СУШИЛКА ДЛЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1997 года по МПК F26B3/347 F26B17/12 

Изобретение относится к технике сушки материалов и может быть использовано при обработке веществ как пищевых, так и не пищевых производств.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в повышении производительности сушилки для сыпучих веществ и материалов и введение мер защиты от паразитного СВЧ-излучения.

Известно устройство (Архангельский Ю.С. Девяткин И.И. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов. Изд-во Сарат. ун-та, 1983, с. 131-132) конвейерного типа, содержащее П-образный волновод, источники СВЧ, диэлектрический конвейер, электропривод, вентиляцию. Недостатком этого устройства является наличие у обрабатываемого материала только одной плоскости, с которой происходит испарение, так как другая плоскость сопряжена с конвейерной лентой, значит скорость сушки материала уменьшается.

Известно также устройство (авт. св. N 491809). Установка для сушки сыпучих материалов (Некрасов Л.Б. и др. опубл. Б.И. N 42, 1975), содержащее вертикальный технологический канал, волновод Н-образного профиля, загрузочный бункер, источник СВЧ, вентиляцию, транспортерные ленты для подачи обрабатываемой среды в загрузочный бункер и удаления ее после обработки из устройства.

Недостатком описанного аналога является малая площадь испарения обрабатываемой среды, которая равна площади поперечного сечения волновода, значительно меньшей площади продольного сечения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство (авт. св. N 981785. Способ сушки сыпучих пищевых продуктов и установка для осуществления этого способа (Гавриленков А.М. и др. опубл. в Бюл. N 46, 15. 12.1982), содержащее сушильную камеру, источник СВЧ и волноводы, шахту прямоугольного сечения с сетчатыми стенками, устройства загрузки и выгрузки, патрубки подвода и отвода теплоносителя.

У прототипа и предлагаемого изобретения имеются следующие существенные признаки, а именно, вертикальный корпус с установленными на нем волноводами с источниками СВЧ и патрубками подвода и отводов теплоносителя, шахта (камера) с "прозрачными" для теплоносителя стенками, расположенная в корпусе устройства загрузки и выгрузки материала.

Недостатком прототипа является то, что общая открытая площадь сетки с уменьшением размеров частиц сыпучего материала должна уменьшаться, соответственно уменьшается производительность сушилки, а отсутствие мер защиты от паразитного излучения подвергают опасности обслуживающий персонал.

Указанный недостаток обусловлен тем, что с уменьшением размеров частиц сыпучего материала необходимо уменьшать размеры ячейки сетки (увеличить число "меш" определяющее плотность расположения нитей в сетке на единицу длины), но чтобы сохранить конструктивную целостность стенки, толщину нитей сетки уменьшать нельзя. Отсюда доля открытой площади сетки уменьшается и может достигать (например, при сушке манки) 50% что эквивалентно площади испарения с конвейерной ленты. Использование электромагнитных колебаний с длиной волны (Архангельский Ю.С. Девяткин И.И. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов. Изд-во Сарат. ун-та. 1983, с.9), соизмеримой или меньшей геометрических размеров входных и выходных отверстий корпуса, приведет к утечке излучения за пределы сушилки.

Цель изобретения повышение производительности сушилки за счет увеличения площади испарения у сыпучих материалов и введение мер защиты от паразитного СВЧ-излучения.

Для достижения поставленной цели предлагаемое изобретение "Сушилка для сыпучих материалов" содержит следующие общие, выраженные определенными понятиями существенные признаки, совокупность которых направлена на решение только одной связанной с целью изобретения задачи, а именно, вертикальный корпус с размещенной в ней шахтой (камерой), устройства загрузки и выгрузки материала, расположенные соответственно и верхней и нижней частях камеры, источник СВЧ, волноводы, патрубки подвода и отводов теплоносителя, загрузочный бункер, запредельные волноводы, установленные между патрубками и отвода теплоносителя и корпусом, после устройства разгрузки материала, при этом стенки камеры выполнены в виде чередующихся пластин из радиопрозрачного материала, расположенных под острым углом по ходу движения сыпучего материала.

Совокупность указанных общих существенных признаков дополняют, развивают и уточняют следующие частные отличительные признаки, которые направлены на решение той же задачи загрузочный бункер связан непосредственно с корпусом и содержит электрогерметичную крышку со стороны загрузки в бункер; вводят приемный бункер, расположенный после устройства выгрузки и непосредственно с ним связан, и содержит электрогерметичную крышку для выемки готовой продукции; сопряженные стенки загрузочного бункера с корпусом выполняют из радиопрозрачного материала.

