Мікронізатор-сушарка

Данное техническое решение относится к области тепловой обработки зерновых материалов, например, зерен кофе, сои, рапса при их прожаривании ИК-излучением перед употреблением в пищу или на кормовые цели, а также сушки зерновых материалов перед закладкой их на длительное хранение и может быть использовано в устройствах по обработке пищевых продуктов ИК-излучением (микронизаторах) или в устройствах для их сушки, т.е. в сушилках. Известно устройство для микронизэ-ции зерновых продуктов, состоящее из ленточных транспортеров, над и под которыми установлены ИК-излучатели. Поскольку полотно транспортера выполнено из прозрачного для ИК-излучения материала, транспортируемый транспортерами продукт обрабатывается с двух сторон ИКизлучением. Перемеиш: вание продукта достигается при этом за счет колебаний транспортеров [Авт. св. СССР № 1666035, кл. А 23 L 1/10, 1/18, опублик, 1991]. Достоинствами данного устройства является непрерывность процесса обработки продукта. Основными его недостатками является непроизводительные потери энергии ИК-излучения в окружающее пространство (особенно на верхнем и нижнем транспортерах) и громоздкость устройства Уменьшение потерь тепловой и световой энергии ИК-излучателей путем теплоизоляции устройства повышает его материале мкость, а также усложняет и без того достаточно сложную конструкцию данного устройстпа. Часть этих недостатков отсутствует в устройствах для тепловой обработки зерновых материалов в закрытых сосудах. Известны сосуды с внешним расположением ИК-излучателей под нижней частью таких сосудов, причем, сам сосуд выполняется в этом случае сетчатым [Заявка Франции № 2645716, кл.А23Ы 12/00 от 09.10.91]. В других случаях ИК-излучатели устанавливают внутри этих сосудов, а сами сосуды изготавливают из листовой стали и имеют форму бочки с боковым загрузочным люком [Научно-технический бюллетень ЦНИПТИМЭК. г. Запорожье. - Вып. 32. -1989 г.-С. 12]. Равномерность обработки продукта обеспечивается в этом случае за счет перемешивания продукта при вращении сосуда, а проведение процесса в закрытом сосуде или окружающем сосуд пространстве уменьшает потери тепла в окружающее пространство, что улучшает энергетические показатели таких устройств. Кроме того, они достаточно просты по своей конструкции. Однако и здесь имеются существенные недостатки. Во-первых, эти устройства имеют недостаточно большую производительность, вследствие периодичности осуществления ими процесса обработки продукта в них, а также недостаточно высокие энергетические показатели, вследствие неполного использования энергии ИК-излучения непосредственно продуктом. Действительно, продукт в сосуде при его вращении занимает в нем форму пересыпающейся насыпи, смещенной в сторону вращения сосуда, а ИК-излучатели облучают продукт сбоку (сверху) этой насыпи. Поскольку насыпь продукта в сосуде занимает сравнительно малый угол пространства вокруг излучателей, их энергия в большей части идет на нагрев конструктивных элементов устройства минуя продукт. При повышении толщины слоя продукта в этой насыпи уменьшается равномерность обработки частиц в ее центральной области. Поэтому в этом случае продукт обрабатывается по несколько раз путем периодической выгрузки его из сосуда (4-5 раз). Кроме того, эти устройства недостаточно универсальны, т.е. не могут использоваться в качестве сушилок для сушки зерновых материалов. Это вызвано тем, что в этом случае отсутствует удаление влажного воздуха из сосуда при проведении в нем процесса сушки влажных материалов, что объясняется непрочностью его технологической камеры, т.е. самого сосуда. Известны барабанные сушилки, выполненные с проточной технологической камерой в виде вращающегося цилиндра. Причем, загрузка обрабатываемого материала осуществляется с торца барабана, а движение материала вдоль барабана осуществляется за счет уклона продольной оси барабана в сторону выгрузного его торца (см. Способ и устройство для непрерывной центробежной сушки сельскохозяйственных продуктов. [Заявка Франции № 2638334, кл. А 23 N 12/00, В 3/00, опублик. 