Сушильная установка Российский патент 2024 года по МПК F26B20/00 F26B21/04 

Заявляемое изобретение относится к низкотемпературной сушке пищевых продуктов, например свекловичного жома, и может быть использовано в пищевой промышленности для сохранения важнейших питательных веществ, например пектина в высушиваемом продукте.

Известно также устройство «Энергосберегающая установка для сушки кормов», № 2014101750/06, F26B 20/00, F26B 21/04, опубл. 27.07.2015, Бюл. № 21 RU 2557822 C2, энергосберегающая установка для сушки кормов, содержащая последовательно соединенные низкотемпературную и высокотемпературную сушилки с патрубками подвода и отвода теплоносителей, теплообменник-утилизатор, циклон, трубопровод отвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, связанный со входом в межтрубное пространство теплообменника-утилизатора через циклон, а также воздухопровод забора атмосферного воздуха, связанный с патрубком подвода теплоносителя к низкотемпературной сушилке, дополнительно содержит теплообменник оборотного водоснабжения, трубное пространство которого связано с трубным пространством теплообменника-утилизатора для подключения к входному и выходному трубопроводам системы оборотного водоснабжения, воздухопровод забора атмосферного воздуха связан с патрубком подвода теплоносителя к низкотемпературной сушилке через межтрубное пространство теплообменника оборотного водоснабжения, а циклон связан с теплообменником-утилизатором через скруббер, при этом патрубок подвода теплоносителя к низкотемпературной сушилке подключен к межтрубному пространству теплообменника оборотного водоснабжения через инфракрасный подогреватель.

Недостатком указанного устройства является то, что в устройстве теплота отработанного теплоносителя не утилизируется, в результате чего имеются достаточно значительные потери тепловой энергии. В устройстве исключён контакт теплоносителя с высушиваемым продуктом, что влечет за собой снижение коэффициента теплопередачи в сушилке и, как следствие, увеличение габаритов сушилки, а соответственно, и её стоимости. В устройстве отсутствует осушение воздуха с использованием теплонасосной установки в режиме замкнутого цикла, что не позволяет снизить энергетические затраты в процессе с максимальным использованием рекуперации теплоты отработанного воздуха.

Известно также устройство «Сушильная установка» № 2005112091/06, F26B 21/04, опубл. 10.10.2006, Бюл. № 28 RU 2285214 C1, сушильная установка, содержащая последовательно соединенные высокотемпературную и низкотемпературную сушилки с патрубками подвода и отвода теплоносителя, в качестве которого в высокотемпературной сушилке используется перегретый пар, а в низкотемпературной сушилке - воздух, теплообменник-утилизатор высокотемпературной сушилки, трубопроводы: отвода отработанного перегретого пара в теплообменник-утилизатор, циркуляции части отработанного перегретого пара, отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки в теплообменник-утилизатор, отвода конденсата отработанного перегретого пара из теплообменника-утилизатора; вентиляторы, циклон для высокотемпературной сушилки, сушильная установка дополнительно снабжена теплонасосной установкой, состоящей из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, двухпозиционного переключателя, испарителя, содержащего рабочую и резервную секции; пароперегревателем, установленным в трубопроводе циркуляции части отработанного перегретого пара, при этом трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, рабочую секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с последующей подачей отработанного воздуха в теплообменник-утилизатор и с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура, а трубопровод отвода отработанного перегретого пара дополнительно содержит трубопровод отвода части отработанного перегретого пара в резервную секцию испарителя, снабженную трубопроводом отвода конденсата отработанного перегретого пара, при этом двухпозиционный переключатель установлен на потоках отвода части отработанного перегретого пара в резервную секцию испарителя и подачи хладагента теплонасосной установки от терморегулирующего вентиля в рабочую секцию испарителя.

Недостатками указанного аналога является то, что в устройстве при смене режимов двухпозиционного переключателя происходит разгерметизация контура циркуляции холодильного агента, который смешивается с паром, приводя к нарушению работы теплонасосной установки и потере холодильного агента. В устройстве при использовании в высокотемпературной сушилке перегретого пара происходит ухудшение качества сушильного жома, связанное с разрушением молекул пектина при температурах выше 60°С.

Известно также устройство «Сушильная установка», № 2014101750/06, № 2022123153, F26B 21/04, опубл. 29.11.2022, RU 2784632, сушильная установка, содержащая низкотемпературную сушилку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций; в предварительной и завершающей секций низкотемпературной сушилки в качестве рабочего вещества используют воздух; в сушильной установке также используются различные трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка; трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура; теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, две секции испарителя; при этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горячих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и дополнительно теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который не зависим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним.

