двухкамерная сушилка

Формула изобретения

Двухкамерная сушилка, содержащая две последовательно соединенные камеры, одна из которых выполнена конвективной, с устройствами для загрузки, выгрузки и перемешивания продукта, подвода и отвода теплоносителя, отличающаяся тем, что в качестве другой камеры используется кондуктивно-конвективная камера, причем конвективная камера прямоугольного сечения расположена вертикально над кондуктивно-конвективной камерой, внутри конвективной камеры шарнирно установлены друг над другом наклонные перфорированные лотки с отверстиями, выполненными под углом в сторону поперечного продувания слоя продукта, которые попеременно крепятся к ее противоположным боковым стенкам и выполнены с возможностью регулирования угла наклона, под каждым лотком установлен инерционный сетчатый накопитель, внутри пространства двутельного корпуса кондуктивно-конвективной камеры установлены винтообразные и прямоугольные перегородки, образующие теплообменные каналы для движения теплоносителя, в верхней части конвективной камеры выполнен патрубок для отвода отработанного теплоносителя с сеткой для улавливания пылевидных фракций высушенного продукта, соединенный с теплообменными каналами кондуктивно-конвективной камеры, на горизонтальном валу которой последовательно установлены две ленточные спирали разного диаметра с противоположной навивкой, перемешивающее устройство рамного типа, представляющее собой несколько плоских пластин овальной формы, установленных под углом к оси корпуса и закрепленных на держателях, и спиральный шнек, причем нижняя часть корпуса кондуктивно-конвективной камеры в зоне расположения спирального шнека и перемешивающего устройства рамного типа выполнена перфорированной, двутельный корпус кондуктивно-конвективной камеры в зоне расположения ленточной спирали снабжен патрубком для удаления конденсата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано для сушки различных видов сыпучих материалов, например для производства сушеных овощей, топинамбура, картофеля и др.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является сушилка [Патент РФ №2285877, МПК⁷ F26В 11/14. Сушилка / А.Н.Остриков, А.Е.Химин (РФ). - 2005112088/12; заявлено 25.04.2005; опубл. 20.10.2006, бюл. №29], содержащая две последовательно соединенные конвективную и кондуктивную камеры, с устройствами для загрузки и выгрузки продукта, подвода и отвода теплоносителя. В кондуктивной камере установлен вал со спиральным шнеком.

Данная сушилка имеет следующие недостатки: значительные энергозатраты на осуществление процесса сушки из-за необходимости постоянного перемешивания и перемещения материала по всей длине двух камер сушилки, значительное истирание и измельчение высушиваемого материала, что затрудняет использование данной конструкции для сушки различных материалов, отличающихся физико-механическими свойствами (углом естественного откоса, гранулометрическим составом, адгезией и др.).

Техническая задача заключается в повышении качества готовой продукции, повышении эффективности процесса сушки за счет многократного использования теплоносителя и комбинированных гидродинамических режимов обработки продукта, в интенсификации процесса вследствие ведения его в соответствии с кинетическими закономерностями процесса сушки и в снижении энергозатрат на перемещение и перемешивание продукта.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемой двухкамерной сушилке, содержащей две последовательно соединенные камеры, одна из которых выполнена конвективной, с устройствами для загрузки, выгрузки и перемешивания продукта, подвода и отвода теплоносителя, новым является то, что в качестве другой камеры используется кондуктивно-конвективная камера, причем конвективная камера прямоугольного сечения расположена вертикально над кондуктивно-конвективной камерой, внутри конвективной камеры шарнирно установлены друг над другом наклонные перфорированные лотки с отверстиями, выполненными под углом в сторону поперечного продувания слоя продукта, которые попеременно крепятся к ее противоположным боковым стенкам и выполнены с возможностью регулирования угла наклона, под каждым лотком установлен инерционный сетчатый накопитель, внутри пространства двутельного корпуса кондуктивно-конвективной камеры установлены винтообразные и прямоугольные перегородки, образующие теплообменные каналы для движения теплоносителя, в верхней части конвективной камеры выполнен патрубок для отвода отработанного теплоносителя с сеткой для улавливания пылевидных фракций высушенного продукта, соединенный с теплообменными каналами кондуктивно-конвективной камеры, на горизонтальном валу которой последовательно установлены две ленточные спирали разного диаметра с противоположной навивкой, перемешивающее устройство рамного типа, представляющее собой несколько плоских пластин овальной формы, установленных под углом к оси корпуса и закрепленных на держателях, и спиральный шнек, причем нижняя часть корпуса кондуктивно-конвективной камеры в зоне расположения спирального шнека и перемешивающего устройства рамного типа выполнена перфорированной, двутельный корпус кондуктивно-конвективной камеры в зоне расположения ленточной спирали снабжен патрубком для удаления конденсата.