1991]. Причем материал (продукт) совершает цикл сушки от малой скорости его вращения в насыпи до скорости его центрифугирования и наоборот. К недостаткам данного устройства относится сравнительно небольшой (равный длине барабана) путь контактирования теплоагента (нагретого воздуха) с материалом, что снижает эффективность процесса теплообмена между ними, а следовательно, и теплоэнергетические показатели процесса сушки материала в таких устройствах. Неполное использование поверхности барабана кольцевым слоем материала (вследствие постепенного, а не мгновенного перехода материала на кольцевой режим своего движения вокруг оси вращения барабана) приводит в этих устройствах к некоторым перерасходам тепла на нагрев конструкции таких устройств минуя материал. Бесконтрольность процесса осевого перемещения материала в барабане приводит к неравномерности обработки материала, вследствие колебаний степени обработки материала по причине колебаний и случайных изменений физико-механических свойств материала в его массе, а также усложняет настройку таких устройств на заданную степень обработки материала. Поскольку обработка таких продуктов как Соя ИК-излучением более эффективна для уничтожения вредных ингибиторов чем обычный нагрев, такие устройства малоэффективны при их применении для обработки сои, рапса, зерен кофе и т.д., а, следовательно, малоуниверсальны. Необходимость наличия других вспомогательных агрегатов и оборудования (нагреватель, вентилятор для продувки барабана теплоагентом и т.д.) увеличивает громоздкость таких устройств. Задачей настоящего изобретения являетея усовершенствование устройств для тепловой обработки сыпучих материалов и продуктов во вращающихся сосудах и барабанах, в которых путем увеличения покрытой материалом площади внутренней боковой поверхности сосудов и барабанов увеличения путем взаимодействия теплоагента с материалом, обеспечения гарантируемой и регулируемой скорости перемещения материала вдоль сосудов и барабанов, а также путем изменения размещения и закрепления нагревателя и его характера обеспечивалось повышение степени использования энергии нагревателя непосредственно материалом, повышение равномерности обработки материала при гарантируемой степени его обработки, уменьшении громоздкости и повышении универсальности устройства. Поставленная задача решается тем, что в устройстве, включающем привод, связанный с установленным с возможностью вращения на оси барабаном, загрузочное отверстие которого выполнено в загрузочной торцевой стенке барабана, а выгрузное его отверстие выполнено в выгрузной торцевой стенке барабана, а также нагреватель, согласно изобретению, внутрь барабана помещен шнек, установленный с возможностью вращения в сторону вращений барабана, а нагреватель выполнен в виде по меньшей мере одного электронагревателя, который размещен и закреплен непосредственно на шнеке. Согласно изобретению загрузочная торцевая стенка барабана выполнена в виде лопаточного колеса вентилятора, включающего переднюю и заднюю стенки, соединенные друг с другом при помощи лопаток, причем загрузочное отверстие в передней его стенке снабжено загрузочным конусом, а задняя установлена с кольцевым зазором по отношению к внутренней боковой поверхности барабана, соединенного с передней стенкой указанного колеса. Кроме того, согласно изобретению, нагреватель выполнен в виде по меньшей мере одного ИК-излучателя, который размещен в перфорации в витках шнека и закреплен на них, а также соединен с контактными кольцами, установленными на валу шнека. Выполнение передней загрузочной торцевой стенки барабана в виде колеса вентилятора позволяет придать материалу необходимую окружную скорость сразу на его входе в барабан. В результате материал охватывает своим кольцевым слоем практически все боковое пространство вокруг как минимум одного электронагревателя или нескольких электронагревателей, выполненных в виде ИК-излучатегей. Это повышает степень использования энергии ИК-излучателей непосредственно материалом. Размещение