СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ СЕМЯН И ЗЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК A23B9/10 A01F25/00 F25D17/06 

Изобретение относится к охлаждению сыпучих материалов в псевдоожиженном слое и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и системе хлебопродуктов, в том числе и для других тепловых процессов, например сушки.

Известны способ и устройство псевдоожиженного слоя для тепловой обработки сыпучих материалов путем подачи в слой псевдоожиженного материала агента сушки или охлаждающего агента, например наружного воздуха [1].

Основной недостаток способа - неравномерное псевдоожижение материала, особенно в той части решетки, над которой располагают загрузочное устройство.

Известен способ термообработки сыпучего материала, заключающийся в подаче ожижающего агента через коллекторы, установленные в воздуховоде, под газораспределительную решетку. Подачу ожижающего агента по данному способу проводят с разных направлений.

Известно устройство для осуществления, включающее газораспределительную решетку и установленный под ней воздуховод с коллекторами, обращенными к газораспределительной решетке. Эти способ и устройство наиболее близки к технической сущности заявляемого и выбраны за прототип [2].

Однако этот способ предусматривает периодическую и рассредоточенную подачу материала, что является недостатками.

Задачей изобретения являются обеспечение сохранности семян и зерна при последующем их хранении за счет равномерного охлаждения материала путем повышения равномерности псевдоожижения, в частности в зоне загрузки установки, а также повышение производительности устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в способе охлаждения семян и зерна, предусматривающем подачу их через загрузочное устройство на газораспределительную решетку, подачу ожижающего агента через коллекторы под решетку с созданием псевдоожиженного слоя и обеспечением перемещения семян и зерна к разгрузочному устройству, согласно изобретению подачу ожижающего агента под часть решетки с загружаемым материалом проводят через коллекторы так, что осуществляют расширение подаваемого агента для обеспечения безотрывного течения струи и предотвращения образования вихревых полостей, а на выходе из решетки его направляют в псевдоожиженный слой под углом 30...60° относительно продольной оси устройства.

Поставленная задача достигается также тем, что в устройстве для охлаждения семян и зерна, содержащем камеру, загрузочное устройство, газораспределительную решетку, установленный под ней воздуховод с коллекторами, обращенными к газораспределительной решетке, согласно изобретению продольное сечение коллекторов, расположенных под частью решетки с загружаемым материалом, выполнено в форме сопла Лаваля, площадь выходных отверстий коллекторов не менее площади основания конуса загружаемого материала, а решетки выполнены с обеспечением выхода струи под углом 30...60° относительно продольной оси устройства. Кроме того, загрузочное устройство снабжено наклонными пластинами, расположенными поярусно, а камера снабжена по крайней мере тремя вертикальными перегородками, установленными нормально к стенкам и перекрывающими от 0,3 до 0,5 ее поперечного сечения по высоте слоя, а на выходе - пластиной, установленной с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, и шарнирным клапаном с противовесом, отрегулированным на минимальную пропускную способность сыпучего материала.

Предложенные способ и устройство отвечают требованию "единство изобретения", так как именно такое выполнение элементов устройства обеспечивает осуществление способа охлаждения семян и зерна.

Сравнение заявленных способа и устройства с прототипом показывает, что новым является то, что подачу ожижающего агента под часть решетки с загружаемым материалом проводят через коллектор так, что осуществляют расширение подаваемого агента для безотрывного течения струи и предотвращения образования вихревых полостей, а на выходе из решетки его направляют в псевдоожиженный слой под углом 30...60° относительно продольной оси устройства, а также то, что продольное сечение коллекторов, расположенных под частью решетки с загружаемым материалом, выполнено в форме сопла Лаваля, площадь выходных отверстий коллекторов не менее площади основания конуса загружаемого материала, а решетки выполнены с обеспечением выхода струй под углом 30...60° относительно продольной оси устройства. Кроме того, средство загрузки снабжено наклонными пластинами, расположенными поярусно, а камера снабжена по крайней мере тремя вертикальными перегородками, установленными нормально к стенкам и перекрывающими от 0,3 до 0,5 ее поперечного сечения по высоте слоя, а на выходе - пластиной, установленной с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, и шарнирным клапаном с противовесом, отрегулированным на минимальную пропускную способность сыпучего материала.

Изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", так как может быть достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, а именно снижение неравномерности охлаждения материала и повышения его стойкости при хранении.

Изобретение является и "промышленно применимым", так как может использоваться в сельском хозяйстве и в других отраслях народного хозяйства.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена технологическая схема заявляемого устройства, на фиг.2 - схема решетки устройства с коллекторами, через которые подводится ожижающий агент, и перегородками, на фиг.3 и 4 - размещение щелей решет по стрелкам Б и В соответственно.

