тороидальная установка для влаготепловой обработки

Формула изобретения

Тороидальная установка для влаготепловой обработки, включающая корпус, бункеры загрузки и выгрузки, паропровод, увлажнители и привод, отличающаяся тем, что корпус выполнен торообразным, расположенным в наклонной плоскости в сторону выгрузки готового продукта с чередующимися верхними и нижними секторами с вырезами, содержит секционные рабочие камеры, установленные в направляющих с возможностью перемещения на шаровых колесных опорах и снабженные буферами, закрепленными на осях, при этом верхние сектора подачи жидкости, снабженные трубопроводом с форсунками, и нижние сектора подачи теплоносителя, имеющие сопла, расположены попеременно чередующимися, а направляющие перед бункером выгрузки выполнены по винтовой линии с возможностью переворота секционных рабочих камер относительно оси кольцевого сечения тора и возвращения в исходное положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для влаготепловой обработки сыпучих продуктов и может быть использовано для варки и сушки различных видов крупяных продуктов, например для производства варено-сушеных круп, и зернобобовых, а также влаготепловой обработки моркови, свеклы, картофеля и др.

Известен аппарат для варки и сушки риса [пат. Франции 1547726, A 23 L] непрерывного действия, включающий устройство для замочки, питатель, ленточный конвейер, варочную и сушильные камеры. Варка осуществляется паром, подаваемым через специальные форсунки в слой продукта. Сваренный продукт направляется в сушильное устройство с двумя горизонтально последовательно установленными шнеками. Сушку осуществляют подачей нагретого воздуха непосредственно в шнеки.

Данный аппарат для варки и сушки имеет недостатки:

- осуществление процессов варки и сушки разными теплоносителями, варки - паром, сушки - воздухом, что значительно снижает эффективность использования теплоносителя и тепло- и массообмен при обработке продукта ввиду более низких коэффициентов теплоотдачи для воздуха по сравнению с паром;

- значительные тепловые потери за счет охлаждения продукта после варки;

- осуществление сушки в плотном пересыпающемся слое вследствие применения шнеков для сушки, что обуславливает большую продолжительность сушки по сравнению с сушкой при активных гидродинамических режимах слоя продукта;

- нерациональная подача пара на варку, ввиду направления пара в продукт через форсунки, расположенные над транспортерной лентой, что не обеспечивает равномерной обработки слоя продукта по длине камеры варки.

Наиболее близким техническим решением по решаемой задаче и достигаемому эффекту является установка непрерывного действия для варки и сушки круп [Зелепуга А. С., Сироткин Г. Л., Гуляев В. Н. Установка для варки крупы при атмосферном давлении и сушки в пульсирующем кипящем слое.// Консервная и овощесушильная промышленность, 1980, 8], состоящая из аппарата для варки, перегрузочного транспортера и аппарата для сушки.

Аппарат для варки представляет собой корпус туннельного типа, на барабанах и направляющих которого установлена сетчатая транспортерная лента, под которой находится паровая камера с пароподающими перфорированными трубками и нагнетательным патрубком рециркуляционного воздуховода. Имеются также игольчатые ворошители. В аппарате для сушки уступами с перепадом высот расположены три неподвижные перфорированные секции газораспределительных решеток, разделенные шиберами, установленными с возможностью вертикального перемещения, под которые подается импульсами горячий воздух по устройству подвода теплоносителя.

Данная установка имеет следующие недостатки:

- недостаточно высокая ее производительность;

- в ней не обеспечивается равномерная варки и сушка продукта, что снижает качество готового продукта;

- низкая эффективность использования теплоносителя на сушке крупы, ввиду неиспользования образующегося пара при сушке продукта;

- значительные тепловые потери вследствие охлаждения продукта при его перегрузке в камеру сушки;

- громоздкость установки;

- повышенная металлоемкость установки.