ИКизлучателей на шнеке, размещенном внутри барабана и установленном с возможностью вращения в сторону вращения барабана, обеспечивает гарантируемую и контролируемую скорость перемещения материала вдоль барабана, что гарантирует время пребываний материала под обработкой, а, следовательно, и степень его обработки в данном случае. Кроме того, дополнительное перемешивание материала шнеком повышает равномерность его обработки. Сам шнек в этом случае получается достаточно жестким при сравнительно большой его длине (в сравнении, например, с безвальным его выполнением), что существенно увеличивает путь взаимодействия теплоагента (нагретого воздуха) с частицами материала как за счет увеличения длины барабана (сосуда), таки за счет спиралевидного характера движения теплоагента по междувитковому пространству шнека. Это позволяет использовать данное устройство как микронизатор и как сушилку, что увеличивает универсальность данного устройства. С другой стороны, выполнение загрузочной торцевой стенки барабана в виде колеса вентилятора позволяет разместить колесо вентилятора и сам барабан на общей оси, что дает возможность обеспечить общий привод барабана и вентилятора, а также объединяет вентилятор для создания воздушного потока и барабан в единое целое, что уменьшает громоздкость устройства при его применении в качестве сушилки. Это же самое касается и расположения ИК-излучателей или электронагревателей непосредственно на шнеке и подачи на них напряжения через контактные кольца, расположенные на валу шнека. В этом случае нагреватель теплоагента (воздуха) объединяется со шнеком в единое целое, что исключает необходимость наличия дополнительных нагревателей и дополнительно ведет к уменьшению громоздкости устройства и повышает его универсальность. Таким образом, перечисленные особенности данного технического решения позволяют полностью решить задачу, поставленную перед ним, как изобретением. Дополнительно существо изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 схематически показан общий вид устройства, вид сбоку; на фиг. 2 - загрузочный конус передней загрузочной торцевой стенки барабана, вид сбоку; на фиг. 3 - загрузочный патрубок с загрузочным кожухом устройства, вид сбоку; на фиг. 4 - общий вид передней торцевой загрузочной стенки барабана, выполненной в виде колеса вентилятора, вид сбоку; на фиг, 5 - выгрузная торцевая стенка барабана и выгрузной конус в аксонометрическом изображении; на фиг. 6 - общий вид шнека в сборе С ИК-излучателями и контактными кольцами, вид сбоку; на фиг, 7 - вид шнека по его оси со стороны загрузочного его конца (загрузочной торцевой стенки). Устройство состоит из барабана 1, выполненного в форме цилиндра с фланцами на торцах (фиг. 1), внутри которого размещен двухзаходный шнек 2. Вал 3 Шнека 2 через подшипники 4 и 5 опирается на раму 6 устройства (микронизатора-сушилки). Передняя торцевай загрузочная стенка барабана 1 выполнена в виде лопаточного колеса вентилятора и состоит из передней 7 и задней 8 стенок, соединенных между собой лопатками 9. Передняя стенка 7 выполнена в виде конической обечайки, соединенной своим задним фланцем с барабаном 1. Задняя стенка 8 лопаточного колеса выполнена с кольцевым зазором (щелью) относительно внутренней боковой поверхности барабана 1. При этом стакан 10 стенки 8 через подшипник 11 опирается на вал 3 шнека 2. На передний фланец стенки 7 лопаточного колеса устанавливается загрузочный конус 12, в котором располагается неподвижный загрузочный кожух 13, Кожух 13 свободно одевается на стакан 10 й имеет загрузочное отверстие, на которое устанавливается загрузочный патрубок 14. более наглядно конструкция загрузочного конуса 12, кожуха 13 с патрубком 14, а также лопаточного колеса, состоящего из соединенных лопатками 9 передней стенки 7 и задней стенки 8 со стаканом 10, показана на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4. Задним фланцем барабан 1 соединяется с выгрузной торцевой стенкой 15, которая выполнена перфорированной, например, в виде крестовины со стаканом 16 в центре, которым