УСТРОЙСТВО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ И СУШКИ В ВАКУУМЕ В ВЫПАРНЫХ МАШИНАХ, ПРОИЗВОДЯЩИХ ПИВО

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим процессы обезвоживания и сушки в вакууме, в том числе к оборудованию обработки веществ и материалов в выпарных машинах, вакуумных сушилках, производящих спирт, пиво, а также в других отраслях промышленности.
Известно устройство по выполнению способа низкотемпературного вакуумного обезвоживания материалов и устройство для его осуществления (см. патент РФ№2246079. Кл. F26B 5/04. Опубл. 28.07.2003), заключающегося в том, что тепловая энергия, выделяющаяся в процессе сбора и отвода конденсата, возвращается в систему нагрева исходного материала, при этом поэтапный слив конденсата проводится таким образом, что перед удалением конденсата на атмосферу его переливают в дополнительную емкость с теплообменником и давлением внутри нее ниже атмосферного, а система загрузки осуществляет подачу исходного материала либо порциями, либо регулируемым непрерывным потоком, а выгрузка обработанного материала осуществляется из дополнительной камеры, имеющей возможность соединяться с атмосферой, не нарушая герметизацию технологической камеры.
Устройство, реализующее данный способ, имеет систему нагрева, которая регенерацию тепловой энергии обеспечивает путем введения теплообменников в систему сбора конденсата, соединенных с блоком теплового насоса, из которого горячий теплоноситель направляется в теплообменники испарителя технологической камеры, которая в свою очередь содержит камеру сбора и выгрузки конечного продукта с давлением внутри нее ниже атмосферного, связанную с технологической камерой прямопролетным затвором и имеющую возможность окончательной выгрузки конечного продукта на атмосферу.
Недостатком данного технического решения является наличие потерь тепла в системе сбора и отвода конденсата и невозможность использования выделяющегося в процессе обезвоживания тепла для предварительного нагрева исходного материала.
Известен способ и устройство энергосберегающего обезвоживания и сушки в вакууме (см. патент РФ на изобретение №2295681 МПК F26B 5/04, опубл. 20.03.2007. Бюл. №8), содержащее систему нагрева, вакуумную технологическую камеру, в которой расположены технологические теплообменники-испарители с трубчатыми каналами для теплоносителя, на которых располагается исходный материал, систему загрузки исходного материала в вакуумную технологическую камеру и выгрузки конечного обезвоженного продукта, откачки камеры до давления ниже атмосферного, перемешивания и перемещения исходного материала в вакуумной технологической камере, сбора, слива и удаления конденсата, кондуктивного подвода тепла к исходному материалу с нагревом обрабатываемого материала в температурном диапазоне, нижний предел которого ограничивается температурой испарения воды при рабочем давлении в технологическом объеме, а верхний условиями, обеспечивающими отсутствие необратимых потерь полезных свойств исходного материала и возможностью уничтожения живых клеток организма и растений, представляющих экологическую опасность и затрудняющих дальнейшее использование конечного продукта, выгрузку конечного обезвоженного продукта, при этом в систему нагрева встроены теплообменник, внутри которого с одной стороны размещается прокачиваемый и направляемый в вакуумную технологическую камеру исходный материал, а с другой - горячая вода из теплообменника, в котором конденсируется пар, выделившийся в вакуумной технологической камере в результате процесса обезвоживания исходного материала, теплообменник-испаритель теплового насоса, через который имеется возможность пропускать горячую воду из теплообменника, в котором конденсируется пар, выделившийся в вакуумной технологической камере в результате процесса обезвоживания исходного материала, и теплообменник-конденсатор теплового насоса, который имеет возможность передать тепловую энергию рабочему телу технологических теплообменников-испарителей с трубчатыми каналами, кроме того в систему нагрева встроен стартовый теплогенератор, который с помощью регулируемых клапанов соединен с теплообменником-испарителем теплового насоса.
Недостатком являются энергозатраты на работу теплового насоса при компенсации неизбежных потерь тепла в устройстве, обеспечивающем процесс обезвоживания и сушки при длительной эксплуатации в изменяющемся температурном режиме вакуумной технологической камеры, когда потребляемая мощность на привод компрессора постоянна и соответствует максимальной энергии, необходимой на сжатие рабочего тепла в парообразном состоянии.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат при длительной эксплуатации устройства, обеспечивающего процесс обезвоживания и сушки за счет оптимизации потребления энергии приводом компрессора при поддержании температурного режима в вакуумной технологической камере.
