла (например, осушители 116) могут быть установлены на входе в систему 90 (для сушки кукурузы перед вводом кукурузы в воздушный поток в системе 90). Однако эта конфигурация предоставлена только в качестве примера и не предназначена для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах осуществления один или несколько осушителей 116 могут быть установлены в линию в системе 90 (например, перед ускорителем 104, вниз по потоку от ускорителя 104, между одним или несколькими ускорителями 104 и т.д..). В некоторых вариантах осуществления изобретения кукуруза, поступающая с уровнем влажности около 30% или выше, может быть высушена до уровня влажности в диапазоне, по меньшей мере, от 13% до 18% влаги (например, от 15% до 17% влаги) перед вводом кукурузы в ускорители 104. В некоторых вариантах осуществления изобретения осушитель 116 может быть выполнен в виде источника тепла, который включает, без ограничения, печь, работающую на природном газе, печь, работающую на угле, вспомогательный источник тепла (например, линию перехода от трубы длиной 10 дюймов в трубу длиной 2 дюйма и т.д. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления продукты, генерируемые системой 90, могут быть использованы в качестве топлива для одного или нескольких осушителей 116. Например, как показано на фигурах 1 и 2, обработанный материал (например, пыль), отсортированный по воздушной классификации (например, с помощью воздушного классификатора 106 и/или воздушного классификатора 108), может использоваться в качестве топлива в осушителе 116 (например, в системе замкнутого цикла). Способ включает в себя заправку осушителя для удаления влаги из, по меньшей мере, одного цельного продукта или измельченного продукта с использованием, по меньшей мере, одной первой фракции или второй фракции, разделенных воздушным классификатором
[0023] Следует отметить, что зародыш может содержать больше влаги, чем отруби или крахмал. Визуальный и/или контактный анализ зародышей может позволить определить, были ли достигнуты соответствующие параметры. Например, в случае продукта кукурузы желаемые настройки могут быть достигнуты, когда зародыш остается липким, отруби сравнительно твердые, а крахмал имеет вид муки. В некоторых вариантах осуществления сухой кукурузный материал может быть разделен на фракции, содержащие, по меньшей мере, приблизительно десять процентов (10%) зародышей, сорок процентов (40%) отрубей и/или твердых частиц (например, отруби и высевки, смешанные с крахмалом) и пятьдесят (50%) процентов крахмала. Однако эти проценты приведены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. В других вариантах осуществления сухая кукуруза и/или другой материал могут быть разделены на различные фракции.
[0024] В следующем разделе описания обсуждаются примерные способы для получения цельного и/или измельченного продукта и дегермирования цельного и/или измельченного продукта. На фигуре 6 представлен технологический процесс 600 как примерный вариант осуществления, в котором цельный и/или измельченный материал, такой как кукуруза, может быть разделен на фракции (например, на зародыши, отруби и/или твердые частицы, крахмал и т.д.). В представленном процессе 600 получают цельный и/или измельченный продукт. В некоторых вариантах осуществления проводят удаление влаги (дегидратацию) цельного и/или измельченного продукта (стадия 610). Например, со ссылкой на фигуры 1 и 2, осушитель 116 можно использовать для сушки кукурузы, полученной при уровне влажности от около тридцати процентов (30%) или выше, до уровня влажности, в диапазоне от 13 до 18%. В некоторых вариантах воплощения изобретения можно дать оценку качеству цельного и/или измельченного продукта (стадия 620).
[0025] Цельный и/или измельченный продукт вводят в воздушный поток (стадия 630). Например, как показано на фигурах 1-4В, продукт, загружаемый в гравитационный бункер 102, входит в динамический воздушный поток, создаваемый пневматическим конвейером 94 и/или турбиной 95. Затем воздушный поток направляется в ускоритель (стадия 640). В некоторых вариантах осуществления также может использоваться второй ускоритель и, возможно, третий ускоритель (стадии 650 и 660). В ускорителе (ускорителях) первая фракция цельного и/или измельченного продукта отделяется от второй фракции цельного и/или измельченного продукта (стадия 670). Например, со ссылкой на фигуры 1-5, один или несколько ускорителей 104 используются для отделения первой фракции цельного или измельченного продукта 100 от второй фракции цельного илиизмельченного продукта 100 в ускорителях 104. В некоторых вариантах воплощения изобретения отруби и/или зародыши отделяются от крахмала (стадия 672). Например, материал кукурузы разделяют на фракции, содержащие, по меньшей мере, приблизительно десять процентов (10%) зародышей, сорок процентов (40%) отрубей и/или твердых частиц (например, чистые отруби и отруби, смешанной с крахмалом) и пятьдесят процентов (50%) крахмала.
