КАМЕРА ДЛЯ СУШКИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
CHAMBER FOR DRYING LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к способам и устройствам сушки сыпучих материалов, в частности зерна, и может быть использовано в сельском хозяйстве.
Известна камера для сушки сыпучих материалов с замкнутым циклом циркуляции осушителя и с теплоизолирующими стенками, содержащая холодильную установку и воздуховоды для подачи осушителя газодувной установкой в объем внутри корпуса камеры, заполненной сыпучим материалом, причем холодильная установка снабжена конденсатором для удаления поглощенной при сушке избыточной влаги из газового осушителя, всасывающий патрубок газодувного устройства соединен с внутренним объемом камеры, а газовый осушитель пропускают через конденсатор и подают в воздуховоды (См. «Камера и способ сушки и хранения зерновой массы», патент RU 2298910 от 26.04.2006, опубликовано 20.05.2007. Бюл. №14. Автор: С.А.Ермаков).
Недостатком данной камеры является повышенный расход энергии, обусловленный необходимостью охлаждения газового осушителя для извлечения избыточной влаги в конденсаторе холодильной установки. С увеличением температуры сушки затраты энергии на охлаждение и последующий нагрев осушителя существенно возрастают, что не позволяет осуществлять сушку сыпучих материалов в камере с замкнутой циркуляцией осушителя. Сушка в камере с замкнутой циркуляцией осушителя при повышенной температуре представляется экономически выгодной, если обезвоживать осушитель без существенных затрат энергии. Решение этой задачи позволит видоизменить общепринятый способ сушки, в котором основные затраты энергии обусловлены выбросом тепла в атмосферу при однократном использовании осушителя.
Техническим результатом изобретения является возможность сушки зерна при повышенной температуре при сниженном в сравнении с известным устройством энергопотреблении.
Данный технический результат достигается тем, что в камере для сушки сыпучих материалов с замкнутым циклом циркуляции осушителя и с теплоизолирующими стенками, содержащей холодильную установку и воздуховоды для подачи осушителя газодувной установкой в объем внутри корпуса камеры, заполненной сыпучим материалом, причем холодильная установка снабжена конденсатором для удаления поглощенной при сушке избыточной влаги из газового осушителя, всасывающий патрубок газодувного устройства соединен с внутренним объемом камеры, а газовый осушитель пропускают через конденсатор и подают в воздуховоды, согласно изобретению для сушки продукции при повышенной температуре осушителя прошедший через слой сыпучего материала увлажненный осушитель подают в конденсатор холодильной установки и извлекают из него обезвоженный осушитель через теплообменник-рекуператор с рекуперацией тепла встречных газовых потоков, разделенных теплопроводящей поверхностью каналов теплообменника-рекуператора, причем каналы, пропускающие увлажненный газовый осушитель, связывают объем камеры с объемом конденсатора холодильной установки, а каналы, пропускающие обезвоженный газовый осушитель, связывают объем конденсатора холодильной установки с входом газодувной установки. Нагретый увлажненный газовый осушитель при движении в направлении холодной зоны конденсатора холодильной установки остывает, отдавая тепловую энергию через боковую теплопроводящую стенку охлажденному обезвоженному в конденсаторе осушителю, возвращающемуся в горячую камеру. При достаточной протяженности каналов теплообменника-рекуператора и достаточной площади поверхности теплообмена значительная часть тепловой энергии остужаемого потока будет передана нагреваемому потоку через боковую стенку. Тем самым будут существенно снижены затраты энергии на охлаждение и последующий нагрев газового осушителя.
Предпочтительно выполнение теплообменника-рекуператора в виде протяженного короба с теплоизолирующими стенками, внутренний объем которого представляет собой протяженные полости, образованные профилированной перегородкой, имеющей теплопроводящую поверхность большой площади, причем с одного конца каналы объединены и замкнуты на объем конденсатора холодильной установки, с другого конца каналы входного влажного и выходного осушенного потоков воздуха разделены и подключены к входу и выходу теплообменника-рекуператора. Использование заявленного изобретения позволяет простыми техническими средствами решить задачу получения большой площади поверхности теплообмена и, соответственно, повысить коэффициент рекуперации тепла.
В альтернативном варианте теплообменник-рекуператор может быть выполнен в виде плоскостей теплопроводящего листового материала с зазорами, образующими воздушные каналы между ними с ограничителями полостей каналов по ширине и дополнительной плоскости теплоизолирующего материала, свернутых в рулон, причем в центре рулона или на другом конце каналы объединены и замкнуты на объем конденсатора холодильника, а с противоположного конца каналы подсоединены к входу и выходу теплообменника-рекуператора. Данное техническое решение позволяет уменьшить размеры теплообменника-рекуператора.