Технический результат достигается тем, что устройство энергосберегающего обезвоживания и сушки в вакууме в выпарных машинах, производящих пиво, содержащее систему нагрева, вакуумную технологическую камеру, в которой расположены технологические теплообменники-испарители с трубчатыми каналами для теплоносителя, на которых располагается исходный материал, систему загрузки исходного материала в вакуумную технологическую камеру и выгрузки конечного обезвоженного продукта, откачки камеры до давления ниже атмосферного, перемешивания и перемещения исходного материала в вакуумной технологической камере, сбора, слива и удаления конденсата, кондуктивного подвода тепла к исходному материалу с нагревом обрабатываемого материала в температурном диапазоне, нижний предел которого ограничивается температурой испарения воды при рабочем давлении в технологическом объеме, а верхний условиями, обеспечивающими отсутствие необратимых потерь полезных свойств исходного материала и возможностью уничтожения живых клеток организма и растений, представляющих экологическую опасность и затрудняющих дальнейшее использование конечного продукта, выгрузку конечного обезвоженного продукта, при этом в систему нагрева встроены теплообменник, внутри которого с одной стороны размещается прокачиваемый и направляемый в вакуумную технологическую камеру исходный материал, а с другой - горячая вода из теплообменника, в котором конденсируется пар, выделившийся в вакуумной технологической камере в результате процесса обезвоживания исходного материала, теплообменник-испаритель теплового насоса, через который имеется возможность пропускать горячую воду из теплообменника, в котором конденсируется пар, выделившийся в вакуумной технологической камере в результате процесса обезвоживания исходного материала, и теплообменник-конденсатор теплового насоса, который имеет возможность передать тепловую энергию рабочему телу технологических теплообменников-испарителей с трубчатыми каналами, кроме того в систему нагрева встроен стартовый теплогенератор, который с помощью регулируемых клапанов соединен с теплообменником-испарителем теплового насоса, при этом, что система нагрева снабжена компрессором с регулятором скорости вращения привода и регулятором температуры в вакуумной технологической камере, при этом регулятор температуры своим выходом соединен с регулятором скорости вращения в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а регулятор температуры содержит блок сравнения и блок задания, причем блок сравнения соединен с входом электронного усилителя, оборудованного блоком нелинейной обратной связи и выход электронного усилителя соединен с входом магнитного усилителя с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости вращения.
На фиг. 1 показан общий вид устройства энергосберегающего устройства и сушки в вакууме.
Устройство содержит вакуумную технологическую камеру 1, включающую остаточную газовую среду 2, состоящую из водяного пара, исходного материала 3, перемещающегося по поверхности испарения модулей технологических теплообменников-испарителей с трубчатыми каналами, насоса 5 для перемещения горячего рабочего тела паропроводов 6 с регулирующим клапаном 7 и связанных с теплообменником-конденсатором 8. Паропровод 6 для перемещения водяного пара 9 соединен с теплообменником 10. Вакуумный насос 11 с помощью клапанов 12, 13 связан с несколькими емкостями для сбора конденсата 14. Трубопровод 15, теплообменник-испаритель 16 и трубопровод 17 конструктивно формируют испарительный блок теплового насоса. Из емкости 18 с холодным исходным материалом с помощью насоса 19 и регулируемых клапанов имеется возможность формировать и подавать через теплообменник 20 исходный материал 3 в вакуумную технологическую камеру 1 на поверхности испарения технологических теплообменников-испарителей 4 с трубчатыми каналами. Компрессор 21 трубопроводами связан через конденсатор-теплообменник 8 с дросселем - терморегулирующим устройством 22, которые совместно формируют горячий блок теплового насоса. С помощью регулируемых клапанов 23 стартовый дополнительный теплогенератор 24 соединен с теплообменником-испарителем 16 теплового насоса. Вакуумные насосы 11 соединены системой трубопроводов и клапанов 12, 13 и теплообменниками 10 с вакуумной технологической камерой 1 и имеют возможность поддерживать необходимое давление внутри ее.
Необходимое разряжение в вакуумной технологической камере 1 поддерживается вакуумными насосами 11 и за счет постоянной конденсации водяного пара 9. Рабочий диапазон давлений от 0,7 до 0,1 атм. Обеспечивает кипение и испарение водной составляющей исходного материала 3 при температурах 40÷90°C. Постоянный нагрев, разрежение и перемещение исходного материала 3 по поверхностям испарения технологических теплообменников-испарителей 4 с трубчатыми каналами приводит к обезвоживанию исходного материала 3 до требующейся влажности. Компрессор 21 с регулятором скорости вращения 26 привода 27 и регулятором температуры 28 с датчиком температуры 29 в вакуумной технологической камере 1. При этом регулятор температуры своим выходом соединен с регулятором скорости вращения 26 в виде блока порошковых электромагнитных муфт, а регулятор температуры 28 содержит блок сравнения 30 и блок задания 31. Блок сравнения 30 соединен с входом электронного усилителя 32, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 33 и выход электронного усилителя 32 соединен с входом магнитного усилителя 34 с выпрямителем, который на выходе подключен к регулятору скорости вращения 26 в виде блока порошковых электромагнитных муфт.
