Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИК-СУШКИ ТОПИНАМБУРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к сушке топинамбура, может применяться в сельском хозяйстве и в пищевой промышленности.

Известен способ сушки топинамбура, заключающийся в том, что сушку проводят в два этапа: на первом - в плотном слое, а на втором - в псевдосжиженным слое, причем материал обрабатывают перегретым паром.

Для этого способа могут быть использованы сушилки плотного и псевдоожиженного слоя, например (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - С. 81; 101).

Эти способ и устройство хотя и позволяют получить качественный продукт, но технология его получения сложна, а технические средства по конструкции существенно различаются, что ведет к повышенным эксплуатационным и капитальным затратам.

Известен способ импульсной ИК-сушки термолабильных материалов, предусматривающий подготовку сырья, формирование слоя, воздействие ИК-лучами в импульсном режиме «нагрев-охлаждение» до заданной влажности, причем контроль температуры ведут оптическим пирометром, замеряющим температуру материала (Патент RU 2393397, БИПМ №13, 27.06.2010).

Известно устройство для его осуществления, включающее сушильную камеру, ИК-излучатели, отражатели, вентилятор, блок управления и оптический пирометр, определяющий температуру материала.

Эти способ и устройство по своей технической сути наиболее близки к заявленному и выбраны за прототип.

Недостаток способа заключается в том, что материал (семена) периодически охлаждаются и на повторный нагрев нужно дополнительное тепло, что снижает интенсивность процесса. Недостаток устройства заключается в низкой эффективности контроля температуры материала.

Технической задачей изобретения является интенсификация процесса сушки и повышение качества высушенного продукта.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе сушки топинамбура, предусматривающем подготовку сырья, формирование слоя, воздействие ИК-лучами, контроль его температуры оптическим пирометром, согласно изобретению контролируют температуру излучающей поверхности, которую поддерживают равной:

где T, θ₀ - температура поверхности ИК-излучения и начальная температура топинамбура, К;

к - экспериментальный коэффициент;

Q_д - допустимое теплосодержание сырья, Вт/кг;

f - удельная поверхность частицы, м²/кг;

η - доля теплоты, пошедшая на испарение свободной влаги;

δ - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м²·К⁴;

ε_пр - приведенная степень черноты сырья.

Техническая задача достигается также тем, что устройство для ИК-сушки, включающее загрузочный бункер, сушильную камеру, ИК-излучатели и транспортеры, согласно изобретению снабжено оптическим пирометром, ориентированным на поверхности ИК-излучателей.

Данный способ может быть реализован только в данном устройстве.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг 2 - зависимость влагосодержания I и температуры II от времени.

Устройство включает сушильную камеру 1, загрузочный бункер 2, инфракрасные излучатели (ИК) 3, транспортеры 4, вентилятор 5, оптические пирометры 6, ориентированные на поверхности ИК-излучателей, блок управления 7, приемный бункер 8, ворошители 9, патрубок 10, отражатели 11.

Устройство функционирует следующим образом.

Нарезанный на кубики 6×6×6 мм топинамбур из загрузочного бункера 2 поступает на транспортер 4, подвергается воздействию ИК-потоком от излучателей 3, поступает на следующий транспортер 4, затем на третий и выводится из камеры 1. Температуру поверхности ИК-излучателя поддерживают заранее рассчитанной путем изменения напряжения, подаваемого на ИК-излучатели 3 от сигнала оптического пирометра 6 на блок управления 7, например, с погрешностью ±1°С. Высушенный материал разгружают в приемный бункер 8 и отправляют на охлаждение и дальнейшую обработку.

Равномерность обработки материала обеспечивают ворошителями 9.

На первом транспортере 4 удаляется свободная и слабосвязанная влага, на втором - капиллярная влага из широких пор, на третьем - из мелких пор. Каждый транспортер 4 снабжен отдельным приводом, что позволяет синхронизировать его движение и на выходе получить высушенный до кондиционной влажности материал при температуре не более предельно допустимой.

Способ осуществляет следующим образом.

Сырье подготавливают, формируют слой, воздействуют ИК-лучами, перегружают с транспортера на транспортер и разгружают, при этом поддерживают температуру на поверхности ИК-излучателя, рассчитанную исходя из предельно допустимой θ_пд.

Плотность ИК-потока q записывают в виде (Сборник задач по процессам теплообмена в пищевой и холодильной промышленности // - М.: Агропромиздат. - 1986. - 108 с):

где Т, θ₀ - температуры поверхности излучения и материала, К;

δ - коэффициент излучения абсолютно черного тела, Вт/м²·К⁴;

ε_пр - приведенная степень черноты поверхностей.

Допустимая плотность потока может быть записана (Птицын С.Д. Зерносушилки. - М.: Машгиз, 1962. - 50 с):

где Q_д - допустимое теплосодержание, Q≈23,5 ккал/кг за экспозицию в 1,5 ч, что сопоставимо с временем ИК-сушки тонкого (0,01 м) слоя топинамбура;

f - удельная поверхность частицы материала, м²/кг;

η - доля теплоты, пошедшая на испарение свободной влаги, ;

Q_ис, Q_н - теплота на испарение свободной влаги и нагрев материала, кДж;

Q_ис=r(U_н-U_кр), Q_н=с(θ_пд-θ₀), где U_н, U_кр - начальное и критическое влагосодержание материала, кг вл./кг сух. мат.;

r - удельная теплота испарения, кДж/кг.

Выражение (1-η) введено в (2) на том основании, что в первый период сушки (U_н-U_кр) вся теплота поступает на испарение свободной влаги и материал не нагревается.

Приравнивая правые части выражений (1) и (2), запишем:

Оптические термометры, ориентировочные на излучающие поверхности, поддерживают Т=const в соответствии с (3).

Пример. В лабораторной инфракрасной сушилке FD-230; N=140 Вт (Япония) высушивали навеску топинамбура из кубиков размером 6×6×6 мм в монослое. Исходная влажность - W_н=82%; конечная - W_к=10%. Температура ИК-поверхности (лампы) в опыте изменялась от 375 в начале до 372 К в конце сушки. Расстояние от лампы до навески материала составило 50 мм, пары влаги удалялись свободной конвекцией. Стабилизацию температуры поверхности лампы увязывали с температурой нагрева θ_пд=55±1,5°C, что соответствует величине Q_д изменением напряжения.

Расчет проведен при δ=5,6 Вт/м²·К⁴; ε_пр=0,73; f=1,0 м²/кг; θ₀=20°С; U_н=5,0; U_к=4,0; U_кр=4,1 кг/кг; η=0,95; θ₀=298 K. Величину U_кр можно определить по формулам, приведенным в (Лыков А.В. Теория сушки. - М.: Энергия, 1968. - С. 120).

Удовлетворительное (±10%) совпадение эксперимента с расчетом по (3) получено при к=1,02.

Эффективность предложенного способа заключается в интенсификации процесса сушки и повышении качества высушенного продукта за счет отсутствия периодического охлаждения и составляет не менее 15%.