она через подшипник 17 опирается на вал 3 шнека 2, фиг. 1, фиг. 5. На выгрузную стенку 15 устанавливается выгрузной конус 18, фиг. 1, фиг. 5. Выгрузной конец барабана 1 охватывается неподвижным выгрузным кожухом 19, имеющим на своей поверхности смотровые лючки 20, фиг. 1. В нижней части кожуха 19 имеется выгрузной патрубок 21, соединенный со шлюзовым питателем 22. Верхняя ограниченная сетчатым элементом 23 часть кожуха 19 соединяется с воздуховодом 24, который через теплообменник 25 сообщается с выхлопным патрубком 26. Всасывающий патрубок 27 теплообменника 25 сообщается с воздуховодом 28, который соединяется с тройником 29. Сам тройник 29 соединяет загрузочный патрубок 14 со Шлюзовым питателем 30, установленным под бункером 31. На шнеке 2 электроизолированно от него размещаются И закрепляются ИК-излучатели 32, которые проводами 33 и 34 соединяются с контактными кольцами 35 и 36, установленными на валу 3 шнека 2, фиг. 1,фиг. 6, фиг. 7. Причем, кольца 35 и 36 установлены на валу 3 электроизолированно от него. На них наложены неподвижные электрические щетки 37 и 38. Следует уточиить, что ИК-излучатели располагаются вокруг вала 3 шпека 2 в отверстиях, выполненных (проделанных) в витках шнеке 2 параллельно его валу 3, фиг, 7, фиг. 6, а провода 33,34 проходят к ним по пустотелому валу 3 и радиальным отверстиям в нем, фиг. 6. На вал 3 посажена звездочка 39 привода шнека (привод шнека на чертежах не показан). На стакане 10 также установлена звездочка 40 привода барабана (привод на чертеже не показан). Работает микронизатор-сушилка следующим образом. Установив устройство в горизонтальное положение, подавая напряжение на ИК-излучатели 32 через щетки 37, 38, контактные кольца 35, 36, провода 33, 34, разогревают ИК-излучатвли 32 до температуры излучения ими ИК-излучения. Включением привода шнека 2 и барабана 1 вращают их в сторону вращения часовой стрелки (если смотреть на шнек со стороны его загрузочного конца, фиг. 7). Причем, угловая скорость вращения шнека 2 должна быть больше угловой скорости вращения барабана на угловую скорость, которая в обычного шнека с неподвижным кожухом обеспечивает, при равном со взятым шнеком 2 шагом его витков и длине, прохождение всей длины шнека транспортируемым материалом за заданное время обработки этого материала в барабане, Угловая скорость-вращения барабана W 6 выбирается в этом случае в пределах где R - радиус барабана, м; g - ускорение свободного падения, м/с2, f - коэффициент трения качения или скольжения частиц материала по внутренней поверхности барабана или коэффициент внутреннего трения материала {берется коэффициент с найменьшим значением среди трех указанных). Нижнее значение W 6 соответствует предельно возможному значению f - 1, при котором еще сохраняется возможность выхода материала на кольцевую траекторию своего движения на поверхности барабана, а верхнее значение W 6 обеспечивает значение силы трения материала в верхней точке барабана равной силе его веса, что исключает во всех случаях смещение частиц материала относительно поверхности барабана, а, следовательно, равно предельному целесообразному его значению. Включением шлюзового питателя 30 подают обрабатываемый материал дозированным потоком из бункера 31 через тройник 29 и загрузочный патрубок 14 в полость кожуха 13 и далее на лопатки 9 лопаточного колеса. Попадая через кольцевой зазор (щель) между стенкой 8 лопаточного колеса и боковой внутренней поверхностью барабана 1 в полость этого барабана, материал распределяется на его поверхности кольцевым слоем, приходя вместе с ним в кольцевое движение вокруг оси вращения барабана. Поскольку шнек 2 вращается при этом быстрее барабана 1, он внедряется своими передними кромками в кольцевой слой материала на поверхности барабана и медленно транспортирует его спиралевидными потоками вдоль барабана 1 к его выгрузной стенке 15. За время движения материала вдоль барабана 1 этот материал обрабатывается ИК-излучением и нагревается при одновременном его перемешивании в междувитковом пространстве шнека 2 