Сушилка для сыпучих термочувствительных материалов (варианты)

 

Сушилка относится к сушке твердых материалов и может быть использована для сушки короткорезаных макаронных изделий. Содержит размещенные в корпусе перфорированные барабан и центральную трубу, пространство между которыми разделено по образующим на сектора с карманами специальными профилями, обеспечивающими при вращении барабана перемещение материала вдоль секторов, кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки сечения центральной трубы, образующие расчетные зоны интенсивной сушки, отволаживания, медленной сушки, патрубки загрузки и выгрузки материала и теплоносителя: вентиляторы и калориферы, причем кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки образуют зоны радиального перемещения теплоносителя относительно поверхности барабана, а объемы, образованные каждой парой внешнего и внутреннего карманов и соответствующими им каналами пересыпания, разделены профилями на два равных по объему кармана, связанных между собой и последующим карманом каналами пересыпания, образованными наклонными профилями с углом наклона не менее чем величина угла трения высушиваемого материала и наклонного профиля. Изобретение позволит снизить энергозатраты, уменьшить производственные площади на единицу вырабатываемой продукции, сократить продолжительность процесса сушки, улучшить качество изделий. 3 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к сушке твердых материалов и может быть использовано для сушки короткорезаных макаронных изделий.

Известна барабанная сушилка для сыпучих материалов, описанная в авторском свидетельстве СССР N 966463, кл. F 26 B 11/04, которое опубликовано 15.10.82 г., и содержащая барабан с перфорированной центральной трубой, кольцевое пространство между которыми разделено по секторам на карманы, патрубки входа и выхода материала и теплоносителя. Для интенсификации сушки встречный теплоноситель подается в трубу с завихрением. Использование теплоносителя с постоянной сушильной способностью удлиняет время сушки, а повышение его температуры, для сокращения времени сушки при интенсивном взаимодействии с материалом, вызывает неравномерные изменения свойств и размеров макаронных изделий, приводит к появлению микротрещин, что снижает качество продукции, увеличивает количество как пересушенной, так и недосушенной продукции. Кроме того, непрерывное пересыпание материала в завихренном потоке вызывает помутнение стекловидности готового изделия, способствует увеличению лома и крошки, что снижает производительность сушилки и увеличивает себестоимость продукции.

Известна сушилка для сыпучих термочувствительных материалов, которая описана в авторском свидетельстве СССР N 1359607, кл. F 26 B 11/04, опубликованном 15.12.87 г., и которая содержит перфорированный вращающийся барабан с центральной трубой, выполненной в средней части сплошной, патрубки ввода и вывода материала. Подача теплоносителя осуществляется через центральную трубу со стороны загрузки материала. Конструкционно в сушилке разграничены технологические зоны высокотемпературной сушки, отволаживания и медленной сушки.

Недостатком указанной сушилки при сушке макаронных изделий является их деформация из-за падения сверху вниз при вращении барабана, комкование в зоне интенсивной сушки, неравномерное распределение материала по внутренней поверхности барабана, что снижает потребительские качества изделий и производительность сушилки.

