Установка кипящего слоя для сушки пищевых продуктов

 

Использование: в пищевой промышленности, а именно в установках для производства сушенных пищевых продуктов - нарезанных овощей и фруктов. Сущность изобретения: в установке кипящего слоя питатель снабжен дополнительной внешней коаксиально расположенной камерой, образующей с основной камерой кольцевую полость, разделенную кольцевой перегородкой и кольцевым завихрителем на три отсека. Первый на ходу высушиваемого материала отсек сообщен с полостью основной камеры и через патрубок подсоединен к источнику разряжения. Второй отсек подсоединен к источнику теплоносителя. Третий отсек образует канал для подачи теплоносителя. Длина канала равна 0,8-3 диаметра камеры питателя. Торец основной камеры питателя расположен внутри корпуса установки на расстоянии 0,2-0,8 диаметра камеры питателя. Угол навивки завихрителя составляет 15-65^oC. Вал шнека выполнен полым, перфорированным и подсоединен к источнику защитного раствора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, точнее касается установок для производства сушеных пищевых продуктов, преимущественно овощей и фруктов.

Известна установка для сушки овощей, фруктов и другого растительного сырья, содержащая корпус, внутри которого расположены поярусно ленточные транспортеры, смещенные друг относительно друга по длине пересыпания высушиваемого материала с одной ленты на другую. Над лентами установлены ворошители, например описание сушилки типа СКО-90. Указанные сушилки очень громоздки, занимают большие производственные площади, при этом являются энергоемкими и малопроизводительными (удельный съем влаги 15-20 кг/м² площади ленты).

Также известно устройство для сушки пищевых продуктов, предусматривающее размещение ломтиков продукта на лотках, продуваемых потоком горячего теплоносителя (1).

Устройство подобного типа имеет малую производительность и низкое качество готового продукта вследствие его непосредственного контакта с горячей поверхностью лотка.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является установка для сушки сыпучих продуктов, содержащая корпус с решеткой, патрубки ввода и вывода теплоносителя, питатель для подачи продукта, выполненный в виде камеры со шнеком, и патрубок для отвода готового продукта (2).

Основным недостатком устройства является то, что влажный материал при загрузке попадает в одну и ту же зону кипящего слоя и при длительной работе сушилки наблюдается его оседание на газораспределительную решетку под местом установки питателя, что приводит к образованию застойной зоны и перегреву материала на горячей поверхности решетки. Малая подвижность частиц материала не позволяет проводить интенсивное удаление влаги со свободной поверхности частиц. Все это приводит к малой эффективности работы устройства и низкому качеству получаемого продукта.

Кроме того, для исключение возможности потемнения овощей в процессе обезвоживания их предварительно обрабатывают растворами сернистой кислоты или ее солей. Все указанные конструкции сушильных установок предусматривают для этой цели специальные ванны или камеры с растворами бисульфита натрия, в которые загружают сетчатые корзины с продуктом. Такое решение этой проблемы также требует дополнительной производственной площади.

Цель изобретения повышение производительности с одновременным улучшением качества готового продукта и обеспечения компактности установки. Эта цель достигается тем, что в установке кипящего слоя, содержащей корпус с решеткой и патрубками ввода и отвода теплоносителя, питатель для подачи продукта на сушку, состоящий из камеры со шнеком и патрубком для отвода готового продута, снабжен дополнительной внешней коаксиально расположенной камерой, образующей с основной кольцевую полость, разделенную кольцевой перегородкой и кольцевым завихрителем на три отсека, первый из которых по ходу высушиваемого материала сообщается с внутренней полостью внутренней камеры и через патрубок присоединен к источнику разряжения, второй подсоединен к источнику теплоносителя, а третий образует канал для подачи теплоносителя, длина которого равна (0,8+3,0) диаметра камеры питателя Д, при этом торец основной камеры выдвинут внутрь корпуса установки на расстояние, равное (0,2-0,8)Д, а угол навивки завихрителя составляет 15-65^o. Кроме того, вал шнека выполнен полым, снабжен перфорацией и подсоединен к источнику защитного покрытия, а основная камера питателя может сообщаться со всеми отсеками дополнительной внешней камеры посредством перфорации.

В табл. 1 показана зависимость времени сушки неразрезанного картофеля в кипящем слое от расстояния L₁; в табл. 2 зависимость времени сушки нарезанной моркови в кипящем слое от расстояния L₂; в табл. 3 - зависимость времени сушки нарезанной свеклы в кипящем слое от угла закрутки теплоносителя в дополнительной камере питателя.

