АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ СУШИЛКА КОМБИНИРОВАННОГО ТИПА
AERODYNAMIC DRYER OF COMBINED TYPE

Область техники, к которой относится изобретение
.
Настоящее изобретение относится к устройствам для сушки, а именно к аэродинамическим сушилкам комбинированного типа, содержащим первый транспортер для подачи сырья в первый измельчитель, выход которого соединен с первым цилиндром, имеющим средство подачи нагретого воздуха в первый цилиндр, выход которого через конфузор или сопло соединен с первым циклоном, и может быть использована в сельскохозяйственной и медицинской промышленности.
Уровень техники.
Из уровня техники известна аэродинамическая сушилка комбинированного типа, содержащая первый транспортер для подачи сырья в первый измельчитель, выход которого соединен с первым цилиндром, имеющим средство подачи нагретого воздуха в первый цилиндр, выход которого через конфузор или сопло соединен с первым циклоном, см. патент на изобертение №2577670, опубликован  27.12.2015.
Данная аэродинамическая сушилка является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату устройством и выбрана за прототип предлагаемого изобретения.
Недостатком этой сушилки является невозможность получения готового продукта с выходной влажностью продукта ниже 8,5%.
То есть проблемой является ограничение на выходную влажность готового продукта.
Раскрытие изобретения.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить аэродинамическую сушилку комбинированного типа, содержащую первый транспортер для подачи сырья в первый измельчитель, выход которого соединен с первым цилиндром, имеющим средство подачи нагретого воздуха в первый цилиндр, выход которого через конфузор или сопло соединен с первым циклоном, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить возможность получения готового продукта с выходной влажностью продукта ниже 8%, что и является поставленной технический задачей.
Для достижения этой цели выход первого циклона соединен со вторым транспортером подачи сырья во второй измельчитель, выход которого соединен со вторым цилиндром, имеющим средство подачи нагретого воздуха во второй цилиндр, причем выход из второго цилиндра через конфузор или сопло соединен со вторым циклоном, выход которого соединен с дробилкой молотковой роторной, при этом дробилка молотковая роторная соединена с выводным третьим  циклоном.
Благодаря таким выгодным характеристикам появляется возможность производить эффективную сушку продукта в два этапа, а именно: на первом этапе используется сильная динамика, метод вихрей и работа кинетической энергии ударного метода (вал-нож), работа разностью давлений на сырье (быстрый переход из области повышенного давления в область пониженного давления и обратно). При этом сырье быстро теряет влагу в пределах 40-60% от начальной влажности. На втором этапе устройство установки позволяет применить вихревые потоки меньшей динамики (например, можно использовать менее производительный по воздуху вентилятор). Таким образом, вихревое воздействие на сырье существенно ниже, чем на первом этапе. Как и на первом этапе происходит работа кинетичекой энергии ударного метода, но присутствует более выраженный кипящий слой.  В итоге совмещенных двух этапов на выходе получается сырье низкой влажности 6-8-10%.
Существует вариант изобретения, в котором каждый из  цилиндров – первый и второй - содержит тарелку, расположенную на вращающемся валу с закрепленными на нем ножами, некоторые из которых имеют лопастное закручивание.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность создания дополнительной подъемной силы, которая не позволяет сырью оседать и залеплять цилиндр, то есть мешать вращению вала и полностью останавливать его.
Существует и такой вариант изобретения, в котором средство подачи нагретого воздуха в первый цилиндр и средство подачи нагретого воздуха во второй цилиндр выполнены в виде общего теплогенератора с вентилятором.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность упрощения устройства сушилки за счет возможности использования общего источника горячего воздуха.
Существует кроме того и такой вариант изобретения, в котором первый цилиндр на выходе содержит раздвоенный переходник для соединения с двумя циклонами – первым и четвертым, выходы которых соединены со вторым транспортером.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность повышения эффективности сушки за счет возможности использовать две независимых линии движения сырья параллельно.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения, а так как проблема, которую решает данное изобретение, не могла быть решена на существующих установках, что показывает неочевидность данного решения для специалиста в данной области, что, в свою очередь свидетельствует о соответствии критерию «наличие изобретательского уровня» для изобретения.
Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества данного изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
- фигура 1 изображает общий вид аэродинамической сушилки согласно изобретению,
- фигура 2 изображает общий вид аэродинамической сушилки согласно изобретению,
- фигура 3 изображает вид сверху аэродинамической сушилки согласно изобретению,
- фигура 4 изображает общий вид аэродинамической сушилки согласно изобретению,
- фигура 5 изображает расположение ножей в цилиндрах согласно изобретению,
- фигура 6 изображает схему ножей в цилиндрах согласно изобретению,
- фигура 7 изображает этапы работы  аэродинамической сушилки согласно изобретению.
Далее, так как установка состоит из двух схожих частей, то при нумерации первая цифра позиции относит эту позицию к первой или же ко второй части установки.