Объем камеры выполнен в виде вертикальной шахты с верхней загрузкой и нижней выгрузкой продукта. Данное техническое решение позволяет продвижение сыпучего материала в камере в процессе сушки осуществить под его собственным весом.
3
Осушенный воздух, нагретый до заданной температуры, подают через воздуховоды в нижнюю часть камеры. Воздуховоды в объеме камеры имеют дроссельные отверстия для инжекции осушителя из области повышенного давления воздуховодов газодувной установки. Избыточное давление приводит к принудительной циркуляции воздуха через сыпучий материал и систему регенерации осушителя. При достаточном давлении и расходе воздуха на выходе газодувной установки возникают условия формирования псевдоожиженного слоя сыпучего материала (Расчеты аппаратов кипящего слоя, под ред. И.П.Мухленова, Б.С.Сажина, В.Ф.Фролова, Л., 1986). Данное техническое решение приводит к интенсивному перемешиванию продукта в объеме камеры и интенсивной теплопередаче энергии осушителя твердым частицам сыпучего материала. Несмотря на существенно меньшую объемную теплоемкость осушителя в сравнение с твердыми частицами, в режиме циркуляции воздуха по замкнутому циклу быстро устанавливается тепловое равновесие в двухфазной среде при меньших энергозатратах в сравнении с режимом сушки с выбросом в атмосферу отработанного теплоносителя. Важнейшим свойством псевдоожиженных слоев типа газ-твердое тело является образование в них пузырей. При размере твердых частиц больше 0,2 мм и плотности свыше 1 г/см пузыри приобретают "сплющенную" форму, т.е. их размеры по горизонтали становятся существенно больше размеров по вертикали. При этом скорости всплытия пузырей меньше скоростей ожижающего газа. Режим псевдоожиженного слоя характеризуется высокой скоростью сушки, равномерным распределением температуры в объеме, простотой транспортировки продукта от входного шлюза к выходному.
С целью снижения энергопотребления создание кипящего слоя может быть кратковременным, с некоторой заданной периодичностью повторения. Для этого обеспечивают импульсную подачу ожижающего агента через дроссельные отверстия или вводят его попеременно в различные участки нижнего сечения слоя сыпучего материала.
Для создания необходимого температурного режима сушки осушитель пропускают через теплообменник для нагрева газообразного теплоносителя, имеющий систему автоматического регулирования температуры циркулирующего теплоносителя.
Теплообменник для нагрева газообразного теплоносителя включают между выходом газодувной установки и воздуховодами, подающими осушитель в камеру. В этом случае дополнительный подогрев осушителя производится после повышения его температуры вследствие сжатия газодувной установкой.
Тепловой поток теплообменника холодильной установки используют для нагревания газообразного теплоносителя. Данное техническое решение способствует снижению энергозатрат камеры в целом.
Загружаемый в сушильную камеру и выгружаемый из камеры сыпучий материал транспортируется по каналам теплообменника с теплопроводящей стенкой, разделяющей встречные потоки продукта. Данное техническое решение также способствует снижению непроизводительных теплопотерь на нагрев и охлаждение сыпучего материала. Транспортировка продукта может осуществляться лопатками транспортера. Перемешивание в этом случае будет способствовать выравниванию температуры соседних слоев.
В заявляемом техническом решении теплообменник конденсатора холодильника имеет температуру выше температуры замерзания жидкости и содержит клапан для слива конденсата. В этом случае возможен непрерывный процесс сушки продукта.
Для повышения эффективности удаления конденсирующихся паров воды конденсатор холодильника может содержать жидкий поглотитель - сорбент с высокими депрессионными характеристиками. Высокие депрессионные характеристики раствора означают, что равновесное парциальное давление паров над поверхностью раствора существенно ниже, чем равновесное парциальное давление паров над чистой водой при той же температуре. Высокие депрессионные характеристики свойственны концентрированным растворам электролитов, в качестве которых используют: поваренную соль, кальцинированную соду, поташ и другие.
