Комбинированная инфракрасно-конвективная сушильная установка
COMBINED INFRARED CONVECTIVE DRYING UNIT

Изобретение относится к промышленному оборудованию для сушки материалов с различной исходной влажностью путем совокупного инфракрасного и конвективного воздействия на сушимый материал.
Применение конвективно-радиационной сушки с ИК-излучением с изменяющимся в процессе сушки длиной волны и плотностью потока энергии предложено в патенте РФ на изобретение №2101966.
Известна сушильная установка по патенту РФ на полезную модель №102771, содержащая, в частности, ленточные конвейеры, приводной механизм, нечетные ряды конвейеров смещены по длине на одинаковую величину, достаточную для перекантовки продукта сушки с конвейера на конвейер, нагревательные элементы инфракрасного излучения с отражателями, а в зоне перекантовки установлены вентиляторы для удаления пылеобразных частиц и избыточной влаги. Недостатком конструкции является слабое воздействие воздуха на процесс сушки.
Наиболее близким к предлагаемому в заявке решению является машина с каталитической инфракрасной сушкой и сушкой горячим воздухом по патенту CN 104406386 РФ (наиболее близкий аналог), содержащая, в частности, снабженный конвейерной лентой корпус, каталитический инфракрасный нагреватель, двигатель для циркуляции воздуха, блок управления и механизм подачи продукта, который соединен с конвейерной лентой. Температура сушки может быть установлена в зависимости от вида продукта, однако конструкция машины не предусматривает возможности изменения мощности инфракрасного излучения по ярусам конвейера. Существенным недостатком этого решения является прямоточный воздушный поток, который забирается из помещения, что приводит к неэффективному выносу тепла из машины и из помещения, где она расположена. Другими недостатками машины являются контакт продуктов сгорания с сушимым продуктом и контакт продуваемого воздуха с поверхностью каталитических горелок, так как воздух содержит испаряемые из продукта вместе с водой летучие вещества, сгорающие на раскаленной поверхности и засоряющие горелки.
Технической проблемой, решаемой изобретением является повышение эффективности инфракрасно-конвективного воздействия, обеспечивающего снижение энергоемкости и продолжительности сушки для достижения конечной влажности продукта.
Для этого комбинированная инфракрасно-конвективная сушильная установка содержит секцию загрузки продукта, секцию выгрузки продукта и находящуюся между ними, по крайней мере одну сушильную камеру, состоящую из первой секции сушильной камеры и второй секции сушильной камеры, по крайней мере два ленточных транспортера, проходящих из секции загрузки через сушильную камеру в секцию выгрузки, по крайней мере один ярусный трубчатый контур инфракрасного излучения, расположенный внутри сушильной камеры, которая выполнена со входом единого воздушного потока и выходом единого воздушного потока так, что входящий в первую секцию сушильной камеры единый воздушный поток, направленный сверху вниз, перенаправляется во вторую секцию сушильной камеры и движется снизу вверх.
В результате, во внутреннем пространстве сушильной камеры инфракрасная составляющая сушки уменьшается сверху вниз без применения дополнительных средств регулировки и, при этом, одновременно возрастает влияние конвективной составляющей сушки от обдува воздушным потоком с большим теплосодержанием. Благодаря этим особенностям реализуется возможность подвода большого количества тепла к сушимому продукту за счет инфракрасного нагрева с одновременным охлаждением поверхности продукта за счет испарения и воздействия единого воздушного потока, что способствует улучшению температурно-влажностных параметров сушки, снижает удельные энергозатраты на испарение воды и увеличивает скорость сушки. Также это позволяет уменьшить габариты установки.
В частном случае на входе единого воздушного потока установлен приточный вентилятор, а на выходе единого воздушного потока установлен вытяжной вентилятор, обеспечивая приток воздуха в сушильную камеру и его удаление.
В другом частном случае между секцией загрузки и сушильной камерой, между первой секцией сушильной камеры и второй секцией сушильной камеры, между сушильной камерой и секцией выгрузки установлены вертикальные шторки, препятствующие проникновению воздуха между секциями.
