Ярусная роторная сушилка
TIER ROTARY DRIER

Изобретение относится к оборудованию для сушки пищевого растительного сырья и может быть использовано в линиях производства сушеных изделий пищевой промышленности.
Известна роторная сушилка [Патент № 2520752 РФ, МПК F26 B 15/04. Роторная сушилка / А.Н. Остриков, С.А. Шевцов, И.Н. Столяров  (РФ). – № 2013115610/06; Заявлено 05.04.2013; Опубл. 27.06.2014, Бюл. №18], содержащая цилиндрическую рабочую камеру с расположенным внутри транспортером и формочками, загрузочное и разгрузочное устройства, внутри камеры по окружности расположены две параллельные направляющие, выполненные из уголков; на приводном валу расположены радиальные крестовины, на концах которых установлены вертикальные штыри, расстояние между которыми равно ширине формочек; штыри контактируют с пазами, выполненными в боковых стенках формочек, формочки, имеющие трапецеидальную форму, циклично с периодическими выстоями перемещаются по двум параллельным направляющим с помощью приводного вала через следующие зоны: зону загрузки, зоны сушки и зону выгрузки; причем под каждой зоной сушки снизу расположен патрубок для подвода теплоносителя с разными скоростями и температурами, а над ними - вытяжной зонт для отработанного теплоносителя, под зоной выгрузки установлен пневмоцилиндр, с помощью которого осуществляется подъем формочек из горизонтального в наклонное положение, а с внутренней стороны зоны выгрузки смонтирован выгрузочный бункер.
Данная роторная сушилка имеет следующие недостатки:
-высокая нагрузка на радиальные крестовины, т.к. формочки с продуктом расположены на значительном расстоянии от оси вращения приводного вала и при их перемещении возникают значительные силы трения о направляющие, а также изгибающие моменты, действующие на детали конструкции, что приводит к высоким затратам мощности электропривода и, как следствие, повышенным удельным энергозатратам на единицу готового высушенного продукта;
- наличие нерационального привода формочек, поскольку требуются дополнительные нагрузки на транспортер и формочки в виде не только усилия на преодоление веса всех формочек с продуктом при их перемещении, но и момента с плечом от формочки до втулки вала, ось которого совпадает с вертикальной осью аппарата ;
- не высокая степень использования энергопотенциала отработанного теплоносителя при отсутствии рециркуляции воздуха и выброса его в окружающую среду, что снижает тепловой и эксергетический КПД и, следовательно, отражается на эффективности сушилки;
- циклическая работа сушилки для обеспечения необходимого периодического выстоя формочки с остановками электрооборудования, особенно при контакте с пневмоцилиндром в процессе выгрузки продукта, и требования синхронизации углового поворота штока пневмоцилиндра и линейного перемещения транспортера, а также движения формочек и работы электропривода.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является роторная сушилка [Патент № 2647557 РФ, МПК F26B 15/04. Роторная сушилка / Г.В. Калашников, О.В. Черняев (РФ). – № 2017116523; Заявлено 12.05.2017; Опубл. 19.03.2018, Бюл. № 8], включающая рабочую камеру между корпусом и внутренним цилиндром, выполненной в виде кольцевого канала между ними, разделённого перегородками на зоны загрузки, сушки и выгрузки, снабженными прорезями с возможностью перемещения продукта по зонам, загрузочное и разгрузочное устройства, две параллельные внутреннюю и внешнюю направляющие, расположенные внутри камеры по окружности корпуса и внутреннего цилиндра, патрубок для подвода теплоносителя под каждую зону сушки с разными скоростями и температурами, вытяжной зонт для отработанного теплоносителя, пневмоцилиндр, шаровые опоры, привод, калорифер и вентилятор. При этом в кольцевом канале имеются секции, каждая из которых состоит из каркаса с планками и полуосями, на которых закреплена рама с газораспределительной решеткой с возможностью углового смещения рамы относительно каркаса, снабженного боковыми платиками. Каркас опирается шаровыми опорами на внутреннюю и внешнюю направляющие, а рама опирается с одной стороны на платики каркаса и с противоположной стороны через шаровые опоры на копир внешней направляющей. При этом внешняя направляющая снабжена пазом над бункером разгрузки с криволинейным копиром, установленным с возможностью обеспечения поворота рамы и перемещения секций по зонам кольцевого канала, а также ограничения перемещения секции в наклонном состоянии и возвращения рамы в исходное горизонтальное положение после выгрузки продукта; секция снабжена пневмоцилиндром с помощью которого осуществляется подъем рамы из наклонного в исходное горизонтальное положение; рама имеет откос для выгрузки продукта; секции расположены в горизонтальной плоскости наклоненной в сторону зоны выгрузки; между зонами сушки и выгрузки готового продукта имеется зона охлаждения продукта; зона конвективной сушки имеет контур рециркуляции теплоносителя
Недостатком данной роторной сушилки является значительное возрастание линейных габаритов в горизонтальной плоскости (диаметра) с повышением производительности и, как следствие, высокая удельная производственная площадь оборудования на единицу готового продукта при выпуске сушеных изделий.
