Сушильная установка

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 сушилку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций. В предварительной и завершающей секциях низкотемпературной сушилки в качестве теплоносителя используют воздух. В сушильной установке используются трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка. Низкотемпературная сушилка включает циклон, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом теплоносителя в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура. Теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, двух секций испарителя. Линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горящих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя. Теплонасосная установка снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который не зависим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним. Сушильная установка позволит обеспечить работу теплонасосной установки без её разгерметизации и потери холодильного агента. 1 ил.

 

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 устройство «Установка для сушки жома», А.с. № 2219449, F26В 21/04, опубл. 20.12.2003, Бюл. № 35 (https://www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=2cf816a2d79e257e7ef9a616e2054a9e) RU 2 219449 C1, установка для сушки жома, содержащая высокотемпературную и низкотемпературную сушилки с патрубками подвода и отвода теплоносителя, трубопровод отвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, содержащий линию выброса отработанного теплоносителя в атмосферу с теплообменником-утилизатором, снабженным патрубками подвода и отвода атмосферного воздуха, последний из которых подключен к патрубку подвода теплоносителя низкотемпературной сушилки, трубопровод выброса отработанного теплоносителя в атмосферу после низкотемпературной сушилки с теплообменником-утилизатором, снабженным патрубком подвода атмосферного воздуха и патрубком отвода атмосферного воздуха, подключенным к патрубку подвода атмосферного воздуха теплообменника-утилизатора высокотемпературной сушилки, вентилятор, теплообменник-утилизатор высокотемпературной сушилки выполненный двухсекционным, причем вторая секция снабжена патрубками подвода и отвода конденсата ретурного пара, имеет патрубок подвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки и патрубок отвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, а первая секция снабжена патрубком подвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, подключенным к патрубку отвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки второй секции и патрубком отвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки в атмосферу, трубопровод отвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки дополнительно содержит трубопровод циркуляции части отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки с теплообменником, снабженным патрубком подвода ретурного пара и патрубком отвода конденсата ретурного пара, подключенным к патрубку подвода конденсата ретурного пара теплообменника-утилизатора высокотемпературной сушилки.

Недостатком известного устройства является то, что устройство не обладает универсальностью и используется только для сушки свекловичного жома. В устройстве используется прямоточная схема подачи воздуха для сушки, отсутствует использование замкнутого контура циркуляции, что не позволяет снизить энергетические затраты в процессе с максимальным использованием рекуперации теплоты отработанного воздуха. Устройство не обеспечивает экологической чистоты производства, так как весь загрязненный отработанный воздух выбрасывается в атмосферу.

Известен также устройство «Установка для сушки жома», 2001109627/06, F26B 21/04, F26B 17/22, опубл. 27.01.2002 Бюл. № 3 (https://www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=ea263bbc1262ce8bfad281c85db5842b) RU 2 178 866 C1, установка для сушки жома, содержащая чанный испаритель, снабженный греющими рубашками, трубопроводом подачи пара в рубашки, конденсатопроводом, устройствами загрузки и выгрузки высушиваемого материала, перемешивающим устройством и аспирационной трубой, а также мокрый циклон, снабженный трубопроводами подвода и отвода вторичного пара и промывной воды, снабженная двумя эжекторами, смесительным теплообменником и трубопроводами подвода пара высокого давления и отвода пара низкого давления, причем трубопровод пара высокого давления подведен к соплам эжекторов, трубопровод отвода пара из циклона присоединен к приемному патрубку эжектора 1-й ступени сжатия, приемный патрубок эжектора 2-й ступени присоединен к диффузору эжектора 1-й ступени, трубопровод подачи пара в рубашки испарителя присоединен к диффузору эжектора 2-й ступени, теплообменник снабжен конденсатоотводчиком и подключен к диффузору эжектора 1-й ступени и конденсатопроводу, трубопровод отвода пара низкого давления присоединен к теплообменнику, а трубопровод подвода промывной воды в циклон подключен к конденсатопроводу.

Недостатком известного устройства является то, что устройство не обладает универсальностью и используется только для сушки свекловичного жома. Устройство имеет значительные тепловые потери и низкое качество сухого жома, обусловленные использованием топочных газов с высокой температурой и их непосредственным контактом с высушиваемым жомом, вследствие чего мелкие частицы жома сгорают и в продукт попадают вещества, опасные для здоровья животных и человека, при этом разрушаются полезные питательные вещества, например, пектин, витамины, органические кислоты. При работе сушилки образуется соковый пар, который никак не используется, а выбрасывается в атмосферу в смеси с топочными газами.

Известно также устройство «Энергосберегающая установка для сушки кормов», № 2014101750/06, F26B 20/00, F26B 21/04, опубл. 27.07.2015 Бюл. № 21 (https://www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=6a4c6d882c14563edd9b143412157fd2) RU 2 557822 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.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Сушильная установка» № 2005112091/06, F26B 21/04, опубл. 10.10.2006, Бюл. № 28 (https://www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=34f73852ea059ede629fa9489371a854) RU 2 285214 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 прототипа 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.

Технической задачей заявляемого изобретения является получение устройства для сушки пищевых продуктов с сохранением полезных питательных веществ, например, пектина, пищевых волокон, витаминов и органических кислот и обеспечение работы сушильной установки без разгерметизации контура циркуляции холодильного агента телонасосной установки и потери холодильного агента. За счёт ограничения процесса сушки, до 60 °С, молекулы вещества не разрушаются, в частности, пектин, и за счёт этого повышается качество продукта.