Недостатками указанного устройства является то, что в устройстве образующийся на испарителях конденсат никак не используется и утилизируется в канализацию, а также теплонасосная установка имеет повышенное потребление энергии.

Прототипом к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Сушильная установка» № 2023122506, МПК F26B20/00, F26B21/04, опубл. 2023.11.22, RU 2808072 С1, сушильная установка, содержащая низкотемпературную сушилку, которая состоит из предварительной и завершающей секций, в которых в качестве рабочего вещества используют воздух; в сушильной установке используются различные трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка; трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура; теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, двух секций испарителя, форконденсатора, ёмкости для жидкости и насоса; при этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горячих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидные вентили, служащие для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и дополнительно теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который независим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним.

Недостатками указанного прототипа является то, что в устройстве необходимо использовать дополнительную теплоту для подготовки осушающего воздуха, подаваемого в завершающую секцию низкотемпературной сушилки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание устройства для сушки пищевых продуктов без использования дополнительной теплоты и снижение потребления энергии теплонасосной установки.

Технический результат достигается тем, что заявляемая сушильная установка содержит низкотемпературную сушильную установку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций. В предварительной и завершающей секций низкотемпературной сушильной установке в качестве рабочего вещества используют воздух. В сушильной установке также используются трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка. Трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушильной установки включает циклон для низкотемпературной сушильной установки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушильную установку с образованием замкнутого контура. Теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, двух независимых друг от друга терморегулирующих вентилей для изменения режима процесса работы, которые включаются поочерёдно, двух секций испарителя. Теплонасосная установка оборудована линиями подачи горячих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя. Теплонасосная установка также снабжена трубопроводами, по которым течёт конденсат от испарителей теплонасосной установки в ёмкость для жидкости. При помощи насоса из ёмкости для жидкости подаются излишки конденсата в форконденсатор, где за счёт испарения отводится теплота от горячих паров холодильного агента. Отличается тем, что сушильная установка дополнительно содержит два адсорбционных аппарата с твёрдым поглотителем, установленных перед завершающей секцией низкотемпературной сушильной установки параллельно, при этом адсорбционные аппараты работают попеременно в режиме поглощения влаги и регенерации. Каждый адсорбционный аппарат оснащён теплообменником, присоединённым к компрессору теплонасосной установки, а также воздуховодом для удаления влаги при регенерации твёрдого поглотителя. Подготовленный в теплонасосной установке воздух перед подачей в завершающую секцию низкотемпературной сушильной установки, осушается в адсорбционном аппарате с помощью твёрдого поглотителя влаги из воздуха, не используя дополнительный внешний источник теплоты, таким образом, низкотемпературная сушильная установка становится полностью автономной и снижается потребление энергии сушильной установки.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 изображена схема заявляемой сушильной установки, на фиг. 2 изображена i-d диаграмма влажного воздуха прототипа, а на фиг. 3 изображена i-d диаграмма влажного воздуха данного устройства.

Сушильная установка фиг. 1 содержит низкотемпературную сушильную установку 1, состоящую из предварительной секции 2 и завершающей секции 3, через которые движется высушиваемый продукт, при этом его температура не превышает после выхода из низкотемпературной сушильной установки 60°С, что позволяет сохранить полезные питательные вещества, например пектин. Подача осушаемого воздуха в секции низкотемпературной сушильной установки осуществляется вентиляторами 4 и 5. На линии подачи осушенного воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушильной установки установлены адсорберы 6 и 7, наполненные твердым поглотителем 8 и 9. Очистка воздуха после секций низкотемпературной сушильной установки от частичек высушиваемого продукта осуществляется в циклонах 10 и 11. Для осушки воздух поступает в теплонасосную установку 12, которая состоит из компрессора 13, конденсатора 14, двух индивидуальных терморегулирующих вентилей 15 и 16, испарителя 17, состоящего из двух секций 18 и 19, соленоидных вентилей 20-29, которые обеспечивают переключение работы секций испарителя, трубопроводов 30-37. Образовавшийся конденсат из испарителей поступает в ёмкость для жидкости 38, далее насосом 39 конденсат подаётся в форконденсатор 40. Низкотемпературная сушильная установка дополнительно снабжена соленоидными вентилемя 41 и 42, заслонками с механическим приводом 43-50, трубопроводами 51 и 52 и воздуховодами 53 и 54.

Работа сушильной установки осуществляется следующим образом:

Влажный продукт, например свекловичный жом, с начальной влажностью до 90 % поступает в предварительную секцию 2 низкотемпературной сушильной установки 1. Подсушенный продукт с влажностью 60 % из предварительной секции 2 поступает в завершающую секцию 3 низкотемпературной сушильной установки 1, где осушается до 12 %.

