Энергоэффективная система для глубокой переработки растительного сырья с тепловыми аккумуляторами и электронагревателями
ENERGY-EFFICIENT SYSTEM FOR DEEP PROCESSING OF VEGETABLE RAW MATERIALS WITH HEAT ACCUMULATORS AND ELECTRIC HEATERS

Изобретение относится к области сушки растительных материалов, в частности к вакуумным сушилкам периодического действия, и может быть использовано, в частности для сушки пищевых продуктов, а именно овощей, грибов, фруктов, зелени и др.
Известна сушилка патента РФ №141628, F28B 17/10, 3/12. Универсальная сушильная установка комбинированного действия, содержащая рабочую камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, излучатель СВЧ - энергии и устройство ввода агента сушки. Боковые стенки рабочей камеры выполнены коническими, подвод агента сушки в нижней части рабочей камеры осуществлен касательно к боковым стенкам  совместно с подводимой сверху энергией и обеспечивает сепарацию вращающимся в виде смерча потоком и его удаление через отверстие в верхней части камеры. Универсальность камеры обеспечивается за счет загрузочного столика, который установлен на оси загрузочного шнекового механизма, расположенного на дне камеры.
К недостаткам известной универсальной установки сушки растительных продуктов комбинированного действия относятся еще более высокая сложность конструкции и энергоемкость.
Известна радиационная сушилка для растительных пищевых продуктов по патенту России № 2034489 М., кл. А23В 7/2, 26 В 3/30, включающая сушильную камеру, лотки для продукта, поярусно расположенные в камере, средства для ввода и вывода сушильного агента, напорные козырьки, завихрители сушильного агента, ИК - излучатели средней области спектра. Обрабатываемый пищевой продукт нагревают прямым, отраженным ИК - излучением и конвективным восходящим потоком воздуха. Режим нагрева определяется видом обрабатываемого продукта. Через боковые щели и нижний вырез наружный воздух попадает в нижнюю часть камеры сушки. Нагрев воздуха осуществляется в основном излучателями, частично воздуховодами - отражателями и коробами. При нагреве продукта его влага испаряется, диффундирует в воздушный поток и вместе с ним удаляется через открытую крышку камеры. После окончания процесса сушки продукта сушилку отключают от сети, закрывают верхнюю крышку, лотки с высушенным продуктом и поддон с мелкой фракцией извлекают из камеры сушки.
К недостаткам известной универсальной установки сушки растительных продуктов относятся высокая энергоемкость.
Установка № 1695088 F 26 B 17/10 3/12 позволяет реализовать способ сушки пищевых продуктов, который значительно повышает качество сухого продукта, повышает производительность сушки, обеспечивает безопасность и простоту в эксплуатации по сравнению с существующими аналогами.
К недостаткам известной сушки относим:
- высокие удельные энергозатраты за счет полного перевода влаги продукта в парообразное состояние;
- большая длительность процесса сушки;
- отсутствие гарантии частичного, локального подгорания продукта;
- паро-воздушная смесь после камеры сушки не улавливается, а попадает в атмосферу.
Аналогом является энергосберегающая двухступенчатая сушильная установка для растительных материалов РФ №2548230,F26B 17/10, F26B 5/04, содержащая цилиндроконическую камеру, представляющую собой первую ступень сушки, штуцер герметического питания, барабан, вставку цилиндрического профиля, вставку конического профиля, шаровые затворы, и цилиндрическую камеру с герметичной крышкой, вводы и выводы, вакуумные краны, соединенные с вакуумной системой, представляющей собой вторую ступень сушки. Снижаются удельные энергозатраты, и повышается производительность сушки продукта за счет того, что в пространстве первой и второй ступени располагаются тепловые аккумуляторы. Недостатком является сложность изготовления тепловых труб и применение сложной теплообменной системы для тепловых аккумуляторов для обеспечения необходимого температурного режима реализуемого при сушке.
Наиболее близким по технической сущности решением - прототипом - является сушильная установка с тепловыми аккумуляторами для растительных материалов РФ № 2657067 C2, F26B 17/10, F26B 5/04, содержащая цилиндроконическую камеру, штуцер питания, барабан, вставку цилиндрического профиля, тепловые аккумуляторы, вставку конического профиля, шаровые затворы, цилиндрическую камеру с герметичной крышкой и герметичный затвор. Во внутреннем пространстве первой ступени сушки расположена емкость с теплоаккумулирующим фазопереходным материалом, при этом нижняя часть этой емкости соединена с пустотелыми трубами, которые соединяются с емкостью, расположенной в пространстве второй ступени сушки. Емкость первой ступени в своей верхней части содержит люк для загрузки фазопереходного материала, а емкость второй ступени в своей нижней части - люк для выгрузки фазопереходного материала.
Недостатком известной сушильной установки с тепловыми аккумуляторами является односторонняя приспособленность к сушке без возможности осуществления других процессов обработки растительного сырья, таких как экстракция.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности и энергоэффективности процесса сушки, а также расширение функциональных возможностей за счет использования стадии экстрагирования.
