Сушильная камера сублимационной вакуумной установки

 

Использование: в пищевой перерабатывающей промышленности при вакуумной сублимационной сушке продуктов в виде замороженных гранул. Сущность изобретения: косые скребки 7, установленные на консолях 6, дифференцированы по длине контактирующих с поверхностью тарельчатых нагревательных элементов (ТНЭ) кромок. Концентрические окружности 11, проведенные из центра ТНЭ через их концы, делят поверхность ТНЭ на равновеликие по площади кольцевые поверхности 14, количество которых равно числу скребков 7, установленных на одной консоли 6, а со стороны, противоположной направлению вращения, за косыми скребками 7 установлены направляющие лопатки 16, закрепленные на соответствующих консолях 17 с возможностью их регулируемого перемещения по высоте и установки фиксированного необходимого зазора h между нижними кромками направляющих лопаток 16 и поверхностью ТНЭ, по величине равного расчетной толщине продукта. 5 ил.

Изобретение относится к вакуумной сублимационной технике и может быть широко использовано в пищевой перерабатывающей промышленности при вакуумной сублимационной сушке продуктов в виде замороженных гранул.

Известна сушильная камера сублимационной установки [1] содержащая вертикальный цилиндрический корпус с соосно расположенной трубой, установленной в подшипниках с возможностью вращения, кольцевые тарелки с радиальными прорезями, закрепленные на поворотной трубе одна над другой, кольцевые перегородки, расположенные между кольцевыми тарелями и прикрепленные к корпусу, трубопровод подачи, торец которого прямоугольной формы с косым срезом расположен над поверхностью верхней тарели. На кольцевых перегородках закреплены переходные патрубки прямоугольной формы с косым срезом на нижних торцах, расположенных над поверхностями кольцевых тарелей. Тарели и кольцевые перегородки установлены с кольцевыми зазорами относительно корпуса и поворотной трубы соответственно. Трубопровод подачи и переходные патрубки по вертикали установлены со смещением относительно друг друга в сторону, противоположную вращению тарелей, на величину, равную ширине радиальной прорези тарели.

Сорбент по трубе подачи, попадая на поверхность верхней вращающейся тарели, косым срезом торца трубы формируется на ее поверхности в равномерный слой и, совершив один оборот нижней кромкой косого среза, через радиальную прорезь в тарели сбрасывается в переходный патрубок кольцевой перегородки и попадает на поверхность нижерасположенной тарели, где опять повторяется процесс, описанный выше. Достигнув таким образом нижней тарели, отработанный сорбент попадает в бункер, из которого шнеком выводится из установки.

К недостаткам такой камеры следует отнести непригодность механизма подачи для формирования равномерного слоя продукта на неподвижных поверхностях и его перемещения по поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является сушильная камера сублимационной вакуумной установки [2] содержащая корпус, размещенные в нем тарельчатый осушитель с набором расположенных один над другим тарельчатых нагревательных элементов (ТНЭ), через центр которых происходит осевая вертикальная стойка с закрепленными на ней радиально расположенными над поверхностями ТНЭ консолями с косыми скребками, и привод тарельчатого осушителя.

К недостаткам этой камеры следует отнести непригодность механизма подачи для формирования равномерного слоя продукта на неподвижных поверхностях и его перемещения по ним, отсутствие возможности оперативно регулировать толщину слоя продукта на поверхности.

Целью изобретения является интенсификация процесса сушки, повышение качества готового продукта и расширение функциональных возможностей путем формирования и поддержания заданной (расчетной) толщины слоя продукта по мере его перемещения по поверхности ТНЭ и оперативного изменения толщины слоя высушиваемого продукта.

