ВИХРЕВАЯ ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ Российский патент 2023 года по МПК F26B11/16 F26B17/22 

Изобретение относится к оборудованию для сушки дисперсных материалов, и может быть использовано в пищевой, химической, сельскохозяйственной, фармацевтической и смежных с ними областях промышленности [F26B17/22, F26B25/04, F26B 3/20].

Из уровня техники известна ВИХРЕВАЯ СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ СУШКИ ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА В ЗАКРУЧЕННОМ ПОТОКЕ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ [RU 2425311 C1, опубл. 27.07.2011] содержащая цилиндрический корпус с патрубком для ввода газовзвеси и отводящим патрубком для вывода высушенного материала, при этом внутренняя поверхность корпуса вихревой сушильной камеры снабжена фторопластовым покрытием для уменьшения истирания высушиваемого материала, патрубок для ввода газовзвеси выполнен сужающимся на входе в сушильную камеру, внутри сушильной камеры на ее боковой поверхности установлены локальные ускорители потока теплоносителя и направляющие вставки, выполненные из радиопрозрачного материала для беспрепятственного пропускания электромагнитных волн и исключения неравномерности распределения СВЧ-энергии, причем локальные ускорители потока теплоносителя закреплены на боковой поверхности внутри сушильной камеры таким образом, чтобы сформировать устойчивый вращающийся кольцевой слой высушиваемых частиц материала и исключить возможность их накопления в зоне максимального сопротивления движению частиц, а направляющие вставки, отделяющие высушенные частицы от основного вращающегося кольцевого слоя и направляющие их в центральную зону вихревой сушильной камеры, расположены в зоне возврата частиц к точке подъема, СВЧ-излучатель установлен тангенциально на наружной цилиндрической поверхности корпуса вихревой сушильной камеры таким образом, чтобы наибольшая плотность потока электромагнитной энергии была сосредоточена в зоне вращающегося кольцевого слоя высушиваемых частиц материала.

Недостатком аналога является длительное время сушки сырья.

Также из уровня техники известен СУШИЛЬНЫЙ АППАРАТ С УЗЛАМИ ВРАЩАЮЩИХСЯ ЛОПАСТЕЙ [US 5586396 A, опубл. 24.12.1996], содержащий цилиндрический сушильный сосуд, поверхность внутренней стенки которого образует теплопередающую поверхность, тепловыделяющее средство, окружающее цилиндрический сушильный сосуд, и по меньшей мере один узел вращающихся лопастей, закрепленный с возможностью вращения в цилиндрическом сушильном сосуде. Узел вращающихся лопастей имеет секции лопастей, которые оставляют между их окружными кромками и теплопередающей поверхностью полого цилиндра кольцевое пространство, достаточно маленькое, чтобы позволить влажному материалу пересекать теплопередающую поверхность и контактировать с ней, не попадая в нее. Каждая секция лопасти проходит наклонно вверх в направлении, противоположном направлению вращения, и окружная кромка каждой секции лопасти простирается менее чем на 360 градусов, если смотреть сверху. Все секции лопаток при вращении несут на своих верхних поверхностях материал, который под действием центробежной силы поднимает и толкает материал к теплопередающей поверхности, заставляя его непрерывно подниматься вдоль теплопередающей поверхности для сушки.

Недостатком аналога является длительное время сушки сырья.

Наиболее близким по технической сущности является СУШИЛЬНЫЙ АППАРАТ [US 9429362 B2, опубл. 30.08.2016], содержащий вертикальный цилиндрический сушильный сосуд, в который загружают подлежащий сушке материал; нагревательное средство для нагрева теплопередающей поверхности внутренней стенки указанного сушильного резервуара; и множество узлов вращающихся лопастей, установленных на вращающейся оси, расположенной в центральной части указанного сушильного резервуара и проходящих в вертикальном направлении. При этом указанное множество узлов вращающихся лопастей состоит из множества дугообразных секций лопастей, расположенных так, что они расположены по окружности вокруг указанной вращающейся оси; указанное множество дугообразных секций лопасти, каждая из которых имеет плоскую поверхность, проходящую в окружном направлении на виде сверху, причем плоская поверхность, позволяющая размещать на ней подлежащий сушке материал с одной ее концевой части и перемещать подлежащий сушке материал к другой ее концевой части, одновременно поднимая подлежащий сушке материал.

Основной технической проблемой прототипа является комкование влажного сырья около стенок сосуда.

Задача изобретения заключается в устранении недостатков прототипа.

Технический результат изобретения заключается в сокращении времени сушки сырья за счет устранения комкования сырья около стенок.

