УСТРОЙСТВО КОМБИНИРОВАННОЙ ИНФРАКРАСНОЙ СУШКИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ

Полезная модель относится к оборудованию для переработки сельскохозяйственного сырья, а именно к устройствам инфракрасной сушки при пониженном давлении. Наиболее целесообразным является использование устройства для сушки влагосодержащих продуктов в больших объемах при малых поставленных сроках сушки.
Устройство может использоваться в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и других смежных отраслях для сушки сельскохозяйственных продуктов, лекарственных трав, эфиромасличных растений с целью обеспечения высокого качества и сохранности продукции.
Известно большое количество сушильных устройств, использующих в качестве нагревательных элементов источники ИК-излучения.
Известно сушильное устройство, включающее сушильную камеру, в которой установлен сетчатый поддон с высушиваемым материалом, инфракрасный излучатель, размещенный вблизи верхней стенки камеры, и вентилятор. В корпусе камеры предусмотрены входное и выходное отверстия для сушильного агента, над поддоном с материалом установлен датчик температуры, соединенный с блоком автоматического регулирования, который связан с задатчиком критической температуры нагрева, а внутренние стенки сушильной камеры и противень для просыпей выполнены из материала, имеющего зеркальную поверхность (патент РФ №2163992 С2, F26В 3/30, F26В 3/28, опубл. 10.03.2001, бюл. №7). Устройство предназначено для сушки высоковлажных материалов, таких, как фрукты, овощи, грибы, ягоды. Высушиваемый материал первоначально подвергается интенсивному облучению ИК-излучателями и отраженными лучами, а после достижения критической температуры для конкретного материала (ориентировочно 100°C) автоматический регулятор переключает ИК-излучатели в режим импульсного досушивания материала с отключением ИК-излучателей при температуре 50°C. Для более точной настройки температурного режима предусмотрена возможность регулирования расстояния между поддоном и инфракрасными излучателями. Устройство позволяет за счет использования отражения инфракрасных лучей снизить энергоемкость процесса сушки и повысить качество высушиваемого материала.
Существенным недостатком устройства является то, что в нем применяется высокотемпературный нагрев, приводящий к разрушению витаминов и снижению качества готовой продукции. Кроме того, при одностороннем подводе теплоты высушиваемое сырье нагревается неравномерно, а имеющий зеркальную поверхность поддон для сбора просыпей, предназначенный в том числе и для отражения инфракрасных лучей, не может в полной мере выполнять указанную функцию после оседания на нем просыпающихся частиц высушиваемого материала, что также приводит к снижению качества готовой продукции.
Общими недостатками устройств инфракрасной сушки в атмосферных условиях является то, что энергия, подводимая к продукту, используется не только на процесс испарения из него влаги, но и на нагрев воздуха, вентилирующего объем камеры с целью удаления испаренной влаги, которая выбрасывается в окружающую атмосферу. Это приводит к потерям тепловой энергии, что является причиной недостаточной производительности устройств и более длительного процесса сушки. Кроме того, существует неравномерность сушки в объеме сушильной камеры из-за неравномерности обтекания поверхности продукта сушки вентилирующим воздухом, а также наличие процессов окисления поверхностных слоев продукта в ходе сушки при контакте с атмосферным воздухом и связанная с этим частичная потеря БАВ и витаминов.
Указанные недостатки могут быть устранены комбинированием инфракрасной и вакуумной сушки, при котором вследствие понижения давления в сушильной камере интенсивность испарения влаги возрастает, неравномерность влагоудаления в объеме устройства устраняется, а контакт продукта с атмосферным воздухом отсутствует.
Известны устройства для вакуумной сушки сельскохозяйственного сырья, содержащие герметичную сушильную камеру, вакуумный насос, источники ИК излучения, (например, патент РФ №2550995 C1, F26B 9/06, F26B 5/04, опубл. 20.05.2015, бюл. №14; патент РФ №142281 U1, F26B 9/06, F26B 3/34, опубл. 27.06.2014, бюл. №18). Эти устройства сложны конструктивно и имеют высокую удельную энергоемкость. Кроме того, в устройствах не обеспечивается равномерность передачи теплоты различным частям продукта сушки. В результате продукт получается высушенным неравномерно, часть продукта перегрета и теряет необходимые кондиции.
