Сушильная установка
DRYER

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к сушильным установкам, и предназначено для обработки продуктов сельскохозяйственных растений, например зерновых, бобовых, ягодных и стеблевых культур, а также лесоматериалов.
Известна (SU, авторское свидетельство 375457, опубл. 1973)сушилка с промежуточной загрузкой плохосыпучего материала, включающая сушильную камеру, загрузочный и распределительный транспортеры, газоподающий короб с газораспределительной решеткой, над поверхностью которой расположен конвейер, имеющий планки с вертикальными зубьями и периодически вводимые в сушильную камеру стержни. Конвейер выносит из сушилки нижний слой высушенного материала.
Недостатком известной конструкции следует признать одноразовый проход сушильного агента через слой высушиваемого материала, что не обеспечивает высокой эффективности и экономичности сушки.
Известна (RU, патент2109234, опубл. 20.04.1998) сушильная установка непрерывного действия, содержащая корпус, в котором установлен ленточно-сетчатый транспортер, патрубки подачи сушильного агента под верхнюю ленту транспортера по секциям сушки. Кроме того, установка содержит несущую раму, корпус выполнен туннельным, а транспортер - бесконечным, причем между его ветвями установлен ряд последовательно расположенных поддонов с решетчатыми крышками в качестве приемников и распределителей горячего и холодного агентов сушки под верхнюю ленту транспортера по секциям сушки, при этом решетки крышек представляют собой поперечные неравнобокие V-образные пластины, перекрывающие сверху зазоры между собой по вертикали, а патрубки подачи сушильного агента выполнены продольными и поперечными.
Известен (RU, патент2496069, опубл. 20.10.2013) аэрожелоб для сушки продукции растениеводства и пиломатериалов древесины, содержащий сушильную камеру, выполненную с боковыми, задней и передней с дверью стенками, днище из воздухораспределительных решеток, воздухоподводящих каналов, диффузоров с жалюзийными заслонками, реверсивные с регулируемой частотой вращения вентиляторы, распределители с заслонками, воздуховоды, топочный блок, рельсовый путь, тележки, контейнеры или штабеля, причем герметичная из листового железа сушильная камера, покрытая сверхтонким теплоизолирующим материалом, имеет в потолке аналогичные днищу воздухораспределительные решетки, тележки оборудованы электронным весоизмерительным устройством, все воздухораспределительные решетки изменяют направление движения сушильного агента или воздуха на 90°С, а все отверстия воздухораспределительных решеток регулируются заслонками.
Известна (RU, патент 2328949, опубл. 20.07.2008) сушильная установка, содержащая корпус, транспортер с гибкой перфорированной лентой, устройство для подвода и отвода теплоносителя, загрузочное устройство и выгрузочный лоток. В боковых стенках корпуса сверху и снизу выполнены параллельные горизонтальные пазы, в верхних пазах установлены с возможностью симметричного перемещения перфорированные направляющие для фиксации положения гибкой перфорированной ленты, а в нижних пазах - пневмоцилиндры с роликами, установленные с возможностью перемещения по ним, причем ролики попарно соединены между собой осями и контактируют с нижней поверхностью гибкой перфорированной ленты.
Указанное решение использовано в качестве ближайшего аналога разработанного технического решения.
Недостатком известных конструкций следует признать их сложность и высокую энергоемкость.
Техническая проблема, решаемая использованием разработанного устройства, состоит в упрощении конструкции сушильной установки при одновременном снижении ее энергопотребления.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении конструкции сушильной установки при одновременном снижении энергопотребления.
3
2
Для достижения указанного технического результата предложено использовать сушильную установку разработанной конструкции. Сушильная установка содержит средство размещения обрабатываемого материала и, по меньшей мере, одно средство подачи воздуха, отличающаяся тем, что средство размещения обрабатываемого материала выполнено с наличием отверстий, располагаемых, по меньшей мере, под обрабатываемым материалом, а средство подачи воздуха представляет собой осевой вентилятор, расположенный над обрабатываемым материалом и/или сбоку от обрабатываемого материала и выполненный с возможностью использования спрямляющего аппарата и/или диффузора после выхода воздуха из вентилятора, при этом отношение часового объема прокачиваемого вентилятором воздуха, выраженного в кубических метрах в час, к установленной мощности привода вентилятора, выраженной в киловаттах, больше 20000 (м/ч)/кВт или отношение мощности привода вентилятора, выраженной в ваттах, к ометаемой лопастями вентилятора площади, выраженной в квадратных метрах, менее 1000 Вт/м.
Средство размещения обрабатываемого материала может быть выполнено в виде конвейера, в частности, шнековый или лопастной конвейер, или в виде транспортера, в частности, сеточного, скребкового или ленточного.
В некоторых вариантах реализации разработанного устройства средство размещения обрабатываемого материала может дополнительно содержать средство перемешивания материала.
В некоторых вариантах реализации разработанного устройства оно может дополнительно содержать подогреватель подаваемого воздуха.
Предпочтительно, может быть использовано средство размещения обрабатываемого материала, конструкция которого предохраняет от схода с места размещения обрабатываемый материал.
В некоторых вариантах реализации устройства оно содержит более одного вентилятора.
Упрощение конструкции по отношению к устройству, выбранному в качестве ближайшего аналога - очевидно.
Для обоснования уменьшения энергопотребления разработанного устройства относительно устройства, выбранного в качестве ближайшего аналога, рассмотрим расход энергии разработанным устройством.
Испарение - процесс преобразование жидкости в газообразное состояние с поверхности жидкости в окружающий газ, в частном случае молекул воды с поверхности воды в воздух.
Испарение возможно при любой температуре.
При сушке воздухом влагу можно удалить лишь до равновесной, соответствующей данным параметрам воздуха влажности материала. Из-за колебаний влажности и температуры в течение периода сушки, например, древесину летом можно высушить на воздухе до 20-24% влажности без искусственного подвода энергии. При этом интенсивность такой атмосферной сушки, т.е. количество испаренной жидкости с единицы открытой поверхности тела, должна быть равна интенсивности испарения жидкости со свободной поверхности при одинаковом режиме. Поэтому сушка материалов с уровня, которую они имели в некий начальный момент, например, спиливания древесины до уровня, соответствующего максимальному гигроскопическому влагосодержанию (относительная влажность 20-24% для древесины при температуре +20°С) может происходить аналогично процессу испарения влаги со свободной поверхности с использованием лишь энергии атмосферы (температура, давление и ветер, способствующий ускорению влагообмена тела с атмосферой). Для этого достаточно организовать обдув тела потоком воздуха.
При этом, обдув осушаемого материала потоком воздуха с температурой меньше температуры кипения жидкости и испарение жидкости только с поверхности материала энергетически более выгоден, чем доведение жидкости до температуры кипения и испарение путем парообразования во всем объеме жидкости.
Поэтому, выгодно сушить хорошо измельченные материалы потоком воздуха без подогрева до состояния равновесной влажности.
Несмотря на то, что сушка атмосферным воздухом вполне возможна, большинство имеющихся сушилок основаны на нагревании материала и содержащейся в нем воды, если не до температуры кипения, то до значительной температуры. Это делается с использованием сушильного агента, как правило, горячего воздуха или смеси воздуха с дымовыми газами от теплогенератора.
Использование нагревания воздуха связано с тем, что нагретый воздух может впитать в себя намного больше воды, чем окружающий воздух.
Горячего воздуха для удаления влаги из материала нужно гораздо меньше, чем воздуха с окружающей температурой, например, +20°С. Разумеется, не следует допускать, чтобы воздух впитывал в себя всю влагу до состояния полного насыщения, иначе начнется конденсация и выпадение влаги, но часть влаги он сможет в себя впитать.