Техническим результатом заявляемого изобретения является то, что осуществляя низкотемпературную сушку свекловичного жома, сохраняются полезные питательные вещества, особенно пектин, вследствие того, что температура в процессе сушки не превышает 60 °С.

Технический результат достигается тем, что заявляемая сушильная установка содержит 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 теплонасосную установку. 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 горящих 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.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 изображена схема заявляемой сушильной установки.

Сушильная установка содержит низкотемпературную сушилку 1, состоящую из предварительной секции 2 и завершающей секции 3, через которые движется высушиваемый материал, при этом его температура не превышает после выхода из сушилки 60 °С, что позволяет сохранить полезные питательные вещества, например пектин. Подача осушаемого воздуха в секции сушилки осуществляется вентиляторами 4 и 5. На линии подачи осушенного воздуха в завершающую секцию сушилки устанавливается устройство для регулирования температуры воздуха 6, содержащее теплообменник 7, соленоидный вентиль 8 и датчиком температуры 9. Очистка воздуха после секций сушилки 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. Увлажнённый воздух из сушилки подаётся в теплонасосную установку по трубопроводу 30, осушаемый воздух из теплонасосной установки подаётся в сушилку по трубопроводу 31.

Работа сушильной установки осуществляется следующим образом:

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

Увлажнённый воздух, выходящий из низкотемпературной сушилки 1, очищается от частичек высушиваемого продукта в циклонах 10 и 11, затем поступает в одну из секций 18 или 19 испарителя 17. Секции 18 и 19 работают попеременно в двух режимах: режим осушения и режим 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 сушилки 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 31 поступает к вентиляторам 4 и 5, которые подают воздух в секции 2 и 3 низкотемпературной сушилки 1. Перед подачей воздуха в завершающую секцию 3 его температуру регулируют в устройстве для регулирования температуры воздуха 6, таким образом чтобы его температура была не выше 60 °С. Регулирование температуры осуществляется с помощью теплообменника 7, в который подаётся греющий теплоноситель через соленоидный вентиль 8. Прекращение подачи греющего теплоносителя осуществляется перекрытием соленоидного вентиля 8 по сигналу от датчика температуры 9, который контролирует температуру подаваемого воздуха в завершающую секцию 3, таким образом чтобы температура продукта была не выше 60 °С. 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.

Оттайка осуществляется с помощью горящих 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 воды отводится в канализацию. 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.

Заявляемое изобретение может быть проиллюстрировано следующим предлагаемым примером.

Для сохранения питательных веществ, содержащихся в свекловичном жоме, таких как пектин необходимо обеспечить в технологических процессах температуру жома не выше 60 °С, так как при более высоких температурах молекулы пектина разрушаются. С этой целью в сушильной установке используют теплонасосную установку 12, в которой подготавливается воздух для сушки жома в низкотемпературной сушилке 1. Осушение воздуха осуществляется способом вымораживания из него влаги на поверхности одной из секции испарителя 17. При использовании в качестве холодильного агента в теплонасосной установке 12 фреона 22 вымораживание влаги из воздуха осуществляется пониженной температурой воздуха до -10 °С, при этом влагосодержание воздуха осушается до 1,5 г/кг. Осушенный таким образом воздух поступает в конденсатор 14 теплонасосной установки 12. В конденсаторе 14 воздух подогревается до температуры 40 °С, при этом его влагосодержание остаётся постоянным, а относительная влажность понижается до 4 %. С такими параметрами осушенный и подогретый воздух подаётся вентилятором 4 в предварительную секцию 2 испарителя 1. В предварительной секции 2 воздух увлажняется, отводя влагу от осушаемого влажного продукта, понижая его влажность с начальной 90 % до промежуточной 60 %, при этом влагосодержание воздуха повышается до 11,1 г/кг. Подсушенный продукт с влажностью 60 % направляется в завершающую секцию 3 низкотемпературной сушилки 1, где досушивается воздухом, который подаётся в низкотемпературную сушилку 1 вентилятором 5. Подаваемый воздух имеет влагосодержание 1,5 г/кг, который подогревается до температуры 55÷57 °С в устройстве для регулирования температуры воздуха 6, при этом его относительная влажность на входе в завершающую секцию 3 составляет 4 %. Осушая продукт, воздух увлажняется, при этом его влагосодержание увеличивается до 11,1 г/кг. Сухой продукт выходит из низкотемпературной сушилки 1 с влажностью 10÷12 % и температурой не выше 35÷34 °С, сохраняя питательные вещества - пектин.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет:

- обеспечивать работу теплонасосной установки без её разгерметизации и потери холодильного агента;

- сохранить важнейшие питательные вещества свекловичного жома, такие как пектин;

- упростить и удешевить изготовление сушильной установки, за счёт исключения из схемы сложного оборудования, такого как высокотемпературная сушилка и теплообменник-утилизатор.

Сушильная установка, содержащая низкотемпературную сушилку, в качестве теплоносителя в которой используют воздух; трубопроводы, вентиляторы, теплонасосную установку, состоящую из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, испарителя, содержащего две секции; 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, отличающаяся тем, что низкотемпературная сушилка состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций низкотемпературной сушилки, причём в её завершающей секции в качестве теплоносителя используют воздух, при этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит дополнительно устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, кроме этого, теплонасосная установка оборудована линиями подачи горящих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и переключающими соленоидными вентилями для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который не зависим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним.