Пристрій для термовакуумного сушіння

1. Пристрій для термовакуумного сушіння вологої дисперсної сировини, що має: порожнистий теплоізольований корпус, щонайменше один встановлений у зазначеному корпусі резистивний нагрівач вологої дисперсної сировини, оснащений засобами для підключення до джерела струму, щонайменше один водокільцевий вакуум-насос, який має вхідний патрубок для усмоктування водяної пари, що виділяється з нагрітої дисперсної сировини, і вихідний патрубок для зв'язку з атмосферою, і щонайменше один приймач продукту, який відрізняється тим, що зазначений резистивний нагрівач виконаний у вигляді трубчатки і підключений вхідним кінцем до живильника вологою дисперсною сировиною, а приймач продукту виконаний у вигляді окремого вакуумщільного корпуса, що підключений до вихідного кінця трубчатки і до вхідного патрубка водокільцевого вакуум-насоса. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що трубчатка має вигляд змійовика. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що зазначений змійовик розташований практично вертикально і підключений знизу до живильника вологою дисперсною сировиною, а зверху - до приймача висушеного дисперсного продукту. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що зазначений живильник містить: щонайменше один відкритий в атмосферу бункер, прохідний переріз якого звужується в напрямку зверху вниз, практично горизонтальний стрічковий 2 (19) 1 3 81138 4 11. Пристрій за п. 10, який відрізняється тим, що зазначений додатковий трубопровід підключений до вхідного патрубка водокільцевого вакуумнасоса через приймач висушеного дисперсного продукту. 12. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що вхідний кінець зазначеної трубчатки оснащений додатковим засобом регульованого підсмоктування повітря. Винахід відноситься до конструкції пристроїв для термовакуумного сушіння довільної вологої дисперсної сировини. Тут і далі стосовно до винаходу позначені: терміном "термовакуумне сушіння" - така обробка вологої дисперсної сировини, що включає його нагрівання й одночасне відсмоктування водяної пари (й інших летучих речовин) до досягнення заданої величини залишкової вологості продукту; терміном "волога дисперсна сировина": по-перше, такі вологі сипучі матеріали, як насіння рослин, пісок, дрібний щебінь, порошкоподібний вапняк або доломіт, деревні тирса і стружка і т.п., по-друге, такі легко текучі матеріали, як фруктові і/або овочеві соки, молоко сільськогосподарських тварин і/або штучне молоко на основі сої, горіхів і інших плодів рослин і т.п., по-третє, мінеральні, рослинні й інші пастоподібні матеріали; терміном «продукт» висушений (чи концентрований) до заданої залишкової вологості дисперсний матеріал; терміном "резистивний нагрівач» - така частина пристрою для термовакуумного сушіння вологої дисперсної сировини, що виготовлена з інертного стосовно вологої дисперсної сировини електропровідного матеріалу з високим питомим електричним опором, має засоби для включення в ланцюг живлення довільним (перемінним чи постійним) струмом і контактує під час роботи з вологою дисперсною сировиною; терміном «пристрій для термовакуумного сушіння» - пристрій, що має щонайменше один резистивний нагрівач і один водокільцевий вакуумнасос. Загальновідомо, що потреба в сушінні вологої дисперсної сировини має масовий характер. Тому пристрої для цих потреб повинні одночасно задовольняти декільком важко сумісним вимогам, а саме: мати просту конструкцію і, відповідно, бути якомога надійнішими, простішими і зручнішими у виготовленні й обслуговуванні; мати якомога вищу продуктивність при якомога меншій питомій витраті енергії, бути придатними для перевезення і швидкого розгортання в робоче положення і забезпечувати якомога стабільніші режими сушіння, що не залежать від уміння обслуговуючого персоналу надають