Сушильная установка

 

Изобретение относится к сушильному оборудованию и может быть использовано в пищевой, в частности молочной промышленности, а также возможно применение в химической и фармацевтической промышленности для получения сухих продуктов. Сушильная установка содержит емкость исходного продукта, вертикальную сушильную камеру, ограниченную сверху экраном с расположенным над ним воздуховодом, установленные на двух противоположных сторонах сушильной камеры форсунки, инертный носитель, нагнетательный и вытяжной вентиляторы, теплогенератор, воздуховоды, трубопроводы, циклон. При этом перед емкостью исходного продукта установлен аккумулятор давления, между емкостью исходного продукта и сушильной камерой расположен насос подачи исходного продукта. Сушильная камера выполнена в виде двух разных по высоте вертикальных камер переменного сечения - камеры входа и камеры сушки, соединенных малыми основаниями, и наполнена инертными носителями в виде шариков. На корпусе камеры сушки в зоне максимального распыла исходного продукта установлен источник тепла. Внизу камеры сушки закреплен поддон, при этом экран и поддон выполнены в форме воронки и вогнутой поверхностью обращены внутрь камеры сушки. Циклон состоит из улитки циклона и конуса циклона. Воздуховод переменного сечения и сужающийся к улитке циклона соединяет камеру сушки с циклоном, причем сверху улитки циклона установлены патрубок отвода газообразного транспортирующего агента, фильтр и вытяжной вентилятор. Изобретение должно обеспечить универсальность сушильной установки с возможностью стационарного и мобильного исполнения, упрощение конструкции, повышение надежности, повышение производительности, уменьшение себестоимости выпускаемой продукции. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сушильному оборудованию и может быть использовано в пищевой, в частности молочной промышленности, а также возможно применение в химической и фармацевтической промышленности для получения сухих продуктов. Известна сушильная установка [см. патент РФ № 2023217, МПК⁵ F 26 B 17/10, опубликованный 15.11.94], содержащая вертикальную сушильную камеру с патрубком подвода исходного продукта, под которым установлена газораспределительная решетка, и с патрубком подвода газообразного транспортирующего агента, а в верхней части сушильной камеры - патрубок отвода газа с сухой фракцией готового продукта. Внутри сушильной камеры установлены газоструйные излучатели ультразвука, соединенные с источником газообразного транспортирующего агента, а в трубопроводе подачи исходного продукта установлен смеситель, соединенный с источником подачи насыщенного газа. На корпусе излучателей ультразвука установлены коллекторы с отверстиями, направленными внутрь излучателей и соединенными с патрубками подвода исходного продукта.

Недостатками известной сушильной установки, принятой за аналог, является ограниченная интенсивность тепломассообменных процессов сушки и, следовательно, недостаточная производительность, а также возможность получения готового продукта только из растворов малой концентрации.

Известна принятая за прототип сушильная установка [см. патент РФ №2047826, МПК⁶ F 26 B 3/02, 17/10, опубликованный 10.11.95]. Данная установка содержит вертикальную сушильную камеру, состоящую из диффузора переменного сечения и сепаратора постоянного сечения, газораспределитель щелевого типа, установленный на входе в диффузор, и размещенный в верхней части сепаратора экран. На двух противоположных стенках диффузора установлены форсунки распыления исходного продукта. Сушильная установка снабжена также камерой механической доочистки инертного носителя с механическим очистителем-перемешивателем, выполненного в виде вертикального вала с закрепленными по его высоте лопастями. Камера сообщена с сушильной камерой входными и выходными патрубками, а трубопроводом сообщена с циклоном. Имеется приводное устройство для механического очистителя-перемешивателя. Расположенный в верхней части экран представляет собой снабженную фиксатором раму, смонтированную с возможностью изменения угла наклона, с поворотными ступенчато установленными поперечными пластинами.

Днище камеры для механической доочистки инертного носителя и нижние лопасти механического очистителя-перемешивателя снабжены встречно-направленными пальцами, установленными с возможностью свободного прохода при вращении вала одних сквозь зазоры между другими.

В патрубок выхода инертного носителя камеры механической доочистки смонтированы шиберная заслонка и штыревая перегородка для регулирования количества инертного носителя, возвращаемого в сушильную камеру, и предотвращения попадания в нее слипающихся частиц

В основании диффузора смонтирован блок дополнительных пневматических распределительных форсунок, выполненных с возможностью изменения положения по высоте и углу наклона для постоянной подачи сжатого воздуха и периодической подачи исходного продукта.

Стенки диффузора снабжены охлаждающим коробом с патрубком подвода газообразного транспортирующего агента. При этом стенки диффузора в месте установки охлаждающего короба выполнены с регулируемыми щелевыми отверстиями для направленного выхода воздуха и снабжены винтовыми зажимами для изменения ширины последних.

Недостатками указанной сушильной установки является сложность конструкции и, как следствие, уменьшение надежности конструкции, высокая себестоимость, возможность использования ее только для высоковязких продуктов, а также ограниченность в регулировании температурного режима, что ведет к уменьшению производительности.

Задачей данного изобретения является повышение технологичности сушильной установки, расширение области применения.

Техническим результатом является универсальность сушильной установки с возможностью стационарного и мобильного исполнения, упрощение конструкции, повышение надежности, повышение производительности, уменьшение себестоимости выпускаемой продукции.

Поставленная задача достигается тем, что сушильная установка содержит емкость исходного продукта, вертикальную сушильную камеру, ограниченную сверху экраном с расположенным над ним воздуховодом, установленные на двух противоположных сторонах сушильной камеры форсунки, инертный носитель, нагнетательный и вытяжной вентиляторы, теплогенератор, воздуховоды, трубопроводы, циклон. При этом перед емкостью исходного продукта установлен аккумулятор давления, между емкостью исходного продукта и сушильной камерой расположен насос подачи исходного продукта.

Сушильная камера выполнена в виде двух разных по высоте вертикальных камер переменного сечения - камеры входа и камеры сушки, соединенные малыми основаниями, и наполнена инертными носителями в виде шариков. На корпусе камеры сушки в зоне максимального распыла исходного продукта установлен источник тепла. Внизу камеры сушки закреплен поддон, при этом экран и поддон выполнены в форме воронки, вогнутой поверхностью обращенные внутрь камеры сушки. Циклон состоит из улитки циклона и конуса циклона. Воздуховод переменного сечения и сужающийся к улитке циклона соединяет камеру сушки с циклоном, причем сверху улитки циклона установлен патрубок отвода газообразного транспортирующего агента, фильтр и вытяжной вентилятор.

Сушильная камера выполнена в виде двух усеченных конусов.

Сушильная камера выполнена в виде двух усеченных пирамид.

Камера сушки наполнена на 10-50% от объема инертными носителями размером 4-5 мм.

Камера сушки по высоте выше камеры входа и зависит от угла раствора, принимающего размер от 20 до 60°.

Форсунки выполнены в виде сопла с центральной иглой.

Количество вертикальных рядов форсунок с тепловыделяющим элементом пропорционально высоте камеры сушки и изменяется от 1 до n, где n количество рядов.

Внутренние поверхности камеры сушки, воздуховода, улитки циклона и конуса циклона покрыты тефлоном.

Наружные поверхности камеры сушки и воздуховода покрыты углерод-углеродным материалом.

Наружные поверхности камеры сушки и воздуховода выполнены перфорированными.

Внутри воздуховода расположены направляющие ребра, концентрично повторяющие изгиб воздуховода и прикрепленные к его боковым поверхностям.

Емкость исходного продукта снабжена зарубашечным пространством, соединенным по трубопроводу с вытяжным вентилятором.

В нижней части конуса на его внутреннем периметре установлен успокоитель, выполненный в виде двух соединенных основаниями конусов.

На фиг. 1 изображен общий вид сушильной установки.

На фиг. 2 - развертка камеры сушки, которая выполнена в виде усеченного конуса с расположением форсунок 14 и источников тепла (нагрева) 16.

Сушильная установка состоит из основных сборочных единиц: емкости 1 исходного продукта с аккумулятором давления 2, насоса 3 подачи исходного продукта, вертикальной сушильной камеры 4, воздуховода 5, улитки циклона 6, конуса циклона 7, нагнетательного вентилятора 8 и теплогенератора 9, вытяжного вентилятора 10.

Сушильная камера 4 выполнена в виде двух разных по высоте вертикальных камер переменного сечения в виде усеченных конусов или усеченных пирамид: камеры входа 11 и камеры сушки 12. Эти камеры соединены малыми основаниями, равными по размеру, образуя общее основание 13. Камера сушки 12 по высоте выше камеры входа 11 и зависит от угла раствора (20-60°).

На двух противоположных сторонах камеры сушки 12 имеются форсунки 14 для распыления исходного продукта в виде факела распыла 15. Количество форсунок 14 на каждой стороне зависит от высоты камеры сушки 12. На фиг. 1 их показано по две на каждой стороне (два вертикальных ряда с форсунками).

На корпусе камеры сушки 12 установлены источники тепла 16 таким образом, чтобы воздействие теплового потока от источников тепла 16 приходилось на зону максимального распыла исходного продукта. Например, на фиг. 2 источник тепла 16 размещен на каждом уровне с форсунками 14 перпендикулярно оси расположения форсунок 14 (фиг.1).

Камера сушки 12 сверху ограничена экраном 17, а снизу - поддоном 18 и заполнена на 10-50% от объема инертными носителями 19 в виде шариков размером 4-5 мм.

Экран 17 и поддон 18 выполнены в виде воронок (фиг. 1), вогнутой поверхностью обращенные внутрь камеры.

Сверху камера сушки 12 сообщена с воздуховодом 5.

Воздуховод 5 представляет собой конфузор переменного сечения, сужающийся к улитке циклона 6.

Сверху улитки циклона 6 предусмотрен патрубок отвода 20 газообразного транспортирующего агента (воздуха), через который производится принудительный отсос влажного газообразного транспортирующего агента вытяжным вентилятором 10, соединенным с зарубашечным пространством 21 емкости 1 исходного продукта по трубопроводу 22 через штуцер 23. Для исключения отсоса сухой фракции вместе с влажным газообразным транспортирующим агентом между вытяжным вентилятором 10 и улиткой циклона 6 установлен фильтр 24.

Снизу улитка циклона 6 соединена с конусом циклона 7, в нижней части которого, на выходе готовой продукции установлен успокоитель 25, выполненный в виде двух соединенных (сваренных) основаниями конусов.

Снизу камеры входа 11 установлен патрубок подвода 26, через который газообразный транспортирующий агент, подогретый теплогенератором 9, попадает в камеру сушки 12 при помощи нагнетательного вентилятора 8. Предварительно газообразный транспортирующий агент очищается и обеззараживается при помощи фильтра 27.

Емкость 1 исходного продукта, сушильная камера 4 и конус циклона 7 установлены на некоторой высоте от уровня пола при помощи кронштейнов 28.

Для герметичного соединения сборочных единиц: нагнетательного вентилятора 8, теплогенератора 9, сушильной камеры 4, воздуховода 5, улитки циклона 6, конуса циклона 7 в единый сушильный агрегат предусмотрены четыре усиленных фланцевых соединения с использованием полиуретановых прокладок и герметика, одно конусное соединение (улитки циклона 6 с конусом циклона 7) и цилиндрическое соединение с кольцевыми отбортовками в местах установки фильтров 24 и 27.

Сушильная установка работает следующим образом.

Из емкости 1 через выходную горловину исходный продукт с помощью насоса 3 подают через камеру входа 11 в камеру сушки 12 и распыляют с помощью форсунок 14.