Техническая задача заключается в создании оборудования, позволяющего улучшить качество готового продукта и повысить эффективность процесса за счет более рационального использования гидродинамического режима обработки продукта и энергетического потенциала теплоносителя, устранения промежуточных транспортных операций и создании компактного универсального оборудования.

Техническая задача достигается тем, что в предлагаемой тороидальной установке для влаготепловой обработки, включающей корпус, бункеры загрузки и выгрузки, паропровод, увлажнители и привод, новым является то, что корпус выполнен торообразным, расположенным в наклонной плоскости в сторону выгрузки готового продукта с чередующимися верхними и нижними секторами с вырезами, содержит секционные рабочие камеры, установленные в направляющих с возможностью перемещения на шаровых колесных опорах и снабженные буферами, закрепленными на осях, при этом верхние сектора подачи жидкости, снабженные трубопроводом с форсунками, и нижние сектора подачи теплоносителя, имеющие сопла, расположены попеременно чередующимися, а направляющие перед бункером выгрузки выполнены по винтовой линии с возможностью переворота секционных рабочих камер относительно оси кольцевого сечения тора и возвращения в исходное положение.

Тороидальная установка для влаготепловой обработки представлена на схеме общего вида (фиг.1) и чертежах элементов конструкции (фиг.2, 3, 4, 5).

Тороидальная установка для влаготепловой обработки (фиг.1) включает корпус 1, бункеры загрузки 2 и выгрузки 3, паропроводы 4 и привод 5.

Корпус 1 выполнен торообразным и расположен в наклонной плоскости, с наклоном в сторону выгрузки готового продукта (фиг.1). Корпус снабжен чередующимися верхними 6 и нижними 7 секторами с вырезами. Торообразные сектора 6 и 7, соответственно подачи жидкости и теплоносителя, размещены попеременно чередующимися. После чередующихся секторов 6 и 7 корпус имеет цилиндрический участок, в котором, в зависимости от вида производимой продукции, возможна не только выдержка и доведение продукта при варке до состояния готовности, но и сушка продукта при активных гидродинамических режимах слоя (кипящий слой, импульсный псевдоожиженный слой) перегретым паром. В корпусе расположены секционные рабочие камеры 8, установленные в направляющих 9 торовой поверхности.

Секционные рабочие камеры 8 состоят из сетчатого днища 10, боковых стенок 11, задней 12 и передней 13 перегородок, шаровых колесных опор 14 (фиг.2 и 3). Передняя перегородка 13 имеет в верхней части дугообразный козырек 15, перекрывающий сверху дугообразный козырек 16 задней перегородки 12 последующей секционной камеры (фиг.4 и 5). Секционные рабочие камеры 8 снабжены амортизирующими буферами 17, закрепленными на осях 18 и жестко соединенными с перегородками 12 (фиг.5). Секционные рабочие камеры 8 расположены в направляющих 9 с возможностью перемещения внутри торовой поверхности корпуса на шаровых колесных опорах 14.

Верхние торообразные сектора 6 снабжены трубопроводом 19 с увлажнителями 20 для подачи жидкой среды (воды) (фиг.2). В нижней части корпуса от бункера выгрузки расположен коллектор 21, проходящий через нижние торообразные сектора 7 и вырезы под верхними торообразными секторами 6. Коллектор 21 в нижних торообразных секторах 7 имеет парораспределитель 22 с соплами 23, соединенными с паропроводом 4 для подачи теплоносителя (насыщенного пара) (фиг. 3).

Направляющие 9 перед бункером выгрузки 3 выполнены по винтовой линии (положение точек А-А"-А" и В-В"-В") с возможностью переворота секционных рабочих камер относительно оси кольцевого сечения тора и возвращения в исходное положение (фиг.4).