Технической задачей изобретения является повышение удельной производительности оборудования на единицу занимаемой производственной площади и степени использования энергетического потенциала теплоносителя.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в ярусной роторной сушилке, включающей рабочую камеру между корпусом и внутренним цилиндром, выполненную в виде кольцевого канала между ними с секциями и газораспределительными решетками, разделённую перегородками на зоны загрузки, сушки и выгрузки, снабженными прорезями с возможностью перемещения продукта по зонам, загрузочное и разгрузочное устройства, внутреннюю и внешнюю направляющие, расположенные внутри камеры по окружности корпуса и внутреннего цилиндра, патрубок для подвода теплоносителя под каждую зону сушки с разными скоростями и температурами, вытяжной зонт и контур рециркуляции теплоносителя, пневмоцилиндр, шаровые опоры, привод, калорифер и вентилятор, новым является то, что имеется два или несколько ярусов с рабочими камерами, установленные друг над другом и соединенные между собой перегрузочным патрубком, при этом секции ярусов расположены с возможностью пронизывания вышерасположенных секций сушилки восходящим потоком теплоносителя и выполнены с возможностью синхронного движения; между зонами сушки и выгрузки готового продукта нижнего яруса имеется зона охлаждения продукта.
Технический результат изобретения заключается в повышении удельной производительности оборудования на единицу занимаемой производственной площади без увеличения диаметра конструкции, и как следствие, снижении удельной производственной площади на единицу готового сушеного изделия, за счет дополнительного одного или нескольких ярусов сушилки, а также повышении энергетической эффективности вследствие возрастания степени использования энергетического потенциала теплоносителя и отработанного вторичного пара вместе с испаряемой при сушке влагой, являющихся однородными по структуре.
На фиг. 1 представлен объемный общий вид ярусной роторной сушилки
Ярусная роторная сушилка (фиг.1) включает в себя корпус 1 рабочей камеры, трубопровод 2 контура рециркуляции теплоносителя, секции 3, цепи 4, приводные звездочки 5, загрузочный патрубок 6, внутренние 7 и внешние 8 направляющие, патрубки 9 для подвода теплоносителя, вытяжной зонт 10 для отвода отработанного теплоносителя, внутренний цилиндр 11, разгрузочный бункер 12,  вентилятор 13, калорифер 14  и перегрузочный патрубок 15 между ярусами 16.
Патрубки 9 для подвода теплоносителя с разными скоростями и температурами расположены под каждой зоной сушки нижнего яруса, а вытяжной зонт 10 для удаления отработанного теплоносителя над соответствующими зонами верхнего яруса.
Внутри рабочей камеры по окружности внутренней поверхности корпуса 1 и наружней поверхности цилиндра 11 расположены, соответственно, параллельные внутренняя 7 и внешняя 8 направляющие для секций, установленных с возможностью перемещения последних по зонам кольцевого канала между корпусом и цилиндром. Внешняя направляющая 8 в зоне выгрузки продукта над разгрузочным бункером 12 снабжена пазом и криволинейным копиром. Секции и направляющие расположены в горизонтальной плоскости, наклоненной в сторону зоны выгрузки высушенного продукта и разгрузочного бункера 12.