Для безкавитационой работы насоса 3 используют аккумулятор давления 2 (баллон с жатым воздухом). Сжатый воздух из аккумулятора давления 2 по трубопроводу 29 через штуцер 30 осуществляет наддув емкости 1.

Насос 3, например, плунжерного или центробежного типа используют для обеспечения достаточного запаса по давлению нагнетания (100-120 бар) и таким образом обеспечивают возможность регулирования в широком диапазоне по углу распыла форсунок 14 по дисперсности и по расходу.

Через форсунки 14 распыляют подаваемый исходный продукт в камере сушки 12 таким образом, чтобы факелы распыла 15 исходного продукта образовывали по объему камеры сушки 2 однородное “облако”. Для этого применяют сопловые форсунки с центральной иглой, поскольку они позволяют сравнительно просто изменить угол распыла в широком диапазоне (90-130°) и добиться дисперсности распыла в пределах 100-150 мкр. Дисперсность однозначно влияет на скорость испарения и на качество образования пленки на поверхности инертных носителей 19.

Источники тепла 16, например СВЧ-генераторы, ориентируют таким образом, чтобы тепловой поток излучения каждого СВЧ-генератора максимально пронзал “облако” по всему его объему. Тепловой поток СВЧ-излучения испаряет влагу, высвобождая сухой остаток исходного продукта. Потребную мощность подбирают количеством СВЧ-генераторов. СВЧ-генераторы размещают на одной стороне камеры сушки 12 для предотвращения СВЧ-воздействия ТВЭлов друг на друга, а стало быть исключают их выход из строя.

СВЧ-излучение способствует образованию в динамической непрерывности на поверхности инертных носителей 19, например шариков, скалывающейся скорлупы сухого продукта. В качестве материала для инертных носителей 19 выбран Фторопласт-4. Этот материал допущен в пищевой промышленности и обеспечивает скалывание образующейся скорлупы ввиду неполярности материала. Рекомендуемый размер шариков 4-5 мм.

Через фильтр 27 газообразный транспортирующий агент (воздух) засасывают нагнетательным вентилятором 8, например, из окружающей среды и через теплогенератор 9 подают подогретым в сушильную камеру 4 по воздуховоду 31.

Входная часть сушильной камеры 4 - камера входа 11 (ее нижняя часть) представляет собой конфузор, а выходная камера сушки 12 - диффузор. “Критическим” сечением сушильной камеры 4 является сечение, по которому производят соединение малых оснований камеры входа 11 и камеры сушки 12. При этом поток газообразного транспортирующего агента обжимают конфузором. Пройдя “критическое” сечение, газообразный транспортирующий агент принудительно дополнительно турбулизуется диффузором и приводит в хаотическое движение инертные носители (шарики) 19, которые увеличивают поверхность испарения распыленного “облака” исходного продукта. За счет взаимного соударения шариков 19 друг о друга, о стенки камеры сушки 12, об экран 17 и поддон 18, происходит “скалывание” осушенного продукта с поверхности инертных носителей 19 и выделения его из жидкой фазы.

Экран 17 и поддон 18 препятствуют движению инертных носителей 19 за пределы камеры сушки 12, пропуская к воздуховоду 5 сухую фракцию и испаренную влагу. Поддон 18 исполняют в форме воронки для дополнительной турбулизации подаваемого в камеру сушки 12 подогретого газообразного транспортирующего агента - воздушного потока. Экран 17 также выполняют в форме воронок — для более эффективного соударения шариков 19 в камере сушки 12. Экран 17 и поддон 18 выполняют, например, из металлической сетки (материал Х18Н10Т), величина ячейки 1х1 мм÷1,5х1,5 мм.

Испаренную влагу и сухую фракцию через воздуховод 5 устремляют в улитку циклона 6 с помощью скоростного потока газообразного транспортирующего агента, где происходит их окончательное разделение.