По отношению к прототипу у предлагаемого изобретения имеются следующие отличительные признаки, а именно, загрузочный бункер позволяет асинхронную работу устройств загрузки и выгрузки материала, что упрощает конструкцию сушилки; запредельные волноводы, установленные между патрубками подвода и отвода теплоносителя и корпусом, после устройства разгрузки материала предотвращает проникновение СВЧ-излучения за пределы сушилки; выполнение стенок камеры в виде чередующихся пластин из радиопрозрачного материала, расположенных под острым углом по ходу движения материала, позволяет наиболее полному поглощению материалом СВЧ-излучения, и доля открытой стенки камеры близка к 100% В сушилке по п. 2 формулы изобретения загрузочной бункер связан непосредственно с корпусом и содержит электрогерметичную крышку со стороны загрузки в бункер, тем самым возможна сушка дозированного объема материала. В сушилке по п. 3 формулы изобретения приемный бункер расположен после устройства выгрузки и непосредственно с ним связан, и содержит электрогерметичную крышку для выемки готовой продукции, что позволяет уменьшить габариты сушилки по вертикали и улучшению обслуживания. В сушилке по п. 4 формулы изобретения сопряженные стенки загрузочного бункера с корпусом выполняют из радиопрозрачного материала, улучшается согласование СВЧ-источника с нагрузкой.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь. Известно, что при сушке СВЧ-энергией в комбинации с сушкой нагретыми газами среднее ускорение сушки увеличивается в два раза (Лыков А.В. Теория сушки. (Учеб. пособие для втузов), изд. 2-е перераб. и доп. М. Энергия, 1968, с. 329-330). Очевидно, что интенсивность испарения зависит от площади поверхности обрабатываемого материала и чем больше площадь, тем интенсивнее происходит испарение. Также очевидно, что наибольшая площадь поверхности сыпучего материала достигается при формировании его в ленту с поперечными размерами, превышающими его толщину, причем в устройствах с транспортерной лентой испарение происходит только с одной из двух поверхностей. Для увеличения площади испарения предлагается воздействовать СВЧ-источниками на сыпучий материал в камере, стенки которой образованы чередующими пластинами из радиопрозрачного материала (фиг. 1 и 2), расположенные под острым углом по ходу движения материала.

В описании изобретения камеры выполнена из четырех стенок, две из которых образованы чередующими пластинами, а две другие стенки сплошные, и размеры стенок с пластинами в поперечном горизонтальном сечении камеры намного превосходят размеры сплошных стенок. В этом случае поток сыпучего материала будет представляет собой ленту с двумя поверхностями испарения.

По сравнению с устройствами с транспортерной лентой в качестве средства перемещения сыпучего материала, поверхность испарения в предложенном устройстве увеличивается в два раза, что приводит к увеличению скорости сушки более чем в 1,3 раза (Лыков А.В. Теория сушки (Учеб. пособие для втузов), изд. 2-е перераб. и доп. М. Энергия, 1968, с. 242).

Равномерный нагрев сыпучего материала обеспечивается воздействием нескольких источников СВЧ, расположенных по всей длине камеры. Метод определения вводов СВЧ-энергии известен (Зусмановский А.С. Лейбин Ю.В. Расчет и конструирование прямоугольных резонаторных камер для устройств СВЧ нагрева диэлектриков. Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1968, N 8, с. 72-80).

Защита от паразитного излучения обеспечивается введением запредельных волноводов в виде отрезков труб, что позволяет использовать сушилку длительное время без выключения при загрузке-выгрузке. Размеры запредельных волноводов зависят от длины волны излучения и радиотехнических параметров сыпучих материалов (Берман Я.И. Гольдин В.М. Настройка и испытание радиолокационной аппаратуры. Л. Судпромгиз, 1962, с.23).

В случае, когда необходимо обработать определенное количество сыпучего материала, достаточно снабдить загрузочный и приемный бункеры со стороны загрузки в сушилку и выгрузки из него готовой продукции, крышками, имеющими электрогерметичный контакт, который может быть получен или с выполнением дроссельных канавок на крышках, или с использованием контактной пластины (Вольман В. И. Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. Учебник. М. Связь, 1971, с. 359-362). В этих случаях отпадает необходимость использования запредельных волноводов. Габаритные размеры сушилки по вертикали значительно сокращаются и доступ к обслуживанию упрощается.

Часть переотраженной мощности СВЧ-источников в корпусе сушилки можно направить в загрузочный бункер через радиопрозрачные стенки. В этом случае улучшается согласование СВЧ-источников с камерой, что приведет к увеличению сроков службы магнетронов.