Конструкция и принцип действия секций ярусов аналогичны секциям роторной сушилки [Патент № 2647557 РФ, МПК F26B 15/04. Роторная сушилка / Г.В. Калашников, О.В. Черняев (РФ). – № 2017116523; Заявлено 12.05.2017; Опубл. 19.03.2018, Бюл. № 8].
Ярусная роторная сушилка работает следующим образом. Исходное влажное сыпучее сырье подают в загрузочный патрубок 6, и заданная порция сырья засыпается в секцию 3 (фиг.1). Включается электродвигатель (на фиг.1 не показан), который передает вращение приводной звездочке 5. Приводная звездочка 5 приводит с помощью цепи 4 в движение секции 3, которые перемещаются непрерывно по направляющим 7 и 8. При этом последняя секция 3 из зоны выгрузки переместится в зону загрузки, первая секция из зоны загрузки – в зону конвективной сушки и т.д.
Таким образом, при непрерывном движении каждая из секций 3 перемещается последовательно через все зоны сушки.
В зоне конвективной сушки через патрубки 9 вентилятором 13 через калорифер 14 контура рециркуляции подают теплоноситель для обработки сырья. Секции 3 с продуктом обрабатываются восходящим потоком горячего теплоносителя (например, перегретого пара) с заданными параметрами сушильного агента. Теплоноситель, имея скорость псевдоожижения, проходит через отверстия перфорированного днища газораспределительной решетки секции нижнего яруса и пронизывает слой влажного сырья вышерасположенных секций верхнего яруса, способствуя внешнему массообмену и испарению влаги (фиг.1). Теплоноситель приводит его в псевдоожиженное состояние или «кипящий» слой, обеспечивая равномерную сушку всех частиц высушиваемого сырья.
Привод вентилятора 13 выполнен регулируемым, что позволяет изменять скорость потока теплоносителя за счёт переменной частоты вращения вентилятора и реализовывать активный гидродинамический режим слоя продукта в секциях 3 ярусов сушилки (плотный, импульсный псевдоожиженный, кипящий, и т.д.). В зависимости от вида обрабатываемого сырья может изменяться гидродинамический режим его обработки.
В связи с тем, что каждая секция 3 последовательно проходит через зоны сушки с различным гидродинамическим режимом (в псевдоожиженном, плотном неподвижном и плотном встряхивающимся слое), то в каждую зону сушки нижнего яруса подается теплоноситель с оптимальными параметрами в зависимости от вида обрабатываемого сырья.
Теплоноситель, например, в виде перегретого пара, пронизывая секции с продуктом нижерасположенного яруса на выходе снижает температуру и насыщаясь испаряемой влагой  пронизывает газораспределительную решетку секции с продуктом вышерасположенной секции. При этом сушка сырья вышерасположенной секции осуществляется при более «мягких» и «щадящих» температурных режимах, что исключает перегрев обрабатываемых частиц.
В зоне конвективной сушки на начальном этапе в периоде постоянной скорости используется испаряемая влага секций нижерасположенныого яруса и происходит постепенное увеличение температуры частиц высушиваемого сырья без пересушивания их поверхностных слоев. Применение псевдоожиженного слоя («кипящего» слоя) при сушке частиц продукта нижнего яруса позволит добиться равномерной обработки, а его порционный объем в секции ярусов способствует снижению измельчения и истирания частиц.
Для обеспечения равномерности потока теплоносителя диффузор патрубка 9 контура рециркуляции имеет поворотные пластины аналогично одноярусной роторной сушилки, позволяющие равномерно распределять поток теплоносителя по рабочему объёму секции и обеспечивать заданный гидродинамический режим слоя продукта [Патент № 2647557 РФ, МПК F26B 15/04. Роторная сушилка / Г.В. Калашников, О.В. Черняев (РФ). – № 2017116523; Заявлено 12.05.2017; Опубл. 19.03.2018, Бюл. № 8].
Козырьки перегородок секций, расположенные до вышерасположенного яруса, способствуют предотвращению просыпания частиц обрабатываемого сырья в другие секции и проскок пара в соседние секции.