можливість одержання стандартних за якістю продуктів. Роздільне виконання цих умов або їх деяких комбінацій не є істотно трудним. Наприклад [див. Большой энциклопедический словарь «Политехнический», М Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1998, с.514, статья «Сушилка»], загальновідомі проточні пристрої для конвективного газового сушіння, що мають: жорсткий, як правило, металевий корпусоболонку з отворами для підключення до джерела свіжого газоподібного теплоносія і до атмосфери для викиду відпрацьованого теплоносія або до системи його регенерації і рециркуляції, піддони або лотки для укладання вологої дисперсної сировини, що жорстко закріплені на стінках корпуса (у сушарках періодичної дії) або встановлені на придатних транспортерах усередині корпуса (у сушарках безупинної дії), щонайменше один придатний генератор (наприклад, газовий пальник) або (звичайно електричний) нагрівач газоподібного теплоносія, придатний засіб (наприклад, вентилятор) для подачі свіжого газоподібного теплоносія в порожнину жорсткого корпуса, засоби розподілу потоку зазначеного свіжого теплоносія відносно шарів вологої дисперсної сировини і щонайменше систему контролю температурного поля в порожнині корпуса і засоби ручного керування тепловими потоками (а частіше - автоматичну систему керування пристроєм для сушіння в цілому). Фахівцям зрозуміло, що аналогічні пристрої нині можна інтерактивне проектувати за допомогою САПР. Ті ж САПР дозволяють обрати оптимальні схеми циркуляції теплоносія відносно вологої дисперсної сировини і стандартні засоби утилізації залишкового тепла. Однак суцільнометалеві корпуси з товстою зовнішньою теплоізоляцією надають таким пристроям громіздкість навіть при незначній продуктивності, а їхня питома матеріалоємність виявляється тим вищою, чим менше об'єм сушильної камери. Крім того, конвективне нагрівання приводить до тим більших втрат тепла, чим нижче коефіцієнт тепловіддачі від газоподібного теплоносія до вологої дисперсної сировини, і не забезпечує однорідне температурне поле навіть у її тонких шарах. Відомі звідти ж сушарки з мікрохвильовими нагрівачами дають практично однорідне температурне поле в масі вологої дисперсної сировини. Однак складність конструкції і висока ціна істотно знижують попит на них, а обслуговування вимагає особливих мір безпеки. Тому сушіння все частіше проводять як термовакуумний процес [див. Горяев А.А. 5 Вакуумно-диэлектрическая сушка древесины (обзор). - Μ.: ВНИПИЭИлеспром, 1977]. У такому процесі вода може випаровуватися з довільної вологої сировини при температурі, що істотно нижча температури паротворення при атмосферному тиску. Це практично виключає перегрів сировини і псування продукту внаслідок, наприклад, деструкції вітамінів у молоці тварин і в овочах чи фруктах або термічної денатурації білків у насіннях рослин. Однак засоби реалізації таких процесів повинні, по-перше, попереджати блокування вакуум-насосів водою і, по-друге, вирівнювати температурне поле в масі довільної вологої сировини щоб уникнути її локального недогріву. Вже [в RU 346 U1 (1993р.)] було запропоновано застосовувати в апаратах для термовакуумного сушіння обводнених матеріалів водокільцеві вакуум-насоси, що здатні абсорбувати не тільки конденсат, але й водяну пару. Це удосконалення виявилося ефективним при сушінні практично будь-якої вологої сировини. Однак питання про вирівнювання температурного поля в масі сировини треба вирішувати з урахуванням розмірів, форми і фізико-хімічних властивостей об'єктів сушіння. Наприклад, з опису вакуумно-просочувальної установки для виготовлення кабельної продукції [RU 2047 U1] відомий пристрій для термовакуумного сушіння, що має: щонайменше два піддони для укладання мотків вологого кабелю, опору для послідовної установки піддонів один на іншому та їх фіксації в робочому положенні з