способ сушки жидких продуктов и установка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сушки жидких продуктов, включающий создание закрученного потока газообразного теплоносителя, распыление в него с одновременным нанесением статического электрического заряда жидкого продукта, их перемещение до полного высыхания в соосном с потоком постоянном электромагнитном поле и разделение высушенного продукта и отработанного теплоносителя, отличающийся тем, что закрученный поток теплоносителя перед распылением в него жидкого продукта пропускают через соосное с потоком сверхзвуковое сопло, а распыление жидкого продукта осуществляют ультразвуком с подачей дисперсного потока в зону образования регулярных ударных волн потока газообразного теплоносителя.

2. Установка для сушки жидких продуктов, содержащая сушильную камеру, внутренняя поверхность которой выполнена в виде соленоида, подключенного к источнику постоянного тока, калорифер, соединенный с входом в сушильную камеру через узел закрутки газового потока, сопло подачи жидкого продукта со средствами нанесения статического заряда, установленное на входе в сушильную камеру, и циклон, соединенный с выходом сушильной камеры газоотводящим патрубком, отличающаяся тем, что она снабжена сверхзвуковым соплом, установленным соосно на входе в сушильную камеру за узлом закрутки газового потока, выполненным в виде винтового завихрителя, и источником ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний, свободный конец которого размещен в сопло подачи жидкого продукта с образованием кольцевого зазора, при этом последнее расположено перпендикулярно оси камеры, а циклон выполнен с заземлением.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике и технологии сушки жидких продуктов.

Известен способ сушки жидких продуктов, включающий создание закрученного потока газообразного теплоносителя, распыление в него с одновременным нанесением статического электрического заряда жидкого продукта, их перемещение до полного высыхания в соосном потоку постоянного электромагнитном поле и разделение высушенного продукта и отработанного теплоносителя (авторское свидетельство СССР N 492714, кл. Г 26 В 3/12, 1975).

Недостатком этого способа является экстенсивность процесса сушки.

Известна установка для сушки жидких продуктов, содержащая сушильную камеру, внутренняя поверхность которой выполнена из соленоида, подключенного к источнику постоянного тока, калорифер, соединенный с входом в сушильную камеру через узел закрутки газового потока, выполненный в виде двух тангенциальных патрубков, сопло подачи жидкого продукта со средствами нанесения статистического заряда, установленное соосно на входе в сушильную камеру, и циклон, соединенный с выходом сушильной камеры газоотводящим патрубком (там же).

Недостатками этой установки являются высокая материалоемкость, связанная с увеличенной длиной сушильной камеры, необходимой для сушки дисперсного потока жидкой фазы со значительным разбросом дисперсности капель в условиях экстенсивного тепломассообмена, и присущая ее конструкции опасность поражения током при накоплении в циклоне статического электрического заряда, выносимого высушенным продуктом, а также низкая надежность удаления высушенного продукта из циклона из-за его электростатического налипания.

В предлагаемом способе сушки жидких продуктов, включающем создание закрученного потока газообразного теплоносителя, распыление в него с одновременным нанесением статического электрического заряда жидкого продукта, их перемещение до полного высушивания в соосном потоку постоянном электромагнитном поле и разделение высушенного продукта и отработанного теплоносителя, согласно изобретению, закрученный поток теплоносителя перед распылением в него жидкого продукта пропускают через сверхзвуковое сопло, а распыление жидкого продукта осуществляют ультразвуком в зону образования регулярных ударных волн потока газообразного теплоносителя.

Это позволяет интенсифицировать процесс сушки за счет создания монодисперсного потока жидкой фазы с высокой дисперсностью капель, увеличиваемой ударной волной газового потока, и интенсифицировать тепломассобмен наложением на жидкую фазу ультразвуковых колебаний и ударной волны на газовую фазу теплоносителя.

Предлагаемая установка для сушки жидких продуктов, содержащая сушильную камеру, внутренняя поверхность которой выполнена из соленоида, подключенного к источнику постоянного тока, калорифер, соединенный с входом в сушильную камеру через узел закрутки газового потока, сопло подачи жидкого продукта со средствами нанесения статического заряда, установленное на входе в сушильную камеру, и циклон, соединенный с выходом сушильной камеры газоотводящим патрубком, согласно изобретению, снабжена сверхзвуковым соплом, установленным соосно на входе в сушильную камеру за узлом закрутки газового потока, выполненным в виде винтового завихрителя, и источником ультразвука со стержневым концентратором продольных колебаний, свободный конец которого размещен в сопле подачи жидкого продукта с образованием кольцевого зазора, при этом последнее расположено перпендикулярно оси камеры, а циклон выполнен с заземлением.

Это позволяет снизить материалоемкость установки за счет сокращения габаритов камеры при повышении дисперсности и монодисперсности потока жидкой фазы: увеличивающим поверхность контакта фаз, и интенсификации тепломассообмена при наложении на жидкую фазу ультразвуковых колебаний и ударной волны на газовую фазу, а также повысить безопасность работы за счет исключения возможности накопления статического заряда в установке и повысить надежность выгрузки из циклона готового продукта.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема установки для реализации способа.