за счет естественной кинематики движения материала 8 шнеке. Если устройство работает в режиме микронизатора и не требуется просушивания частиц материала, теплообменник 25 отключается от выгрузного кожуха 19 путем перекрытия фланца* которым кожух 19 соединяется с воздуховодом 24, глухой крышкой или задвижкой, вставлен* ной в их разъеме. Пройдя за заданное время всю длину барабана, 1 материал проталкивается шнеком 2 через перфорации в выгрузной стенке 15 выгрузной конус 18, переваливается через его края в неподвижный выгрузной кожух 19, затормаживается в нем и через выгрузной патрубок 21 выгружается шлюзовым питателем 22 в тару для сбора готового продукта или материала. В результате обработки материала ИК-излучением и его нагрева в нем происходит деструкция токсичных ингибиторов, вредных кислот и других вредных веществ в обрабатываемом материале (продукте, корме), т.е. их распад, продукт прожаривается и доводится до состояния пригодности к употреблению или к дальнейшей его переработке. Если в процессе обработки материала ИК-излучением имеется необходимость в дополнительном подсушивании материала, или в случае работы устройства в качестве сушилки материала, воздуховод 24 сообщают с выгрузным кожухом 19. Тогда создаваемый лопатками 9 лопаточного колеса поток воздуха через кольцевую щель между стенкой 8 и внутренней боковой поверхностью барабана 1 проходит внутрь этого барабана. Двигаясь двумя спиралевидными потоками в междувитковом пространстве двухзаходного шнека 2 воздушный поток Нагревается как от ИК-излучателей 32, так и от контакта с обрабатываемым материалом, обдувает горячим потоком материал, высушивает его до требуемой степени его высушивания, проходит в конце барабана t в полость выгрузного кожуха 19, отделяется сетчатым элементом 23 от частиц материала и попадает в воздуховод 24. Проходя по воздуховоду 24 в теплообменник 2В, этот воздух отдает ему необходимую часть своей теплоты и через выхлопной патрубок 26 выбрасывается наружу. Свежий воздушный поток засасывается во всасывающий патрубок 27, проходит через теялообменник 25, нагревается в нем и через воздуховод 28 тройник 29 и загрузочный патрубок 14 засасывается в полость загрузочного кожуха 13, откуда он снова попадает на лопатки 9 лопаточного колеса данного устройства. Последние снова подают поток в полость барабана 1 в междувитковое пространство шнека 2, Наличие теплообменника 2Итюзволяет обеспечить рекуперацию части теплоты отбрасываемого воздуха дня нагрева всасываемого воздушного потока «тем самым повысить энергетические показатели устройства. Благодаря размещению и закреплению ИК-излучателей непосредственно на Шнеке, а также спиралевидной форме каналов междувиткового пространства шнека удается обеспечить жесткость, а, следовательно, и нормальную работу шнека при сравнительно длинном барабане 1, увеличив тем самым путь взаимодействия воздушного потока с материалом как за счет длины барабана 1, так и за счет спиралевидного пути его движения в нем. Это позволяет существенно повысить эффективность сушки материала, а также упростить конструкцию устройства и его габариты за счет объединения ИК-излучателей и шнека в едином рабочем органе, исключив необходимость наличия дополнительных нагревателей воздуха. Обеспечения разгона материала в окружном направлении сразу при его подаче в барабан позволяет покрыть материалом практически всю боковую поверхность этого барабана, чем повысить степень использования ИК-излучения непосредственно материалом. Вместе с обеспечением заданного времени пребывания материала в барабане и дополнительным перемешиванием материала шнеком это позволяет существенно повысить энергетические показатели данного устройства при обеспечении заданной степени или глубине обработки материала, а также более высокой равномерности обработки его частиц. Пригодность данного устройства как для микронизации, так и для сушки материала, повышает его универсальность. Таким образом, данное устройство позволяет полностью решить техническую задачу, стоящую перед ним, как изобретением.