Для сохранения высокой концентрации электролита конденсатор холодильной установки снабжен внешним устройством для удаления поглощенной влаги из жидкого сорбента. В качестве устройства для удаления поглощенной влаги может быть применена установка криоконцентрирования, выпарная установка и другие.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен чертеж, где показана общая схема камеры. Камера содержит теплоизолирующий корпус 1, внутри которого расположены сушильные воздуховоды 2, шлюз 3 верхней загрузки продукта 4, шлюз 5 нижней выгрузки продукта, холодильную установку 6, конденсатор 7 холодильной установки, газодувное устройство 8, всасывающий патрубок газодувного устройства 9, теплообменник-рекуператор 10 газового осушителя, каналы рекуператора 11, теплообменник 12 для нагрева газообразного теплоносителя, теплообменник-рекуператор 13 загружаемого и выгружаемого продукта, направление движения загружаемого продукта 14, направление движения выгружаемого продукта 15, выход клапана конденсатора для слива конденсата 16.
На фиг.2 представлен чертеж, где показана конструкция теплообменника-рекуператора. Теплообменник 10 содержит протяженный короб 17, стенки которого имеют теплоизолирующий слой 18, полости 11 внутреннего объема, образованные профилированной перегородкой 19, объем конденсатора холодильной установки 7, вход теплообменника 20, выход теплообменника 21, направления 22 движения осушителя в каналах.
Работа камеры и реализация способа, чертеж которого представлен на фиг.1, осуществлены следующим образом. Исходный продукт, в частном случае зерно, подают в канал 14 теплообменника-рекуператора 13 загружаемого и выгружаемого продукта. Лопатками транспортера зерно перемещается по каналу и подъемным механизмом поднимается и загружается в бункер шлюза 3. В установившемся температурном режиме зерно в теплообменнике подогревается, получая тепло от выходящего по каналу 15 готового продукта. Загруженный в камеру 1 через шлюз 3 продукт 4 заполняет камеру до заданного уровня. Газодувное устройство 8 нагнетает подогретый в теплообменнике 12 до заданной температуры осушенный воздух в сушильные воздуховоды 2. Через дроссельные отверстия этих воздуховодов осушитель поступает в нижние слои зерна и проходит через объем продукта до верхней части камеры. Увлажненный воздух собирается всасывающим патрубком 9 и подается на вход теплообменника-рекуператора 10. Проходя по каналам 11 в направлении холодильника 6, насыщенный влагой воздух остывает, передавая тепло через разделяющую стенку теплообменника возвращающемуся из холодильника 6 воздуху, который при этом нагревается. Попадая в конденсатор 7, увлажненный воздух остывает до температуры ниже точки росы. Происходит конденсация паров воды. Вода стекает в нижнюю часть объема конденсатора 7 и через выход 16 поплавкового клапана выводится за пределы холодильной установки. Осушенный охлажденный воздух по каналам 11 поступает на вход газодувного устройства 8, нагреваясь при этом от разделяющей стенки теплообменника. Значительная часть тепловой энергии сохраняется при этом в объеме циркулирующего теплоносителя. Существующие потери тепла при этом восполняются теплообменником-нагревателем 12, оснащенным автоматизированной системой регулирования температуры. Цикл сушки зерна заканчивается по мере его прохождения от шлюза 3 верхней загрузки продукта к шлюзу 5 нижней выгрузки продукта. Осушенный продукт по каналу 15 теплообменника-рекуператора 13 лопатками транспортера перемещается к коллектору сбора готовой продукции. Горячее зерно при этом остывает, отдавая тепло продукции, поступающей на сушку. Для интенсивного перемешивания продукта 4 в камере 1 создают режим формирования псевдоожиженного слоя сыпучего материала. В объем камеры через дроссельные отверстия воздуховодов 2 газодувным устройством 8 инжектируется необходимый поток воздуха для формирования псевдоожиженного слоя сыпучего материала. С целью снижения энергозатрат на создание псевдоожиженного слоя обеспечивают импульсную подачу повышенного расхода воздуха через дроссельные отверстия или вводят его попеременно в различные участки нижнего сечения слоя сыпучего материала.
Один из вариантов конструкции теплообменника-рекуператора, представленного на фиг.2, реализован следующим образом. Теплообменник-рекуператор 10 выполнен в виде протяженного короба 17, стенки которого имеют теплоизолирующий слой 18. Полости 11 внутреннего объема для встречных, обменивающихся теплом потоков 22 образованы профилированной перегородкой 19. Такое техническое решение позволяет простыми средствами получить: большую поверхность теплообмена и необходимую протяженность рекуператора. Профилированная перегородка может быть выполнена наборной - из отдельных фрагментов профиля. Сформированные каналы 11 при этом легко могут быть герметизированы прижимом теплоизоляционного материала 18. Все каналы рекуператора открыты в объем конденсатора 7. На входном коллекторе 20 теплообменника 10 каналы одного направления 22 открыты, противоположного - закрыты. На выходном коллекторе 21, наоборот, каналы дополняющего направления открыты, противоположного - закрыты.