Конструкция воздуховода 5 обеспечивает обжатие потока, его ламинирование и, как следствие, его скоростной разгон при входе в улитку циклона 6 для отделения сухой фракции.

Для ламинирования воздушного потока помимо сужения воздуховода 5 предусмотрены направляющие ребра, концентрично повторяющие изгиб воздуховода 5 и прикрепленные к его боковым поверхностям. Воздуховод 5 переходит в улитку циклона 6, где испаренная влага и сухой остаток окончательно разделяются на фракции.

Фильтр 24 используют для предотвращения возможного уноса сухого продукта (размером 0,001- 0,1 мкм) из улитки циклона 6.

Через вытяжной вентилятор 10 теплый воздух направляют по трубопроводу 22 через штуцер 23 в зарубашечное пространство 21 для вспомогательного обогрева исходного продукта в емкости 1 и через штуцер выхода 32 охлажденный поток газообразного транспортирующего агента направляют в атмосферу.

Сухой готовый продукт по конусу циклона 7 в вихревом воздушном потоке осыпается вниз, ударяясь об успокоитель 25, и через кольцевой зазор, образованный между внутренним периметром конуса циклона 7 и успокоителем 25, поступает в сборник 33.

Крепление успокоителя 25 в конусе циклона 7 не вызывает технических сложностей.

Сушильная установка 4, воздуховод 5, улитка циклона 6 и конус циклона выполнены из листовой нержавеющей стали.

Стенки сушильной камеры 4 и воздуховода 5 снаружи покрывают углерод-углеродным материалом марки ТМП-3, ТМП-4. При подаче на него электрического потенциала напряжением U=36В создают дополнительный индукционный прогрев “облака” исходного продукта. Кроме того, прогретый углерод-углеродный материал является источником инфракрасного излучения, что способствует дополнительному испарению влаги. Это позволяет снизить мощность СВЧ-генераторов. Кроме того, углерод-углеродный материал экранирует СВЧ-излучение, что важно с точки зрения техники безопасности обслуживающего персонала.

Для максимального использования эффекта инфракрасного излучения сушильную камеру 4, воздуховод 5 и улитку циклона 6 делают перфорированными полностью или поясами в зонах максимального испарения влаги.

Для исключения налипания сухого готового продукта в камере сушки 12, воздуховода 5, улитке циклона 6 и конусе циклона 7 их рабочие внутренние поверхности футеруют тефлоном.

Указанные способы футеровки поверхностей предполагают их различные комбинации.

Оптимальное соотношение расходов подаваемых компонентов в камеру сушки и количество тепловой энергии (необходимое и достаточное), потребляемое для осушения исходного продукта, определяют расчетом и подтверждают эмпирическим путем по каждому типоразмеру сушильных установок.

Отработка получения сухих порошков из жидкого продукта производилась на сушильной установке, используя

а) цельное молоко,

б) лимонный сок,

в) апельсиновый сок,

г) концентрированные настои мяты, суданской розы, шиповника.

Теоретическое содержание сухого остатка в жидком продукте (12-13)% на примере молока подтверждено опытным путем.

Так, при испарении влаги из 75 литров молока в течение 65 мин работы установки было получено 9 кг сухого остатка. Мощность СВЧ - ТВЭлов при этом составляла 10 кВт.

Существенным достоинством предложенной сушильной установки является возможность регулирования в широком диапазоне ее производительности за счет

- увеличения температуры исходного продукта до 75-80°С (предварительный подогрев в емкости исходного продукта);

- изменения режима работы насоса подачи исходного продукта;

- изменения степени распыла исходного продукта и его дисперсности (перенастройкой работы форсунок - изменение проходного сечения сопла перемещением регулировочной иглы);

- изменения режима интенсивности излучения источников тепла (СВЧ-генераторов);

- изменения режима индукционного прогрева и ИК-излучения при изменении величины электрического потенциала, подаваемого на экранирующий токопроводящий углерод-углеродный материал;

- изменения температуры подаваемого газообразного транспортирующего агента в сушильную камеру;

- изменения напора потока газообразного транспортирующего агента, подаваемого в сушильную камеру, влекут изменения интенсивности хаотического движения инертных носителей и потока воздуха, направляющего испаренную влагу и сухой остаток в улитке циклона 6 для разделения.