зазором по висоті, газонепроникний кожух у вигляді металевого вакуумного котла, що відокремлює заповнений піддонами об'єм від атмосфери, зовнішнє джерело тепла для нагрівання висушуваного матеріалу (зокрема, у вигляді парової чи водяної сорочки вакуумного котла, що підключена до генератора тепла), щонайменше один водокільцевий вакуумнасос з ежектором для відсмоктування з зазначеного кожуха водяної пари, що виділяється при нагріванні висушуваного матеріалу, і щонайменше один патрубок для підключення такого вакуум-насоса до робочої порожнини зазначеного кожуха. Цей пристрій придатний для сушіння сипучої вологої дисперсної сировини. На жаль, подача тепла через стінку котла завжди обумовлює недогріву сировини в центральних частинах піддонів. Тому вирівнювання залишкової вологості у всій масі продукту можна забезпечити лише тривалим витримуванням сировини під вакуумом. Відповідно, продуктивність сушіння знижується, а питомі витрати енергії зростають. Мало того, описаний пристрій практично непридатний для сушіння пастоподібних і, тим більше, текучих дисперсних матеріалів. Більш довершений пристрій для термовакуумного сушіння вологої дисперсної сировини відомий [з UA2545 U]. Він має: порожнистий теплоізольований корпус, 81138 6 щонайменше один встановлений у корпусі резистивний нагрівач вологої дисперсної сировини (у вигляді щонайменше одного перфорованого піддона), оснащений засобами для підключення до джерела струму, щонайменше один водокільцевий вакуумнасос, що має вхідний патрубок для усмоктування водяної пари, що виділяється з нагрітої дисперсної сировини, і вихідний патрубок для зв'язку з атмосферою, і щонайменше один приймач продукту. Це пристрій найближчий по технічній суті до пропонованого далі пристрою. Однак він дозволяє практично рівномірно нагрівати тільки таку вологу дисперсну сировину, як здрібнені фрукти чи овочі та насіння рослин і працює лише періодично. Відповідно, завантаження піддонів, вакуумування корпуса на початку та вирівнювання тиску усередині корпуса з атмосферним тиском наприкінці кожного циклу сушіння і розвантаження піддонів вимагають значних витрат допоміжного часу і приводять до втрат тепла. В основу винаходу покладена задача зміною форми резистивного нагрівача і його взаємозв'язку з іншими вузлами створити такий пристрій, що забезпечував би високопродуктивне термовакуумне сушіння довільної (сипучої, пастоподібної і текучої) вологої дисперсної сировини і знижував би питому витрату енергії. Поставлена задача вирішена тим, що в пристрої для термовакуумного сушіння вологої дисперсної сировини, що має порожнистий теплоізольований корпус, щонайменше один встановлений у корпусі резистивний нагрівач сировини, оснащений засобами для підключення до джерела струму, щонайменше один водокільцевй вакуум-насос з вхідним патрубком для усмоктування водяної пари, що виділяється з нагрітої сировини, і вихідний патрубок для зв'язку з атмосферою, та щонайменше один приймач продукту, згідно з винаходом зазначений резистивний нагрівач виконаний як трубчатка і підключений вхідним кінцем до живильника вологою дисперсною сировиною, а приймач продукту виконаний як окремий вакуум-щільний корпус, підключений до вихідного кінця зазначеної трубчатки і до вхідного патрубка водокільцевого вакуум-насоса. Така конструкція забезпечує високопродуктивне безупинне термовакуумне сушіння сипучих, пастоподібних і рідких вологих дисперсних матеріалів з високоефективним нагріванням потоку сировини, що рухається усередині трубчатки, і зменшенням втрат тепла на нагрівання допоміжних частин пристрою. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що трубчатка має вид змійовика. Це дозволяє зменшити габаритні розміри пристроїв згідно з винаходом. Друга, додаткова до першої відмінність полягає в тому, що зазначений змійовик розташований практично вертикально і підключений знизу до живильника вологою дисперсною сировиною, а зверху до приймача 7 продукту. Цей варіант пристрою згідно з винаходом найзручніший при сушінні не схильних до злипання сипучих дисперсних матеріалів. Третя, додаткова до другої відмінність полягає в тому, що зазначений живильник містить щонайменше один відкритий в атмосферу бункер, прохідний перетин якого звужується в напрямку зверху вниз, практично горизонтальний стрічковий транспортер, що розташований під нижнім вихідним отвором у зазначеному бункері, і щонайменше один усмоктувальний патрубок, що нижнім кінцем примикає до стрічки зазначеного транспортера, а верхнім кінцем підключений до входу в зазначений змійовик. Це полегшує живлення пристрою для термовакуумного сушіння сипучою вологою сировиною. Четверта, додаткова до третьої відмінність полягає в тому, що зазначений бункер розташований у середній частині порожнистого теплоізольованого корпуса, змійовик розташований у радіальному зазорі між зовнішніми стінками бункера і теплоізольованого корпуса, а порожнина, де розташований змійовик, герметизована і підключена до вхідного патрубка вакуум-насоса. Це дозволяє додатково знизити втрати тепла. П'ята, додаткова до третьої чи четвертої відмінність полягає в тому, що зазначений транспортер оснащений змінною стрічкою, ракелем для вирівнювання шару вологої дисперсної сировини на стрічці перед її усмоктуванням у зазначений змійовик і збірником просипу зазначеної сировини, що розташований під стрічкою. Це дозволяє ефективно регулювати подачу сипучої вологої сировини на сушіння і практично виключити його втрати. Шоста, додаткова до першої відмінність полягає в тому, що зазначений змійовик розташований практично вертикально і підключений зверху до живильника вологою дисперсною сировиною, а знизу до приймача продукту, що розташований під порожнистим тепло-ізольованим корпусом, а зазначені приймач і корпус підключені до вхідного патрубка вакуумнасоса. Цей варіант пристрою відповідно до винаходу найзручніший при упарюванні легко текучих істинних розчинів, суспензій чи емульсій і пластичних паст. Сьома, додаткова до шостої відмінність полягає в тому, що на виході зазначеного змійовика встановлений регулятор витрати, що дозволяє ефективно регулювати тривалість перебування упарюваного дисперсного матеріалу усередині змійовика. Восьма відмінність, додаткова до будь-якої зазначеної вище відмінності, полягає в тому, що кожен трубопровід, прямо або опосередковано підключений на вхід водокільцевого вакуумнасоса, оснащений щонайменше одним запірнорегулюючим елементом. Це дозволяє ефективно налаштовувати пристрій на ефективне сушіння дисперсних матеріалів з перемінною вихідною вологістю як у ручному, так і в автоматичному режимі. 81138 8 Дев'ята додаткова відмінність полягає в тому, що вхідна частина зазначеної трубчатки підключена до вхідного патрубка водокільцевого вакуум-насоса через додатковий трубопровід, оснащений запірним елементом. Це дозволяє ефективно очищати трубчатку від випадково застряглих у ній частинок сипучої сировини. Десята, додаткова до дев'ятої відмінність полягає в тому, що зазначений додатковий трубопровід підключений до вхідного патрубка водокільцевого вакуум-насоса через приймач продукту. Це виключає потребу в проміжному збірнику відсмоктаної з трубчатки вологої сипучої сировини. Одинадцята додаткова відмінність полягає в тому, що вхідний кінець трубчатки оснащений додатковим засобом регульованого підсмоктування повітря. Це дозволяє регулювати концентрацію сипучого матеріалу в потоці вологої дисперсної сировини й ефективність нагрівання і, тим самим, побічно впливати на величину залишкової вологості. Далі суть винаходу пояснюється докладним описом конструкції й особливостей роботи пристрою з посиланнями на додані креслення, де зображені на: Фіг.1 - пристрій для