Роторная сушилка
ROTARY DRYER

Изобретение относится к оборудованию для сушки пищевого растительного сырья и может быть использовано в линиях производства сушеных продуктов пищевой промышленности.
Известен роторный аппарат для производства сушёных плодоовощных продуктов и чипсов [ Патент № 2602646 РФ, МПК F26B 15/14. Роторный аппарат для производства сушеных плодоовощных продуктов и чипсов / Г.В.Калашников, А.А.Щекин (РФ). – № 2014146718/06; Заявлено 21.11.2014; Опубл. 20.11.2016, Бюл. № 32], содержащий корпус,  разделённый перегородками на последовательно расположенные секции: загрузки, конвективной сушки, СВЧ-сушки с расположенной между ними  секцией гидротермической обработки (ГТО), охлаждения и выгрузки  высушенного продукта. Конструкция имеет роликовые опоры, привод, паропровод, контуры рециркуляции теплоносителя, магнетроны, волноводы, увлажнители, циркуляционный трубопровод с насосом и ванной сбора жидкости, ловушки СВЧ-волн, калорифер и вентилятор. Корпус выполнен в виде двух коаксиально установленных цилиндров с кольцевым каналом между ними, образующим рабочее пространство аппарата. Канал разделён перегородками на рабочие секции, причём наружная поверхность внутреннего цилиндра и внутренняя поверхность наружного цилиндра снабжены направляющими для кассет, установленных с возможностью их перемещения по секциям кольцевого канала. При этом внутренняя направляющая выполнена  в виде роликовых опор, а внешней направляющей и одновременно опорой является приводной диск. Перегородки между рабочими секциями выполнены с прорезями, обеспечивающими перемещение кассет с продуктом и приводного диска. Внутри секции загрузки расположен транспортёр, имеющий в зоне выгрузки кассеты наклон в направлении входа в секцию конвективной сушки. Секция конвективной сушки имеет контур рециркуляции теплоносителя, трубопровод которого расположен в пространстве внутреннего цилиндра корпуса. Секции СВЧ-сушки снабжены контурами рециркуляции теплоносителя, частично расположенными в пространстве внутреннего цилиндра корпуса, при этом последняя по ходу движения кассеты секция СВЧ-сушки имеет транспортёр и подъёмный пандус для передачи кассеты в секцию охлаждения и выгрузки. Секция охлаждения и выгрузки готового продукта снабжена контуром обдува продукта и отводящим транспортёром для выгрузки кассет с высушенным продуктом. Кассета для продукта выполнена одно- и/или многоярусной, в верхней её части закреплён зубчатый обод, образующий зацепление с зубчатым ободом, расположенным на внешней поверхности внутреннего цилиндра корпуса. Приводной диск своей нижней частью опирается на роликовые опоры и имеет фрикционную поверхность в верхней части,  причём эта поверхность наклонена к центральной вертикальной оси роторного аппарата, а на его внешней торцевой поверхности закреплён зубчатый обод с возможностью создания зацепления диска и соединения с приводом.
Недостатком данного роторного аппарата является значительная удельная производственная площадь оборудования на единицу готового продукта при выпуске только сушеных продуктов, без использования секций СВЧ-сушки и гидротермической обработки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является роторная сушилка [Патент № 2520752 РФ, МПК F26 B 15/04. Роторная сушилка / А.Н. Остриков, С.А. Шевцов, И.Н. Столяров  (РФ). – № 2013115610/06; Заявлено 05.04.2013; Опубл. 27.06.2014, Бюл. №18], содержащая цилиндрическую рабочую камеру с расположенным внутри транспортером и формочками, загрузочное и разгрузочное устройства, внутри камеры по окружности расположены две параллельные направляющие, выполненные из уголков; на приводном валу расположены радиальные крестовины, на концах которых установлены вертикальные штыри, расстояние между которыми равно ширине формочек; штыри контактируют с пазами, выполненными в боковых стенках формочек, формочки, имеющие трапецеидальную форму, циклично с периодическими выстоями перемещаются по двум параллельным направляющим с помощью приводного вала через следующие зоны: зону загрузки, зоны сушки и зону выгрузки; причем под каждой зоной сушки снизу расположен патрубок для подвода теплоносителя с разными скоростями и температурами, а над ними - вытяжной зонт для отработанного теплоносителя, под зоной выгрузки установлен пневмоцилиндр, с помощью которого осуществляется подъем формочек из горизонтального в наклонное положение, а с внутренней стороны зоны выгрузки смонтирован выгрузочный бункер.