Скорость перемещения сыпучего материала в шахте можно оценить следующим образом. Полная работа q, производимая при испарении 1 кг воды при 100^oC составляет 550 ккал (Зисман Г.А. Тодес О.М. Курс общей физики, т. 1, Механика, молекулярная физика, колебания и волны, изд. пятое, стереотипное. М. Наука, 1972, с. 223-225). Используя известные пересчеты физических величин 1ккал 4,19•10³ Дж и 1 Вт.ч. 3600 Дж получим значение полной работы q 0,64 КВт. ч. Мощность P, необходимая для испарения 1 кг воды за время t 1 ч будет равна P q/t 0,64 КВт. Зададимся избытком мощности, принимая ее значение 1 КВт на испарение 1 кг воды за 1 ч. Допустим в сушилке имеется пять магнетронов, излучающих энергию 2 КВт СВЧ-мощности каждый. Предположим, что ширина сформированной ленты из сыпучего материала равна 40 см, толщина 3 см, длина 100 см и объем V 12000 см³. СВЧ мощностью P 10 КВт выпаривают 10 кг воды. Примем, что сыпучий материал имеет влажность 50% в начале загрузки и влажность 20% на выходе из сушилки. Задана плотность высушенного сыпучего материала, равная, например, 0,2 г/см³. Масса высушенного сыпучего материала m_с составит 0,2 г/см³•12000 см³ 2400 г. Тогда масса воды m_в при 50% влажности ψ будет равна (Измерения в промышленности: Справ. изд. в 3-х кн. Кн. 3. Способы измерения и аппаратура: Пер. с нем. /Под ред. Профоса П, 2-е изд. перераб. и доп. М. Металлургия, 1990, с. 132),
m_в = ψ•m_c/(100-ψ) = 2,4 кг
а масса воды при 20% влажности составит 0,6 кг.

Количество выпаренной воды составит 1,8 кг. При суммарной СВЧ-мощности сушилки P 10 КВт для выпаривания 1,8 кг воды потребуется время t 10 мин и скорость перемещения V сформированной ленты при длине камеры L 100 см составит V L/t 0,1 м/мин.

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, может многократно использована в технике сушки материалов при обработке веществ как пищевых, так и не пищевых производств, с получением технического результата, заключающегося в увеличении площади сыпучих материалов, с которых происходит испарение воды и введение запредельных волноводов и(или) загрузочного и приемного бункеров с электрогерметичными крышками, обуславливающего обеспечение достижения поставленной цели - повышение производительности сушилки для сыпучих материалов и введение мер защиты от паразитного СВЧ-излучения, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 и 2 изображен общий вид сушилки, включающей устройство загрузки 1; загрузочный бункер 2, запредельные волноводы 3 устройства разгрузки материала, вертикальный корпус 4, камеры с радиопрозрачными пластинами 5, волноводы 6, источники СВЧ 7, запредельные волноводы 8 подвода и отвода теплоносителя, устройство выгрузки 9, сплошными стрелками обозначен подвод теплоносителя и его отвод с парами воды; на фиг. 3 загрузочный бункер 2, вертикальный корпус 4, камеры с радиопрозрачными пластинами 5, электрогерметичная крышка 10; на фиг. 4 вертикальный корпус 4, камера с радиопрозрачными пластинами 5, устройство выгрузки 9, приемный бункер 11, электрогерметичная крышка 12; на фиг. 5 загрузочный бункер 2, вертикальный корпус 4, камеры с радиопрозрачными пластинами 5, электрогерметичная крышка 10, сопряженные стенки из радиопрозрачного материала 13.

Предлагаемое согласно первому пункту формулы изобретения "Сушилка для сыпучих материалов" содержит устройство загрузки 1, представляющее собой, например, транспортерную ленту или другое транспортное устройство, непрерывно или периодически подающее сырье в загрузочный бункер 2, который соединен с вертикальным корпусом 4 запредельными волноводами 2, что предотвращает утечку СВЧ-излучения за пределы сушилки. Камера 5 с пластинами из радиопрозрачного материала расположена в корпусе 4. На корпусе 4 установлены вводы энергии от источников СВЧ 7 через волноводы 6. Подвод и отвод теплоносителя осуществляется через запредельные волноводы 8, причем отводящий теплоноситель насыщен парами воды. Устройство выгрузки 9 расположено в нижней части корпуса и окончательно готовый продукт через запредельные волноводы 3 выходит из сушилки.

Согласно второму пункту формулы изобретения в заявляемой сушилке отсутствуют запредельные волноводы 3 после загрузочного бункера 2. В этом случае загрузочный бункер 2 снабжен электрогерметичной крышкой 10, предотвращающей утечку паразитного излучения наружу.

Согласно третьему пункту формулы изобретения в предлагаемую сушилку дополнительно вводят приемный бункер 11 с электрогерметичной крышкой 12. Запредельные волноводы 3 в нижней части корпуса 4 отсутствуют.