термовакуумного сушіння сипучої вологої дисперсної сировини,, подаваної знизу нагору; Фіг.2 аналогічний пристрій для термовакуумного сушіння переважно текучої чи пастоподібної вологої дисперсної сировини, подаваної зверху вниз. Запропонований пристрій для термовакуумного сушіння вологої дисперсної сировини (див. Фіг.1 і 2) у будь-якому варіанті здійснення винахідницького задуму має: порожнистий теплоізольований корпус 1, щонайменше один встановлений у корпусі 1 резистивний нагрівач вологої дисперсної сировини у вигляді трубчатки 2, яка зазвичай має форму практично вертикально розташованого змійовика і оснащена не показаними особливо придатними засобами для підключення до джерела струму, щонайменше один водокільцевий вакуумнасос 3, що має вхідний патрубок 4 для усмоктування водяної пари чи інших летучих речовин, що виділяються із нагрітої сировини, і не показаний особливо вихідний патрубок для зв'язку з атмосферою, і щонайменше один приймач 5 висушеного (чи концентрованого) дисперсного продукту, виконаний як окремий вакуум-щільний корпус. Цей приймач 5 продукту має: датчик 6 граничного рівня завантаження, нижче якого під час роботи накопичується буферний запас продукту і над яким розташований пароповітряний простір, а у нижній частині - засіб 7, придатний для безупинного чи періодичного вивантаження технологічного запасу продукту з підтриманням необхідного залишкового тиску в пароповітряному просторі. Цей засіб 7 може забезпечувати вивантаження самопливом або мати придатний 9 орган для переміщення продукту, наприклад, секторний затвор або насос. Трубчатка 2 підключена вхідним кінцем до довільного живильника вологою дисперсною сировиною, а пароповітряний простір приймача 5 продукту підключено до вихідного кінця трубчатки 2 і до вхідного патрубка водокільцевого вакуумнасоса 3. У варіанті пристрою згідно Фіг.1 входом у трубчатку 2 є її нижній кінець. У цьому випадку пароповітряний простір приймача 5 продукту підключено до верхнього кінця трубчатки 2 перепускним трубопроводом 8 і до вакуум-насоса 3 трубопроводом 9. У варіанті пристрою згідно Фіг.2 входом у трубчатку 2 є її верхній кінець. У цьому випадку приймач 5 продукту звичайно розташований під корпусом 1, його пароповітряний простір підключений до нижнього кінця трубчатки 2 перепускним трубопроводом 10, а вхідний патрубок вакуум-насоса 3 зв'язаний з пароповітряним простором приймача 5 і порожниною корпуса 1 загальним трубопроводом 11 з відповідними не позначеними особливо відвідними патрубками. У пристрої згідно Фіг.1, що призначено для сушіння сипучої сировини, живильник має щонайменше один відкритий в атмосферу бункер 12, прохідний перетин якого звичайно звужується в напрямку зверху вниз, і практично горизонтальний стрічковий транспортер 13, розташований під вихідним отвором бункера 12, а трубчатка 2 оснащена щонайменше одним усмоктувальним патрубком 14, що нижнім кінцем примикає до стрічки транспортера 13 Для зручності виготовлення, монтажу й обслуговування такого пристрою бажано, щоб: бункер 12 був розташований у середній частині теплоізольованого корпуса 1, трубчатка 2 у вигляді змійовика була розташована в радіальному зазорі між зовнішніми стінками бункера 12 і корпуса 1, а порожнина, де розташована зазначена трубчатка 2, була герметизована і підключена до вхідного патрубка 4 вакуум-насоса 3. Як правило, транспортер 13 пристрою згідно Фіг.1 оснащений змінною стрічкою, ракелем 15 для регулювання товщини і вирівнювання шару сировини на стрічці перед його усмоктуванням у трубчатку 2 і розташованим під стрічкою збірником 16 просипу сировини. В обох варіантах конструкції (див. Фіг.1 і 2) бажано, щоб: трубчатка 2 була оснащена регулятором 17 витрати сировини чи продукту на вході і/або на виході і придатним засобом 18 регульованого підсмоктування повітря на вході, кожен трубопровід, який