На фиг.1 представлен фронтальный вид двухкамерной сушилки; на фиг.2 - объемное изображение конвективной камеры; на фиг.3 - объемное изображение кондуктивно-конвективной камеры; на фиг.4 - объемное изображение корпуса кондуктивно-конвективной камеры с теплообменными каналами для движения отработанного теплоносителя.

Двухкамерная сушилка состоит из сообщающихся между собой конвективной 1 и кондуктивно-конвективной 2 камер, причем конвективная камера 1 расположена вертикально над кондуктивно-конвективной камерой 2 (фиг.1). В верхней части конвективной камеры 1 установлено устройство для загрузки продукта 3 с роторным дозатором 4.

Внутри конвективной камеры 1, которая имеет прямоугольное сечение, установлены друг над другом наклонные перфорированные лотки 5, отверстия в которых выполнены под углом в сторону поперечного продувания слоя продукта (фиг.2). Шарнирно установленные лотки 5 попеременно крепятся к противоположным боковым стенкам камеры 1 таким образом, что они выполнены с возможностью регулирования угла наклона: для этого нижний край каждого лотка 5 при помощи троса 6 соединен с соответствующим шкивом электродвигателя 7. Под каждым лотком 5 установлен инерционный сетчатый накопитель (регулятор высоты слоя) 8. Каждый лоток 5 и расположенный под ним инерционный сетчатый накопитель (регулятор высоты слоя) 8 образует зону сушки. Инерционный сетчатый накопитель (регулятор высоты слоя) 8 при помощи пружины 25 по мере накопления на нем высушиваемого продукта опускается и способствует перемещению продукта из верхней зоны сушки на перфорированную поверхность нижерасположенного лотка 5.

Конвективная камера 1 имеет патрубок 9 для выхода отработанного теплоносителя. Угол наклона каждого лотка 5 регулируется с помощью соответствующего электродвигателя 7 (см. углы ₁, ₂, ₃, ... _{n-1, n} на фиг.1). Угол наклона каждого лотка 5 связан с углом естественного откоса, который в свою очередь является функцией влажности высушиваемого материала. Угол наклона каждого лотка 5 выставлен таким образом, чтобы обеспечить скольжение высушиваемого продукта по поверхности перфорированного лотка 5. Отверстия в перфорированных лотках 5, выполненные под углом в сторону поперечного продувания слоя продукта, также способствуют перемещению продукта.

Корпус кондуктивно-конвективной камеры 2 выполнен двутельным, и внутрь него через патрубок 9, в котором имеется сетка для улавливания пылевидных фракций высушенного продукта, поступает отработанный теплоноситель из конвективной камеры 1.

На горизонтальном валу 10 кондуктивно-конвективной камеры 2 последовательно установлены две ленточные спирали 11 разного диаметра с противоположной навивкой, перемешивающее устройство рамного типа 12, представляющее собой несколько плоских пластин овальной формы, закрепленных на держателях 13 и установленных под углом к оси кондуктивно-конвективной камеры 2, и спиральный шнек 14 (фиг.3).

Нижняя часть 15 корпуса кондуктивно-конвективной камеры 2 в зоне расположения спирального шнека 14 и перемешивающего устройства 12 выполнена перфорированной и соединена с патрубком 16 для подачи теплоносителя. Вал 10 приводится во вращение приводом 17.

Корпус кондуктивно-конвективной камеры 2 выполнен двутельным, внутри этого пространства установлены винтообразные 18 и прямоугольные 23 перегородки, образующие теплообменные каналы 19 (винтообразные) и 26 (прямоугольные) для движения теплоносителя (фиг.4). Винтообразные перегородки 18 установлены в зоне расположения ленточных спиралей 11, а прямоугольные перегородки 23 - в зоне расположения перемешивающего устройства 12 и спирального шнека 14. В нижней части корпуса кондуктивно-конвективной камеры 2, соединяясь с каналами 19, установлен патрубок 24 для удаления конденсата, образующегося из водяных паров в отработанном теплоносителе.

