Разработка высокоинтенсивной сушилки с регулируемым закрученным потоком теплоносителя

Наиболее распространенными и, следовательно, наиболее важными процессами пищевой технологий являются процессы сушки, т.к. они во многом определяют качество готовой продукции, энерго- и материалоемкость производства [1].

В настоящее время в промышленности при сушке мелкосемянных культур с незначительным диффузионным сопротивлением движению влаги в качестве одного из наиболее эффективных средств интенсификации процесса широко применяются высокоинтенсивные аппараты с активными гидродинамическими режимами, в частности, аппараты с закрученными потоками теплоносителя, развитая турбулентная структура потока в рабочем объеме которых позволяет избежать образова -ния инертных зон вокруг частиц материала [2]. Технологический процесс в данных аппаратах происходит с одновременной сепарацией твердых частиц на стенку сушильной камеры в результате воздействия центробежных сил, что позволяет одновременно снизить унос дисперсного материала и повысить скорости обтекания частицами, что приводит к увеличению скорости ведения технологического процесса по сравнению с другими устройствами [3].

В ходе проведенного анализа литературных данных о конструкциях сушилок, относящихся к данному классу, и результатов исследования процесса сушки ряда мелкосемянных культур, нами была разработана высокоинтенсивная сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя [4].

Бородкина А.В., Баранов А.Ю., 2013

Сушилка (рисунок 1) состоит из цилиндроконической сушильной камеры 1 с окном 2 и патрубком 3 для вывода смеси сушеного продукта и отработанного теплоносителя и крышкой 5, патрубком 4 для ввода исходного влажного дисперсного материала, патрубка 6 для подачи осевого потока теплоносителя, в котором в нижней части концентрично расположен завихритель 7 (рисунок 2), а в его верхней части тангенциально установлен патрубок 8 для подвода дополнительного потока теплоносителя. Удерживающая решетка 9 предназначена для предотвращения попадания частиц материала в воздуховод в случае экстренной остановки сушильной установки.

Траектории закрученных потоков теплоносителя, образованные подводом осевого и тангенциального потоков, показаны линиями 10.

Сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя работает следующим образом.

Через патрубок 6 для подвода осевого потока теплоносителя в сушильную камеру 1 подается горячий теплоноситель, проходит через завихритель 7 и закручивается. Через тангенциальный патрубок 8 подается дополнительный поток горячего теплоносителя , который докручивает основной поток теплоносителя до требуемой интенсивности закрутки. После этого исходный влажный дисперсный материал подается в сушильную камеру 1 через патрубок 4, где интенсивно происходит процесс сушки во взвешенно-закрученном слое, при этом ядро фонтана дисперсного материала вращается вокруг вертикальной оси сушилки, совпадая с направлением движения закручивающего потока, и этим самым достигается равномерное тангенциальное закручивание во взвешенно-закрученном слое.

Рисунок 1 - Сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя: 1 - сушильная камера; 2 - выводное окно; 3, 4, 6, 8 - патрубки; 5 - крышка; 7 - завихритель; 9 - решетка; траектории закрученных потоков

Рисунок 2 - Завихритель

Теплоноситель вместе с частицами материала совершает сложное циркуляционное движение вдоль окружности аппарата, увеличивая при этом свою скорость. Тангенциальная скорость частиц обусловливает возникновение центробежной силы, которая отбрасывает частицы от центра сушильной камеры к ее стенкам, образуя взвешенно-закрученный слой - вращающееся кольцо. При этом процесс сушки протекает в неустановившемся режиме при высоких относительных скоростях частиц материала и теплоносителя. Осевая составляющая скорости закрученного потока по высоте сушильной камеры падает, скорость витания продукта по мере его высыхания - уменьшается. За счет этого продукт по мере его высыхания фонтанирует в закрученном потоке теплоносителя и поднимается на большую высоту по оси сушильной камеры. Суммарный расход теплоносителя подбирается таким образом, что, достигнув необходимой влажности, продукт удаляется из сушильной камеры, увлеченный отработанным потоком теплоносителя через выводное окно 2 и патрубок 3 для вывода смеси сушеного продукта и отработанного теплоносителя сушильной камеры 1. Конечная влажность готового продукта регулируется скоростью осевого и тангенциальных потоков теплоносителя. За счет изменения тангенциальной составляющей потока теплоносителя можно добиться максимальной равномерности закручивания потока материала и теплоносителя, а меняя осевую составляющую потока теплоносителя, можно регулировать время пребывания продукта в сушильной камере, тем самым значительно интенсифицировать тепломассообменные процессы при прочих равных параметрах сушки.

В случае экстренной остановки сушилки продукт задерживается на решетке 9 и не проваливается в воздуховод.

Таким образом, предлагаемая сушилка с регулируемым закрученным потоком теплоносителя имеет следующие преимущества:

• -    позволяет получить готовый продукт более высокого качества за счет организации равномерного закручивания потоков материала и теплоносителя и за счет исключения его контакта с поверхностью тангенциальных воздуховодов;

• -    благодаря установке завихрителя, снижаются энергетические затраты на закручивание потока теплоносителя;

• –    организация выгрузки готового продукта через окно в патрубок облегчает процесс выгрузки и сбора готового продукта;

• –    упрощает процессы изготовления и монтажа сушилки, а также позволяет снизить металлоемкость конструкции;

• –    благодаря возможности регулирования закрученности потока теплоносителя и времени пребывания материала в сушильной камере, сушилка может настраиваться на различные режимы сушки различного рода дисперсных материалов;

  – предлагаемая сушилка является универсальной, то есть она может использоваться во всех отраслях промышленности, где необходима сушка дисперсных материалов.