СПОСОБ ЗЕМЛЯКОВА Н.В. ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССОВ СУШКИ И ГРАНУЛЯЦИИ В ЗАКРУЧЕННОМ СЛОЕ ПОЛИДИСПЕРСНОГО ПРОДУКТА Российский патент 2008 года по МПК F26B3/10 

Изобретение относится к сушке и грануляции пылевидных материалов и касается как способа сушки, так и способа грануляции пылевидных пищевых продуктов, например, таких как сухое молоко, сухие сливки, сахарная пудра, какао, растворимый кофе, чай, технического продукта - казеин и других.

Известен способ грануляции пылевидных материалов во встречных закрученных потоках (ВЗП) [1], обеспечивающий создание нисходящего запыленного минеральным удобрением, например карбамидом, закрученного потока в цилиндрической полости, вокруг вертикальной оси и закрученного в том же направлении восходящего потока воздуха - теплоносителя. В известном способе обеспечивается возможность создания взвешенного, закрученного в виде тора, слоя пылевидного материала. В закрученном слое имеются пылевидные частицы разных размеров, при этом более мелкие обгоняют крупные и при их столкновении мелкие залипают на крупных, образуя конгломерат (гранулы). Кроме того, сам закрученный слой по ходу своего вращения вокруг оси рабочей камеры претерпевает еще и собственное винтовое вращение за счет взаимного переплетения частей восходящего потока, выходящего из четырехзаходного завихрителя, каналы которого в сечении имеют прямоугольную форму и образуют общий восходящий поток, состоящий из четырех частей, которые вращения вокруг собственной оси не имеют. Число таких переплетений (волн) точно соответствует количеству винтовых каналов шнекового завихрителя. То есть, если завихритель двухзаходный, то число переплетений - два, если завихритель четырехзаходный как в [1], то число переплетений четыре.

Недостатком известного способа является то, что отдельные каналы шнековых завихрителей в сечении имеют прямоугольную площадь, что не дает возможности обеспечить вращение потока в каждом канале вокруг своей оси из-за большого гидравлического сопротивления. Поэтому вращение потока из каждого канала начинается уже за пределами завихрителя, непосредственно в закрученном слое из-за взаимодействия с нисходящим потоком. А это снижает интенсификацию перемешивания и смывания частиц потоком теплоносителя при сушке, а при грануляции снижается интенсификация роста гранул скатыванием встречных пылинок.

Известен также способ формирования восходящего потока в аппарате ВЗП не шнековым завихрителем, а завихрителем, выполненным из направляющих бортов, размещенных перпендикулярно на плоском диске, перпендикулярном оси аппарата, или на поверхности конуса [2].

Недостатком этого аналога - способа [2], так же, как и в [1], является то, что отдельные каналы такого лопастного завихрителя в сечении имеют прямоугольную площадь, что также не дает возможности обеспечить вращение потока в каждом межлопастном канале вокруг своей оси из-за большого гидравлического сопротивления. Поэтому вращение каждого из потоков, выходящих из каналов завихрителя, начинается уже за пределами завихрителя, непосредственно в закрученном слое. Что, несомненно, снижает интенсификацию перемешивания и смывания частиц потоком теплоносителя при сушке, а при грануляции снижается интенсификация роста гранул скатыванием встречных пылинок.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа [3], является патент России «Способ грануляции сахарной пудры во взвешенном закрученном слое». Известный способ предполагает создание в объеме рабочей камеры взвешенного и непрерывно обновляемого закрученного слоя из полидисперсного порошка пищевого продукта. Взвешенное состояние закрученного слоя вокруг вертикальной оси в рабочей камере обеспечивается созданием его в виде четырехволнового, закрученного в винтовую спираль по направлению вращения с помощью четырех потоков, выходящих из четырех каналов, имеющих в сечении четырехугольную площадь, четырехзаходного шнекового завихрителя.

Недостатком известного способа-прототипа является то, что так же, как и в [1], и в [2], отдельные каналы шнекового завихрителя восходящего потока в сечении имеют прямоугольную площадь, что не дает возможности обеспечить вращение потока в каждом канале вокруг своей оси из-за большого гидравлического сопротивления в прямоугольном канале. В связи с чем вращение потока, выходящего из каждого канала, начинается уже за пределами завихрителя, непосредственно в закрученном слое, что снижает время сушки или гранулообразования полидисперсного пылевидного пищевого продукта.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении времени сушки или гранулообразования полидисперсного пылевидного пищевого продукта.