Указанный технический результат достигается за счет того, что вихревая вакуумная установка для сушки состоит из вакуумной камеры, которая выполнена в виде вертикально ориентированного полого цилиндра, при этом вокруг камеры расположен теплообменник, а внутри нее вертикально установлен вал с лопастными узлами. В промежутках между лопастными узлами на внутренней поверхности камеры расположены одна или несколько радиальных пластин, которые установлены под углом в вертикальной плоскости к направлению вращения лопастных узлов.

В частности, под отверстием вывода газов из камеры установлен дугообразный экран.

В частности, сверху камеры расположен волновод для подачи СВЧ излучения в камеру.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 показан общий вид вихревой вакуумной установки для сушки с разрезом.

На фиг. 2 показан вид А-А.

На фиг. 3 показан вид Б-Б.

На фигурах обозначено: 1 – вакуумная камера; 2 – крышка; 3 – вал; 4 – лопастной узел; 5 – обечайка с рубашкой нагрева; 6 – входной патрубок рубашки; 7 – выходной патрубок рубашки; 8 – радиальные пластины; 9 – дугообразный экран; 10 – патрубок вакуумный; 11 – СВЧ волновод; 12 – загрузочный люк; 13 – люк выгрузки; 14 – электропривод; 15 – опора; 16 – ограничительные пластины.

Вихревая вакуумная установка для сушки состоит из вакуумной камеры 1, выполненной в форме вертикально ориентированного полого цилиндра. Сверху камера 1 герметично закрыта крышкой 2. Внутри камеры 1 по ее оси установлен вал 3. На валу 3 установлено несколько лопастных узлов 4. Каждый лопастной узел содержит по несколько лопастей, предназначенных для перемещения сырья.

Вокруг стенок камеры 1 расположена обечайка с рубашкой нагрева 5, выполняющая функцию теплообменника. Теплоноситель в обечайку с рубашкой нагрева поступает через входной патрубок 6 и выходит из нее через выходной патрубок 7.

В верхней части камеры 1 расположен вакуумный патрубок 10, через который осуществляется откачка воздуха из камеры. Перед патрубком 10 внутри камеры 1 установлен дугообразный экран 9, препятствующий попаданию в вакуумную линию частиц сырья.

В крышке 2 выполнен загрузочный люк 12, предназначенный для заполнения камеры 1 исходным сырьем, а в нижней части камеры 1 выполнен люк выгрузки 13, предназначенный для выгрузки высушенного продукта. Кроме того, на крышке 2 расположен СВЧ волновод 11, посредством которого в вакуумную камеру передается СВЧ излучение от магнетрона.

На внутренней поверхности камеры 1 в промежутках между лопастными узлами 4 радиально установлена по меньшей мере одна радиальная пластина 8, которая установлена под углом в вертикальной плоскости к направлению вращения лопастных узлов.

В верхней части камеры 1 на ее внутренней поверхности расположены ограничительные пластины 16, которые предназначены для ограничения подъема сырья в камере выше заданного уровня.

Камера 1 установлена на опорах 15, в пространстве между которыми расположен электропривод 14 вала 3.

Сушка растительного, животного сырья, пищевых отходов, птичьего помёта, помёта КРЗ и прочей биомассы является важным процессом в сохранности и последующем использовании этих продуктов. Выбор технологий сушки заключается в выборе соответствия той или иной технологии характеристикам исходного сырья и высушенного продукта.

Как известно, сушка — это процесс принудительного удаления жидкости (чаще всего влаги/воды, реже иных жидкостей, например, летучих органических растворителей) из веществ и материалов. Удаление жидкостей производится посредством ее испарения, которое зависит от температуры жидкости, от давления и от площади поверхности.

Важнейшим критерием при этом является выбор технологий с эффективным использованием энергии. Затраты энергии на удаление одного кг влаги различными технологиями сушки разнятся в разы: сублимация требует 5 кВт, конвективные технологии сушки тратят 1,2-2,5 кВт, вакуумные технологии 0,8-1,2 кВт, тепло-массообменные технологии 0,5-1,0 кВт.

Каждая из перечисленных технологий позволяет получать продукцию разного качества. Лучшее качество продукта обеспечивают сублимация и вакуумная сушка.

Установка работает следующим образом.

Для начала вакуумную камеру 1 закрывают герметично крышкой 2. После чего через загрузочный люк 12 засыпают необходимое количество исходного влажного сырья в камеру 1.

Затем через входной патрубок рубашки 6 подают теплоноситель в теплообменник, выполненный в виде обечайки с рубашкой нагрева 5. При этом происходит нагрев внутренней поверхности камеры до температуры 60° С Параллельно с этим включают электропривод 14, который приводит во вращение вал 3 и установленные на нем лопастные узлы 4.