Скорость перемещения секций 3, а следовательно, и время их пребывания в рабочих зонах сушилки, можно регулировать при помощи изменения оборотов двигателя привода. Изменение времени пребывания секций в рабочих зонах позволяет добиться оптимального технологического режима обработки продукта в зависимости от вида высушиваемого сырья.
В процессе сушки перегрузка сырья между ярусами из вышерасположенной секции смещена по ходу движения секций ярусов относительно выгрузки сырья нижерасположенной секции. Это обеспечивает после выгрузки продукта возвращение нижней секции в исходное положение под загрузку сырья.
Отработанный теплоноситель отводится из зоны конвективной сушки верхнего яруса и поступает через вытяжной зонт 10 в трубопровод 2 контура рециркуляции сушилки. Далее теплоноситель подогревается в калорифере 14 и вентилятором вновь подаётся в зону конвективной сушки нижнего яруса, что обеспечивает возрастание теплового и эксергетического КПД сушки.
Подача исходного теплоносителя для заполнения контура рециркуляции на начальном этапе осуществляется через вентиль (на фиг. не показан). В дальнейшем, подача пара не требуется вследствие его избыточного количества за счет испаряемой влаги. Это создает возможность использования вторичного пара для производственных и технологических целей (обогрева помещений, подогрева сырья, нагрева воды и т.д.)
Высушенный продукт с целью предотвращения возможной конденсации влаги на нагретой поверхности частиц при контакте с воздухом в процессе выгрузки направляется в зону охлаждения нижнего яруса сушилки. Затем секция с продуктом перемещается в зону выгрузки.
Наличие углового смещения рамы с газораспределительной решеткой относительно каркаса способствует движению высушенных частиц в сторону наклонной отбортовки рамы с последующей выгрузкой продукта. Этому способствует незначительный наклон плоскости расположения секций к горизонту в сторону зоны выгрузки и разгрузочного бункера 12. Наклон рамы с газораспределительной решеткой относительно каркаса ограничен копиром [Патент № 2647557 РФ, МПК F26B 15/04. Роторная сушилка / Г.В. Калашников, О.В. Черняев (РФ). – № 2017116523; Заявлено 12.05.2017; Опубл. 19.03.2018, Бюл. № 8]. Благодаря тому, что угол наклона перфорированной сетки газораспределительной решетки при повороте рамы больше угла естественного откоса готового продукта, то обеспечивается полное и эффективное высыпание высушенных частиц из секции с верхнего яруса через перегрузочный патрубок 15 между ярусами 16 в секции нижерасположенного яруса и далее в разгрузочный бункер 12 (фиг.1).
Таким образом, непрерывно перемещаясь по роторной сушилке, продукт последовательно подвергается всем этапам технологической обработки. Применение предложенной конструкции секций 3 и позонной порционной сушки обеспечивает равномерность и однородность тепловой обработки, что способствует повышению качества высушенных частиц.
Данная ярусная роторная сушилка универсальна, т.к. она может быть использована для сушки разнообразного сыпучего влажного сырья.
Использование перегретого пара, однородного по структуре с испаряемой в процессе сушки влагой, позволяет после подогрева в калорифере применять испаряемую влагу для последующей сушки изделий. Это исключает необходимость дополнительной подачи теплоносителя, его досушивания и создает возможность рекуперации избыточного количества вторичного пара для других технологических стадий. Например, для подогрева воды при гидротермической обработке сырья с конденсацией пара и реализации его теплоты фазового превращения, что не снижает тепловой и эксергетический КПД и повышает энергетическую эффективность, как отдельных технологических процессов, так и в целом всей линии переработки сырья.
В предлагаемой ярусной роторной сушилке процесс сушки адаптирован в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса сушки конкретного вида сырья.
Предлагаемая ярусная роторная сушилка имеет следующие преимущества:
- повышение удельной производительности оборудования на единицу занимаемой производственной площади без увеличения диаметра конструкции, и как следствие, снижение удельной производственной площади на единицу готового сушеного изделия, за счет дополнительного одного или нескольких ярусов сушилки;
- повышение энергетической эффективности вследствие возрастания степени использования энергетического потенциала теплоносителя и отработанного вторичного пара вместе с испаряемой при сушке влагой.