Это достигается тем, что способ интенсификации процессов сушки и грануляции в закрученном взвешенном слое полидисперсного продукта, заключающийся в создании нисходящего и восходящего, закрученных в одном направлении воздушных потоков, причем восходящий является теплоносителем, а нисходящий - непрерывно транспортирующим сырьевой продукт, который в объеме рабочей камеры формируется во взвешенный, тороидальный, закрученный вокруг вертикальной оси слой, имеющий нижнюю и верхнюю границы, удерживаемый на определенной высоте, при этом восходящий поток создают из отдельных одинаковых потоков, равноудаленных друг от друга и расположенных по винтовым траекториям по кругу вокруг оси аппарата и наклоненных к ней под углом от 35 до 65°, при этом все эти отдельные потоки закручены вокруг своих осей в одном направлении, против часовой стрелки, если слой продукта вращается по часовой стрелке, при взгляде на него сверху и по часовой стрелке, если слой при взгляде на него сверху вращается против часовой стрелки и при этом каждому отдельному потоку в сечении создают круглую площадь, кроме того в направлении своего вращения вокруг оси аппарата взвешенному слою предают вращение по винтовой траектории вокруг направления своего движения, обеспечивая при этом на верхней границе волновые выступы, количество которых создают равным количеству отдельных потоков, от 2 до 10.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 в продольном сечении показан выров рабочей камеры со схемой течения в ней потоков воздуха и существования взвешенного слоя, изображенного с местным выровом. На фиг.2 изображен укрупнено фрагмент взвешенного и закрученного слоя вблизи стенки рабочей камеры аппарата. На фиг.3 изображен слой продукта при взгляде на него сверху, по стрелке А.

Способ осуществляется следующим образом.

Создают нисходящий 1 и восходящий 2, закрученные в одном направлении воздушные потоки, причем восходящий 2 является теплоносителем, а нисходящий 1, непрерывно транспортирующим сырьевой продукт 3, который в объеме рабочей камеры формируется во взвешенный, тороидальный, закрученный вокруг вертикальной оси 4 слой 5. Слой 5 имеет нижнюю 6 и верхнюю 7 границы своего существования. Эти границы 6 и 7 в динамическом процессе не являются четко выраженными. При этом восходящий поток создают из нескольких отдельных, одинаковых по расходу потоков 8, равноудаленных по кругу друг от друга и закрученных вокруг оси 4 аппарата, и которые могут быть наклонены к оси 4 под углом α, в интервале от 35° до 65°. При этом все отдельные потоки 8, составляющие один восходящий поток 2, закручены вокруг своих осей 9 в одном направлении, по винтовым спиралям 10: против часовой стрелки, если слой 5 из продукта 3 вращается вокруг оси 4 по часовой стрелке, при взгляде на него сверху; и по часовой стрелке, если слой 5 из продукта 3, при взгляде на него сверху, вращается вокруг оси 4 против часовой стрелки. Конструктивными параметрами каждому отдельному потоку 8 изначально формируют в сечении круглую площадь. Кроме того, слою 5 при его перемещении вокруг геометрической оси 4 в полости рабочей камеры 11 аппарата придают дополнительное вращение по траектории 12, с одновременным обеспечением его перемещения в направлении 13 и обеспечивая при этом на верхней границе 7 четко выраженные волновые выступы 14, количество которых создают равным количеству отдельных потоков 8.

Обоснование указанного интервала угла α заключается в том, что если угол α меньше 35°, то увеличиваются потери материала, уносимого в выхлопной патрубок аппарата, а при угле α, большем 65°, проявляется контакт слоя 5 со стенкой 12, что ведет к абразивному износу стенки и снижение качества продукта из-за подмешивания в него микрочастиц металла от стенки рабочей камеры.

Вращению потока 5 против часовой стрелки по траекториям 15, если слой 5 из продукта 3 вращается вокруг оси 4 по часовой стрелке, при взгляде на него сверху, способствует движение нисходящего потока 1 со стороны стенки 11, а со стороны оси 4 (с внутренней стенки тора) способствует контакт слоя 5 с движущимся восходящим потоком 2.

При вращении потока 5 по часовой стрелке, если слой 5 из продукта 3, при взгляде на него сверху, вращается вокруг оси 4 против часовой стрелки, происходит то же самое.

Обоснование указанного интервала количества отдельных потоков 8 (от 2 до 10) объясняется тем, что при числе потоков 8, равном одному, в слое 5 не создается спирального вращения 12, по направлению его вращения, а при числе потоков 8 более десяти увеличивается гидравлическое сопротивление в восходящем потоке.

Организация в сечении каждого потока 8 круглой площади сечения обеспечивает энергосберегающую закрутку каждого потока воздуха в каналах завихрителя восходящего потока и, в целом, обеспечивает энергосберегающую технологию процесса.