Решение технической задачи заключается в том, что вводы цилиндроконической камеры содержат саморегулируемый электрический нагреватель на основе эластомеров модифицированных углеродными нанотрубками, а емкость второй ступени имеет вводной трубопровод для жидкости с клапаном и выводной трубопровод с клапаном, которой обеспечивает соединение с емкостью и при этом в емкости второй ступени содержится ультразвуковой излучатель. Для отделения сухого вещества экстракт насосом перемещается в емкость с мембранами, которая соединена с вакуумным насосом и емкостью для воды.
.
Энергоэффективная система для глубокой переработки растительного сырья с тепловыми аккумуляторами и электронагревателями содержит цилиндроконическую камеру 1, штуцер герметичного питания 2, барабан 3, вставку цилиндрического профиля 4, вставку конического профиля 5, шаровые затворы 6 и тепловой аккумулятор 7, цилиндроконическая камера, представляющая первую ступень сушилки, через вставку цилиндрического профиля и устройство перекрытия 8 соединена с камерой второй ступени 9, включающая в себя две цилиндрические обечайки 10, герметичную крышку 11, устройство соединения с вакуумной системой 12, тепловой аккумулятор 13 и трубы 14, электронагреватели на основе эластомеров модифицированных углеродными нанотрубками15Труба с насосом 16 обеспечивает заполнение жидкостью камеры второй ступени 9. Клапан 17 при открытии обеспечивает переток жидкости после экстракции самотеком из камеры второй ступени 9 в емкость 19. В емкости 9 установлен ультразвуковой излучатель 18. Насос 20. Емкость 21, в которой имеются цилиндрические мембраны. Емкость 22 для воды. Труба с клапаном 24 для соединения вакуумного насоса 23 с емкостью 21. Емкость 25 для сухого экстракта (фиг.1).
Установка работает следующим образом. В вводы цилиндроконической камеры 1 подается воздух и подогревается электронагревателями на основе эластомеров модифицированных углеродными нанотрубками 15 до температуры 60°С и работающих в режиме саморегулирования температуры. Высушиваемый материал в виде соломки или кубиков определенной массы, подается через штуцер герметичного питателя 2, захватывается потоком теплоносителя и попадает в коническую камеру 5, где образует взвешенный закрученный слой материала, в этот момент времени запасается энергия в тепловом аккумуляторе 7 (происходит плавление теплоаккумулирующего материала - парафина с температурой плавления 60°C), который соединен трубами 14 с тепловым аккумулятором 13. После того как материал теряет поверхностную влагу, т.е. примерно 50% от всей массы, он пересыпается и скапливается в барабане 3, до объема равному объему загрузки второй камеры 9, которая в этот момент прогревается с помощью тепловых аккумуляторов, в которые поступил расплавленный парафин из тепловых аккумуляторов в цилиндроконической камере 1. После того как требуемый объем накопился, открывается герметичный затвор 8, и растительный материал пересыпается во вторую ступень камеры 9, где начинается вторая стадия сушки, а именно продувка и вакуумирование через устройство соединения с вакуумной системой 12. Парафин остывает в нижнем тепловом аккумуляторе и через люк вынимается и снова закладывается через люк теплового аккумулятора цилиндроконической камеры 1.
т
т
м
В то время как продукт пересыпался во вторую ступень 9, в первой процесс начинается заново. Режимы сушки первой ступени и второй подбираются таким образом, чтобы время пребывания в них было равным, в первой ступени варьируется температура и скорость теплоносителя (Т=60-100°С, V=8-15 м/с), после чего теплоноситель отводится в атмосферу, во второй ступени температура и скорость теплоносителя (Т=55-60°С, V = 1-2 м/с), и контролируется температура материала Т ≤ 60°C, т.е. температура денатурации, потери витаминов и питательных веществ. Цикличность продувки и вакуумирования определяются физико-механическими (степень измельчения и изотропность) свойствами и остаточной влажностью продукта.
Следующей стадией во второй ступени является стадия экстракции. Для экстрагирования по трубе с насосом 16 подается вода в камеру второй ступени 9. После заполнения камеры второй ступени 9, в которой содержится высушенный материал - включается ультразвуковой излучатель 18, который обеспечивает формирование кавитации в жидкости, что обеспечивает экстракцию высушиваемого материала. По окончанию процесса экстракции открывается клапан 17 для заполнения емкости 19. По мере заполнения емкости 19 жидкий экстракт насосом 20 под давлением от 3 до 5 атм. поступает в емкость 21, в которой имеются цилиндрические мембраны из композита полиамида и полисульфона, что позволяет разделить сухой экстракт от жидкости. Емкость 22 заполняется и вода в следующий период экстракции поступает в емкость 9. Вакуумный насос 23 через трубу с клапаном 24 отсасывает сухой экстракт и заполняет емкость 25. Дополнительно действие вакуума на мембраны приводит к обеззараживанию и очистке мембран.