В другом частном случае секция притока воздушного потока и секция вытяжки воздушного потока соединены проходом в нижней части сушильной камеры, позволяя перенаправить единый воздушный поток из секции притока воздушного потока в секцию вытяжки воздушного потока и поменять при этом направление движения единого воздушного потока на противоположное.
Ярусный трубчатый контур инфракрасного излучения может включать входную жаровую трубу, с которой соединены горизонтальные трубчатые элементы, образующие ярусы, вертикальные трубчатые элементы, соединяющие ярусы между собой, и выходную трубу, снабженную вентилятором-дымососом.
В другом частном случае ярусный трубчатый контур инфракрасного излучения выполнен преимущественно из жаропрочного материала, обеспечивающего излучение высокой плотности.
Жаропрочным материалом может быть сталь, керамический материал или материал с керамическим покрытием.
В другом частном случае нагрев ярусного трубчатого контура инфракрасного излучения выполняют горячим газом от газовой горелки.
В другом частном случае соседние ярусы ленточного транспортера установлены со смещением относительно друг друга в направлении движения ленты, позволяя пересыпать продукт.
Движение ленточного транспортера может осуществляться при помощи мотор-редуктора и с возможностью регулирования скорости, что позволяет регулировать количество получаемой сушимым материалом энергии и изменять продолжительность сушки.
Пример осуществления изобретения иллюстрируется чертежами.
Фиг. 1 - функциональная схема заявляемой инфракрасно-конвективной сушильной установки.
Фиг. 2 - схема первого ярусного трубчатого контура инфракрасного излучения, вид спереди.
Фиг. 3 - схема ярусного трубчатого контура инфракрасного излучения, общий вид в ракусе 3/4.
Фиг. 4 - функциональная схема одноярусной инфракрасно-конвективной сушильной установки.
Сушильная установка содержит секцию 1 загрузки продукта с транспортером 2 загрузки, секцию 3 выгрузки продукта и находящуюся между ними сушильную камеру 4 со входом 6 единого воздушного потока (обозначенного стрелкой) и выходом 7 единого воздушного потока, состоящую из первой секции 8 сушильной камеры 4 и второй секции 9 сушильной камеры 4, которые отделены друг от друга вертикальными шторками 10 и соединены проходом 11 в нижней части сушильной камеры 4. Вертикальные шторки 10 также установлены между секцией 1 загрузки и сушильной камерой 4, между сушильной камерой 4 и секцией 3 выгрузки. На входе 6 единого воздушного потока установлен приточный вентилятор 12. На выходе 7 единого воздушного потока установлен вытяжной вентилятор 13. Семиярусный ленточный транспортер 14 проходит из секции 1 загрузки через сушильную камеру 4 в секцию 3 выгрузки и включает транспортер 141 первого яруса, транспортер 142 второго яруса, транспортер 143 третьего яруса, транспортер 144 четвертого яруса, транспортер 145 пятого яруса, транспортер 146 шестого яруса и транспортер 147 седьмого яруса. Движение нечетных ярусов осуществляется мотор-редуктором 5, движение четных ярусов осуществляется мотор-редуктором 15, а возможность регулирования скорости обеспечивается частотным регулятором (не показан). Возможна установка мотор-редуктора на каждый транспортер отдельно.
В предлагаемом примере осуществления изобретения (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3) реализован вариант с двумя семиярусными трубчатыми контурами инфракрасного излучения, расположенными внутри сушильной камеры 4. Первый ярусный трубчатый контур 16 инфракрасного излучения и второй ярусный трубчатый контур 17 инфракрасного излучения имеют одинаковую конструкцию и включают входную жаровую трубу 18, с которой соединены горизонтальные трубчатые элементы 19, образующие ярусы, вертикальные трубчатые элементы 20, соединяющие ярусы между собой, и выходную трубу 21, которая снабжена вентилятором-дымососом 22. Включение/выключение мотор-редукторов 5 и 15, приточного вентилятора 12, вытяжного вентилятора 13, вентилятора-дымососа 22, регулировку скорости транспортера 141 первого яруса, транспортера 142 второго яруса, транспортера 143 третьего яруса, транспортера 144 четвертого яруса и транспортера 145 пятого яруса, транспортера 146 шестого яруса, транспортера 147 седьмого яруса и контроль включения/выключения элементов конструкции сушильной установки и температуры сушимого продукта выполняют из шкафа 23 управления.