3
3
3
Так, если взять воздух с температурой +20°С, плотностью 1,1969 кг/м и относительной влажностью 65%, влагосодержанием 9,5 грамм воды на 1 кг сухого воздуха и предположить, что он может впитать в себя половину от разницы между текущим и максимальным влагосодержанием, составляющим 11,2 грамм воды на 1 кг сухого воздуха при данной температуре, т.е. половину от 1,7 грамм воды на 1 кг сухого воздуха, то это значит, что каждый килограмм сухого воздуха может дополнительно впитать в себя 0,85 грамм воды. Это дополнительно почти 1 грамм воды на 1 м воздуха. И тогда для того, чтобы удалить из материала с температурой +20°С 1 кг воды нужно подать на материал почти 1000 м3 воздуха с температурой +20°С и относительной влажностью 65%. Воздух при впитывании в себя этого количества влаги остынет до 17,9°С и станет тяжелее, его плотность увеличится до 1,2050 кг/м, и он станет опускаться вниз.
Но при повышении температуры сушильного агента, например, воздуха, до температуры +150°С с эффективностью влагоудаления 75%, количество воздуха, необходимого для удаления 1 кг влаги уменьшается почти в 30 раз, по сравнению с количеством воздуха с температурой +20°С с эффективностью влагоудаления 50%.
Большинство сушилок подают сушильный агент либо вместе с подаваемым в сушилку материалом (например, широко известные сушильные барабаны - агрегаты витаминной муки АВМ-1,5 и им подобные) и контакт сушильного агента с материалом происходит по мере движения сушильного агента по сушилке, а также при перемешивании материала лопатками барабана, либо снизу (например, шнековые сушилки), в которых сушильный агент подается снизу через щели, а остывший сушильный агент, пройдя через материал в процессе продвижения и перемешивания, поднимается вверх и отводится через верх.
Причиной использования сушилок с такой компоновкой является более дешевая стоимость тепловой энергии, по сравнению со стоимостью электрической энергии.
Как правило, для подачи сушильного агента - воздуха в сушилках используются радиальные вентиляторы с полным давлением не менее 2000 Па. Такое давление, вентиляторов нужно, чтобы преодолеть потери в линии подачи воздуха не только по длине трубопровода подачи, но и в самой сушилке, на изгибах, поворотах и т.п.
Также, потери появляются на решетках, сетках, щелях, которые мешают свободному поступлению горячего воздуха к материалу.
3
3
3
Если ввести параметр, характеризующий эффективность разных вентиляторов, как отношение часового объема прокачиваемого вентилятором воздуха к установленной мощности привода вентилятора, то легко увидеть, что вентиляторы с подобным полным давлением имеют значение этого параметра на уровне не выше 1300-1400 (м/ч)/кВт. В некоторых источниках этот параметр называют удельным расходом вентилятора. Чем больше полное давление, развиваемое вентилятором, тем меньше значение этого параметра. Соответственно каждый кубический метр воздуха от такого вентилятора стоит дороже, чем у вентиляторов с более низким давлением, имеющим значение этого параметра больше 2000 (м/ч)/кВт. Поэтому, уменьшение потерь давления в линии подачи воздуха к материалу, будет способствовать удешевлению воздуха, подаваемого к материалу. Уменьшение потерь давления в 2 раза уменьшает стоимость 1 м подаваемого воздуха почти в 2 раза.
Некоторые производители не указывают в рабочих характеристиках вентиляторов часовой расход, указывая только диаметр лопастей вентилятора и мощность привода вентилятора. Для таких вентиляторов параметром эффективности, позволяющим использовать их в системах сушки будет являться отношение мощности привода вентилятора, выраженной в Ваттах, к ометаемой лопастями вентилятора площади, выраженной в квадратных метрах.
2
Тогда, величиной этого параметра, позволяющим использовать вентилятор для такой сушилки будет значение меньше 1000 Вт/м.