Данная роторная сушилка имеет следующие недостатки:
-высокая нагрузка на радиальные крестовины, т.к. формочки с продуктом расположены на значительном расстоянии от оси вращения приводного вала и при их перемещении возникают значительные силы трения о направляющие, а также изгибающие моменты, действующие на детали конструкции, что приводит к высоким затратам мощности электропривода и, как следствие, повышенным удельным энергозатратам на единицу готового высушенного продукта;
- наличие нерационального привода формочек, поскольку требуются дополнительные нагрузки на транспортер и формочки в виде не только усилия на преодоление веса всех формочек с продуктом при их перемещении, но и момента с плечом от формочки до втулки вала, ось которого совпадает с вертикальной осью аппарата;
- не высокая степень использования энергопотенциала отработанного теплоносителя при отсутствии рециркуляции воздуха и выброса его в окружающую среду, что снижает тепловой и эксергетический КПД и, следовательно, отражается на эффективности сушилки;
- циклическая работа сушилки для обеспечения необходимого периодического выстоя формочки с остановками электрооборудования, особенно при контакте с пневмоцилиндром в процессе выгрузки продукта, и требования синхронизации углового поворота штока пневмоцилиндра и линейного перемещения транспортера, а также движения формочек и работы электропривода.
Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат привода сушилки и повышение тепловой эффективности за счет рационального механизма выгрузки готового продукта и сокращения теплопотерь, а также повышения степени использования энергетического потенциала теплоносителя.
Техническая задача изобретения достигается тем, что в роторной сушилке, включающей рабочую камеру между корпусом и внутренним цилиндром, выполненной в виде кольцевого канала между ними, разделённого перегородками на зоны загрузки, сушки и выгрузки, снабженными прорезями с возможностью перемещения продукта по зонам, загрузочное и разгрузочное устройства, две параллельные внутреннюю и внешнюю направляющие, расположенные внутри камеры по окружности корпуса и внутреннего цилиндра, патрубок для подвода теплоносителя под каждую зону сушки с разными скоростями и температурами, вытяжной зонт для отработанного теплоносителя, пневмоцилиндр, шаровые опоры, привод, калорифер и вентилятор, новым является то, что в кольцевом канале имеются секции, каждая из которых состоит из каркаса с планками и  полуосями на которых закреплена рама с газораспределительной решеткой с возможностью углового смещения рамы относительно каркаса, снабженного боковыми платиками, каркас опирается шаровыми опорами на внутреннюю и внешнюю направляющие, а рама опирается с одной стороны на платики каркаса и с противоположной стороны через шаровые опоры на копир внешней направляющей, при этом внешняя направляющая снабжена пазом над бункером разгрузки с криволинейным копиром, установленным с возможностью обеспечения поворота рамы и перемещения секций по зонам кольцевого канала, а также ограничения перемещения секции в наклонном состоянии и возвращения рамы в исходное горизонтальное положение после выгрузки продукта; секция снабжена пневмоцилиндром с помощью которого осуществляется подъем рамы из наклонного в исходное горизонтальное положение; рама имеет откос для выгрузки продукта; секции расположены в горизонтальной плоскости наклоненной в сторону зоны выгрузки; между зонами сушки и выгрузки готового продукта имеется зона охлаждения продукта; зона конвективной сушки имеет контур рециркуляции теплоносителя.
Технический результат изобретения заключается в снижении энергозатрат привода сушилки и повышении тепловой эффективности за счет уменьшения нагрузки для перемещения подвижных частей конструкции с продуктом и мощности привода, использования гравитационной силы и рационального механизма для выгрузки готового продукта, сокращения теплопотерь, а также повышения степени использования энергопотенциала теплоносителя при использовании контура рециркуляции теплоносителя.