Создание спиралеобразного движения 12 полидисперсного сырьевого продукта в массе вращающегося слоя 5 обеспечивает интенсификацию перемешивания отдельных частиц и их всестороннего смывания потоком теплоносителя при сушке, а при грануляции увеличивается интенсификация роста гранул методом скатывания на нагоняемых и встречно пересекающихся траекториях пылинок сырьевого продукта. Кроме того, данный способ вписывается в рамки государственной программы разработки новых технологий на уровне нанотехнологий. Это обеспечивается тем, что вращение взвешенного в пневмотранспортном режиме движения полидисперсного продукта по часовой стрелке или против часовой стрелки, во взвешенном и закрученном как вокруг оси 4, так и по траектории 12 потока 5 способствует переходу кинетической энергии вращения в потенциальную энергию продукта в рамках спин-осциляторной модели [4], что повышает потребительские качества продукта как при его хранении, так и при транспортировании, так и для пищевых продуктов, из него изготовленных [5]. Обеспечение прохода нисходящего потока 1 между слоем 5 и стенкой 11, с обеспечением вращения слоя 5 по траектории 12, способствует также снижению механического разрушения сушимого либо гранулируемого продукта, исключая его трение о внутреннюю стенку 11 аппарата [6].

Полезность созданного способа заключается в повышении интенсификации процессов сушки и грануляции, с повышением качества обрабатываемого продукта в закрученном и взвешенном слое полидисперсного продукта, за счет предварительной закрутки каждого отдельного потока, составляющих общий восходящий поток, который во взаимодействии с нисходящим закрученным потоком создает спиралеобразное вращение слоя продукта по ходу его вращения вокруг оси аппарата, а также в снижении энергозатрат процессов.

Источники информации

1. Кандидатская диссертация «Разработка аппарата для осуществления процесса грануляции пылевидных материалов во встречных закрученных потоках», по специализации 05.17.08. - процессы и аппараты химической технологии. М., Московский текстильный институт им. А.Н.Косыгина, 1982 г.

2. Патент России на изобретение №2223137.

3. Патент России на изобретение №2241925.

4. www.kotov.u-sonic.ru Б.Котов, В.Хмелев. Классические подходы к механике микромира в популярном изложении (стр.9).

5. А.В.Бобров. Полевые информационные взаимодействия // Сборник трудов. - Орел: Орел ГТУ, 2003. - 569 с. (стр.330).

6. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. - 320 с. (стр.7).

Изобретение относится к сушке и грануляции пылевидных материалов и может быть применено в пищевой и химической промышленности. Способ интенсификации процессов сушки и грануляции в закрученном взвешенном слое полидисперсного продукта, заключающийся в создании нисходящего и восходящего, закрученных в одном направлении воздушных потоков, причем восходящий является теплоносителем, а нисходящий непрерывно транспортирующим сырьевой продукт, который в объеме рабочей камеры формируется во взвешенный, тороидальный, закрученный вокруг вертикальной оси слой, имеющий нижнюю и верхнюю границы, удерживаемый на определенной высоте, при этом восходящий поток создают из нескольких отдельных, одинаковых по расходу потоков, равноудаленных по кругу друг от друга, закрученных по кругу вокруг оси аппарата и наклоненных к ней под углом от 35 до 65°, при этом все отдельные потоки восходящего потока закручены вокруг своих осей в одном направлении, по винтовым спиралям против часовой стрелки, если слой продукта вращается по часовой стрелке, при взгляде на него сверху и по часовой стрелке, если слой при взгляде на него сверху вращается против часовой стрелки и при этом каждому отдельному потоку формируют в сечении круглую площадь, кроме того, в направлении своего вращения вокруг оси аппарата взвешенному слою предают вращение по винтовой траектории вокруг направления своего движения, обеспечивая при этом на верхней границе волновые выступы, количество которых создают равным количеству отдельных потоков, от 2 до 10. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс сушки и грануляции продукта и снизить энергозатраты. 3 ил.

Способ интенсификации процессов сушки и грануляции в закрученном взвешенном слое полидисперсного продукта, заключающийся в создании нисходящего и восходящего, закрученных в одном направлении воздушных потоков, причем восходящий является теплоносителем, а нисходящий - непрерывно транспортирующим сырьевой продукт, который в объеме рабочей камеры формируется во взвешенный, тороидальный, закрученный вокруг вертикальной оси слой, имеющий нижнюю и верхнюю границы, удерживаемый на определенной высоте, отличающийся тем, что восходящий поток создают из нескольких отдельных, одинаковых по расходу потоков равноудаленных по кругу друг от друга, закрученных по кругу вокруг оси аппарата и, наклоненных к ней под углом от 35 до 65°, при этом все отдельные потоки восходящего потока закручены вокруг своих осей в одном направлении, по винтовым спиралям против часовой стрелки, если слой продукта вращается по часовой стрелке при взгляде на него сверху, и по часовой стрелке, если слой при взгляде на него сверху вращается против часовой стрелки, при этом каждому отдельному потоку формируют в сечении круглую площадь, кроме того, в направлении своего вращения вокруг оси аппарата взвешенному слою предают вращение по винтовой траектории вокруг направления своего движения, обеспечивая при этом на верхней границе волновые выступы, количество которых создают равным количеству отдельных потоков, от 2 до 10.