способ сушки высоковлажных материалов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ сушки высоковлажных материалов, включающий обезвоживание материалов в два этапа, характеризующихся различными плотностями подводимого теплового потока энергии, использованием отработанной на одном из этапов паровоздушной смеси, полученной на другом этапе, на котором применяют осциллирующий подвод энергии с принудительной подачей сушильного агента, отличающийся тем, что осциллирующий режим сушки с принудительной подачей сушильного агента используют на втором заключительном этапе обезвоживания, при этом плотность подводимого теплового потока увеличивают по сравнению с первым этапом обработки, на котором используют образовавшуюся на втором - заключительном этапе паровоздушную смесь, в качестве энергоподвода на втором этапе используют инфракрасное излучение, а осцилляцию осуществляют прерыванием излучения.

2. Устройство для сушки высоковлажных материалов, содержащее два сушильных шкафа, вентиляторы и связанный с ними воздуховод, отличающееся тем, что воздуховод размещен между двумя сушильными шкафами, которые разделены на сушильные камеры горизонтальными сетчатыми поддонами, каждая сушильная камера снабжена блоком источников ИК-излучения и дополнительным воздуховодом, представляющим собой полую треугольную призму, одна грань которой совмещена с наружной боковой стенкой сушильной камеры, а другая, перпендикулярная к ней, выполнена в виде рамы, предназначенной для размещения сетчатых поддонов с материалом, причем на боковых стенках каждой камеры имеются вентиляционные отверстия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сушильной технике, а именно к способам и устройствам, предназначенным для сушки высоковлажных материалов таких, как фрукты, овощи, грибы, рыба, мясо и т.п.

Известен способ сушки материалов, заключающийся в прерывистом двустороннем облучении инфракрасными лучами при непрерывной циркуляции сушильного агента [1] и установка для его осуществления, содержащая блок инфракрасных излучателей и средство для продвижения материала, подвергаемого сушке. Способ предназначен для сушки синтетических тканей и не может быть применен для сушки высоковлажных продуктов, например, растительного происхождения.

Известен способ сушки высоковлажных материалов [2] состоящий из двух этапов, где на первом этапе в слое материала с помощью ИК-излучателей создают температурный напор, а на втором производят досушку путем уменьшения интенсивности облучения поверхности материала. Способ позволяет ускорить процесс сушки, но приводит к значительному расходу энергии.

Наиболее близким к предлагаемому способу сушки является способ, изложенный в описании изобретения [3] где сушка осуществляется в два этапа. Первый предварительный этап сушки проводят в осциллируемом режиме, который осуществляют посредством чередования подачи потоков холодного и горячего воздуха. На втором заключительном этапе сушки в качестве теплоносителя используется отработанный на предварительном этапе поток паровоздушной смеси. Так как температура воздушного потока на предварительном этапе сушки достигает 140^oC, а на заключительном не превышает 60 ^oC, то можно констатировать снижение плотности потока энергии на заключительном этапе по отношению к предварительному. Из теории сушки известно, что для высоковлажных продуктов органического, преимущественно растительного происхождения, на первом этапе удаляется до 35-40% от исходной влаги, причем удаляется поверхностная и малосвязанная влага. Энергозатраты на осуществление этого этапа также не превышают 25-30% затрат на весь процесс. Поэтому использование на заключительном этапе энергоносителя с плотностью потока, меньшей, чем на предварительном этапе, экономически нецелесообразно и приводит к увеличению общей продолжительности сушки. Дополнительным фактором увеличения энергозатрат и продолжительности сушки является использование на заключительном этапе энергоносителя отработанной паровоздушной смеси, так как уменьшение разности парциальных давлений пара в составе теплоносителя и у поверхности объекта сушки снижает скорость диффузии влаги из объекта сушки и приводит к увеличению времени сушки. Кроме того, сочетание периодов нагревания материала с помощью нагретого теплоносителя с периодами охлаждения хоть и увеличивает скорость сушки, но вызывает дополнительные затраты энергии.