Согласно четвертому пункту формулы изобретения в предлагаемой сушилке смежные стенки 13 загрузочного бункера 2 и корпуса 4 выполнены из радиопрозрачного материала.

В процессе работы (фиг. 1 и 2) сыпучий материал загружается в загрузочный бункер 2 устройством загрузки 1 непрерывно или периодически, затем через запредельные волноводы 3 поступает в вертикальный корпус 4, содержащий шахту (камеру) 5 с пластинами их радиопрозрачного материала, расположенные под острым углом по ходу движения материала. Сыпучий материал в камере 5 обдувается теплоносителем, который подводится и отводится с парами воды через запредельные волноводы 8 корпуса 4. После полного заполнения камеры 5 сыпучим материалом включаются магнетроны 7 и устройство выгрузки 9. Сухой готовый продукт выводится из сушилки через нижние запредельные волноводы 3.

Принцип работы сушилки по пункту 2 формулы изобретения (фиг. 3) основан на разовой загрузке сыпучего материала в загрузочный бункер 2, снабженный электрогерметичной крышкой 10. При малых скоростях перемещения материала объем загрузочного бункера целесообразно выбирать из условия 1 2 ч непрерывной работы сушилки. Дальнейшее увеличение непрерывной работы влечет за собой увеличение емкости загрузочного бункера 2, что приведет к несоизмеримости размеров загрузочного бункера с размерами сушилки.

Принцип работы сушилки по пункту 3 формулы изобретения (фиг. 4) отличается накоплением сухого материала в приемном бункере 11 с электрогерметичной крышкой 12. Сыпучий материал поступает в бункер 11 через устройство выгрузки 9 из камеры 5.

Принцип работы сушилки по пункту 4 формулы изобретения (фиг. 5) заключается в отводе части переотраженного СВЧ-излучения от стенок корпуса 4 в загрузочный бункер 2 через радиопрозрачные сопряженные стенки 13. В этом случае осуществляется улучшенное согласование источников СВЧ 7 с корпусом 4 и одновременно происходит предварительный нагрев сыпучего материала в загрузочном бункере 2.

Как показали результаты опытной проверки при использовании заявляемой сушилки для сыпучих материалов обеспечивается достижение показателей, а именно, увеличение производительности сушилки за счет комбинации двух видов сушки и увеличения в два раза площади испарения, и введение мер защиты обслуживающего персонала.

Согласно данным проведенных экспериментов изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: предлагаемая сушилка для сыпучих материалов представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволит повысить производительность труда не менее чем в 1,3 раза и обеспечит защиту обслуживающего персонала от влияния паразитного СВЧ-излучения.

Предлагаемое решение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Использование: в технике сушки материалов и может быть использовано при обработке веществ как пищевых, так и не пищевых производств. Сущность изобретения: с целью повышения производительности сушилки для сыпучих материалов и защиты обслуживающего персонала от паразитного СВЧ-излучения предлагается увеличить поверхность испарения сыпучих материалов за счет формирования их в ленту в вертикальном корпусе 4 с камерой, выполненной в виде чередующихся пластин 5 из радиопрозрачного материала, расположенных под острым углом по ходу движения материала. Сушка СВЧ протекает в комбинации с конвективной сушкой теплоносителем. Теплоноситель подводится и отводится через запредельные волноводы 8. Через запредельные волноводы 3 также происходит загрузка сыпучих материалов в сушилку и выгрузка из нее. Предусмотрено использовать загрузочный и приемный бункеры 2 без запредельных волноводов 3. В этом случае защитой являются электрогерметичные крышки 10 и 12. В целях согласования корпуса 4 сушилки с источниками СВЧ предусмотрено выполнение смежных стенок между загрузочным бункером 2 и корпусом 4 из радиопрозрачного материала. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Сушилка для сыпучих материалов, содержащая вертикальный корпус с размещенной в нем камерой, устройства загрузки и выгрузки материала, расположенные соответственно в верхней и нижней частях камеры, источник СВЧ, волноводы, патрубки подвода и отвода теплоносителя, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит загрузочный бункер, запредельные волноводы, установленные между патрубками подвода и отвода теплоносителя и корпусом после устройства разгрузки материала, при этом стенки камеры выполнены в виде чередующихся пластин из радиопрозрачного материала, расположенных под острым углом по ходу движения материала. 2. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что загрузочный бункер связан непосредственно с корпусом и включает электрогерметичную крышку со стороны загрузки в бункер. 3. Сушилка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что дополнительно содержит приемный бункер, расположенный после устройства выгрузки и непосредственно с ним связан, и включает электрогерметичную крышку для выемки готовой продукции. 4. Сушилка по п.2, отличающаяся тем, что сопряженные стенки загрузочного бункера с корпусом выполнены из радиопрозрачного материала.