На фиг. 1 представлен общий вид предложенной установки; на фиг. 2 - конструктивное выполнение питателя; на фиг. 3 схема потоков продукта и теплоносителя.

Установка содержит корпус 1, в котором размещены решетки 2. Корпус снабжен патрубками 3 и 4 для ввода и вывода теплоносителя. Установка снабжена также питателем 5 и патрубком 6 для отвода готового продукта.

Питатель 5 выполнен в виде двух коаксиально расположенных цилиндрических камер 7 и 8, образующих между собой кольцевую полость. Во внутренней камере проходит подающий продукт шнек 9, вал 10 которого выполнен полым и имеет отверстия 11. В кольцевой полости 9 выполнена перегородка 12, а также установлен кольцевой завихритель 13 теплоносителя. Перегородкой и завихрителем кольцевая полость делится на три отсека 14, 15 и 16. Отсек 14 соединен с внутренней полостью внутренней камеры 8 через перфорацию на стенке камеры 8, а также через патрубок 17 подсоединен к источнику разряжения (не показан). Второй отсек 15, образованный между перегородкой и завихрителем, подсоединен через патрубок 18 к источнику теплоносителя (не показан). Третий отсек 16 является каналом, по которому подается горячий теплоноситель по ходу материала, подаваемого шнеком на сушку. Внутренняя камера имеет патрубок 19, связанный с бункером (не показан) исходного материала, который подвергается обезвоживанию. Камера 8 имеет также патрубок 20, связанный с емкостью (не показан) для защитного покрытия нарезанных овощей, например картофеля, водным раствором сернистой кислоты или раствором сернистого натрия.

Для обеспечения высокой производительности установки торец внутренней камеры 8 выдвинут внутри корпуса 1 на расстояние (L₁), равное 0,2-0,8 диаметра (D) внутренней камеры, длина (L₂) третьей секции составляет (0,8-3,0)D. Угол навивки винтового канала завихрителя составляет 15 -65^oC.

Установка работает следующим образом.

Горячий газ теплоноситель поступает в корпус через патрубок 3, через отверстия в решетке 2 создает псевдоожижение слоя частиц высушиваемого материала и участвует в их сушке. Отработанный теплоноситель выводится из корпуса через патрубок 4. Материал, подлежащий сушке, через патрубок 19 подается во внутреннюю полость камеры 8 и при помощи шнека 9 с полым валом 10 подается в корпус установки. Защитный раствор через патрубок 20 поступает в полость вала 10 и через отверстия 11 подается во внутреннюю полость камеры 8, где смачивает поверхность частиц высушиваемого материала. Горячий теплоноситель по патрубку 18 подается через завихритель 13, где приобретает тангенциальную составляющую скорости и через стенки камеры 8 нагревает частицы исходного материала. Поступая в корпус установки, теплоноситель создает газовую каверну (факел), в которой происходит как конвективный тепло- и массообмен (за счет взаимодействия частиц исходного материала с газовым потоком), так и кондуктивное взаимодействие (за счет контакта влажных частиц исходного материала с более сухими частицами, эжектируемыми скоростной газовой струей непосредственно из псевдоожиженного слоя).

Характерной особенностью закрученных потоков является наличие разряжения на их оси вследствие чего, кроме наружного вращательного движения внутри факела, формируется циркуляционное течение по оси против направления движения основного потока.

Горячий теплоноситель из центральной части факела фильтруется через движущийся слой частиц исходного материала, т.е. движется в противотоке с материалом, подаваемым в установку кипящего слоя для обезвоживания и отводится через патрубок 17. При этом происходит испарение поверхностной влаги, ее удаление потоком фильтрующего теплоносителя, а также более равномерное распределение защитного раствора на частицах продукта.

При значении L₂ меньше 0,8D площадь зоны прогрева стенки камеры 8 небольшая и тепла фильтрующегося через слой частиц теплоносителя недостаточно для их эффективной подсушки, при значениях L₂ более 3,0D наблюдается раскручивание потока до его входа в кипящий слой. Раскрученный поток слабее расширяется в кипящем слое, циркулярные токи в его факеле гаснут, снижается интенсивность обмена и взаимодействие в нем свежих частиц и теплоносителя, свежих поступающих частиц и частиц кипящего слоя.

Наименьшее время сушки исследованных материалов имеют место при углах навивки каналов завихрителя 10 в пределах от 15 до 65^o. При угле навивки менее 15^o факел быстро расширяется в кипящем слое, не имеет достаточной длины и в полость камеры 6 засасывается отработанный газ из кипящего слоя.