На фиг. 1 представлен объемный общий вид роторной сушилки, на фиг. 2 – изображение секций в зоне выгрузки роторной сушилки, на фиг. 3 - показано сечение секций, на фиг. 4 и фиг. 5 – изображение элементов конструкции секции, соответственно, вид сверху каркаса секции (фиг. 4, а), копира (фиг. 4, б) и вид сбоку привода секции, на фиг. 6 – патрубки с перегородками для подвода теплоносителя, на фиг. 7 – схема расположения различных зон сушилки.
Роторная сушилка (фиг.1) включает в себя корпус 1 рабочей камеры, трубопровод 2 контура рециркуляции теплоносителя, секции 3, цепь 4, приводную звездочку 5, загрузочный патрубок 6, внутреннюю 7 и внешнюю 8 направляющие, патрубки 9 для подвода теплоносителя, вытяжной зонт 10 для отвода отработанного теплоносителя, внутренний цилиндр 11, разгрузочный бункер 12,  вентилятор 13 и калорифер 14.
Патрубки 9 для подвода теплоносителя с разными скоростями и температурами расположены снизу под каждой зоной сушки, а вытяжной зонт 10 для удаления отработанного теплоносителя над соответствующими зонами.
Внутри рабочей камеры по окружности внутренней поверхности корпуса 1 и наружней поверхности цилиндра 11 расположены, соответственно, параллельные внутренняя 7 и внешняя 8 направляющие для секций, установленных с возможностью перемещения последних по зонам кольцевого канала между корпусом и цилиндром. Внешняя направляющая 8 в зоне выгрузки продукта над разгрузочным бункером 12 снабжена пазом и криволинейным копиром 15 (фиг. 2). Секции и направляющие расположены в горизонтальной плоскости, наклоненной в сторону зоны выгрузки продукта и разгрузочного бункера 12.
Секция 3 состоит из каркаса 16, к нижней стороне которого прикреплены шаровые сферические опоры 17 (фиг. 2). Каркас опирается шаровыми опорами 17 на внутреннюю 7 и внешнюю 8 направляющие с возможностью линейного перемещения вдоль данных направляющих. К каркасу к каждой боковой стороне приварена планка 18, внутри которой проходит кольцеобразная втулка 19 с полуосью 20, направление которой параллельно направляющей 7 (фиг. 3). При этом геометрическая ось полуоси смещена в сторону внутренней направляющей 8 и вертикальной оси сушилки.
Каркас 16 со стороны цилиндра 11 снабжен боковыми платиками 21 (фиг. 4, а). На полуосях 20 с внутренней стороны каркаса 16 закреплена рама 22 с газораспределительной решеткой 23, которые опираются с одной стороны на платики 21 и с противоположной стороны через шаровые опоры 24 на копир 15 внешней направляющей 8 (фиг. 2). Криволинейный копир 15 расположен над разгрузочным бункером 12 в зоне выгрузки (фиг. 4, б).
Рама 22 с газораспределительной решеткой 23 со стороны внешней направляющей 8 имеет наклонную отбортовку 25 для выгрузки продукта. Газораспределительная решетка 23 секции выполнена из перфорированной сетки. К верхней части рамы приварен двускатный козырек 26, одна сторона которого перекрывает зазор между секциями и соседнюю раму по ходу движения смежной секции (фиг. 3). Рама 22 с газораспределительной решеткой 23 выполнена подвижной с возможностью углового смещения относительно каркаса 16 при вращении вокруг полуоси 20 и поворота для выгрузки продукта в наклонном положении.
Криволинейный копир 15 установлен с возможностью обеспечения поворота рамы и перемещения секций по зонам кольцевого канала, а также ограничения перемещения рамы 22 с газораспределительной решеткой 23 в наклонном положении и их возвращения в исходное положение с опорой на платики 21 после выгрузки продукта.
Секция снабжена пневмоцилиндром 27, который шарнирно закреплен на каркасе 16 и серьге 28, присоединенной к нижней части рамы 22 (фиг. 2). С помощью пневмоцилиндра осуществляется дополнительное угловое смещение рамы из наклонного положения и плавная доводка ее в исходное положение с опорой на платики 21.
К нижней части каркаса 16 с внешней стороны, ближайшей к оси сушилки, через кронштейн 29 присоединена шпилькой 30 проушина 31 (фиг. 5). Внутри проушины 31 закреплены по обеим сторонам внешние звенья цепи 4, например, втулочно-роликовой, которая проходит параллельно внутренней направляющей 7.