[0026] Хотя предмет изобретения был описан на языке, характерном для структурных признаков и/или операций технологического процесса, следует понимать, что предмет, определенный в прилагаемой формуле изобретения, необязательно ограничивается конкретными признаками или действиями, описанными выше. Скорее, описанные выше конкретные признаки и действия, приведены в качестве примеров реализации изобретения, заявленного в представленной ниже формуле изобретения.
1. Способ фракционирования сухого материала, содержащий:
ввод измельченного продукта в воздушный поток, при этом влажность измельченного продукта находится в диапазоне от тринадцати процентов (13%) до восемнадцати процентов (18%);
направление воздушного потока, включающего измельченный продукт, в ускоритель; и
отделение первой фракции измельченного продукта от второй фракции измельченного продукта в ускорителе.
2. Способ по п. 1, в котором измельченный продукт содержит кукурузу.
3. Способ по п. 2, в котором первая фракция содержит, по меньшей мере, отруби или зародыши, а вторая фракция содержит крахмал.
4. Способ по п. 1, в котором измельченный продукт оценивается до ввода измельченного продукта в воздушный поток.
5. Способ по п. 1, дополнительно включающий направление воздушного потока, содержащего измельченный продукт, во второй ускоритель.
6. Способ по п. 5, дополнительно включающий направление воздушного потока, включающего измельченный продукт, в третий ускоритель.
7. Способ по п. 1, в котором осуществляют дополнительное отделение первой фракции от второй фракции с использованием воздушного классификатора для отделения первой фракции от второй фракции.
8. Способ по п. 7, в котором воздушный классификатор включает циклонный воздушный классификатор.
9. Способ по п. 1, дополнительно включающий удаление влаги из измельченного продукта до направления измельченного продукта в ускоритель.
10. Система фракционирования сухого материала, содержащая:
воздуходувку для создания воздушного потока, имеющего скорость от трехсот пяти миль в час (305 миль/час) до четырехсот миль в час (400 миль/час), для поддержания температуры потока выше ста двадцати градусов по Фаренгейту (120°F), при этом воздушный поток содержит измельченный продукт, а воздуходувка работает под давлением по меньшей мере от трех тысяч фунтов на квадратный дюйм (3000 psi) до пяти тысяч фунтов на квадратный дюйм (5000 psi);
ускоритель для приема воздушного потока, содержащего измельченный продукт, и отделение первой фракции измельченного продукт от второй фракции измельченного продукта, при этом влажность измельченного продукта находится в диапазоне от тринадцати процентов (13%) до восемнадцати процентов (18%), а ускоритель характеризуется наличием входного диаметра и выходного диаметра, причем входной диаметр больше выходного диаметра.
11. Система по п. 10, в которой измельченный продукт содержит кукурузу.
12. Система по п. 11, в которой первая фракция содержит, по меньшей мере, отруби или зародыши, а вторая фракция содержит крахмал.
13. Система по п. 10, дополнительно включающая второй ускоритель для приема воздушного потока, содержащего измельченный продукт.
14. Система по п. 13, дополнительно включающая третий ускоритель для приема воздушного потока, содержащего измельченный продукт.
15. Система по п. 10, дополнительно включающая воздушный классификатор для отделения первой фракции от второй фракции.
16. Система по п. 15, в которой воздушный классификатор включает циклонный воздушный классификатор.
17. Система по п. 10, дополнительно включающая осушитель для удаление влаги из измельченного продукта до направления измельченного продукта в ускоритель.
18. Способ фракционирования сухого материала, содержащий:
удаление влаги из измельченного продукта так, чтобы влажность измельченного продукта находится в диапазоне от тринадцати процентов (13%) до восемнадцати процентов (18%);
ввод измельченного продукта в воздушный поток, при этом воздуходувка работает под давлением по меньшей мере от трех тысяч пятисот фунтов на квадратный дюйм (3500 psi) до четырех тысяч фунтов на квадратный дюйм (4000 psi);
направление воздушного потока, содержащего, по меньшей мере, один цельный продукт или измельченный продукт в ускоритель, при этом ускоритель характеризуется наличием входного диаметра и выходного диаметра, причем входной диаметр больше выходного диаметра;
поддержание температуры потока выше ста двадцати градусов по Фаренгейту (120°F); и
отделение первой фракции измельченного продукта от второй фракции измельченного продукта в ускорителе.
19. Способ по п. 18, в котором осуществляют дополнительное отделение первой фракции от второй фракции с использованием воздушного классификатора для отделения первой фракции от второй фракции.
20. Способ по п. 19, дополнительно содержащий заправку осушителя для удаления влаги из измельченного продукта с использованием, по меньшей мере, одной первой фракции или второй фракции, разделенных воздушным классификатором.