Устройство включает следующие основные узлы: диффузор 1, воздуховод 2, решетку 3, поворотные пластины 4, пластину (порог) 5, установленный с возможным перемещением в вертикальной плоскости, шарнирный клапан с противовесом 6, транспортер зерна 7, загрузочное устройство 8, выводной патрубок отработанного газового компонента 9, разгрузочное устройство 10, коллекторы 11, 12, 13 для подвода ожижающего агента, поток загружаемого в камеру материала 14, слой псевдоожиженного материала 15, вертикальные пластины 16, камеру охладителя 17, часть решетки 18, наклонные пластины 19, установленные по ярусам загрузочного устройства.

Решетки в зоне подачи материала выполнены с обеспечением выхода струй потока ожижающего агента под углом 30...60° относительно продольной оси устройства.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Зерно, подаваемое транспортером 7, поступает в загрузочное устройство 8, которое снабжено наклонными пластинами, позволяющими распределить поток зерна 14 на большую площадь решетки 3. Под действием потока ожижающего агента, подаваемого в коллекторы 11, 12, 13 и в воздуховод 2, зерно ожижается, приобретает свойства "квазижидкости", перемещается по решетке к разгрузочному устройству 10, переливается через пластину 5 (порог), отклоняет пластину шарнирного клапана 6 и выходит из камеры охладителя. В коллектор 11 поступает поток, распространяющийся под верхней стороной диффузора, продольное сечение коллектора имеет форму сопла Лаваля, что обеспечивает безотрывное течение струи, которая выводится под часть решетки 18, над которой располагается нижнее сечение конуса разгружаемого материала 14. В коллекторы 12 и 13, имеющие аналогичную форму, поступают потоки, распространяющиеся вдоль боковых сторон диффузора 1, выходные отверстия этих коллекторов выводятся в периферийные области решет, захватывая часть нижнего сечения конуса разгружаемого материала. Отработанный воздух удаляется из охладителя через патрубок 9. Распределение ожижающего агента по длине воздуховода 2 осуществляют посредством поворотных пластин 4, вертикальными пластинами 16 удлиняют путь материала, уменьшая вероятность его проскока без охлаждения.

На схеме (фиг.1) показан профиль слоя без подачи охлаждающего агента в коллекторы 11, 12, 13, в случае подачи охлаждающего агента конус материала 14 с тем или иным углом естественного откоса отсутствует, наблюдается свободное падение частиц материала в виде "дождя" на поверхность псевдоожиженного слоя. Растекание конуса загружаемого материала по всей поверхности решетки существенно повышает качество псевдоожижения и снижает неравномерность охлаждения материала.

Действительно, поток материала, выходящий из разгрузочного устройства 8, практически не продувается и не охлаждается, а поскольку он занимает существенную часть решет, то не только возрастает неравномерность охлаждения, но и снижается производительность установки.

Способ осуществляют следующим образом.

Часть ожижающего агента подают через входные отверстия коллекторов под часть решетки, расположенную под основанием S конуса загружаемого в камеру нагретого материала, причем S определяют по формуле , где h - высота размещения загрузочного устройства над решеткой, – угол естественного откоса материала. Входные отверстия коллектора размещены во внутренней полости диффузора. Поток ожижающего агента в коллекторах безотрывно расширяют и выводят под площадь решетки, превышающую основание конуса S. Безотрывность расширения потоков ожижающего агента обеспечивает выровненное статическое давление под основанием конуса с площадью S и равномерное псевдоожижение сыпучего материала. Струи потока, выходящие из газораспределительной решетки под углом 30...60°, обеспечивают "растекание" материала по всей ширине камеры. Другую часть потока, минуя входные отверстия коллекторов, направляют под остальную часть газораспределительной решетки, обеспечивая перемещение и охлаждение материала.

Некачественное псевдоожижение зерна на решетке под средством загрузки объясняется в основном образованием вихревых полостей на границе диффузора с воздуховодом камеры. Ликвидация этих полостей отклонением потока газового компонента поворотными пластинами 4 малоэффективна, кроме того, при этом достаточно высокие безвозвратные потери напора. Наличие коллекторов с плавным расширением продольного сечения по ходу ожижающего агента обеспечивает безотрывность течения и позволяет без потерь динамический напор потока перевести в статический, что существенно снижает неравномерность псевдоожижения.

Поступление материала на решетку из загрузочного устройства с некоторой высоты обусловливает большую высоту слоя и меньшую порозность, чем за пределами основания конуса, поэтому расположение решет с углом направления струй 30...60° к оси камеры позволяет рассредоточить поступающий поток материала и тем самым выравнить высоту и порозность слоя и повысить равномерность псевдоожижения по всей площади решетки. Интервал в 30...60° выбрали на основании более высокого качества псевдоожижения при экспериментальных исследованиях с углами направления струй 20, 30, 50, 60 и 80°.