По совокупности существенных признаков наиболее близким к заявляемому изобретению является сушилка для сыпучих термочувствительных материалов типа "Romet-24/8" барабанного типа, описанная в книге "Справочник по макаронному производству", Чернов М.Е. и др. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984 г. , с. 202, которая содержит два сетчатых цилиндра, вставленные один в другой, внутреннее пространство между которыми разделено по образующим барабана на 24 секции, а каждая из них разделена по всей длине специальными профилями на отдельные карманы с окнами, обеспечивающими при вращении барабана движение материала (короткорезаных макаронных изделий) вдоль каждой секции. Между верхним перекрытием и барабаном из сетчатых цилиндров размещены осевые вентиляторы и калориферы, обеспечивающие циркуляцию теплоносителя необходимой температуры по наружной поверхности большего и внутренней поверхности меньшего сетчатых цилиндров. Вентиляторами, установленными в конце сушилки над верхним перекрытием корпуса, регулируется количество и влажность сушильного агента. Процесс сушки макаронных изделий заключается в подводе влаги к поверхности материала, превращении влаги в пар и удалении пара. Особенность сушки макаронных изделий состоит в изменении структурно-механических свойств и размеров при снижении влажности от 29-30 до 13-14% и сокращении линейных и объемных размеров на 6-8%. При мягких режимах сушки (медленное высушивание воздухом с низкой сушильной способностью) перепад влажности между наружными и внутренними слоями невелик, так как влага из более влажных слоев успевает переместиться к подсушенным наружным слоям, а значит, все слои изделия сокращаются приблизительно равномерно. Однако длительная сушка способствует развитию микробиологических и биохимических процессов, ухудшающих качество высушиваемых изделий (закисание, потемнение изделий). При жестких режимах сушки (интенсивное высушивание воздухом с высокой сушильной способностью) перепад во влажности между наружными и внутренними слоями достигает значительной величины, влага из внутренних слоев не успевает переместиться к наружным слоям, что препятствует сокращению размеров сухих наружных слоев. Возникающие на границе слоев внутренние напряжения тем значительнее, чем интенсивнее удаляется влага и чем выше градиент влажности. Изделия, не разрушаясь, меняют форму под влиянием напряжений до тех пор, пока сохраняются пластические свойства. Приобретая свойства упругого тела, материал растрескивается под действием внутренних напряжений, превышающих критические значения. Для смягчения режима сушки в целях получения более прочных изделий устанавливаются последовательно четыре барабана сушилок, связанные между собой перегрузочными лотками с обогревом. Дополнительное оборудование для поддержания необходимой температуры материала при перегрузке повышает энергозатраты, требует оперативного контроля, что усложняет обслуживание. Многосекционность оборудования снижает эксплуатационные характеристики. Циркуляция теплоносителя осуществляется вдоль образующих барабана и центральной трубы, поэтому непосредственный контакт материала с теплоносителем происходит только на поверхности слоя, что увеличивает возможность слипания материала из-за неравномерного удаления влаги, появления микротрещин, которые, в конечном итоге, приводят к лому или крошке. Неравномерное высушивание продукта, получение как пересушенных, так и недосушенных изделий ведет к снижению производительности сушилок и потребительских качеств изделий из-за слипания, растрескивания и снижения стекловидности.

Перед изобретателями стояла задача создания малогабаритной, высокопроизводительной, экономичной сушилки для сыпучих термочувствительных материалов, в частности для короткорезаных макаронных изделий, с высокими потребительскими качествами при высокотемпературном, интенсивном процессах сушки.

Поставленная задача решается тем, что предложена сушилка для сыпучих термочувствительных материалов, содержащая размещенные в корпусе перфорированные барабан и центральную трубу, пространство между которыми разделено по образующим на сектора с карманами специальными профилями, обеспечивающими при вращении барабана перемещение материала вдоль сектора, патрубки загрузки и выгрузки материала и теплоносителя, вентиляторы, калориферы. Новым является то, что установленные на внутренней стороне корпуса кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки сечения центральной трубы образуют расчетные зоны интенсивной сушки, отволаживания, медленной сушки и определяют в каждой из них направление распространения теплоносителя, регулирование параметров которого осуществляется за счет перераспределения потоков теплоносителя выходным патрубком зоны интенсивной сушки и патрубком с регулирующей заслонкой зоны медленной сушки, связанными через дополнительный вентилятор и калорифер с входным патрубком зоны медленной сушки.

Линейные размеры зоны интенсивной сушки определены пропорционально времени линейного изменения влажности высушиваемого пластичного материала, а линейные размеры зоны отволаживания определены пропорционально времени равномерного перераспределения влажности по объему высушиваемого материала при уменьшении критических значений градиента влажности на 10-20%. Линейные размеры зоны медленной сушки определены пропорционально времени изменения влажности высушиваемого упругого материала до требуемой величины.

При этом установленные в зоне медленной сушки кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки сечения центральной трубы образуют зоны радиального перемещения теплоносителя относительно поверхностей барабана и центральной трубы, а перегородки установлены через каждые (3 + 2n), где n = 0,1,2,... кармана секторов барабана. Кроме того, каждая пара внешнего и внутреннего карманов и соответствующие им каналы пересыпания образуют объем, разделенный профилями на два равных по объему кармана, связанных между собой и последующим карманом каналами пересыпания, образованными наклонными профилями с углом наклона не менее чем величина угла трения высушиваемого материала и наклонного профиля.

Технический результат заявленных изобретений заключается в том, что предложенная сушилка за счет разграничения и чередования зон интенсивной сушки, отволаживания, медленной сушки позволяет осуществлять интенсивную (или высокотемпературную) сушку материала при температуре теплоносителя 60-90^oC (или соответственно 100-180^oC) в едином корпусе, что позволяет снизить затраты энергии и уменьшить производственные площади на единицу вырабатываемой продукции, сократить продолжительность технологического процесса, улучшить качество изделий (цвет и варочные свойства) и их микробиологическое состояние.

Установленные кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки направляют прохождение теплоносителя сквозь слой материала, увеличивая площадь активного соприкосновения материала и теплоносителя, что позволяет получать равномерно высушенный продукт, без слипания и растрескивания. Температура теплоносителя после прохождения зон интенсивной и медленной сушек в результате парообразования снижается, а затем это снижение компенсируется подогревом, после чего теплоноситель поступает на вход зоны медленной сушки. Это позволяет экономно регулировать энергозатраты и осуществлять сушку материала при высокой влажности теплоносителя, чтобы избежать чрезмерного удаления влаги с поверхностных слоев высушиваемого материала и возникновения опасных величин внутренних напряжений. Выравнивание влажности по всей толщине изделия приводит к рассасыванию внутренних напряжений, которые возникли при интенсивной сушке, и исключает появление трещин в изделии, обеспечивая высокую прочность и стекловидность.

Технический результат заявленной конструкции пары карманов равного объема и соответствующих им каналов пересыпания заключается в снижении величины наружного диаметра барабана и уменьшении длины пути перемещаемого (пересыпаемого) материала вдоль секторов, что уменьшает деформацию изделий и обеспечивает равномерность высушиваемого материала. Скользящее пересыпание материала вдоль секторов обеспечивается заданным углом наклона профилей, исключающим механические повреждения поверхности и формы изделий при максимально возможной (расчетной) толщине слоя материала, которая рассчитывается для внешнего и внутреннего карманов, исходя из условия равенства объемов.

На фиг. 1 представлен общий вид сушилки для сыпучих термочувствительных материалов; на фиг. 2 показано продольное сечение сушилки для сыпучих термочувствительных материалов; на фиг. 3 представлена схема кармана сушилки; на фиг. 4 показан график зависимости влажности высушиваемого материала от времени сушки.

Устройство содержит размещенные в теплоизолированном корпусе 1 (фиг. 1, 2) перфорированные барабан 2 и центральную трубу 3, пространство между которыми разделено по образующим на сектора 4 с карманами 5 специальными профилями 6, 7 (фиг. 2), обеспечивающими при вращении барабана 2 перемещение материала вдоль сектора 4, патрубки 8, 9 загрузки теплоносителя и материала, патрубок 10 с регулирующей заслонкой выгрузки теплоносителя и патрубок 11 выгрузки материала, кольцевые перегородки 12, установленные на внутренней стороне корпуса 1, и соответствующие им сплошные перегородки 13 сечения центральной трубы 3, образуют зону 14 интенсивной сушки, зону 15 отволаживания, зону 16 медленной сушки, причем выходные патрубки 10 и 17 выхода теплоносителя, соответственно, зоны 16 медленной сушки и зоны 14 интенсивной сушки связаны через дополнительные вентилятор 18 и калорифер 19 с входным патрубком 20 зоны 16 медленной сушки, причем на выходном патрубке 10 установлена регулирующая заслонка. Сушильный барабан 2 установлен на шести роликах 21, из которых три приводные. Ролики 21 расположены на различной высоте. Для исключения осевого смещения барабана 2 имеются направляющие ролики (на фиг. не показаны). Привод барабана 2 осуществляется от электродвигателя (на фиг. не показано) и редуктора 22. Блоком управления 23 осуществляется регулирование температуры и влажности теплоносителя с помощью датчиков (на фиг. не показано), которые установлены в зонах 14, 15, 16, регулирующей заслонкой на выходном патрубке 10 и дополнительными вентилятором 18 и калорифером 19. Линейные размеры зон 14,15,16 пропорциональны времени сушки материала, которое определено графиком зависимости влажности высушиваемого материала от времени сушки (фиг. 4). График получен по методике определения влажности образцов материала согласно ГОСТу 14849-69 "Методы контроля качества мучных изделий". Материал подвергался сушке в лабораторном сушильном шкафу с оптимальными значениями температуры, влажности и скорости движения теплоносителя. На графике выделены область линейного изменения влажности во времени пластичных образцов от 30 до 21% в течение 0,5 час, которая соответствует времени нахождения материала в зоне 14 (фиг. 2) интенсивной сушки заявляемого устройства. Для равномерного перераспределения влажности по объему изделия и уменьшения критических значений градиента влажности материала на 10-20%, в соответствии с графиком (фиг. 4), высушиваемый материал подвергался отволаживанию в течение 0,25 час, равному времени нахождения материала в зоне 15 отволаживания. При меньших значениях времени отволаживания изменение градиента влажности менее 10% приводит к помутнению изделий и их растрескиванию, а при значениях более 20% - к увеличению времени сушки, уменьшая производительность сушилки. Размеры зоны 16 определяются необходимостью высушивания материала при "мягких" режимах до стандартных значений 13-14%. При интенсивном режиме сушки с производительностью 490-500 кг/час материал удельной плотности 516 кг/м³ и влажности порядка 29-30% в течение 3,5 час в соответствии с графиком (фиг. 4) для короткорезаных макаронных изделий с диаметром 1,5 мм из муки высшего сорта снижает свою влажность до 14%. Габариты сушилки рассчитаны с целью равномерного теплообмена материала и теплоносителя из условия равенства объемов внутреннего 24 (фиг. 3) и внешнего 25 карманов, связанных каналами пересыпания 26. Количество секторов 4 в барабане 2 получено из соотношения (1): , (1) где N - количество секторов в барабане; α - половина угла между образующими сектора.

Длина барабана 2 рассчитана из соотношения (2): , (2) где L - длина барабана 2, м; Q - производительность устройства, кг/час; T - время сушки материала, час; ρ - плотность высушиваемого материала, кг/м³; S - половина площади сечения внутреннего 24 кармана, м².

Наружный и внутренний диаметры барабана 2 определены соотношениями (3) и (4):
(3)
где D₁ - диаметр центральной трубы 3, м;
Q - производительность устройства, кг/час;
T - время сушки материала, час;
L - длина барабана 2, м;
ρ - плотность высушиваемого материала, кг/м³;
α - половина угла между образующими сектора;
h - высота внутреннего 24 кармана, задаваемого в интервале (0,1-0,2) м;
N - количество секторов 4 барабана 2.

Высота внутреннего 24 кармана выбрана из условия ограничения размера наружного диаметра барабана 2 - не более 3 метров.

, (4)
где D₂ - диаметр барабана 2, м;
D₁ - диаметр центральной трубы 3, м;
h - высота внутреннего 24 кармана, м;
m - высота наклонных 27 профилей, м;
x - высота внешнего 25 кармана, м;
α - половина угла между образующими сектора 4.

Каналы пересыпания 26 (фиг. 3) определены высотой наклонных 27 профилей, значение которой выбрано из условия равенства значению толщины слоя материала, находящегося в кармане 5 при его движении по боковой стенке сектора 4 барабана 2. Угол наклона профилей 27 выбран не менее чем величина угла трения высушиваемого материала и наклонного профиля. Высота внешнего 25 кармана определяется из (3) и (4) из условия равенства площадей сечений внутреннего 24 и внешнего 25 карманов соотношением (5):
(5)
где D₁ - диаметр центральной трубы 3, м;
α - половина угла между образующими сектора 4;
h - высота внутреннего 24 кармана, м;
m - высота наклонных 27 профилей, м.