Вращение лопастного узла создаёт вихрь из сырья. Вращающиеся лопасти направляют за счёт центробежных сил влажное сырьё на теплопередающую поверхность. Частицы сырья ударяясь о поверхность нагреваются, теряют влагу (массу) и перемещаются к оси камеры. От контакта частиц сырья с поверхностью камеры, от соударения между собой и лопастями происходит интенсивный теплообмен, приводящий к кипению и испарению влаги в вакууме. Сырьё, в результате интенсивного массообмена между своими частицами, лопастями и внутренней поверхностью камеры, измельчается. Увеличивается поверхность испарения влаги. В совокупности с центробежными силами, отделяющими влагу от сырья, этот процесс приводит к ускорению сушки.

При этом удаление влаги в вакууме происходит при температурах, неразрушающих витамины и белки продукта, без окисления его кислородом воздуха. Что позволяет получать продукт высокого качества, в короткие сроки, с минимальной затратой энергии.

Нагрев исходного сырья в установке может быть ускорен за счет СВЧ излучения. Для этого на крышке 2 установлен волновод 11, который осуществляет передачу микроволнового излучения от магнетрона в камеру 1. При этом вращение лопастных узлов 4, которые выполнены из металла, способствует уменьшению возникновения стоячих волн.

Для предотвращения попадания частиц обрабатываемого сырья в вакуумный патрубок 10 под его отверстием в камере расположен дугообразный экран 9. Кроме того, на внутренних стенках камеры 1 под дугообразным экраном расположены ограничительные пластины 16, которые препятствуют подъему сырья в камере 1 выше заданного уровня.

Ключевой особенностей настоящего изобретения является наличие радиальных пластин 8 между лопастными узлами 4.

Основной проблемой прототипа является комкование влажного сырья около стенок сосуда между лопастными узлами.

Для устранения этого в промежутках между лопастными узлами 4 на внутренней поверхности камеры 1 радиально установлены одна или несколько пластин 8. Данные пластины установлены под углом в вертикальной плоскости к направлению вращения лопастных узлов 4.

На фиг.3 схематично изображена радиальная пластина 8, закрепленная на стенке камеры 1. Пластина 8 установлена под углом α в вертикальной плоскости ZY. На фиг.3 направление вращения лопастных узлов 4 (круговая стрелка) совпадает с осью Y. При этом угол α может быть любым от 0 до 90 градусов. Однако оптимальное значение угла α находится в пределах от 20 до 70 градусов.

Указанное размещение радиальных пластин 8 обеспечивает уменьшение комкования сырья за счет увеличения вертикальной скорости и турбулентного движения частиц сырья во вращающемся (в контакте с внутренней поверхностью камеры) слое, что поднимает его в верх и создаёт большую площадь контакта с нагретой внутренней поверхностью камеры 1 и перепад давлений, ускоряющий выделение пара (см. фиг.3, где стрелками показано движение сырья). Что, в свою очередь, способствует сокращению времени сушки сырья.

Изобретение относится к оборудованию для сушки дисперсных материалов и может быть использовано в пищевой, химической, сельскохозяйственной, фармацевтической и смежных с ними областях промышленности. Вихревая вакуумная установка для сушки состоит из вакуумной камеры, которая выполнена в виде вертикально ориентированного полого цилиндра, при этом вокруг камеры расположен теплообменник, а внутри нее вертикально установлен вал с лопастными узлами, причем в промежутках между лопастными узлами на внутренней поверхности камеры расположены одна или несколько радиальных пластин, которые установлены под углом в вертикальной плоскости к направлению вращения лопастных узлов. Технический результат изобретения заключается в сокращении времени сушки сырья за счет устранения комкования сырья около стенок камеры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вихревая вакуумная установка для сушки, состоящая из вакуумной камеры, которая выполнена в виде вертикально ориентированного полого цилиндра, при этом вокруг камеры расположен теплообменник, а внутри нее вертикально установлен вал с лопастными узлами, отличающаяся тем, что в промежутках между лопастными узлами на внутренней поверхности камеры расположены одна или несколько радиальных пластин, которые установлены под углом в вертикальной плоскости к направлению вращения лопастных узлов.

2. Вихревая вакуумная установка по п.1, отличающаяся тем, что под отверстием вывода газов из камеры установлен дугообразный экран.

3. Вихревая вакуумная установка по п.1, отличающаяся тем, что сверху камеры расположен волновод для подачи СВЧ излучения в камеру.