Увлажнённый воздух, выходящий из низкотемпературной сушильной установки 1, очищается от частичек высушиваемого продукта в циклонах 10 и 11, затем поступает в одну из секций 18 или 19 испарителя 17, которые работают попеременно в двух режимах: осушения и оттаивания.

Увлажнённый воздух поступает в секцию, работающую в режиме осушения, например в секцию 18. В секции 18 из воздуха вымораживается влага, которую воздух воспринял от осушаемого процесса в секциях 2 и 3 низкотемпературной сушильной установки 1. Вымораживание влаги в секции 18 происходит за счёт кипения в ней холодильного агента, который подаётся в секцию 18 через терморегулирующий вентиль 15 из конденсатора 14, при этом соленоидные вентиля 20 и 22 открыты, а соленоидные вентиля 25 и 27 закрыты. Осушаемый воздух из секции 18 через открытый соленоидный вентиль 28 поступает в конденсатор 14, где подогревается до температуры 40°С. Осушенный и подогретый воздух по трубопроводу 33 поступает к вентиляторам 4 и 5, которые подают воздух в секции 2 и 3 низкотемпературной сушильной установки 1. Секция 19 испарителя 17 в это время работает в режиме оттайки, при этом воздух через секцию 19 не утилизируют, т.к. соленоидный вентиль 29 закрыт. Из компрессора 13 выходит линия горячих паров, которая, проходя по дополнительному трубопроводу 51 поступает, например в адсорбер 6, который работает в режиме выделения влаги, наполненный твердым поглотителем 8.

В режиме поглощения влаги воздух нагнетается вентилятором 5 по воздуховоду 53 через адсорбер 6 в воздуховод 54 и далее осушенный воздух поступает в завершающую секцию 3 низкотемпературной сушильной установки 1. При этом из воздуха выделяется влага, которая поглощается твердым поглотителем 8. В данном режиме заслонки с механическим приводом 48 и 44 открыты, а заслонки с механическим приводом 47, 49, 43 и 45 закрыты.

В режиме регенерации линия горячих паров холодильного агента поступает от компрессора 13 теплонасосной установки 12 по дополнительному трубопроводу 51 в теплообменник адсорбера 7. При этом соленоидный вентиль 41 закрыт, а соленоидный вентиль 42 открыт. Далее линия горячих паров отдаёт своё тепло твердому поглотителю 9 и поступает по дополнительному трубопроводу 52 в конденсатор 14 теплонасосной установки 12. В это же время из атмосферы выкачивается воздух и подаётся в адсорбер 7, где забирает образовавшуюся влагу из твердого поглотителя 9 и утилизируется обратно в атмосферу. При этом заслонки с механическим приводом 46 и 50 открыты, а заслонки с механическим приводом 45, 47 и 49 закрыты.

Оттайка осуществляется с помощью горячих паров холодильного агента, которые поступают из нагнетательной линии компрессора 13 через открытый соленоидный вентиль 26. Оттаивая иней с поверхности секции 19, холодильный агент конденсируется и через открытый соленоидный вентиль 24 поступает в линию подачи жидкого холодильного агента в секцию 18. Образовавшийся конденсат поступает по трубопроводу 36 в ёмкость для жидкости 38. Оттуда с помощью насоса 39 конденсат поступает по трубопроводу 37 в форконденсатор 40 теплонасосной установки, испаряясь в нём, эффективно отводит теплоту от горячих паров холодильного агента, выходящих из компрессора теплонасосной установки, тем самым снижает температуру конденсации холодильного агента в теплонасосной установки, что и приводит к снижению энергозатрат теплонасосной установки в целом. В режиме оттаивания секции 19 контур циркуляции холодильного агента через терморегулирующий вентиль 16 перекрыт, при этом соленоидные вентиля 21 и 23 закрыты.

После окончания режима оттаивания секция 19 переводится в режим работы по осушению воздуха, а секция 18 приводится в режим оттаивания, при этом соленоидные вентиля 20, 22, 24, 26 и 28 закрываются, а соленоидные вентиля 21, 23, 25, 27 и 29 открываются.

Энергоэффективность заявляемого изобретения может быть проиллюстрировано следующим предлагаемым примером.