В наиболее низкой точке наклонной плоскости расположения торовой поверхности корпуса размещен регулируемый привод 5 (фиг.1), имеющий на выходном валу звездочки 24, расположенные на противоположных сторонах боковых стенок 11 секций (фиг. 4) и выполненные с возможностью подъема секционных рабочих камер вверх торового корпуса за счет контактирования с симметричными консолями осей 18. На осях 18 закреплены также звездочки цепных передач 25, передающих вращение звездочкам 26, обеспечивающим подъем последующей секции.

Тороидальная установка для влаготепловой обработки работает следующим образом.

Включается привод, и исходный продукт из загрузочного бункера подается в секционные рабочие камеры 8 корпуса 1.

Изменением частоты вращения звездочек 24 предусматривают заданную скорость перемещения секций 8 в торообразном корпусе 1, интенсивность пересыпания частиц в секционных рабочих камерах корпуса и степень заполнения рабочего объема установки и, следовательно, перемещения обрабатываемого материала.

Движение секций по направляющим внутренней поверхности корпуса осуществляется: на "восходящей" ветви траектории за счет подъема секций приводом и "подпирания" секции последующей, движущейся секцией; на "нисходящей" ветви вследствие силы тяжести более тяжелых секций с продуктом высокой влажности по сравнению с начальной стадией обработки на "восходящей" ветви траектории.

Движение секций по направляющим связано с трением качения, что отличается более низким коэффициентом трения кинематической пары и, следовательно, сопротивлением при перемещении секции и затратами мощности электропривода.

Для сохранения непрерывности движения секций звездочки 26 вступают в контактирование с соответствующей осью секции в тот момент, когда сохраняется контактирование предыдущей оси секции и зубъев ведущих звездочек 24. Поэтому в контакте, одновременно воспринимая нагрузку, будут находиться зубья всех приводных звездочек и осей секций, что снижает удельную нагрузку и габариты механизма привода.

При этом через патрубок из линии подачи пара внутрь корпуса 1 подается насыщенный пар, который, проходя через сопла 23 парораспределителя 22 и отверстия перфорированных днищ 10, пронизывает слой пересыпающегося продукта, находящегося внутри секционных рабочих камер корпуса 1.

Перемещаясь в верхний торообразный сектор 6, частицы продукта обрабатываются жидкостью. Для этого через трубопровод 19 с увлажнителями 20 подается вода. В этом случае подача пара снизу газораспределительной решетки отсутствует. Основной поток пара отсекается торцевой стенкой верхнего торообразного сектора 6 и остается в нижнем секторе 7. Небольшая часть пара проходит в зазор под перфорированным днищем 10 и служит для поддержания теплового воздействия на частицы обрабатываемого продукта. При дальнейшем движении секционной рабочей камеры вдоль торовой поверхности корпуса секция перемещается над сектором подачи теплоносителя, и слой продукта (например, крупы), находящегося на ситчатом днище, пронизывается снизу вверх восходящим потоком теплоносителя (насыщенного пара), подаваемого через сопла с заданной скоростью, соответствующей требуемому гидродинамическому режиму слоя продукта. Причем в зависимости от вида обрабатываемого продукта задается режим подачи пара и воды: непрерывный, периодический, пульсирующий и т.д.

Торцевые стенки верхних торообразных секторов 6 способствуют выравниванию слоя продукта в секциях, что способствует равномерной его обработке и повышению качества продукта. Таким образом, изменением скорости подачи теплоносителя и обеспечением осциллированной обработки продукта с чередованием периодов воздействия жидкости и пара добиваются достижения наиболее рационального гидродинамического режима слоя и оптимальной продолжительности процесса влаготепловой обработки продукта.

Конструктивные параметры и наличие цилиндрических участков торообразного корпуса после бункера загрузки и перед бункером выгрузки, чередующихся верхних 6 и нижних 7 секторов подачи жидкости и пара полностью определяются кинетической кривой влагопоглощения при влаготепловой обработке продуктов [Калашников Г. В., Остриков А.Н. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов. - Воронеж: ВГУ, 2001.-355 с.] и отражают соответствие периодам прогрева, переменной скорости и рациональному способу влаготепловой обработки сыпучих продуктов.

