Способ и устройство для сушки сыпучих материалов
Владельцы патента RU 2382304:
Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт механизации сельского хозяйства (ГНУ ВИМ Россельхозакадемии) (RU)
Изобретение относится к сушке сыпучих материалов в конвективных сушилках, преимущественно для мелкосеменных материалов, и может быть использовано в сельском хозяйстве. Способ для сушки сыпучих материалов, заключается в том, что сыпучий материал загружают, формируют поток и гравитационно перемещают в шахте, вентилируя агентом сушки, инверсируют и разгружают. Новым является то, что перед инверсированием поток разделяют на части, материал в этих частях механически перемешивают, а скорость его гравитационного перемещения регулируют. Устройство для сушки сыпучего материала включает средства загрузки и разгрузки, надшахтный бункер, шахты, теплогенератор и инвертор. Новым является то, что инвертор в верхней части снабжен мешалками-дозаторами количеством по числу разделяемых потоков с возможностью изменения частоты вращения и разделительными пластинами между ними. Изобретение должно повысить качество сушки сыпучего материала, то есть снизить неравномерность сушки. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к сушке сыпучих материалов в конвективных сушилках, преимущественно для мелкосеменных культур, и может быть использовано в сельском хозяйстве и системе заготовок.
Известен способ сушки сыпучего материала, включающий загрузку влажного материала, формирование и гравитационное перемещение потока этого материала, вентилирование агентом сушки и разгрузку высушенного материала. Известно устройство для его осуществления, содержащее средства загрузки и разгрузки, надшахтный бункер, шахты и теплогенератор [1].
Эти способ и устройство не обеспечивают качество высушенного материала - неравномерность сушки и температура высушенного материала выше допустимых значений согласно исходным требованиям.
Известен способ сушки сыпучего материала, включающий загрузку влажного материала, формирование и гравитационное перемещение потока этого материала, вентилирование агентом сушки, инверсирование частей потока этого материала относительно направления агента сушки и разгрузку высушенного материала [2].
Известно устройство для этого способа, содержащее средства загрузки и разгрузки, надшахтный бункер, шахты, теплогенератор и инвертор в составе комплекта наклонных рассекателей и лотков [3].
Этот способ позволяет снизить неравномерность сушки для материалов, фронт сушки которых меньше ширины шахты, т.е. для колосовых и зернобобовых культур, характеризующихся относительно крупными зерновками, но не для мелкосеменных, например для рапса.
При гравитационном перемещении в шахте слой материала, прилегающей к ее поверхности со стороны подачи агента сушки пересушиваются, что вызывает неравномерность по влажности высушенного материала. Причем неравномерность сушки может достигать ±5% и более при допустимости величины для семян ±1,5%. Кроме того, имеет место неравномерность нагрева, требования к неравномерности нагрева высушенного материала менее жесткие (±3°С), поэтому в дальнейшем анализируется преимущественно неравномерность сушки.
Для предотвращения неравномерности сушки в шахтах колонковых сушилок устанавливают инверторы, с помощью которых на зерне удается снизить неравномерность сушки до установленной нормы. Для снижения неравномерности сушки рапса известный способ менее эффективен.
Это обусловлено высотой фронта сушки, который на рапсе в 2-3 раза меньше, чем на пшенице, и частичным смешением материала при инверсии, что обусловливает в отдельных случаях даже повышение неравномерности сушки.
Техническая задача изобретения заключается в повышении качества сушки сыпучего материала, т.е. в снижении неравномерности сушки.
Поставленная техническая задача достигается тем, что сыпучий материал загружают, формируют и гравитационно перемещают в шахте поток этого материала, вентилируют агентом сушки, инверсируют относительно направления агента сушки и разгружают, согласно изобретению перед инверсированием поток разделяют на части, материал в этих частях механически перемешивают, а скорость его гравитационного перемещения регулируют.
Поставленная техническая задача достигается также тем, что в устройстве, включающем средства загрузки и разгрузки, надшахтный бункер, шахты, теплогенератор и инвертор, согласно изобретению инвертор в верхней части снабжен мешалками-дозаторами количеством по числу потоков с возможностью изменения частоты вращения и разделительными пластинами между ними.
Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым в способе является то, что перед инверсированием поток разделяют на части, материал в этих частях механически перемешивают, а скорость его гравитационного перемещения регулируют.
Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает, что новым в устройстве является то, что инвертор в верхней части снабжен мешалками-дозаторами, установленными с возможностью изменения частоты вращения, количеством по числу потоков и разделительными пластинами между ними.
Таким образом, изобретение соответствует критерию «новизна».
Заявленный способ может быть осуществлен только в предлагаемом устройстве, что говорит о соблюдении принципа «единства изобретения».
Изобретение соответствует критерию «изобретательский уровень», так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно: повышение качества сушки материала.
Изобретение является и «промышленно применимым», так как может использоваться в сельском хозяйстве.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид сушилки с устройством; на фиг.2 - устройство с мешалками-дозаторами и разделительной пластиной; на фиг.3, 4 - графики лабораторных исследований с инверсированием материала.
Сушилка с устройством содержит средство разгрузки 1, сушильную шахту 2, диффузоры верхний 3 и нижний 4 для отсоса агента сушки из шахт; вентиляторы 5, лестницу 6 для обслуживания диффузора, надшахтный бункер 7, теплогенератор 8, патрубок отработавшего агента сушки 9, патрубок 10 для подвода агента сушки, заслонки 11 для изменения подачи наружного воздуха на охлаждение высушенного материала, инвертор 12, площадку обслуживания 13; раскос 14 для устойчивости бункера зерна; лестницу 15 для обслуживания бункера зерна; лестницу 16 для обслуживания диффузора; разгрузочную норию 17; загрузочную норию 18; патрубок рециркуляционный 19; патрубок разгрузочный 20.
Сушилка работает следующим образом.
Норией 17 предварительно очищенный сыпучий материал (рапс) подают в надшахтный бункер 7, из бункера он поступает в шахты 2, продувается агентом сушки, приготовленным в теплогенераторе 8. Агент сушки из теплогенератора 8 поступает в патрубок 10, вентилирует материал в шахтах 2 и отсасывается вентилятором 5 из диффузоров 4. При гравитационном перемещении поток материала проходит инвертор 12, в котором слой материала инверсируют (часть материала, соприкасающаяся с газопроницаемой поверхностью шахты со стороны агента сушки, перемещается на противоположную сторону, а на ее место перемещается слой с противоположной стороны шахты). Высушенный материал поступает в патрубки 19 или 20, далее в нории 17 или 18 соответственно в зависимости от технологии сушки. Высушенный и охлажденный материал поступает в бункера хранения или разгружается в мобильный транспорт (на схеме не приводятся).
Устройство включает газопроницаемые поверхности шахты 21 и 22 со стороны подачи и выхода агента сушки соответственно, мешалки-дозаторы 23, разделительную пластину 24, инвертор 25, разгрузочное устройство 1, места для отбора проб на влажность 26 (фиг.2). Позициями 27 и 28 обозначен поток материала и агента сушки соответственно.
Способ осуществляют следующим образом: общий поток материала разделяют на два потока, в каждом из которых материал перемешивают, инверсируют, после инверсии скорость течения потоков регулируют.
Устройство работает следующим образом. Поток материала 27 подают в шахту, ограниченную поверхностями 21 и 22, материал из разделенного пластиной 24 на две части потока перемешивают мешалками-дозаторами 23, частоту вращения которых регулируют в зависимости от величины неравномерности влажности, определяемой в точках 26. Высушенный материал удаляют из устройства средством 1.
При инверсии рапса смешивается большее количество материала, чем при инверсии зерна, что обусловлено его физико-механическими свойствами (повышенная сыпучесть). Следовательно, инверсируемые потоки необходимо разделить. После инверсии неравномерность по влажности в слоях этих потоков не сокращается, но перемещается с периферийных слоев в центральные. Но, если материал в этих потоках перед инверсией перемешать, то неравномерность по сушке материала на выходе инвертора снизится. Еще большего снижения неравномерности сушки можно достичь, если после инверсии менять скорость течения слоев в шахте относительно друг друга. Например, если слой материала прилегающей к газопроницаемой поверхности со стороны входа агента сушки, будет перемещаться быстрее остальных слоев, то и меньшее время он будет находиться под действием агента сушки, что в свою очередь позволит снизить неравномерность сушки.