Нагрев первого ярусного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго ярусного трубчатого контура 17 инфракрасного излучения выполняют продуктами сгорания от газовой горелки 24. Однако, следует отметить, что этот вариант реализации обусловлен экономической целесообразностью, но возможно также получение горячего газа с использованием электрического, жидкотопливного, твердотопливного нагрева, как от отдельных нагревательных устройств для каждого первого трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго трубчатого контура 17 инфракрасного излучения, так и от общих устройств, в качестве которых могут быть применены, например, теплогенераторы или котлы известных конструкций.
Также для специалиста будет очевидно, что использование приточного вентилятора 12 и вытяжного вентилятора 13 не является обязательным во всех случаях. Например, можно применить внешние средства принудительной вентиляции.
Также возможно использование внешних средств естественной вентиляции вместо вентилятора-дымососа 22.
Заявляемая комбинированная сушильная установка работает следующим образом.
По транспортеру 2 загрузки продукт поступает в секцию 1 загрузки продукта и попадает в сушильную камеру 4 на движущуюся ленту верхнего транспортера 141 первого яруса, продвигается (в направлении, обозначенном двойной стрелкой) и пересыпается на ленту транспортера 142 второго яруса и, далее, до конца ленты нижнего транспортера 147 седьмого яруса и, наконец, в секцию 3 выгрузки, из которой забирают готовый продукт. Скорость движения транспортера 141 первого яруса, транспортера 142 второго яруса, транспортера 143 третьего яруса, транспортера 144 четвертого яруса, транспортера 145 пятого яруса, транспортера 146 шестого яруса и транспортера 147 седьмого яруса и, соответственно, длительность сушки выбирают в зависимости от вида продукта регулировками из шкафа 23 управления.
Нагрев первого ярусного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго ярусного трубчатого контура 17 инфракрасного излучения осуществляется подаваемыми во входную жаровую трубу 18 нагретыми до требуемой температуры горячими газами, проходящими (направление движения показано штриховой стрелкой) далее по горизонтальным трубчатым элементам 19 и вертикальным трубчатым элементам 20. Используемые для нагрева газы в охлажденном (за счет передачи тепла горизонтальным трубчатым элементам 19 и вертикальным трубчатым элементам 20) виде через выходную трубу 21 отводятся за пределы сушильной установки при помощи вентилятора-дымососа 22.
Движение единого воздушного потока, используемого для сушки, создается приточным вентилятором 12 на входе 6 и вытяжным вентилятором 13 на выходе 7. Единый воздушный поток, направленный сверху вниз в первой секции 8 сушильной камеры 4, перенаправляется во вторую секцию 9 сушильной камеры 4 через проход 11, меняет направление движения на противоположное и далее движется снизу вверх, образуя по существу U-образную траекторию. При этом вертикальные шторки 10 препятствуют прямому проникновению воздуха между первой секции 8 сушильной камеры 4 и второй секцией 9 сушильной камеры 4, а также между секцией 1 загрузки и сушильной камерой 4 и между сушильной камерой 4 и секцией 3 выгрузки.
Инфракрасное излучение обеспечивается за счет нагрева поверхности входной жаровой трубы 18 и горизонтальных трубчатых элементов 19 первого (верхнего) яруса до температуры около 800°С.Температура на втором и нижерасположенных ярусах горизонтальных трубчатых элементов 19 первого ярусного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго ярусного трубчатого контура 17 инфракрасного излучения уменьшается естественным образом и удерживается в пределах 100-140°С в седьмом (нижнем) ярусе для предотвращения конденсации воды и, одновременно, для поддержания процесса интенсивного испарения воды из продукта с изменяющейся влажностью. Такое распределение значений температур первого ярусного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго ярусного трубчатого контура 17 инфракрасного излучения характерно, например, для сушки растительных продуктов, у которых допустимый предел температуры продукта составляет 55-60°С.