На фиг. 2 и 3 показано изменение параметров влажного воздуха в характерных точках. Точка 1 находится перед конденсатором 14, с температурой 1 °С и относительной влажностью 100 %, где после его прохождения воздух нагревается без изменения влагосодержания до точки 2 с температурой 40°С. Далее поток воздуха разделяется на два потока, один из которых поступает в предварительную секцию 2 низкотемпературной сушильной установки 1, где по энтальпии охлаждается до 18°С (точка 3), а второй поток нагнетается вентилятором 5 в завершающую секцию 3 низкотемпературной сушильной установки 1 (точка 4). Начиная с данной точки 4 на фиг.2 и фиг. 3 показано принципиальное различие прототипа от патента. На фиг. 2 происходит нагрев воздуха до 60°С без изменения влагосодержания, а на фиг. 3 воздух нагревается уже до 50°С без изменения энтальпии и соответственно уменьшается влагосодержание влажного воздуха. Далее проходя завершающую секцию, воздух забирает влажность из продукта (точка 5) без изменения энтальпии и после чего два потока воздуха точки 3 и точки 5 смешиваются и поступают в теплонасосную установку 17 (точка 6), где охлаждаются до попадания его в конденсатор (точка 1). Таким образом цикл замкнулся.

Осушающая способность воздуха в

- установке прототипа:

- установке предлагаемой:

Осушающая способность воздуха в предлагаемой установке выше на

Затраты теплоты на подготовку воздуха в сушильной установке в

- установке прототипа:

- установке предлагаемой:

Затраты теплоты на подогрев воздуха в предлагаемой установке ниже на

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет:

- получить экономическую выгоду за счёт использования адсорберов 6 и 7, наполненных твердым поглотителем, в которые поступают горячие пары от компрессора 13, где нагретый воздух дополнительно осушается и подаётся в завершающую секцию 3 низкотемпературной сушильной установки 1, тем самым в сушильной установке не нужно использовать технологический воздух, который нужно было получать извне.

Изобретение относится к низкотемпературной сушке пищевых продуктов, например свекловичного жома, и может быть использовано в пищевой промышленности для сохранения важнейших питательных веществ, например пектина в высушиваемом продукте. Сушильная установка содержит низкотемпературную сушильную установку и состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций. В качестве рабочего вещества используют воздух. Также используются трубопроводы, по которым циркулируют хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка. Трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушильной установки включает циклон, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом воздуха в низкотемпературную сушильную установку с образованием замкнутого контура. Теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, двух независимых друг от друга терморегулирующих вентилей для изменения режима процесса работы, которые включаются поочерёдно, двух секций испарителя. Теплонасосная установка оборудована линиями подачи горячих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя; трубопроводами, по которым течёт конденсат от испарителей теплонасосной установки в ёмкость для жидкости. При помощи насоса из ёмкости для жидкости подаются излишки конденсата в форконденсатор. Причем сушильная установка дополнительно содержит два адсорбционных аппарата с твёрдым поглотителем, установленных перед завершающей секцией низкотемпературной сушильной установки параллельно, при этом адсорбционные аппараты работают попеременно в режиме поглощения влаги и регенерации. Каждый адсорбционный аппарат оснащён теплообменником, присоединённым к компрессору теплонасосной установки, а также воздуховодом для удаления влаги при регенерации твёрдого поглотителя. Техническим результатом изобретения является снижение потребления энергии. 3 ил.

Сушильная установка, содержащая низкотемпературную сушильную установку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций, в предварительной и завершающей секциях низкотемпературной сушильной установки в качестве рабочего вещества используют воздух, в сушильной установке также используются трубопроводы, по которым циркулируют хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка, трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушильной установки включает циклон для низкотемпературной сушильной установки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушильную установку с образованием замкнутого контура, теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, двух независимых друг от друга терморегулирующих вентилей для изменения режима процесса работы, которые включаются поочерёдно, двух секций испарителя, теплонасосная установка оборудована линиями подачи горячих паров хладагента от компрессора в секции испарителя соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и теплонасосная установка также снабжена трубопроводами, по которым течёт конденсат от испарителей теплонасосной установки в ёмкость для жидкости, при помощи насоса из ёмкости для жидкости подаются излишки конденсата в форконденсатор, где за счёт испарения отводится теплота от горячих паров холодильного агента, отличающаяся тем, что сушильная установка дополнительно содержит два адсорбционных аппарата с твёрдым поглотителем, установленных перед завершающей секцией низкотемпературной сушильной установки параллельно, при этом адсорбционные аппараты работают попеременно в режиме поглощения влаги и регенерации, каждый адсорбционный аппарат оснащён теплообменником, присоединённым к компрессору теплонасосной установки, а также воздуховодом для удаления влаги при регенерации твёрдого поглотителя, и подготовленный в теплонасосной установке воздух перед подачей в завершающую секцию низкотемпературной сушильной установки осушается в адсорбционном аппарате с помощью твёрдого поглотителя влаги из воздуха, не используя дополнительный внешний источник теплоты, таким образом, низкотемпературная сушильная установка становится полностью автономной и снижается потребление энергии сушильной установки.