Устройство энергосберегающего обезвоживания и сушки в вакууме работает следующим образом.
Увеличение температуры выше 90°C в вакуумной технологической камере 1 фиксируется датчиком температуры 29 и сигнал, поступающий с датчика температуры 29, становится больше, чем сигнал блока задания 31 и на выходе блока сравнения 30 появится сигнал отрицательной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 32 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи блока 33. За счет этого в электронном усилителе 32 компенсируется нелинейность характеристики приводов 26 компрессора 21. Сигнал с выхода электронного усилителя 32 поступает на вход магнитного усилителя 34, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 26 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 32 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 34. В результате снижается момент от привода 26 компрессора 21 и рабочее тело в парообразном состоянии в меньшем количестве поступает на сжатие в компрессор 1 и даже через теплообменник-конденсатор 8 в вакуумную технологическую камеру 1, где восстанавливается необходимый и нормированный температурный режим обезвоживания и сушки исходного материала 3. Уменьшение температуры ниже 40°C в вакуумной технологической камере 1 ухудшает тепломассообменные процессы обезвоживания и сушки исходного материала 3 и для устранения данного явления также применима система автоматизированного контроля работы привода 26 компрессора 21. В этом случае сигнал, поступающий с датчика температуры 29 становится меньшим, чем сигнал блока задания 31 и на выходе блока сравнения 30 появится сигнал положительной полярности, который поступает на вход электронного усилителя 32 одновременно с сигналом нелинейной обратной связи 33. Сигнал с выхода электронного усилителя 34, где усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на регулятор скорости вращения 26 в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Положительная полярность сигнала электронного усилителя 32 вызывает увеличение момента от привода 27 компрессора 21 через регулятор скорости вращения 26 в виде блока порошковых электромагнитных муфт и поступление рабочего тела в парообразном состоянии осуществляется в большем количестве на сжатие в компрессор 1 с последующим повышением температуры и даже через теплообменник-конденсатор 8 в вакуумную технологическую камеру 1, где и восстанавливается необходимый нормированный температурный режим.
При реализации устройства, обеспечивающего процесс обезвоживания и сушки в вакууме исходный материал 3 из бункера 18 насосом 19 подается в теплообменник 20, где он предварительно нагревается до температуры испарения воды в условиях вакуума в вакуумной технологической камере 1. Нагрев исходного материала 3 в теплообменнике 20 происходит за счет частичного охлаждения горячей воды, поступающей в теплообменник 20 из одного из теплообменников 10. В свою очередь нагрев этого потока воды в теплообменнике 10 происходит за счет тепла, выделяющегося в результате конденсации потока пара 9. Поток воды в теплообменнике 20 частично охлаждается, отдавая тепло исходному материалу, находящемуся в теплообменнике 20. Далее частично охлажденный поток воды из теплообменника 20 поступает в теплообменник-испаритель 16 теплового насоса. В теплообменнике-испарителе 16 теплового насоса происходит испарение рабочего тела теплового насоса, которое в парообразном состоянии поступает в компрессор 21 теплового насоса, в котором происходит сжатие рабочего тела теплового наоса. Рабочее тело теплообменника после компрессора 21 поступает в теплообменник-конденсатор 8 теплового насоса. Здесь рабочее тело охлаждается, отдавая тело рабочему телу технологических теплообменников-испарителей 4 с трубчатыми каналами в количестве, достаточном для проведения процесса обезвоживания и сушки. Неизбежные потери тепла компенсируются мощностью привода теплового насоса, которая не менее чем в три раза меньше мощности, затрачиваемой на проведение процесса обезвоживания и сушки. Суммарное количество регенерируемого тепла и энергии компрессора 21 достаточно для проведения непрерывного процесса обезвоживания и сушки. Вода, охлажденная за счет испарения рабочего тела теплового насоса, из теплообменника-испарителя 16 поступает в теплообменник 10, где она снова нагревается, поглощая тепло, выделяющееся при конденсации потока пара 9. Охлажденный конденсат направляется для охлаждения водяного вакуумного насоса 11 и далее на слив.
Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что поддержание эффективной работы устройства, обеспечивающего процесс обезвоживания и сушки со снижением энергозатрат при обеспечении заданного температурного режима в вакуумной технологической камере достигается в системе нагрева выполнением взаимосвязанных технологической схемой компрессора с приводом и регулятором скорости вращения в виде порошковых электромагнитных муфт, а также регулятора температуры, включающего систему блоков сравнения и задания, электронный и магнитный усилители.