Результат интеллектуальной деятельности: Установка для сушки дисперсных растительных материалов в полидисперсном слое инертных тел

Изобретение относятся к сушильной технике, а более конкретно к сушилкам с активным гидродинамическим режимом, предназначенным для сушки дисперсных растительных материалов в закрученном взвешенном слое инертным тел, и может найти применение в производстве пищевых продуктов, медицинских препаратов и красителей, кормов для животных и т.п.

Аналогом является сушилка для суспензий и пастообразных материалов на инертных телах, содержащая биконическую камеру, сопряженную с цилиндрической сепарационной камерой, устройство для подвода теплоносителя с диффузором, полый ротор с насадком, выполненным из двух частей, имеющих криволинейную образующую боковой поверхности и сопряженными большими основаниями, при этом нижняя поверхность насадка снабжена перфорацией, а ротор установлен с возможностью перемещения (SU 1778478 А1).

Недостатком данной конструкции является незначительная высота рабочего слоя, обусловленная монодисперностью частиц инерта, неоднородность высушенного продукта по конечному влагосодержанию, малое время пребывания частиц высушиваемого продукта в рабочей зоне сушилки.

В качестве прототипа выбрана установка для сушки суспензий и пастообразных материалов в слое инертных тел (SU 1666898 А1), содержащая коническую камеру взвешенного слоя с фильерным питающим устройством, барабан с конусом для тангенциального ввода теплоносителя, и соосно установленные в ней две вставки соответственно конического и цилиндрического профиля с газораспределительными окнами, причем вставки установлены с возможностью осевого поворота одна относительно другой.

Сушилка работает следующим образом.

Теплоноситель, подаваемый через тангенциальные воды барабана делится на два потока (пристеночный и центральный) при помощи вставок, имеющих окна для перераспределения теплоносителя. Под воздействием теплоносителя инертный материал приходит во взвешенное состояние и образует плотный закрученный взвешенный слой, в который вводится пастообразный материал, высушивается и в виде газовзвеси отводится с отработанным теплоносителем.

Недостатком приведенной конструкции является: монодисперсность частиц инерта, что ограничивает высоту рабочего слоя инерта; отсутствие организованной циркуляции инертных частиц в рабочей зоне сушилки; прилипание и агрегатирование влажного материала в нижней части барабана, обусловленное практически полным отсутствием частиц инерта в этой части барабана; отсутствие регулирования дисперсности высушенного продукта.

Техническая задача - создание установки для сушки дисперсных растительных материалов, позволяющей: интенсифицировать процесс сушки с помощью применения полидисперсного слоя инертных частиц, содержащей две фракции, разные по плотности и размеру, и применением организованной циркуляции мелкодисперсной части инертных частиц и высушиваемого материала в рабочем объеме сушилки; регулировать дисперсный состав высушенного продукта с помощью использования перестраиваемой сепарационной камеры.

Решение технической задачи заключается в том, что в установке для сушки дисперсных растительных материалов в слое инертных тел, содержащей биконическую камеру взвешенного закрученного слоя инертных тел с тангенциальными вводами основного теплоносителя, сепарационную камеру и питатель, с целью интенсификации процесса сушки и регулирования дисперсного состава высушенного продукта используется полидисперсный слой инертных частиц, причем применяется раздельная подача теплоносителя, внутренний конус содержит окна для перетока инертных частиц и тангенциальные вводы дополнительного теплоносителя, а сепарационная камера снабжена подвижной биконической вставкой.

На фиг. 1 изображена описываемая установка; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 1.

Установка для сушки дисперсных растительных материалов содержит биконическую камеру 1 взвешенного закрученного слоя инертных тел с тангенциальными вводами основного теплоносителя 4, внутренний конус 2 с тангенциальными вводами 5 дополнительного теплоносителя и окнами 8; питатель 3; сепарационную камеру 6 и подвижную биконическую вставку 7.

Установка работает следующим образом.