Большая часть отработанного газового компонента отводится из патрубка 9, меньшая часть может выходить из камеры через разгрузочное устройство вместе с материалом, что нежелательно. Для предотвращения проскока газового компонента через разгрузочное устройство 10 предусмотрен шарнирный клапан 6, который регулируют на минимальную пропускную способность, которая определяется режимом работы сушилки.

Наклонные пластины 19, поярусно расположенные в разгрузочном устройстве, позволяют распределить поступающий материал на большую поверхность решет и соответственно повысить качество псевдоожижения.

Наличие в камере трех вертикальных пластин высотой, несколько большей высоты слоя, расположенных в шахматном порядке с обеих сторон камеры и перекрывающими в интервале от 0,3 до 0,5 ее поперечное сечение, в среднем ~ в 1,5 раза удлиняет путь материала и повышает эффективность охлаждения.

Экспериментальные исследования макетного образца охладителя псевдоожиженного слоя производительностью 2 т/ч на зерне пшеницы согласно изобретению, подтвердили эффективность его работы: неравномерность охлаждения не превысила ±1...1.5°С при допустимых ±2%, в то время как в устройстве согласно аналогу она превышает ±2%.

При средней длине камеры макетного образца ~ 1,2 м, его ширине ~ 0,5 м, высоте расположения загрузочного средства над решеткой 0,4 м, площадь решетки, занимаемая основанием конуса загружаемого материала, не менее 30%. В центре ядра этого конуса материал псевдоожижается и охлаждается, как и в периферийных областях, так как обеспечена дополнительная подача ожижающего агента.

Использование изобретения позволит по крайней мере повысить производительность устройства на 20%.

Источники информации

1. Н.И. Гельперин, В.Г. Айнштейн, В.Б. Кваша. "Основы техники псевдоожижения", "Химия", М., 1967, с. 464, рис.XI-57.

2. Патент СССР 1509019, F 26 B 17/10.

Изобретение предназначено для использования при обработке сыпучих материалов, в частности при охлаждении семян и зерна, а также при их сушке. Способ предусматривает подачу материала на газораспределительную решетку и ввод ожижающего агента через коллекторы под решетку. Семена и зерно перемещают в псевдоожиженном слое от загрузочного устройства к разгрузочному. Устройство содержит камеру с газораспределительной решеткой, загрузочное устройство, воздуховод с коллекторами. Под решеткой в зоне загрузки материала коллекторы имеют продольное сечение в форме сопла Лаваля. Площадь выходных отверстий коллекторов не менее площади основания конуса загружаемого материала. Решетки выполнены с обеспечением выхода струи под углом 30-60° относительно продольной оси устройства. При подаче ожижающего агента под решетку с загружаемым материалом осуществляют расширение агента для обеспечения безотрывного течения струи и предотвращения образования вихревых полостей. Изобретение обеспечивает равномерное охлаждение материала, повышает его сохранность. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ охлаждения семян и зерна, предусматривающий подачу их через загрузочное устройство на газораспределительную решетку, подачу ожижающего агента через коллекторы под решетку с созданием псевдоожиженного слоя и обеспечением перемещения семян и зерна к загрузочному устройству, отличающийся тем, что подачу ожижающего агента под часть решетки с загружаемым материалом производят через коллекторы так, что осуществляют расширение подаваемого агента для обеспечения безотрывного течения струи и предотвращения образования вихревых полостей, а на выходе из решетки его направляют в псевдоожиженный слой под углом 30-60° относительно продольной оси устройства.2. Устройство для охлаждения семян и зерна, содержащее камеру, загрузочное устройство, газораспределительную решетку и установленный под ней воздуховод с коллекторами, обращенными к газораспределительной решетке, отличающееся тем, что продольное сечение коллекторов, расположенных под частью решетки с загружаемым материалом, выполнено в форме сопла Лаваля, площадь выходных отверстий коллекторов не менее площади основания конуса загружаемого материала, а решетки выполнены с обеспечением выхода струи под углом 30-60° относительно продольной оси устройства.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что загрузочное устройство снабжено наклонными пластинами, расположенными поярусно.4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что камера снабжена, по крайней мере, тремя вертикальными перегородками, установленными нормально к стенкам и перекрывающими от 0,3 до 0,5 ее поперечного сечения по высоте слоя.5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что камера на выходе снабжена пластиной, установленной с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, и шарнирным клапаном с противовесом, отрегулированным на минимальную пропускную способность материала.