При двенадцати секторах 4 (фиг. 1, 2, 3) барабана 2 с высотой наклонных профилей, равной 0,2 м (m = 0,2 м) и глубиной кармана 5 (относительно длины барабана), равной 0,16 м (M = 0,16 м) длина сушилки составила семь метров (L = 7 м), ее диаметр D₂ равен 2,4 м, а диаметр центральной трубы D₁ составил 1,2 м. Размер зоны 14 интенсивной сушки рассчитывался с учетом значений температуры и влажности теплоносителя, соответственно, 70^oC и 55% на выходе и составил 0,96 м по оси барабана 2, размер зоны 15 отволаживания с учетом значений температуры и влажности теплоносителя, соответственно, 37^oC и 72% - составил 0,48 м по оси, а размер зоны 16 медленной сушки по оси барабана 2 составил 5,56 м при температуре и влажности теплоносителя на входе, соответственно, 60^oC и 22%, а на выходе, соответственно, 43^oC и 70%.

Устройство работает следующим образом. При выходе из формующих отверстий (на фиг. не показано) материал интенсивно обдувается теплоносителем с температурой около 25^oC с относительной влажностью 60-70% для образования на поверхности материала подсушенной корочки. Подсушенный материал транспортируется (на фиг. не показано) к патрубку 9 (фиг. 2) и загружается во внешний 25 карман барабана 2, находящегося в своей нижней точке вращения. Количество карманов 5 по длине сушилки, равное величине отношения между длиной барабана 2 и величиной размера глубины кармана 5, определяет частоту вращения барабана - соотношение (6):
n = L/(60·T·M), (6)
где n - частота вращения барабана 2, об/мин;
L - длина барабана 2, м;
60·T - время сушки, мин;
M - глубина кармана 5 вдоль оси барабана 2, м.

При вращении барабана 2 заполнение карманов 5 происходит последовательно по его длине и одновременно во всех секторах 4. Для быстрого прогрева теплоносителя и сушилки регулирующей заслонкой патрубка 10 закрывается выход теплоносителю из сушилки. Через дополнительные вентилятор 18 и калорифер 19 теплоноситель подается во входной патрубок 20 в течение времени заполнения всех карманов 5 сушилки. При установившемся режиме работы сушилки через патрубок 8 вдоль оси центральной трубы 3 подается теплоноситель с температурой 70^oC и влажностью 8%, который, сталкиваясь с перегородкой 13, распространяется радиальными потоками в зоне 14 интенсивной сушки, пронизывая слой материала, находящегося в карманах 5 барабана 2, который вращается с определенной частотой. Интенсивность поверхностного контакта высушиваемого материала и теплоносителя высокой температуры снижает энергию связи с влагой за счет тепловой денатурации белков и частичной клейстеризации крахмала и позволяет сократить процесс сушки без ущерба качеству. Время нахождения материала в зоне 14 интенсивной сушки зависит от ее линейных размеров и частоты вращения барабана 2. Избыток теплоносителя через выходной патрубок 17 направляется дополнительным вентилятором 18 для подогрева в дополнительный калорифер 19 и через патрубок 20 в начало зоны 16 медленной сушки. Вращением барабана 2 материал перемещается вдоль секторов 4 из кармана 5 в следующий карман. Угол наклона профилей пересыпания материала из кармана в карман выбран не менее чем величина угла трения высушиваемого материала и наклонного профиля. Высушиваемый материал после обработки теплоносителем в зоне 14 примерно в течение 0,5 час перемещается в зону 15 отволаживания, где в материале происходит выравнивание влажности по толщине изделий и рассасывание внутренних напряжений, которые могли остаться после интенсивной сушки. В зоне отволаживания кольцевые перегородки 12 и соответствующие им перегородки 13 сечения центральной трубы 3 снижают интенсивность контакта обмена теплоносителя и высушиваемого материала. Снижена и температура теплоносителя примерно до 37^oC с влажностью до 72%. Время нахождения материала в зоне 15 отволаживания рассчитано в соответствии с графиком (фиг. 4) и составляет 0,25 час. Конвекционный контакт теплоносителя с высушиваемым материалом возобновляется при его переходе в карманы 5, соответствующие зоне 16 медленной сушки, в которую через патрубок 20 нагнетается теплоноситель, подогретый до 60^oC с влажностью не более 22%. Установленные в зоне 16 медленной сушки кольцевые 12 и соответствующие им перегородки 13 сечения центральной трубы направляют радиально поток теплоносителя между поверхностями барабана 2 и центральной трубы 3 так, чтобы он проходил сквозь слой материала, находящегося в карманах 5 вращающегося барабана 2. В течение 2,0-2,5 час влажность высушиваемого материала снижается до 14%, а отработанный теплоноситель выводится через патрубок 10, а часть его, регулируемая заслонкой, направляется на вход вентилятора 18. На выходе из сушилки высушенный материал попадает в патрубок 11 из кармана 5, находящегося в верхней точке барабана 2, что позволяет разместить приемное оборудование в непосредственной близости к сушилке.