В противоположном конце кондуктивно-конвективной камеры 2 имеется выгрузочный патрубок 20 с роторным питателем 21. Последний по ходу движения теплоносителя теплообменный канал 26 снабжен патрубком 22 для отвода теплоносителя из сушилки.

Сушилка работает следующим образом.

Вначале при помощи электродвигателей 7 устанавливают заданные углы наклона (см. углы ₁, ₂, ₃, ... _n-1, _n на фиг.1) каждого лотка 5. Для обеспечения перемещения высушиваемого продукта по поверхности перфорированных лотков 5 угол наклона каждого лотка 5 должен быть установлен и зафиксирован с помощью троса 6 и электродвигателя 7. Угол наклона каждого лотка 5 определяется углом естественного откоса высушиваемого продукта, который в свою очередь является функцией влажности (фиг.1).

В загрузочный бункер 3 подают влажный продукт. Включается регулируемый привод роторного дозатора 4, и влажный продукт поступает в конвективную камеру 1 сушилки. Регулируемый привод дозатора 4 позволяет обеспечить заданный темп подачи продукта в конвективную камеру 1, что особенно важно при сушке различных видов продуктов. Поступающий в конвективную камеру 1 влажный продукт, падая на поверхность верхнего перфорированного лотка 5, скользит по нему тонким слоем и скапливается на инерционном сетчатом накопителе-регуляторе высоты слоя 8, который выполняет функцию регулятора высоты слоя в каждой зоне сушки.

Одновременно в сушилку через патрубок 16 подается теплоноситель, который, пройдя по кондуктивно-конвективной камере 2, подается затем в конвективную камеру 1. При движении по лотку 5 продукт продувается потоком теплоносителя в поперечном направлении за счет соответствующего угла наклона отверстий в лотке 5 и, ссыпаясь с лотка 5, скапливается на поверхности инерционного сетчатого накопителя 8. Высушиваемый продукт не будет скользить по поверхности лотка 5 до тех пор, пока не достигнет определенной влажности, а следовательно, не изменит свой угол естественного откоса. Только после достижения определенной влажности изменится угол его естественного откоса, который равен ранее установленному углу наклона лотка 5, и продукт начнет свое скольжение по лотку 5. Усилия сжатия пружин 25 подобраны с таким расчетом, чтобы в каждой зоне создавалась определенная высота слоя продукта. Инерционный сетчатый накопитель 8 по мере накопления на нем высушиваемого продукта опускается и обеспечивает ссыпание продукта из верхней зоны сушки на перфорированную поверхность нижерасположенного лотка 5. Таким образом, многократно чередуясь, высушиваемый продукт последовательно высушивается при движении тонкими слоями по наклонным перфорированным лоткам 5 (фиг.1).

Теплоноситель пронизывает слой продукта, находящийся на перфорированных поверхностях лотков 5 и инерционных сетчатых накопителях 8, высушивает его и удаляется из конвективной камеры 1 через патрубок 9.

Отработанный теплоноситель из конвективной камеры 1 через патрубок 9 подается в торцевую полость кондуктивно-конвективной камеры 2, а из нее - в винтообразные теплообменные каналы 19 кондуктивно-конвективной камеры 2 (фиг.4).

Далее продукт поступает в кондуктивно-конвективную камеру 2, в которой расположен вал 10 с приваренными к нему двумя ленточными спиралями 11 разного диаметра с противоположной навивкой, перемешивающим устройством рамного типа 12, представляющим собой несколько плоских пластин овальной формы, закрепленных на держателях 13 и установленных под углом к оси кондуктивно-конвективной камеры 2, и спиральным шнеком 14 (фиг.3). Одновременно включается привод 17, приводя во вращение вал 10. При этом теплоноситель с заданными параметрами, подаваемый через патрубок 16, пронизывает нижнюю перфорированную часть 15 корпуса кондуктивно-конвективной камеры 2 в зоне расположения спирального шнека 14 и перемешивающего устройства 12, входит в контакт с плотным перемешиваемым слоем высушиваемого продукта, высушивает его и поступает в ту часть кондуктивно-конвективной камеры 2, в которой расположены две ленточные спирали 11. Спирали 11 за счет конструктивных особенностей (две ленточные спирали разного диаметра с противоположной навивкой) обеспечивают активное перемешивание подсушенного продукта, поступившего из конвективной камеры 1. Поэтому сушка продукта в этой части кондуктивно-конвективной камеры 2 ведется при активных гидродинамических режимах слоя, близких к псевдоожиженному состоянию слоя.