Способ-прототип реализуется с помощью устройства, описанного в [3] и состоящего из двух сушильных шкафов с вертикальными перегородками, центральной камеры с главным шибером, вентиляторов с калорифером, воздуховодов, камер переключений с двухстворчатыми шиберами, служащими для реверсирования потоков теплоносителя. Устройство обеспечивает равномерность влагоотбора, но его конструкция сложна и недостаточно надежна из-за использования громоздкой системы для обеспечения цикличного изменения подачи нагретого и холодного потока воздуха.

Задачей изобретения является создание способа сушки и устройства для его осуществления, позволяющих снизить энергозатраты на проведение процесса, уменьшить время сушки, а также упростить устройство для осуществления заявляемого способа.

Предлагается способ сушки высоковлажных материалов, включающий обезвоживание материалов в два этапа, характеризующихся различными плотностями подводимого теплового потока энергии, использованием отработанной на одном из этапов паровоздушной смеси, полученной на другом этапе, на котором применяют осциллирующий подвод энергии с принудительной подачей сушильного агента. Осциллирующий режим с принудительной подачей сушильного агента используют в предлагаемом способе на втором заключительном этапе обезвоживания, причем плотность подводимого теплового потока увеличивают по сравнению с первым этапом обработки, на котором используют образовавшуюся на втором - заключительном этапе паровоздушную смесь. На втором этапе в качестве энергоподвода используют инфракрасное излучение, а осцилляцию осуществляют прерыванием излучения.

Для осуществления этого способа предлагается устройство, содержащее два сушильных шкафа, вентиляторы и связанный с ними воздуховод. Воздуховод размещен между двумя сушильными шкафами, которые разделены на сушильные камеры горизонтальными сетчатыми поддонами. Каждая сушильная камера снабжена блоком источников ИК-излучения и дополнительным воздуховодом, представляющим собой полую треугольную призму, одна грань которой совмещена с наружной боковой стенкой сушильной камеры, а другая, перпендикулярная к ней, выполнена в виде рамы, предназначенной для размещения сетчатых поддонов с материалом. На боковых стенках каждой камеры имеются вентиляционные отверстия.

Сущность способа заключается в следующем. Известно, что в начале сушки таких высоковлажных материалов, как овощи, фрукты и т. п. удаление влаги из них требует относительно небольших затрат энергии, т.к. первоначально продукт теряет малосвязанную влагу при высокой скорости сушки. Поэтому с точки зрения экономного расхода энергии при двухэтапной организации сушки возможно осуществление предварительного этапа сушки с помощью потока энергии небольшой плотности. На заключительном этапе сушки, где приходится удалять связанную влагу при малой скорости сушки, требуются значительные затраты энергии, то есть для сокращения времени сушки необходим поток энергии с большей плотностью, чем на предварительном этапе, что и предлагается в заявляемом способе. В предлагаемом способе сушки высокоплотный поток энергии на заключительном этапе создается с помощью инфракрасных излучателей, а на предварительном этапе используется поток энергии, образовавшейся на заключительном этапе в виде нагретой паровоздушной смеси. Использование высокоплотного потока энергии на заключительном этапе позволяет за счет интенсификации процесса теплообмена сократить продолжительность этого этапа, а использование образовавшейся паровоздушной смеси с меньшей плотностью потока, чем на заключительном этапе, дает возможность сократить суммарные энергозатраты на проведение процесса сушки.

Способ реализуется с помощью устройства, конструкция которого позволяет рационально сочетать конвективный и радиационный этапы сушки с использованием энергии, образующейся в процессе радиационного этапа сушки.

На чертежах представлена конструкция устройства для осуществления предлагаемого способа сушки высоковлажных материалов, при этом на фиг. 1 изображен общий вид устройства (по п. 2 формулы изобретения); на фиг. 2 - общий вид сушильной камеры устройства, представленного на фиг. 1; на фиг. 3

вид А фиг. 2; на фиг. 4 вид Б фиг. 2; на фиг. 5 вид В фиг. 2.