В коническую камеру загружаются инертные тела, состоящие из двух фракционных частей: часть «А» и часть «В», причем часть «А» составного слоя инертных тел является полидисперсной с размером частиц сферической формы от 2,5 до 4 мм, материал инертных тел - полиэтилен (полипропилен, полиэтилентерефталат и т.п.) с плотностью 1,05…1,1 г/см³, часть «В» практически монодисперсная и состоит из частиц 4…4,5 мм кубической формы с плотностью 2,12-2,2 г/см³ (фторопласт). Для оптимальной работы сушилки используются два раздельных потока теплоносителя, параметры которых определяются характеристикой высушиваемого материала и технологическими требованиями к процессу сушки. Теплоноситель (основной и дополнительный) подается в тангенциальные вводы 4 конической камеры и вводы 5 внутреннего конуса. При этом образуется плотный закрученный слой инертных тел. Часть «А» инертных тел распределяется в конусе сушилки и вследствие разных размеров инертных частиц этой части образует основной взвешенный слой достаточной высоты. В нижней части этого слоя находятся преимущественно крупные инертные тела части «А», в верхней - самые мелкие инертные тела части «А», все остальные распределяются по высоте закрученного взвешенного слоя сообразно своему размеру. Полидисперсность инертных тел «А» позволяет создавать устойчивый взвешенный слой инертных тел по всей рабочей части сушилки. Положение слоя по высоте сушилки легко регулируется изменением расхода основного теплоносителя. При этом, гидродинамика закрученного взвешенного слоя организуется таким образом, что часть слоя (преимущественно самые мелкие инертные тела «А») потоком основного теплоносителя выносится в верхнюю часть биконической камеры 1, в которой локальная скорость теплоносителя значительно меньше, чем скорость витания этих инертных тел.

В результате сепарирования эти мелкие инертные тела опускаются во внутренний конус, где под действием дополнительного теплоносителя также образуют внутренний взвешенный слой. Наличие окон 8 во внутреннем конусе (в количестве от 4 до 8 в зависимости от размеров сушилки) приводит при вращении слоя к постоянному вбросу мелких инертных частиц из внутреннего конуса в слой, находящийся в биконической камере. Таким образом, организуется постоянная циркуляция инертных частиц части «А» в рабочем объеме сушилки с возможностью регулирования количества циркулирующих частиц.

Часть «В» инертных тел, выполненных из значительно более плотного материала (практически в 2 раза больше, чем часть «А»), находится только в нижней части биконической камеры и в нижней части внутреннего конуса, образуя взвешенные закрученные слои, работающие по принципу сообщающихся через окна внутреннего конуса сосудов. Количество инертных тел части «В» выбирается таким образом, чтобы верхняя граница этих закрученных слоев находилась выше нижнего среза окон внутреннего конуса на величину, составляющую 0,25…0,3 высоты окна. Это условие позволяет беспрепятственно сообщаться двум взвешенным слоям инертных тел части «В», находящихся, соответственно, в нижней части биконической камеры и в нижней части внутреннего конуса.

Влажный продукт в виде дисперсных растительных материалов поступает в питатель 3, попадает на вращающийся слой инертных тел «В» распределяется в нем и подвергается процессу сушки в первом периоде за счет высокой начальной влажности (до 85%). Оптимальный гидродинамический режим устанавливается регулировкой расхода теплоносителя через тангенциальные вводы 4. Температура теплоносителя выбирается достаточно высокой, исходя из условий интенсивного теплообмена и того, что перегрев влажного материала не возникает. Вращающийся слой инертных тел «В» выполняет следующие функции:

1. Разрушает первичные агрегаты из влажного материала.

2. Не позволяет вторично агрегатироваться материалу при его нахождении в слое из инертных частиц «В».

3. Отбирает контактным путем поверхностную влагу.

4. Защищает стенки биконической камеры (в нижней, наиболее опасной части) и внутреннего конуса от налипания высоковлажных частиц.

По мере высыхания частицы материала, значительно потерявшие в весе, потоком теплоносителя увлекаются в верхнюю часть биконической камеры, где вращаются вместе со слоем инертных тел «А».