Пpи угле навивки более 65^o наблюдается явления, характерные для раскрученных потоков при L₂>3,0.

Снижение времени сушки в предлагаемом устройстве приводит к улучшению качества продукта, выражающееся в сохранении содержания ценных компонентов сырья (в картофеле, например белка, витаминов A, B₁, B₃, B₆, C, PP и др.) по сравнению с их сушкой в аппарате-прототипе.

Снижение времени сушки приводит и к увеличению производительности аппарата, прямо пропорциональное этому времени. Как показали эксперименты, выдвижение камеры 6 внутрь кипящего слоя на расстоянии L₁ 0,2-0,8 от внутреннего диаметра камеры D способствует снижению времени сушки исходного материала (например кубиков картофеля). При большем чем 0,8D выдвижении во внутреннюю полость корпуса камеры 6 засасывался по линии отсоса В теплоноситель из кипящего слоя и эффективность предварительной подсушки снижалась (практически отсутствовала), т.к. температура воздуха была уже низка (60-80^oC, а влажность его высока). При меньшем чем 0,2 D выдвижении камеры 8 и даже ее заглублении в камере 7 горячий поток теплоносителя из этой камеры сразу засасывается в полость камеры 8, не образуя достаточно большого факела в кипящем слое, вместе с ним подсасывается и газ из кипящего слоя (вдоль оси факела). Частицы более сухого материала засасывались факелом и сразу отбрасывались на его периферию. Эффективного контактного взаимодействия их с поступающими свежими частицами не происходило.

Расположение завихрителя 13 в кольцевой полости также имеет большое значение для процесса сушки, а именно: при значениях расстояния от стенки корпуса 1 до завихрителя в пределах (0,8-3,0) диаметра камеры питателя 7 (D) время сушки оказывается наименьшим.

В варианте устройства внутренняя полость основной камеры питателя сообщается не только с отсеком внешней дополнительной камеры, присоединенными к источнику разряжения, но и с остальными отсеками посредством перфорации. При этом некоторая часть потока теплоносителя непосредственно проходит через перфорацию в основную камеру и наряду с подсушкой высушиваемого материала препятствует налипанию частиц на стенку основной камеры.

Таким образом, предложенное авторами устройство позволяет организовать предварительную обработку высушиваемого продукта в скоростном газовом потоке, что дает возможность удалить с частиц продукта поверхностную влагу как за счет тепло-, так и (преимущественно) за счет массопереноса. Вследствие этого в кипящий слой вводятся частицы продукту уже сформировавшиеся, с нелипкой поверхностью, что исключает агломерирование частиц в слое, создает равномерное и однородное псевдоожижение во всем объеме слоя. За счет введения частиц материала в факеле распыла осуществляется принудительное распределение влажного материала во всем объеме слоя, равномерность которого увеличивается за счет закрутки газового потока. Время сушки сокращается, продукт не теряет ценных питательных веществ, производительность устройства возрастает.

В настоящее время осуществляются работы по патентованию изобретения за рубежом в связи с проявленной заинтересованностью инофирм, ознакомившихся с образцами высушенного продукта.

Формула изобретения

1. Установка кипящего слоя для сушки пищевых продуктов, преимущественно овощей, содержащая корпус с решеткой, патрубки для подачи и отвода теплоносителя, питатель для подачи продуктов на сушку, выполненный в виде цилиндрической камеры со шнеком и патрубок для отвода готового продукта, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и качества готового продукта, питатель снабжен дополнительной внешней, коаксиально расположенной, камерой, образующей с основной кольцевую полость, разделенную кольцевой перегородкой и кольцевым завихрителем на три отсека, первый из которых по ходу высушиваемого материала сообщен с внутренней полостью внутренней камеры и имеет патрубок для подсоединения к источнику разряжения, второй снабжен патрубком для подсоединения к источнику теплоносителя, а третий является каналом для подачи горячего теплоносителя и имеет длину, составляющую 0,8 3,0 диаметра камеры питателя, при этом торец основной камеры расположен внутри корпуса установки на расстоянии, равном 0,2 0,8 диаметра камеры питателя, а угол навивки завихрителя составляет 15 65^o.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что вал шнека выполнен полым, снабжен перфорацией и снабжен патрубком для подсоединения к емкости с защитным раствором.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что полость основной камеры питателя сообщена с отсеками дополнительной внешней камеры посредством перфорации.

РИСУНКИ

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