Установка для сушки жидких продуктов содержит сушильную камеру 1 с внутренней поверхностью, выполненной из соленоида 2, соединенного с источником 3 постоянного тока, калорифер 4, соединенный с входом в сушильную камеру 1 через соосные ей винтовой завихритель 5 и сверхзвуковое сопло 6, перпендикулярное оси камеры 1 сопло 7 подачи жидкого продукта со средствами нанесения статического заряда, выполненными, например, в виде электретного электризатора 8, и размещенным в нем с образованием кольцевого зазора 9 стержневым концентратором 10 продольных колебаний, соединенным с источником 11 ультразвука, и циклон 12, соединенный с выходом сушильной камеры 1 газоотводящим патрубком 13 и снабженный заземлением 14.

На описанной установке способ реализуется следующим образом.

Газообразный теплоноситель, например двуокись углерода, подают в калорифер 4 для нагрева, затем закручивают его поток в винтовом завихрителе 5 и пропускают через сверхзвуковое сопло 6 в камеру 1 параллельно ее оси. В камере 1 поток теплоносителя имеет закрученную структуру, образующую на определенном расстоянии от выхода из сопла 6 зоны образования регулярных ударных волн, распределенные с увеличивающейся по направлению к выходу из камеры 1 шагом. По соленоиду 2 пропускают постоянный ток от источника 3 для создания соосного потоку теплоносителя постоянного электромагнитного поля. Жидкий продукт, например водный экстракт кофе, подают в сопло 7, в котором он попадает в кольцевой зазор 9 и взаимодействует с боковой поверхностью стержневого концентратора 10 продольных колебаний, колеблемого от источника 11 ультразвука. За счет разрежения, возникающего под действием эжекции сопла 7 и продольных колебаний концентратора 10, продукт поступает к торцевой поверхности последнего, откуда происходит его распыление до размера частиц около 0,1 мкм с одновременным нанесением статического электрического заряда за счет пересечения силовых линий электромагнитного поля электретного электризатора 8. Расположение сопла 7 перпендикулярно оси камеры 1 обеспечивает подачу продукта в закрученный поток теплоносителя и в зону образования регулярных ударных волн, предпочтительно в первую от выхода из сопла 6, в которой ударные волны имеют максимальную энергоемкость. Ударная волна приводит к дополнительному диспергированию распыленного из сопла 7 продукта с уменьшением размера его частиц, которые захватываются потоком теплоносителя и транспортируются им к выходу из камеры 1. Налипание дисперсных частиц продукта на внутреннюю поверхность камеры 1 исключено за счет отталкивания заряженных дисперсных частиц продукта от соленоида 2 электромагнитным полем. В процессе транспортировки вдоль камеры 1 за счет тепломассообменных процессов, происходящих между продуктом и теплоносителем, продукт высушивается. Следует отметить, что распыление ультразвуком по сравнению с использованием форсунки позволяет увеличить дисперсность жидкой фазы на порядок, а затем дополнительно увеличить дисперсность жидкой фазы при попадании в зону ударной волны потока газообразного теплоносителя, что увеличивает поверхность контакта фаз и ускоряет тепломассообменные процессы сушки. Кроме того, при распылении ультразвуком дисперсный поток жидкой фазы становится носителем ультразвуковой волны, интенсифицирующей тепломассообменные процессы, так же, как и перепады давления в зонах возникновения регулярных ударных волн потока газообразного теплоносителя. Таким образом, за счет интенсификации тепломассообменных процессов высыхание жидкого продукта происходит на меньшем участке траектории полета, что позволяет сократить длину сушильной камеры 1. Высушенный продукт с потоком отработанного теплоносителя поступает по газоотводящему патрубку 13 в циклон 12, в котором происходит отделение порошка высушенного продукта от отработанного теплоносителя в поле центробежных сил и снятие с продукта и корпуса циклона 12 остаточного статического электрического заряда заземлением 14, что обеспечивает надежную выгрузку сухого порошка продукта из циклона 12 и электробезопасность последнего и установки в целом.

Пример 1.

Яблочный сок с влажностью 90% сушат на описанной выше установке с использованием для его распыления ультразвуковых колебаний с частотой 18 кГц до остаточной влажности 5% с подачей в первую от выхода из сверхзвукового сопла зону образования регулярных ударных волн. По сравнению с контрольным образцом, полученным при тех же параметрах по способу прототипу, удельное время сушки снижено в 3 раза.

Пример 2.

Фруктозный сироп с влажностью 93% сушат на описанной установке с использованием для его распыления ультразвуковых колебаний с частотой 120 кГц до остаточной влажности 0,5% подачей в первую от выхода из сверхзвукового сопла зону образования регулярных ударных волн. По сравнению с контрольным образцом удельное время сушки снижено в 3,3 раза.

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяют интенсифицировать процесс сушки жидких продуктов.