При этом инертные тела «А»:

- притормаживают высушиваемый материал, увеличивая относительную скорость в системе теплоноситель - высушиваемый материал, что улучшает условия тепломассообмена;

- увеличивают время пребывания влажного материала в рабочей части сушилке за счет задержки частиц материала в слое;

- не позволяют агрегатироваться еще достаточно влажным частицам продукта и накапливаться на стенках аппарата.

В верхней части сушилки в зоне сепарации происходит отделение высохших частиц влажного материала, которые выносятся из сушилки потоком отработанного теплоносителя, от мелкодисперсной части инертных тел части «В» и еще невысохших частиц влажного материала. Сепарационная камера оснащена подвижным конусом, при перемещении которого можно изменять поперечное сечение зоны сепарации, регулируя тем самым локальную скорость отработанного теплоносителя и, следовательно, фракционный состав выносимого из сушилки готового продукта. Остальная часть высушиваемого материала, состоящая из более крупных или еще невысохших частиц, вместе с инертными телами части «А» попадают во внутренний конус, где подвергаются дальнейшей сушке и измельчению. В нижней части внутреннего конуса инертные тела и часть крупных частиц влажного материала при вращении слоя под действием центробежной силы вбрасываются во внешний закрученный слой, где происходит дальнейшая сушка и истирание высушиваемого продукта.

Таким образом, высушиваемый материал циркулирует в сушилке до тех пор, пока его частицы не высохнут до требуемой влажности или не измельчатся до необходимого размера, что задается параметрами регулируемой сепарационной камеры.

Таким образом, при одинаковых габаритах сушилки (по сравнению с прототипом) более полно по высоте используется рабочая зона сушилки, существует возможность раздельной подачи теплоносителя с различными параметрами; увеличивается суммарное количество носимых инертных тел, активно применяется ударно-истирающее взаимодействие инертных тел частей «А» «В» в зоне окон внутреннего конуса, появляется возможность регулирования дисперсного состава высушенного материала, что в целом обусловливает увеличение производительности сушилки и улучшение качества получаемого продукта.

По сравнению с прототипом при равных габаритных размерах производительность предлагаемой сушилки больше на 28…32% (в зависимости от начальной влажности продукта) за счет:

- использования полидисперсных инертных частиц;

- использования раздельной подачи теплоносителя;

- существенного увеличения (до 30-35%) количества носимого инертного материала в рабочей зоне и связанного с этим увеличения эффективной площади тепломассообмена аппарата;

- организованной циркуляции инертных тел в слое для возврата мелкодисперсных инертных тел в нижнюю часть сушилки с наиболее активным локальным тепломассобменом;

- включения в активный процесс сушки нижней части сушильной камеры при использовании полидисперсных инертных частиц для первичного дезагрегирования влажного материала, подающегося питателем в виде достаточно больших высоковлажных агрегатов;

- использования активного поперечного ударного контакта инертных тел частей «А» и «В» через окна центрального конуса.

Использование предлагаемой сушилки обеспечивает по сравнению с существующими конструкциями следующие преимущества:

- применение полидисперсных инертных частиц позволяет более полно использовать рабочий объем сушильной камеры при существенном увеличении эффективной площади тепломассообмена (до 30…35%);

- увеличение степени отработки теплоносителя за счет увеличенной высоты закрученного слоя инертных тел;

- применение организованной циркуляции высушиваемого материала в слое инертных частиц для увеличения времени пребывания влажного материала в сушилке;

- использование локальной интенсификации процессов тепломассообмена в зонах ударного контакта (через окна внутреннего конуса) инертных частиц внешнего и внутреннего слоев;

- включение в активный процесс сушки нижней части сушильной камеры, в которой локальные коэффициенты тепломассопереноса в 1,5…2 раза выше средней величины по рабочей зоне;

- активное механическое разрушение агрегатов из частиц инерта и материала в нижней части сушилки, что существенно повышает устойчивость работы сушилки и уменьшает вероятность аварийной остановки при больших неоднородностях по размеру частиц высушиваемого материала;

- возможность регулирования параметров сепарационной камеры при изменении вида продукта или при изменении требований по дисперсности продукта (по верхнему пределу).