Находясь на ленте верхнего транспортера 141 первого яруса в первой секции 8 сушильной камеры 4, продукт имеет начальное высокое содержание влаги и подвергается инфракрасному воздействию наиболее высокой плотности, что позволяет начать испарение поверхностной и межклеточной воды продукта с наименьшими энергозатратами. При этом также происходит разогрев продукта в глубинных слоях. При одновременном обдуве относительно холодным единым воздушным потоком образуется температурный градиент, направленный изнутри продукта наружу, что создает такой же направленности градиент влагопереноса и приводит к мощному испарению воды из продукта при слабом его нагреве (на первом ярусе максимум до 45-47°С). Выйдя из сушильной камеры 4 в секцию 3 выгрузки, продукт отлеживается, не получая энергии и обдува, но продолжает сохнуть. После пересыпки на расположенную ниже ленту транспортера 142 второго яруса продукт уменьшенной влажности снова попадает в сушильную камеру 4 и подвергается воздействию инфракрасного излучения меньшей мощности и температуры. Ленты ленточного транспортера 14 с продуктом также проходят через секцию 1 загрузки. Далее аналогично процесс сушки продолжается на расположенных ниже ярусах, но с изменяющимися температурно-влажностными характеристиками единого воздушного потока, а также самого продукта.
В условиях дозированного воздействия на продукт первого ярусного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго ярусного трубчатого контура 17 инфракрасного излучения с максимальными температурой и плотностью излучения в верхних ярусах и естественным понижением температуры и плотности излучения к нижнему ярусу, следует принимать во внимание следующую существенную функцию конвективного воздействия на сушимый продукт единого воздушного потока. Относительно холодный воздух, поступающий в первую секции 8 сушильной камеры 4, проходит между горизонтальными трубчатыми элементами 19 через слои продукта, который в нарезанном виде имеет большую поверхность обдува и инфракрасного облучения и, поэтому, обладая теплообменными свойствами, нагревает воздух и обогащает его горячим паром. В результате, паровоздушная смесь единого воздушного потока, пройдя верхние ярусы продукта и горизонтальных трубчатых элементов 19, увеличивает свою температуру, содержание влаги, а также влагоудерживающую способность. Вследствие насыщения паром из продукта единый воздушный поток приобретает способность поглощать инфракрасное излучение и от него дополнительно нагреваться. На расположенных ниже ярусах первого ярусного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения и второго ярусного трубчатого контура 17 инфракрасного излучения из-за понижения интенсивности инфракрасного излучения и возрастания влияния конвективной составляющей единого воздушного потока, влияние этих факторов сушки уравновешивается и, поэтому, на нижних ярусах сушильной камеры 4 сушку продукта следует рассматривать как преимущественно конвективную, но с эффективной испаряющей способностью. Инфракрасный нагрев продукта позволяет значительно снизить объем продуваемого через продукт воздуха, что в сочетании с относительно высокой влажностью воздуха исключает заветривание продукта. Пройдя через проход 11 во вторую секцию 9 сушильной камеры 4, паровоздушная смесь единого воздушного потока воздействует на продукт и, по мере прохождения вверх, продолжает нагреваться и насыщаться испаряемой влагой, не теряя влагоудерживающую способность, но препятствуя выпадению росы. На уровне верхнего яруса единый воздушный поток проходит через относительно холодный слой продукта, отдает ему часть тепла и удаляется из сушильной установки через выход 7. Таким образом, указанные технологические особенности конвективно-радиационной сушки способствуют интенсификации процесса при одновременной оптимизации энергопотребления, что позволяет решить заявленную проблему снижения энергоемкости и продолжительности сушки для достижения конечной влажности продукта.
Если в сушильной установке используют несколько сушильных камер 4, то они имеют аналогичную конструкцию и устанавливаются последовательно между секцией 1 загрузки продукта и секцией 3 выгрузки продукта.
В предлагаемом примере осуществления изобретения на Фиг. 4 представлен вариант осуществления изобретения, выполненный по одноярусной схеме, а именно, содержащий один ленточный транспортер 14 и один ярус одного трубчатого контура 16 инфракрасного излучения, расположенные внутри сушильной камеры 4, состоящей из первой секции 8 и второй секции 9. При этом, сушильная установка, сохраняя описанные конструкционные особенности и основную технологическую схему сушки, описанную выше, может быть использована в производствах сравнительно меньшей мощности.