При повышении температуры подачи воздуха стоимость топлива для нагрева воздуха растет, а расход электроэнергии на подачу воздуха снижается.
Если сушка происходит, например, сжиганием отходов древесины, имеющих лишь условную стоимость, то стоимость топлива для нагрева воздуха будет стремиться к нулю.
3
Но если не использовать нагрев воздуха вообще, исключив такую неотъемлемую часть сушильных установок как теплогенератор, и использовать вентиляторы, имеющие параметр эффективности не ниже 20000 (м/ч)/кВт, то окажется, что стоимость удаления 1 кг влаги стремится к стоимости подачи воздуха. Таким вентиляторами являются осевые вентиляторы, подающие большой объем воздуха с небольшим давлением.
3
Примером вентилятора с достаточно большой эффективностью может являться вентилятор ВО 06-300 №4. Он подает 3100 м/ч воздуха с полным давлением около 50 Па. Такое давление не позволяет использовать вентилятор в сложных трубопроводных системах. Его можно использовать там, где поток воздуха из вентилятора будет подаваться напрямую на материал без всяких трубопроводов, поворотов, сеток, щелей и т.п.
И если применить вентилятор, энергоэффективность которого будет более, чем в 30 раз превышать энергоэффективность обычно применяемых вентиляторов высокого давления, то тогда окажется, что стоимость подачи малого объема горячего воздуха от вентиляторов высокого давления сравняется со стоимостью подачи большого объема воздуха с окружающей температурой от вентиляторов низкого давления, но при этом не нужно будет нести расходы на приобретение и установку теплогенератора, как неотъемлемой части обычных сушильных установок, и не нужно будет нести расходы на сжигание топлива для подогрева сушильного агента - воздуха.
Поэтому, предметом данной заявки является организация потока воздуха непосредственно из вентилятора прямо на материал, минуя любые трубопроводы или препятствия на пути потока воздуха из вентилятора.
Далее приведены примеры реализации разработанного устройства.
3
1. Сушильная установка для сушки зерна содержит ленточный транспортер. В бесконечной ленте транспортера выполнены отверстия диаметром 1 мм общей площадью 55% от площади бесконечной ленты. Над лентой расположен осевой вентилятор типа ВО 06-300 с удельным расходом вентилятора более 20000 (м/ч)/кВт. На бесконечную ленту поместили зерно пшеницы с исходной влажностью 19%. После прохождения сушильной установку влажность зерна составляет 14%. Зерно готово к долгосрочному хранению.
2
2
2. Сушильная установка для сушки зерна содержит сеточный транспортер. Бесконечная лента имеет П-образную форму и выполнена перфорированной. По обоим бокам ленты в шахматном порядке установлены осевые вентиляторы типа VF-30MCR, относительно которых производитель указывает, что они имеют диаметр лопастей 30 дюймов или 762 мм и мощность привода 300 Ватт и отношение и отношение мощности привода вентилятора к ометаемой лопастями вентилятора площади составляет 657,84 Вт/м, что меньше порогового значения в 1000 Вт/м. На бесконечную ленту поместили зерно ржи с исходной влажностью 18%. После прохождения сушильной установки влажность зерна составляет 14%. Зерно готово к долгосрочному хранению.
3
3. Сушильная установка для сушки измельченной травы содержит лопастной конвейер. Конвейер имеет лотковую форму, с одного конца конвейера сверху загружается материал, с другого конца снизу происходит выгрузка. В нижней части конвейера имеются отверстия. Над конвейером и сбоку от лотка конвейера установлены осевые вентиляторы ВО 13-284 с удельным расходом вентилятора более 20000 (м/ч)/кВт, которые дуют потоком воздуха на измельченную траву, которая передвигается лопастями конвейера, одновременно перемешивается и сушится. После прохождения сушильной установки измельченная травяная масса имеет влажность не выше 12%. Травяная масса готова к дальнейшей переработке - гранулированию или длительному хранению.