Жестко установленные внутри двутельного корпуса камеры 2 винтообразные перегородки 18 обеспечивают винтообразное движение теплоносителя по теплообменным каналам 19, который нагревает внутреннюю поверхность корпуса кондуктивно-конвективной камеры 2, расположенную в зоне нахождения ленточных спиралей 11 (фиг.4). Затем теплоноситель из последнего теплообменного канала 19 направляется в прямые каналы 26, образованные перегородками 23, и нагревает внутреннюю поверхность кондуктивно-конвективной камеры 2, расположенную в зоне нахождения перемешивающего устройства 12 и спирального шнека 14.

Затем отработанный теплоноситель из последнего теплообменного канала 26 кондуктивно-конвективной камеры 2 через патрубок 22 удаляется из сушилки.

Под действием вращающихся ленточных спиралей 11 продукт не только перемещается вдоль кондуктивно-конвективной камеры 2, но и приводится в режим активного пересыпания. Затем при помощи вращающегося спирального шнека 14 продукт перемещается в сторону выгрузочного патрубка 20. Теплоноситель, двигаясь по многоходовым теплообменным каналам 19 и 26, нагревает при этом внутреннюю поверхность камеры 2, от которой осуществляется кондуктивный нагрев движущегося в противотоке продукта.

Таким образом, функциональное назначение кондуктивно-конвективной камеры 2 состоит в том, что при движении в ней продукт высушивается в плотном перемешиваемом слое за счет конвективного теплообмена с омывающим его потоком теплоносителя и кондуктивного теплообмена от горячей внутренней поверхности корпуса камеры 2.

Отличительной особенностью данной сушилки является то, что она максимально адаптирована для ведения процесса сушки сыпучих продуктов в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса сушки. Известно, что [1. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. - М.: Пищевая пром-сть, 1973. - 528 с.2. Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - 470 с.3. Муштаев В.И., Ульянов В.М. Сушка дисперсных материалов. - М.: Химия, 1988. - 352 с.4. Сажин Б.С. Основы техники сушки. - М.: Химия, 1984. - 315 с.] в первом периоде сушки (в периоде постоянной скорости сушки) доминирующее влияние на интенсивность удаления влаги оказывает скорость теплоносителя, в во втором периоде (периоде убывающей скорости сушки) - температура теплоносителя. Поэтому ведение процесса сушки вначале в конвективной камере 1, когда продукт находится в плотном движущемся и пересыпающемся слоях и в конвективном контакте с омывающим его теплоносителем, способствует удалению свободной, осмотической и поверхностной влаги.

Ведение процесса сушки в кондуктивно-конвективной камере 2, когда продукт находится в плотном перемешиваемом слое за счет вращающегося вала 10 спирального шнека 14 и перемешивающего устройства 12 и кондуктивного контакта с нагреваемой поверхностью камеры 2, способствует удалению адсорбционной влаги и влаги, находящейся в микро- и макрокапиллярах.

Такая организация процесса способствует повышению эффективности сушки за счет более рационального использования гидродинамических режимов обработки продукта в конвективной и кондуктивно-конвективной камерах, позволяет интенсифицировать процесс сушки вследствие ведения его в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса сушки.

Регулируя скорость электродвигателя привода 17, можно выбрать наиболее рациональный режим перемешивания и перемещения высушиваемого продукта по кондуктивно-конвективной камере 2.

Адаптированный в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса сушки подвод теплоносителя в камеры 1 и 2 позволяет выбрать оптимальные режимы сушки с учетом изменения влагосодержания продукта по длине сушилки. Высушенный продукт, равномерно пересыпаясь и перемешиваясь при этом, постепенно перемещается по камере 2 к выгрузочному патрубку 20 для удаления высушенного продукта с помощью роторного питателя 21 из сушилки.

Предлагаемая сушилка дает возможность:

- интенсифицирования процесса сушки вследствие ведения его в соответствии с основными кинетическими закономерностями за счет использования рационального гидродинамического режима слоя дисперсного продукта, снижения комкования высушиваемого продукта и предотвращения образования агломератов дисперсного продукта;

- достижения равномерной сушки продукта вследствие использования мягких, щадящих режимов перемешивания при максимальном сохранении формы частиц обрабатываемого продукта;

- повышения эффективности процесса сушки за счет более рационального использования гидродинамического режима обработки продукта.