Устройство, представленное на фиг. 1 и фиг. 2, содержит два сушильных шкафа 1, между которыми расположен воздуховод 2. Каждый сушильный шкаф 1 разделен на сушильные камеры 3 с горизонтально установленными в направляющих 4(фиг. 2) сетчатыми поддонами 5. В каждой сушильной камере 3 установлен блок источников 6 инфракрасного излучения, которые располагаются над сетчатыми поддонами. Кроме того, каждая сушильная камера 3 снабжена дополнительным воздуховодом 7 с переменным сечением, представляющим собой полую треугольную призму, одна грань которой совмещена с боковой наружной стенкой сушильной камеры, а другая грань, перпендикулярная ей, выполнена в виде рамы 8 ( фиг. 3). На раме 8 закреплены направляющие 9, предназначенные для установки сетчатых поддонов 5 с высушиваемым материалом. Треугольные основания призмы формируют переменное сечение дополнительного воздуховода 7.

На боковых стенках сушильных камер 3 имеются вентиляционные щели 10 (со стороны воздуховода 2) и вентиляционные отверстия 11 (со стороны дополнительных воздуховодов 7). Вентиляционные щели 10 выполнены таким образом, чтобы воздух, проходя через них, поступал в пространство камеры 3 между блоком источников ИК-излучения и поддоном 5, а вентиляционные отверстия 11 расположены под поддоном 5 и служат для прохождения потока паровоздушной смеси в дополнительные воздуховоды 7. Устройство также содержит нагнетающие вентиляторы 12 (фиг. 1) и блок 13 управления процессом сушки.

На фиг. 2 стрелками показано направление движения воздушных потоков в устройстве по п. 2 формулы изобретения.

В качестве источников ИК-излучения могут быть использованы керамические ТЭНы типа ID 500/R фирмы "Эльштайн" [4]

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Подготовленный материал раскладывается слоем заданной толщины на сетчатые поддоны 5, которые с помощью направляющих 4 устанавливаются в сушильные камеры 3 и с помощью направляющих 9 на рамы 8 дополнительных воздуховодов 7 (далее воздуховодов 7).

Для выхода на режим сушки, состоящий из предварительного и заключительного этапов, проводят дорежимную стадию, необходимую для создания паровоздушной смеси, которая будет использована на предварительном этапе сушки. Для этого включают блок источников 6 ИК-излучения, работающих в осциллирующем (импульсном) режиме. Режим работы источников 6 ИК-излучения и вентиляторов 12 регулируется блоком 13 управления. На дорежимной стадии режим облучения материала в сушильных камерах 3 подбирается таким, чтобы материал был высушен до заданной конечной влажности, после чего поддоны с высушенным материалом удаляются из камер 3. В периоды, соответствующие паузам между импульсами, включают вентиляторы 12, которые нагнетают воздух в воздуховод 2, откуда через вентиляционные щели 10 он поступает в сушильные камеры 3, где нагревается и смешивается с влагой, выделяющейся из материала, образуя нагретую (около 60^oС) паровоздушную смесь, которая через вентиляционные отверстия 11 поступает в воздуховод 7, проходит снизу через сетчатые поддоны 5 с высушиваемым материалом, установленные на рамах 8 для предварительной сушки. Такому прохождению воздушного потока способствует конфигурация и расположение вентиляционных щелей и отверстий в камерах 3.

Таким образом осуществляют предварительный этап сушки, проходящий с использованием потока нагретой паровоздушной смеси. Следует отметить, что после этого этапа сушки продукт теряет до 40% влаги. Поддоны 5 с подсушенным продуктом снимают с воздуховодов 7 и ставят в сушильные камеры 3, а на их место ставят поддоны со свежим материалом. Второй заключительный этап обезвоживания проводят в сушильных камерах 3, где подсушенный материал подвергают облучению прерывистым потоком энергии от темных ИК-излучателей с плотностью потока 4,5-8,5 квт/м². Длительность облучающих импульсов и паузы между ними зависят от ряда факторов, в том числе от свойств и состояния материала, подвергаемого сушке.