Цель достигается тем, что в сушильной камере сублимационной вакуумной установки, содержащей корпус, размещенные в нем тарельчатый осушитель с набором расположенных один над другим ТНЭ, через центр которых проходит вертикальный вал с закрепленными на нем расположенными над поверхностью ТНЭ радиальными консолями с косыми скребками, и привод тарельчатого осушителя, косые скребки, установленные на консолях, дифференцированы по длине контактирующих с поверхностью ТНЭ кромок так, что концентрические окружности, проведенные из центра ТНЭ через их концы, делят поверхность ТHЭ на равновеликие по площади кольцевые поверхности, количество которых равно числу косых скребков, установленных на одной консоли, а со стороны, противоположной направлению вращения, за косыми скребками установлены направляющие лопатки, закрепленные на соответствующих консолях с возможностью их регулируемого перемещения по высоте и установки фиксированного необходимого зазора h между нижними кромками направляющих лопаток и поверхностью ТНЭ, по величине равного расчетной толщине слоя продукта, причем радиусы R_m концентрических окружностей рассчитывают по формуле R_m= где m 0 Z порядковый номер окружности (отсчет от наружного диаметра к центру); r_т.в. и R_т.н. внутренний и наружный радиусы ТНЭ.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет установки на консолях тарельчатого осушителя дифференцированных по длине контактирующих с поверхностью нагревательных элементов кромок так, что концентрические окружности, проведенные из центра ТНЭ через их концы, делят его поверхность на равновеликие по площади кольцевые поверхности, количество которых равно числу косых скребков, установленных на одной консоли, что дает возможность по мере перемещения продукта по поверхности тарелки формировать его в равномерный слой; за счет установки со стороны, противоположной направлению вращения консолей, за косыми скребками направляющих лопаток, закрепленных на соответствующих консолях с возможностью их регулируемого перемещения по высоте и установки фиксированного необходимого зазора h между нижними кромками направляющих лопаток и поверхностью ТНЭ, по величине равного расчетной толщине слоя продукта, что дает возможность оперативно в зависимости от вида продукта и его влагосодержания изменять толщину высушиваемого слоя продукта на поверхности ТНЭ.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен (отсутствует). Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию "новизна".

Дополнительно был проведен поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Результаты поиска показывают, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники и, следовательно, оно соответствует требованиям "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".

На фиг. 1 изображена сушильная камера сублимационной вакуумной установки, вид сбоку; на фиг. 2 показан вид сверху на ТНЭ с размещенными над ним консолями с дифференцированными косыми скребками и направляющими лопатками; на фиг. 3 вид на один из дифференцированных скребков, установленных на консоли; на фиг. 4 вид на направляющие лопатки (косые скребки не показаны); на фиг. 5 регулировочный винт.

Сушильная камера сублимационной вакуумной установки содержит корпус 1 с фланцами 2, размещенный в нем тарельчатый осушитель 3 с набором расположенных один над другим ТНЭ 4, через центр которых проходит вертикальный вал 5, концы которого закреплены в подшипниках, а на нем закреплены радиально расположенные над поверхностями ТНЭ консоли 6 с косыми скребками 7, привод 8 тарельчатого осушителя 3 и трубопровод 9. Длины кромок 10 косых скребков 7 дифференцированы так, что концентрические окружности 11 радиусами R_m, проведенные из центра тарелки через концы кромок 12 и 13, делят поверхность ТНЭ на равновеликие по площади кольцевые поверхности 14. К кронштейнам 15 консолей 6 со стороны, противоположной направлению их вращения, за косыми скребками установлены направляющие лопатки 16, жестко закрепленные на консолях 17, которые шарнирно с помощью звеньев 18 закреплены на кронштейнах 15 консолей 6. Консоли 17 шарнирно связаны с регулировочными винтами 19, установленными на кронштейнах 20 консолей.

Сушильная камера сублимационной вакуумной установки работает следующим образом.

Сушильную камеру с помощью системы вакуумирования (вакуумные насосы и десублиматоры) откачивают до необходимого давления, после чего с помощью системы подогрева (системы вакуумрования и подогрева на фигурах не показаны) производят нагрев ТНЭ 4 тарельчатого осушителя 3 и, приводя с помощью привода 8 во вращение консоли 6 с установленными на них косыми скребками 7, на поверхность верхнего ТНЭ 4 равномерно по его наружному периметру по трубопроводу 9 подают продукт в виде замороженных гранул. Продукт захватывается косыми скребками 7 и кромками 10, контактирующими с поверхностью ТНЭ, по спиральной траектории перемещается к центру. Достигнув внутреннего диаметра ТНЭ 4, продукт пересыпется на поверхность ниже раcположенного ТНЭ и по спиральной траектории перемещается косыми скребками 7 теперь уже от центра к периферии, после чего опять пересыпается на поверхность ниже расположенного ТНЭ и т.д.