Сушильная установка может быть спроектирована на весьма широкий диапазон по производительности и быть исполнена в стационарном и мобильном варианте.

Сушильная установка весьма удобна в эксплуатации за счет применения безинерционных источников тепла и настройки их на необходимое и достаточное выделение энергии для испарения влаги из конкретного исходного продукта.

Существенным достоинством установки является ее применимость для сушки исходных скоропортящихся продуктов, так как СВЧ-генераторы влияют на снижение бактерицидности исходного продукта.

Одним из главных достоинств предлагаемой сушильной установки является ее применимость в любом регионе ввиду ее экологичности. Кислотно-щелочные выбросы, характерные для традиционных установок по переработке молока и его продуктов, в предложенном варианте отсутствуют.

Возможности предлагаемой сушильной установки переработкой пищевых продуктов не исчерпываются. Она может быть применена в химической промышленности, фармацевтической для получения сухих продуктов.

Формула изобретения

1. Сушильная установка, включающая емкость исходного продукта, вертикальную сушильную камеру, ограниченную сверху экраном с расположенным над ним воздуховодом, установленные на двух противоположных стенках сушильной камеры форсунки, инертный носитель, патрубки подвода и отвода газообразного транспортирующего агента, нагнетательный и вытяжной вентиляторы, теплогенератор, воздуховоды, трубопроводы, циклон, отличающаяся тем, что перед емкостью исходного продукта установлен аккумулятор давления, между емкостью исходного продукта и сушильной камерой расположен насос подачи исходного продукта, сушильная камера выполнена в виде двух разных по высоте вертикальных камер переменного сечения камеры входа и камеры сушки, соединенные малыми основаниями, и наполнена инертными носителями в виде шариков, при этом на корпусе камеры сушки в зоне максимального распыла исходного продукта установлен источник тепла, а внизу камеры сушки закреплен поддон, причем экран и поддон выполнены в форме воронки, вогнутой поверхностью обращенные внутрь камеры сушки, кроме того, циклон состоит из улитки циклона и конуса циклона, а воздуховод переменного сечения и сужающийся к улитке циклона соединяет камеру сушки с циклоном, причем сверху улитки циклона установлен патрубок отвода газообразного транспортирующего агента, фильтр и вытяжной вентилятор.

2. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что сушильная камера выполнена в виде двух усеченных конусов.

3. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что сушильная камера выполнена в виде двух усеченных пирамид.

4. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что камера сушки наполнена на 10—50% от объема инертными носителями размером 4-5 мм.

5. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что камера сушки по высоте выше камеры входа и зависит от угла раствора, принимающего размер от 20 до 60°.

6. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что форсунки выполнены в виде сопла с центральной иглой.

7. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что количество вертикальных рядов форсунок с тепловыделяющим элементом пропорционально высоте камеры сушки и изменяется от 1 до n, где n количество рядов.

8. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренние поверхности камеры сушки, воздуховода, улитки циклона и конуса циклона покрыты тефлоном.

9. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что наружные поверхности камеры сушки и воздуховода покрыты углерод-углеродным материалом.

10. Сушильная камера по п. 9, отличающаяся тем, что наружные поверхности камеры сушки и воздуховода выполнены перфорированными.

11. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что внутри воздуховода расположены направляющие ребра, концентрично повторяющие изгиб воздуховода и прикрепленные к его боковым поверхностям.

12. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что емкость исходного продукта снабжена зарубашечным пространством, соединенным по трубопроводу с вытяжным вентилятором.

13. Сушильная установка по п.1, отличающаяся тем, что в нижней части конуса на его внутреннем периметре установлен успокоитель, выполненный в виде двух соединенных основаниями конусов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2