Так как источники ИК-излучения расположены по обе стороны от сетчатых поддонов, то материал подвергается облучению с двух сторон, что ускоряет процесс обезвоживания и улучшает равномерность влагоотбора. Для создания равномерности облучения продукта, расположенного на сетчатых поддонах самых нижних камер 3, под поддонами этих камер установлены дополнительные блоки ИК-излучателей. Как уже говорилось выше, во время пауз ИК-излучения в камеры 3 из воздуховода 2 поступает воздух, который участвует в заключительном этапе обезвоживания и предназначен для удаления пара, образующегося над высушиваемым материалом, что интенсифицирует процесс сушки и улучшает прозрачность среды над материалом для прохождения потока ИК-излучения. Следует также отметить, что благодаря тому, что на предварительном этапе обезвоживания часть влаги была удалена из материала, увеличивается глубина проникновения ИК-излучения в объект сушки, что позволяет за счет выравнивания температурного градиента осушаемого материала увеличить скорость диффузии влаги из внутренних слоев осушаемого материала к поверхности и ведет к ускорению процесса сушки.

Таким образом, в камерах 3 осуществляется второй заключительный этап сушки, причем режимы сушки подбираются так, чтобы время сушки на предварительном этапе было равно времени сушки на заключительном этапе, чем достигается синхронизация временных параметров этапов сушки. После окончания заключительного этапа сушки поддоны с высушенным материалом вынимаются из сушильных камер 3, на их место ставят поддоны с материалом, прошедшим предварительный этап сушки, на рамы 8 ставят поддоны со свежим материалом и возобновляют сушку продукта способом, описанным выше.

Ниже приводится конкретный пример осуществления способа.

Пример. Сушка проводилась с помощью устройства, изображенного на фиг. 1, 2. В качестве исходного сырья взята морковь столовая с начальным массовым содержанием влаги 82% нарезанная соломкой 3 х 3 х 5 мм и разложенная на поддоны с сетчатым дном слоем толщиной до 12 мм. Время сушки на предварительном и на заключительном этапах оставило 1 ч 10 мин. После предварительного этапа обезвоживания влажность продукта была 39% а после заключительного не более 7% Температура продукта в процессе сушки в радиационной зоне не превышала 60 ^oC. Производительность вентиляционной системы обеспечивала не менее, чем 50-ти кратный обмен воздуха в течение одного часа. Облучение вели потоком ИК-излучения с плотностью 7,2 квт/м². Общее время сушки моркови от начальной влажности 82% до заданной конечной влажности не более 7% составило 2 ч 20 мин.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет снизить энергозатраты на его проведение, уменьшить время сушки продуктов и утилизовать энергию паровоздушной смеси, образовавшейся на заключительном этапе сушки. Устройство, с помощью которого осуществляется этот способ, дает возможность рационально сочетать конвективный и радиационный этапы сушки, его конструкция проста и не требует больших затрат при промышленной реализации. Устройство и способ могут найти применение в тех областях хозяйства, где требуются экономичные, простые в эксплуатации и обслуживании сушилки, например, в быту, фермерском хозяйстве, фармацее и т.п.

Источники информации:

1. Авт. св. N 567916, кл. F 26 В 3/30, опубл. 1977 г.

2. Авт. св. N 1513352, кл. F 26 В 3/30, опубл. 1989 г.

3. Авт. св. N 1588352, кл. F 26 В 3/06, А 23 В 7/02,

опубл. 1990 г. прототип.

4. Т.Бураковский и др. Инфракрасные излучатели. Энергия. 1978 г.