Размещение конструкционно в едином корпусе барабана локальных зон сушки и отволаживания, которые рассчитаны с учетом технологического процесса и графика влажности высушиваемого материала от времени, позволило сократить время сушки и улучшить качество высушиваемых макаронных изделий (цвет и варочные свойства) и их микробиологическое состояние, сократить энергозатраты и уменьшить массогабаритные параметры на единицу вырабатываемой продукции. Повышение эффективности сушки достигнуто за счет организации направленного интенсивного контакта теплоносителя с высушиваемым материалом и исключения механических повреждений поверхности и формы изделий при перемещении материала в сушилке.

Формула изобретения

1. Сушилка для сыпучих термочувствительных материалов, содержащая размещенные в корпусе перфорированные барабан и центральную трубу, пространство между которыми разделено по образующим на сектора с карманами специальными профилями, обеспечивающими при вращении барабана перемещение материала вдоль секторов, патрубки загрузки и выгрузки материала и теплоносителя, вентиляторы, калориферы, отличающаяся тем, что установленные на внутренней стороне корпуса кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки сечения центральной трубы образуют расчетные зоны интенсивной сушки, отволаживания, медленной сушки, причем выходные патрубки теплоносителя зон интенсивной сушки и медленной сушки связаны через дополнительные вентилятор и калорифер с входным патрубком зоны медленной сушки.

2. Сушилка по п.1, отличающаяся тем, что линейные размеры зоны интенсивной сушки определены пропорционально времени линейного изменения влажности высушиваемого пластичного материала.

3. Сушилка по п.1 и/или 2, отличающаяся тем, что линейные размеры зоны отволаживания определены пропорционально времени равномерного перераспределения влажности по объему изделия при уменьшении критических значений градиента влажности на 10-20%.

4. Сушилка по п.1 и/или 2, 3, отличающаяся тем, что линейные размеры зоны медленной сушки определены пропорционально времени изменения влажности высушиваемого упругого материала до требуемой величины.

5. Сушилка для сыпучих термочувствительных материалов, содержащая в корпусе перфорированные барабан и центральную трубу, пространство между которыми разделено по образующим на сектора с карманами специальными профилями, обеспечивающими при вращении барабана перемещение материала вдоль секторов, патрубки загрузки и выгрузки материала и теплоносителя, вентиляторы, калориферы, отличающаяся тем, что установленные кольцевые и соответствующие им сплошные перегородки сечения центральной трубы образуют зоны радиального перемещения теплоносителя относительно поверхностей барабана и центральной трубы.

6. Сушилка по п.5, отличающаяся тем, что перегородки установлены через (3+2n), где n = 0,1,2..., кармана секторов барабана.

7. Сушилка для сыпучих термочувствительных материалов, содержащая размещенные в корпусе перфорированные барабан и центральную трубу, пространство между которыми разделено по образующим на сектора с карманами специальными профилями, обеспечивающими при вращении барабана перемещение материала вдоль секторов, патрубки загрузки и выгрузки материала и теплоносителя, вентиляторы, калориферы, отличающаяся тем, что объем, образованный каждой парой внешнего и внутреннего карманов и каналами пересыпания, разделен профилями на два равных по объему кармана, связанные между собой и последующим карманом каналами пересыпания, образованными наклонными профилями с углом наклона не менее чем величина угла трения высушиваемого материала и наклонного профиля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4