Достигнув таким образом нижнего ТНЭ готовый продукт выводится из сушильной камеры. При этом поскольку косые скребки 7, установленные на консолях 6 тарельчатого осушителя, дифференцированы по длинам контактирующих кромок так, что концентрические окружности, проведенные из центра тарелки через их концы, делят поверхность ТНЭ на равновеликие по площади кольцевые поверхности, число которых равно количеству косых скребков, установленных на одной консоли, то при вращении косых скребков длины их контактирующих кромок как бы "замыкают" равные площади. Из этого следует, что каждый косой скребок за один оборот с помощью контактирующих с поверхностью ТНЭ кромок перемещает продукт по спиральной траектории со "своей" кольцевой поверхности в зону, смежной кольцевой поверхности, в пределах которой с помощью зазора h, образованного кромкой направляющей лопатки и поверхностью ТНЭ, перемещенный продукт формируется в равномерный слой, толщина которого равна зазору h.

Из этого также следует, что площадь F кольцевой поверхности при заданных наружном R_т.н. и внутреннем r_т.в радиусах ТНЭ при заданном количестве Z установленных на одной консоли косых скребков F Тогда радиусы концентрических окружностей R_m можно рассчитать по формуле π˙R_m π˙R_т.н.² F˙m, откуда R_m= или, подставляя значение F, получают R= Для нормальной работы предложенной сушильной камеры подача продукта должна быть дозированной по объему V за один оборот. Она должна осуществляться равномерно по наружному или внутреннему диаметру верхнего ТНЭ и отвечает равенству V F ˙δ˙ Z₁, где δ толщина заданного слоя продукта; Z₁ количество консолей над ТНЭ.

Отсюда объемная производительность сушильной камеры равна
Q V ˙n F˙δ˙ Z₁ ˙n(м³/ч), где n число оборотов осевой вертикальной стойки тарельчатого осушителя (об/ч).

При необходимости изменение толщины высушиваемого слоя продукта производится с помощью регулировочного винта: при вращении винта 19, шарнирно связанного с консольно 17, последняя совершает плоско-параллельное движение в вертикальной плоскости, в результате чего зазор h между кромками направляющих лопаток и поверхностью ТНЭ либо увеличивается, либо уменьшается, изменяя тем самым толщину слоя продукта.

Предложенная сушильная камера сублимационной вакуумной установки в сравнении с прототипом, аналогами и известными техническими решениями позволяет интенсифицировать процесс вакуумной сублимационной сушки путем обеспечения на поверхностях ТНЭ равномерного слоя продукта заданной толщины с возможностью ее оперативного изменения в зависимости от влагосодержания высушиваемого продукта за счет установки на консолях косых скребков, дифференцированных по длине контактирующих с поверхностью ТНЭ кромок так, что концентрические окружности, проведенные из центра ТНЭ через их концы, делят поверхность ТНЭ на равновеликие по площади кольцевые поверхности, количество которых равно числу косых скребков, установленных на одной консоли, установки со стороны, противоположной направлению вращения консолей, за косыми скребками направляющих лопаток, закрепленных на соответствующих консолях с возможностью их регулируемого перемещения по высоте и установки фиксируемого необходимого зазора h между кромками лопаток и поверхностью ТНЭ, по величине равного расчетной толщине слоя продукта.

Формула изобретения

СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА СУБЛИМАЦИОННОЙ ВАКУУМНОЙ УСТАНОВКИ, содержащая корпус, размещенный в нем тарельчатый осушитель с набором расположенных один над другим тарельчатых нагревательных элементов, через центр которых проходит вертикальный вал с закрепленными на нем и расположенными над поверхностью каждого тарельчатого нагревательного элемента радиальными консолями с косыми скребками, привод тарельчатого осушителя, отличающаяся тем, что косые скребки, закрепленные на одной консоли, дифференцированы по длине контактирующих с поверхностью тарельчатого нагревательного элемента кромок, причем концентрические окружности, проведенные из центра тарелки через их концы, делят поверхность тарельчатого нагревательного элемента на равновеликие по площади кольцевые поверхности, количество которых равно числу косых скребков на одной консоли, при этом со стороны, противоположной направлению вращения, за косыми скребками установлены направляющие лопатки, закрепленные на соответствующих консолях с возможностью их регулируемого перемещения по высоте в вертикальной плдоскости и установки фиксированного необходимого зазора h между нижними кромками направляющих лопаток и поверхностью тарельчатого нагревательного элемента, по величине равному расчетной толщине слоя продукта, причем радиусы R_m концентрических окружностей рассчитываются по формуле

где m 0 z количество окружностей;
R_т.н наружный радиус тарелки;
R_т.в внутренний радиус тарелки;
z количество скребков на одной консоли.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5