Корпус обладает участками, соответствующими кинетике процесса влаготепловой обработки: цилиндрическим - для периода прогрева, чередующихся секторов - периода переменной скорости и снова цилиндрическим - для выдержки и доведения продукта до состояния готовности, а также последующей сушки.

Колебательное движение секций корпуса 1 вследствие демпфирования буферами динамических воздействий между секциями и неравномерности вращения приводных звездочек способствует одновременному перемешиванию и выравниванию слоя крупы, а также равномерной периодической обработке частиц продукта потоком теплоносителя и жидкости.

После участка с чередующимися секторами 6 и 7 секции со сваренным продуктом направляются далее в цилиндрический участок корпуса для последующей сушки. Сушка осуществляется восходящим потоком перегретого пара, направляемого через паропровод, со скоростью, обеспечивающей активный гидродинамический режим слоя (кипящий, импульсный псевдоожиженный и т.д.). Перегретый пар имеет небольшую температуру перегрева и используется после сушки, вместе с испаренной влагой, для варки продукции, доувлажняясь распыливаемой жидкостью до состояния насыщения. Пар проходит по торообразному контуру через сообщающиеся зазоры в торцевых стенках секторов 6 и 7.

Если в данной установке сушка не производится, то перегретый пар не подается и секции со сваренным продуктом направляются на выгрузку. После завершения процесса влаготепловой обработки секционные рабочие камеры корпуса 1, переворачиваясь на 180^o над бункером выгрузки 3, возвращаются в исходное положение за счет винтового расположения направляющих корпуса (фиг.4, заштрихованная траектория перемещений секций А-А"-А"-В-В"-В").

Готовый продукт ссыпается с внутренней поверхности секций и далее направляется на дальнейшую технологическую стадию производства.

Наличие перекрывающих друг друга дугообразных козырьков перегорок 12 и 13 смежных секционных рабочих камер предотвращает просыпание продукта при загрузке и обеспечивает непрерывность процесса.

Торообразный корпус расположен в плоскости, наклоненной в сторону бункера выгрузки на угол (фиг.1), превышающий угол естественного откоса готового продукта, что обеспечивает полностью ссыпание частиц в бункер выгрузки.

Однако наиболее целесообразно последовательное использование тороидальной установки влаготепловой обработки непрерывного действия для выполнения любого сочетания технологических операций - увлажнения, варки, сушки и т.д., так как при этом исключается необходимость в дополнительных перегрузочных и транспортных операциях.

Коллектор 21 подачи пара до и после обработки продукта жидкостью расположен внутри корпуса 1. При этом он находится внутри нижних торообразных секторов 7, непосредственно около ситчатых днищ, и контактирует с верхними горообразными секторами 6. Это способствует меньшим потерям теплоты в окружающую среду и тепловой эффективности процесса.

Предлагаемая тороидальная установка для влаготепловой обработки дает возможность

- достижения равномерной влаготепловой обработки продукта вследствие попеременного увлажнения и обработки потоком пара, а также использования "мягких" температурных и "щадящих" режимов перемещения продукта при максимальном сохранении формы частиц обрабатываемого продукта;

- повышения качества готового продукта за счет использования рационального гидродинамического режима слоя дисперсного продукта, снижения комкования сваренного продукта и предотвращения образования агломератов дисперсного материала;

- более эффективной очистки перфорированного днища и выгрузки продукта за счет использования гравитационных сил;

- обеспечения оптимального осциллированного увлажнения за счет применения чередующихся участков обработки паром и водой;

- увеличения производительности аппарата за счет последовательного выполнения любого сочетания технологических операций (увлажнения, варки, сушки и т.п.), так как при этом исключается необходимость в дополнительных перегрузочных и транспортных операциях;

- эффективного использования напора теплоносителя и, следовательно, энергетического потенциала для обеспечения требуемой гидродинамики процесса влаготепловой обработки продукта.