Согласно фигурам 1-4 аэродинамическая сушилка комбинированного типа содержит первый транспортер 11 для подачи сырья в первый измельчитель 12, выход которого соединен с первым цилиндром 13, имеющим средство 14 подачи нагретого воздуха в первый цилиндр 13, выход которого через конфузор или сопло 131 соединен с первым циклоном 15.
Выход первого циклона 15 соединен со вторым транспортером 21 подачи сырья во второй измельчитель 22, выход которого соединен со вторым цилиндром 23, имеющим средство 24 подачи нагретого воздуха во второй цилиндр 23. Выход из второго цилиндра 23 через конфузор или сопло 231 соединен со вторым циклоном 25, выход которого соединен с дробилкой молотковой роторной 26, при этом дробилка молотковая роторная 26 соединена с выводным третьим  циклоном 27.
Средство подачи нагретого воздуха в первый цилиндр и средство подачи нагретого воздуха во второй цилиндр могут быть выполнены в виде общего теплогенератора с вентилятором, как показано на фигурах 3 и  4, где он обозначен позицией 4.
Первый цилиндр 13 на выходе может содержать раздвоенный переходник 132 для соединения с двумя циклонами – первым 15 и четвертым 16, выходы которых соединены со вторым транспортером 21. Второй транспортер может иметь линию подачи, которая показана на фигурах позицией 20.
Каждый из  цилиндров – первый 13 и второй 23 - содержит тарелку 31, расположенную на вращающемся валу 32 с закрепленными на нем ножами, некоторые из которых имеют лопастное закручивание.
В частности, вал 32 может быть выполнен с закрепленными на нем верхними 33, средними 34 и нижними 35 ножами, при этом нижние 35 и верхние 33 ножи имеют лопастное закручивание, а средние ножи 34 выполнены прямыми.
Нижние 35 и верхние 33 ножи могут иметь углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце. Средние ножи 34 могут иметь загнутые законцовки.
Лопасти тарелки показаны как позиция 36 на фигуре 5.
Количество ножей может варьироваться в зависимости от сырья. Ножи могут быть установлены по четыре на валу в одном ряду, а может их быть, в общем, и другое количество. Также может быть вариант, когда они установлены двойные, как на фигуре 5 в нижнем и среднем ряду, чтобы увеличить подъемную силу.
Осуществление изобретения.
Аэродинамическая сушилка комбинированного типа работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.
Этап А1. Исходное сырье подают через ленточно-скребковый транспортер в измельчитель.
Этап А2. Создают поток теплоносителя вентилятором-дымососом среднего или высокого давления, соединенным с теплогенератором. Начальная температура Т=60-80°С. Количество воздуха, как теплоносителя, варьируется в зависимости от физических свойств сырья и имеет оптимальные значения 20-40 тыс куб м/час
Этап А3. Подают такой теплоноситель по касательной в первый цилиндр. При этом создается закрученный вихрь. Когда в цилиндрическую трубу по касательной к ее внутренней поверхности подается поток воздуха высокого давления, он движется по окружности и под действием центробежных сил прижимается к поверхности. Возникают достаточно большие силы трения, которые тормозят поток и нагревают его. Поэтому на стенках камеры первого цилиндра  выделяется тепло и слой воздуха у стенки нагревается. А в центре царит пониженное давление потому, что центробежные силы оттягивают воздух от центральной зоны.
Этап А4. Раскручивают расположенный в центре первого цилиндра вал с закрепленными на нем верхними, средними и нижними ножами со скоростью 3000 об/мин, что в центре первого цилиндра еще более понижает давление. Струя прилипает к закруглённой  поверхности первого цилиндра. При этом на ней в средней части создаётся разряжение, увлекающее сырье вверх в область ножевой части. При этом боковая стенка препятствует свободному поступлению воздуха с одной стороны струи воздушной смеси, создавая вихрь в зоне пониженного давления.
Этап А5. Из измельчителя пневматически подают обрабатываемое сырье в первый цилиндр.
Этап А6. Специальная конструкция ножей и угол заточки, а именно когда нижние и верхние ножи имеют углы лопастного закручивания по хорде в диапазоне 40-50° в корне, 30-40° на средней части хорды и 15-25° на конце, создает необходимую подъемную силу и скос потока от центра к периметру, где находится так называемая "подушка" от  теплоносителя, запущенного по касательной. Продукт входит в подушку у стенки под углом. Это увеличивает площадь соприкосновения с теплоносителем в десятки раз. Подушка-теплоноситель закручен в вихрь.
Законцовки ножей загибаются или нет в зависимости от физических свойств продукта - плотности и влажности.
Продукт находится на ножах в области между областью пониженного и повышенного давления. Так же  происходит и механическое воздействие - кинетическая энергия на продукт от ножей, что серьезно снижает влажность. Продукт при движении в вихре бросает из области повышенного давления в область пониженного и обратно. Создается эффект эксплозии и имплозии. Также подушка у стенки препятствует залипанию продукта.
Воздух в первом цилиндре движется по окружности, а такое движение является неравномерным, т.к. здесь постоянно меняется вектор движения. Во-вторых, воздух резко тормозится из-за трения в трубе. Объединение двух неравномерных видов движения - вращательного и замедляющегося - приводит к заметному выбросу энергии.
Этап А7. Подъемную силу продукту придают нижние, средние и верхние ножи винта, которые работают больше не как нож, а как система подъема и уноса сырья в конус, расположенный над первым цилиндром.
Этап А8. Далее через неправильный конус обрабатываемое сырье выходит в два циклона – второй и четвертый, где происходит освобождение воздуха.
Этап А9. Из этих двух циклонов путем второго шнекового транспортера подсушенное сырье, которое в первой части теряет 50% первоначальной влаги, подают в другой второй ленточно-скребковый транспортер и подают во второй измельчитель.
Этап А10.  Далее обрабатываемое сырье подают во вторую часть установки, в которой сырье сначала пневматически закидывается во второй цилиндр, идентичный первому. Из второго цилиндра через конус или сопло подают в третий циклон, соединенный с дробилкой (дробилками) молотковой. После дробилки (дробилок) подается в выходной  циклон, и далее готовое сырье  подают на фасовку. Вторая часть установки является досушкой для первой части.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности производить сушки и дробление продукта.
Промышленная применимость.
Аэродинамическая сушилка комбинированного типа может быть осуществлена специалистом на практике, и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец аэродинамической сушилки комбинированного типа.
В качестве средства подачи нагретого воздуха в первый цилиндр использовался дымосос 30 кВт (26000 куб. м в час), а в качестве средства подачи нагретого воздуха во второй цилиндр использовался дымосос 15 кВт (14900 куб м в час).
Испытания опытного образца аэродинамической сушилки показали, что она обеспечивает быструю сушку в первой части, выгрузку и добивание влаги в почти идентичной второй части, менее мощной по потокам, но более мощной по псевдоожиженному методу сушки. Время сушки до выхода начального продукта составило менее 30 секунд. Далее продукт идет сплошным и постоянным потоком. Быстрая сушка в первой части, выгрузка и добивание влаги в почти идентичной второй части, менее мощной по потокам, но более мощной по псевдоожиженному методу сушки. Все это снизило влажность конечного продукта до 6-8% в зависимости от начальной влажности и температурного режима.
При этом по составу продукта: потери полезных веществ составили 5-10% — при разных режимах сушки, что сопоставимо с сублимацией.
Температура сушки для белкового сырья ниже 40°С.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача – возможность получения готового продукта с выходной влажностью продукта ниже 8,5%.
Далее приводится таблица испытаний различных материалов.
Показатель
Порошок моркови
Порошок свеклы
Внешний вид
Сухой, сыпучий порошок, однородный по всей массе, без комков
Сухой, сыпучий порошок, однородный по всей массе, без комков
Цвет
Желтый с единичными точечными включениями оранжевого, белого, коричневого цветов
Свекольный, бордовый
Вкус и запах
Выраженный запах β-каротина. Вкус: первое ощущение – приятный, сладкий морковный вкус; послевкусие – легкая горечь.
Выраженный свекольный запах. Вкус: первое ощущение – приятный, сладкий свекольный вкус; послевкусие – легкая горечь.
Содержание влаги
8,29
8,17
Содержание β-каротина
28,7% от первоначального содержания
-
Дополнительным полезным техническим результатом заявленного изобретения является то, что оно позволило создать непрерывный процесс сушки (сушка-досушка)
Аэродинамическая сушилка комбинированного типа может применяться для сушки овощей фруктов, зелени, грибов, а также для сушки и помола пивной дробины, лузги, соломы, зеленной массы, опила, коры, листьев, хвойных веток, камыша, превращая исходное сырье в высушенный порошок, пригодный для фасовки, гранулирования и экструдирования.
Основным преимуществом этой технологии является то, что обезвоживание растительного сырья и измельчение его в порошок происходит с полным сохранением структуры клетки - генетически законченной ячейки жизни, что позволяет не только полностью сохранить биоэнергетику исходного сырья, все витамины, макро - и микроэлементы, органические кислоты и другие питательные вещества, содержащиеся в исходном сырье, но и в десятки раз увеличить суммарный энергетический заряд продукта, а это дает двойной положительный эффект воздействия на организм человека. Колоссальным преимуществом переработанного таким образом сырья является то, что со временем оно не теряет своих первоначальных свойств, тогда как сохраняемые даже в самых комфортных условиях овощи и фрукты к середине зимы уже более чем наполовину теряют свои положительные свойства. При этом потеря полезных веществ – незначительная.