Более быстрое перемещение этого слоя можно организовать использованием мешалок-дозаторов, конструкция которых, в частности, может содержать две прямоугольные рамки, сваренные под прямым углом на центральной оси, вращающиеся с регулируемой частотой, которые одновременно перемешивают и дозируют материал. В общем случае можно инверсировать не только потоки с противоположных сторон шахты, но и внутри шахты.
Пример
Обоснование заявленных способов сушки и устройства проводили на лабораторной установке, включающей колонку из шести кассет диаметром 0,1 м и высотой 0,05 м, вентилятор и калорифер. Колонку продували подогретым воздухом с температурой 50°С и скоростью 0,2 м/с. В кассеты закладывали увлажненный рапс с W0=18%. Материал высушивали до конечной влажности W≈8%. Текущую влажность рапса в каждой кассете определяли разбором колонки и взвешиванием кассет, конечную влажность, кроме того, методом высушивания средней пробы в сушильном шкафу. Инверсию материала осуществляли путем перестановки кассет в процессе сушки: так кассету №1 (начиная от входа теплоносителя) переставляли на место кассеты №4, кассету №2 - на место кассеты №5, а кассету №3 - на место кассеты №6; кассету №4 - на место кассеты №1 и т.д., т.е. моделировали инверсию потока материала в шахте при гравитационном перемещении потока.
Ускоренное перемещение потока материала с целью снижения неравномерности сушки моделировали изъятием из колонки нижней кассеты на время до 20% от общего времени сушки. Действительно, более высокая скорость смещения слоя обусловливает меньшую экспозицию сушки.
Экспериментальные данные по неравномерности сушки и нагреву рапса приведены на графиках фиг.3 (прототип) и фиг.4 (новый способ). На фиг.3а и 3б представлены зависимости W и θ от высоты колонки L при сушке и в конце ее без инверсии соответственно; на фиг.3в и 3г те же самые кривые, но с инверсией.
Эти кривые моделируют в реальном процессе сушки распределение W и θ материала по ширине шахты L=0,3 м.
Из представленных данных следует, что сушка с инверсией потоков снижает неравномерность сушки и нагрева, но все же неравномерность сушки для рапса исходной влажности W0=18% выше нормы.
На фиг.4 представлены графики изменения W и θ от высоты колонки L по заявленному способу, в том числе на фиг.4а - до инверсии, фиг.4б - сразу после инверсии, на фиг.4 в,г - по достижении средней влажности ~8,5%. Однако для графика на фиг.4 г экспозиция сушки рапса в нижней кассете была меньшей на 10% от общей экспозиции (~2 ч). Установлено, что разделение потоков, смешение материала в этих потоках и меньшая экспозиция сушки рапса в кассете, первой со стороны агента сушки, последовательно снижают неравномерность сушки и нагрева, доводя их до нормы с повышением качества сушки.
Источники информации
1. Методические рекомендации по выбору и эффективному использованию зерносушильного оборудования. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006, с 20-23.
2. Иванов Н.М. Технологическое и техническое обеспечение интенсификации сушки зерна с учетом ресурсосбережения // Автореф. на соиск. учен. степ. док.техн.наук, Новосибирск, 2001, с.24-27.
3. Патент РФ 2143090, МПК F26В 17/12, 1999 (прототип).
1. Способ для сушки сыпучих материалов, заключающийся в том, что сыпучий материал загружают, формируют поток, гравитационно перемещают его в шахте, вентилируют агентом сушки, инверсируют относительно агента сушки и разгружают, отличающийся тем, что перед инверсированием поток разделяют на части, материал в этих частях механически перемешивают, а скорость его гравитационного перемещения регулируют.
2. Устройство для сушки сыпучего материала, включающее средства загрузки и разгрузки, надшахтный бункер, шахты, теплогенератор и инвертор, отличающееся тем, что инвертор в верхней части снабжен мешалками-дозаторами, установленными с возможностью изменения частоты вращения, количеством по числу потоков и разделительными пластинами между ними.