Цепь 4 контактирует с зубьями приводной звездочки 5, соединенной с электродвигателем (на фиг. не показан).
Каркасы секций 3 приводятся в движение с помощью электродвигателя и цепи 4 с приводной звездочкой 5 и непрерывно перемещаются по двум параллельным направляющим 7 и 8.
Диффузоры патрубков 9 для подвода теплоносителя имеют поворотные пластины 32 для распределения потока теплоносителя, подаваемого на продукт и изменения скорости сушильного агента (фиг. 6). Конструкция диффузора позволяет распределять поток теплоносителя по секции при помощи поворотных пластин 32, расположенных на шарнирах 33, которые имеют возможность перемещения по направляющей 34.
На участках направляющих 7 и 8 выполнены выступы 35, для того, чтобы при перемещении секций 3 продукт, находящийся на газораспределительной решетке 16, подвергался механическим встряхиваниям. Разгрузочный бункер 12 смонтирован с внешней стороны зоны выгрузки высушенного продукта.
Таким образом, при непрерывном движении каждая из секций 3 перемещается последовательно через все зоны (фиг. 7). Вибрационное воздействие на частицы высушиваемого продукта при перемещении секций 3 по направляющим 7 и 8 с выступами способствует разравниванию высоты слоя, его разрыхлению, предотвращает агломерацию частиц,  комкование и слеживание, а также ссыпанию продукта с газораспределительной решетки.
Роторная сушилка работает следующим образом. Исходное влажное сыпучее сырье подают в загрузочный патрубок 6, и заданная порция сырья засыпается в секцию 3 (фиг.1). Включается электродвигатель (на фиг.1 не показан), который передает вращение приводной звездочке 5. Приводная звездочка 5 приводит с помощью цепи 4 в движение секции 3, которые перемещаются непрерывно по направляющим 7 и 8. При этом последняя секция 3 из зоны выгрузки переместится в зону загрузки, первая секция из зоны загрузки – в зону конвективной сушки и т.д.
В зоне конвективной сушки через патрубки 9 вентилятором 13 через калорифер 14 контура рециркуляции подают теплоноситель для обработки сырья. Секции 3 с продуктом обрабатываются восходящим потоком горячего теплоносителя (например, перегретого пара) с заданными параметрами сушильного агента. Теплоноситель, имея скорость псевдоожижения, проходит через отверстия перфорированного днища газораспределительной решетки 23 и пронизывает слой влажного сырья, способствуя внешнему массообмену и испарению влаги (фиг.1). Теплоноситель приводит его в псевдоожиженное состояние или «кипящий» слой, обеспечивая равномерную сушку всех частиц высушиваемого сырья.
Привод вентилятора 13 выполнен регулируемым, что позволяет изменять скорость потока теплоносителя за счёт переменной частоты вращения вентилятора и реализовывать активный гидродинамический режим слоя продукта в кассете (плотный, импульсный псевдоожиженный, кипящий, и т.д.). В зависимости от вида обрабатываемого сырья может изменяться гидродинамический режим его обработки.
В связи с тем, что каждая секция 3 последовательно проходит через зоны сушки с различным гидродинамическим режимом (в псевдоожиженном, плотном неподвижном и плотном встряхивающимся слое), то в каждую зону сушки подается теплоноситель с оптимальными параметрами в зависимости от вида обрабатываемого сырья.
В зоне конвективной сушки на начальном этапе в периоде постоянной скорости происходит постепенное увеличение температуры частиц высушиваемого сырья без пересушивания их поверхностных слоев. Применение псевдоожиженного слоя («кипящего» слоя) при сушке частиц продукта позволит добиться равномерной обработки, а его порционный объем в секции способствует снижению измельчения и истирания частиц.
Для обеспечения равномерности потока теплоносителя диффузор патрубка 9 контура рециркуляции имеет поворотные пластины 32, позволяющие равномерно распределять поток теплоносителя по рабочему объёму секции и обеспечивать заданный гидродинамический режим слоя продукта. Конструкция предусматривает изменение массового расхода теплоносителя в одной зоне на протяжении процесса сушки.