прямо чи опосередковано підключений на вхідний патрубок 4 водокільцевого вакуум-насоса 3, був оснащений щонайменше одним запірно-регулюючим елементом 19, вхідна частина трубчатки 2 у пристрої згідно Фіг.1 для сушіння сипучої вологої дисперсної сировини була з'єднана з вакуум-насосом 3 через 81138 10 додатковий трубопровід 20, оснащений запірним елементом 21 і підключений до вхідного патрубка 4 вакуум-насоса 3, як правило, через приймач 5 продукту. Запропонований пристрій в обох варіантах оснащено не описаними особливо і не позначеними на кресленнях: по-перше, звичайними засобами вимірювання температури (наприклад, на основі термопар), залишкового тиску, сили струму і напруги в ланцюзі живлення резистивного нагрівача у вигляді трубчатки 2 і, по-друге, придатною системою автоматичного керування. Вологу дисперсну сировину безупинно сушать у такий спосіб. Під час підготовки до кожного чергового технологічного циклу сушіння: (1) підключають трубчатку 2, по-перше, до джерела струму і, по-друге, до джерела вологої дисперсної сировини, (2) закривають засіб 7 вивантаження продукту на виході зі збірника 5 (і запірний елемент 20 на патрубку 21 у пристрої згідно Фіг.1), (3) відкривають усі запірно-регулюючі елементи 17 і 19, (4) включають водокільцевий вакуум-насос 3 і відсмоктують повітря з трубчатки 2, теплоізольованого корпуса 1 і приймача 5 продукту, (5) застосовуючи стандартні засоби керування, задають необхідний режим нагрівання і (6) починають подачу вологої дисперсної сировини в підігріту струмом трубчатку 2. У пристрої згідно Фіг.1 сипуча волога дисперсна сировина проходить через бункер 12 і через його стінку почасти нагрівається теплом, що випромінює трубчатка 2. Далі сировина поступово сиплеться на стрічку транспортера 13. Ракельний ніж 15 формує на рухомій стрічці рівний шар сировини, яка через усмоктувальний патрубок 14 надходить у трубчатку 2 і, за необхідністю, розпушується повітрям через засіб 18 регульованого підсмоктування. У пристрої згідно Фіг.2 легко сипуча чи текуча волога дисперсна сировина самопливом надходить у верхній кінець трубчатки 2. В міру руху усередині трубчатки 2, що нагрівається струмом, сировина нагрівається до температури, яка достатня для випаровування з неї основної маси вологи, і через перепускний трубопровід 8 (Фіг.1) чи 10 (Фіг.2) скидається в приймач 5 продукту. Різка декомпресія нагрітої сировини, що відбувається в пароповітряному просторі приймача 5, сприяє інтенсивному виділенню вологи і її виносу разом з домішками інших летучих речовин через трубопровід 9 у водокільцевий вакуум-насос 3. У ньому основна частина водяної пари абсорбується, а не абсорбована пара та інші летучі речовини викидаються в атмосферу. В міру заповнення приймача 5 висушеним (чи концентрованим) до заданої залишкової вологості продуктом об'єм пароповітряного простору скорочується. Коли запас продукту досягає рівня, 11 на якому встановлений датчик 6, включається засіб 7 для періодичного чи безупинного вивантаження продукту. Очевидно, що при безупинному вивантаженні подача сировини і вивантаження продукту повинні бути збалансовані. У випадках затору усередині трубчатки 2 подачу сировини на її вхід і видачу продукту припиняють і вживають заходів по очищенню каналу трубчатки 2. Його особливо зручно виконувати за допомогою переключення входу в трубчатку 2 на вхід у вакуум-насос 3. Для цього (див. Фіг.1) перекривають запірно-регулюючий елемент 17 на виході з трубчатки 2 і відкривають запірно-регулюючий елемент 21 на додатковому патрубку 20, що веде до вакуум-насоса 3. Промислова придатність Пристрої згідно з винаходом можна легко виготовляти на наявних машинобудівних заводах. Використання таких пристроїв дозволить підвищити продуктивність сушіння довільної вологої дисперсної сировини і скоротити питомі витрати енергії на сушіння. 81138 12