Скорость перемещения секций 3, а следовательно, и время их пребывания в рабочих зонах сушилки, можно регулировать при помощи изменения оборотов двигателя привода. Изменение времени пребывания секций в рабочих зонах позволяет добиться оптимального технологического режима обработки продукта в зависимости от вида высушиваемого сырья.
Отработанный теплоноситель отводится из зоны конвективной сушки и поступает через вытяжной зонт 10 в трубопровод 2 контура рециркуляции сушилки. Далее теплоноситель подогревается в калорифере 14 и вентилятором вновь подаётся в зону конвективной сушки, что обеспечивает возрастание теплового и эксергетического КПД сушки. Подача исходного теплоносителя для заполнения контура рециркуляции осуществляется через вентиль (на фиг. не показан).
Высушенный продукт с целью предотвращения возможной конденсации влаги на нагретой поверхности частиц при контакте с воздухом в процессе выгрузки направляется в зону охлаждения. Для этого секции 3 с продуктом из зоны конвективной сушки перемещаются в зону охлаждения роторной сушилки (фиг. 7).
Выступы 32, имеющиеся на некоторых участках внутренней 7 и внешней 8 направляющих, обеспечивают при перемещении секций 3 встряхивание продукта, находящегося в них.
Затем секция с продуктом перемещается в зону выгрузки. Шаровые опоры каркаса секции продолжают перемещаться по направляющим 7 и 8, а шаровая опора рамы секции движется через паз внешней направляющей 8 по участку спуска криволинейного копира 15. Вследствие смещенного центра масс  относительно полуоси под действием гравитационной силы рама с газораспределительной решеткой стремится повернуться вокруг полуоси и переходит в наклонное положение.
Наличие углового смещения рамы с газораспределительной решеткой относительно каркаса способствует движению высушенных частиц в сторону наклонной отбортовки рамы с последующей выгрузкой продукта. Этому способствует незначительный наклон плоскости расположения секций к горизонту в сторону зоны выгрузки и разгрузочного бункера 12. Наклон рамы 22 с газораспределительной решеткой 23 относительно каркаса 16 ограничен копиром 15. Благодаря тому, что угол наклона перфорированной сетки газораспределительной решетки при повороте рамы больше угла естественного откоса готового продукта, то обеспечивается полное и эффективное высыпание высушенных частиц продукта из секции 3 в разгрузочный бункер 12 (фиг.2).
Далее шаровая опора рамы секции движется по участку подъема криволинейного копира 15.
С помощью пневмоцилиндра 27, расположенного на каркасе и раме, под действием аккумулирующей упругой силы осуществляется дополнительный подъем рамы 22  из наклонного положения с мягкой доводкой и обеспечением последующего контакта рамы с платиками 21 каркаса 16.
Таким образом, непрерывно перемещаясь по роторной сушилке продукт последовательно подвергается всем этапам технологической обработки. Применение предложенной конструкции секций 3 и позонной порционной сушки обеспечивает равномерность и однородность тепловой обработки, что способствует повышению качества высушенных частиц.
Данная роторная сушилка универсальна, т.к. она может быть использована для сушки разнообразного сыпучего влажного сырья.
В предлагаемой роторной сушилке процесс сушки адаптирован в соответствии с основными кинетическими закономерностями процесса сушки конкретного вида сырья.
Предлагаемая роторная сушилка имеет следующие преимущества:
- снижение энергозатрат и мощности электропривода сушилки вследствие уменьшения требуемого усилия для перемещения подвижных частей конструкции и приложенной нагрузки к секциям с шаровой опорой, а также использования гравитационной силы;
- повышение надежности, долговечности и срока службы подвижных изделий сушилки за счёт плавного и непрерывного перемещения секций с шаровыми опорами по направляющим в отсутствии преодоления циклических сил инерции;
- повышение тепловой эффективности и сокращение теплопотерь, а также повышение степени использования энергопотенциала теплоносителя за счет применения контура рециркуляции сушильного агента;
- возможность гибкой настройки аппарата в зависимости от вида сырья, благодаря регулированию скоростей подачи и температур теплоносителей, скорости перемещения секций и регулированию суммарной продолжительности  их пребывания в сушилке и отдельных зонах обработки.