В качестве прототипа выбрано сушильное устройство, включающее сушильную камеру, расположенные в ней ярусами лотки для продукта, инфракрасные излучатели, которые расположены за пределами зоны размещения лотков и снабжены вогнутыми рефлекторами, а также вытяжные вентиляторы. Дополнительно сушильное устройство снабжено выпуклыми рефлекторами, обращенными отражающими поверхностями к отражающим поверхностям вогнутых рефлекторов, и установленных таким образом, что главные оптические оси пары вогнутого и выпуклого рефлекторов совпадают (Патент РФ №157342 U1, F26B 9/06, F26B 3/30, опубл. 27.11.2015, бюл. №33).
Конструкция камеры позволяет обеспечить равномерность теплового поля на всей поверхности лотков, повысить эффективность и качество сушения, а также увеличить производительность единицы объема камеры на 25-30%.
Недостатком камеры являются дополнительные затраты энергии на нагрев вентилирующего объем сушильной камеры воздуха, неравномерное распределение тепловых потоков в объеме устройства, наличие процессов окисления поверхностных слоев продукта в ходе сушки и потери летучих компонентов.
В основу полезной модели поставлена техническая задача усовершенствования конструкции известного сушильного устройства за счет создания разрежения в сушильной камере, интенсификации процесса сушки, снижения удельных времени сушки и затрат энергии на процесс сушки, устранения неравномерности при сушке продукта, повышения качества готового продукта.
Поставленная задача решается тем, что устройство комбинированной инфракрасной сушки сельскохозяйственного сырья при пониженном давлении, включающее сушильную камеру, расположенные в ней ярусами лотки для продукта, инфракрасные излучатели с отражателями, вынесенные за границы зоны размещения лотков, и дополнительные отражатели, согласно полезной модели также содержит вакуумный насос с расположенным на его выходе воздушным фильтром, шкаф управления, датчик температуры и систему конденсации влаги и сбора конденсата, при этом сушильная камера выполнена герметичной, внутренние поверхности двери и задней стенки камеры - зеркальными, а вход отсасываемого воздуха в систему конденсации влаги и сбора конденсата - тангенциальным.
Понижение давления в рабочем объеме сушильного устройства позволяет существенно увеличить интенсивность испарения влаги из продукта сушки, так как интенсивность испарения обратно пропорциональна давлению окружающей среды. Это приводит к снижению времени сушки и затрат энергии на процесс сушки, при этом затраты энергии на разогрев вентилирующего камеру воздуха отсутствуют.
Взаимное расположение источников ИК-излучения и отражателей подобрано таким образом, чтобы тепловое излучение попадало на сырье преимущественно в отраженном виде, доля прямого излучения источников была предельно уменьшена и обеспечивалось равномерное тепловое воздействие на всю поверхность сырья. Зеркальные внутренние поверхности двери и задней стенки камеры не дают рассеиваться излучению, исходящему от ИК источников, способствуя увеличению равномерности распределения излучения.
Отсутствие воздействия на продукт сушки потока воздуха позволяет избежать неравномерности сушки, а также процессов окисления поверхностных слоев продукта в ходе сушки при контакте с атмосферным воздухом.
Фильтр, установленный на выходе вакуумного насоса, препятствует выбросу в атмосферу паров масла и попаданию в насос посторонних частиц при выключении насоса.
Возможность регулирования параметров сушки позволяет оптимизировать ее режимы за счет определения степени теплового воздействия на сырье и степени разрежения в камере для обеспечения максимального сохранение полезных компонентов продукта при заданных ограничениях по времени и затратам на процесс сушки.
Система конденсации влаги и сбора конденсата позволяет собирать в качестве побочного продукта сушки конденсат, содержащий полезные вещества, улетучивающиеся из продукта при испарении влаги. Кроме того, исследование конденсата позволяет подбирать оптимальные режимы сушки, т.к. уменьшение содержания веществ в конденсате свидетельствует об их сохранении в продукте. Конструктивное выполнение входа отсасываемого воздуха в систему конденсации влаги и сбора конденсата тангенциальным обеспечивает прилегание отсасываемого потока воздуха к стенке емкости и способствует лучшей конденсации влаги.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемой полезной модели позволяет решить поставленную техническую задачу, обеспечивая равномерность сушки и интенсификацию ее процесса, а также получение продукта высокого качества без значительных потерь витаминов и биологически активных веществ.
Устройство комбинированной инфракрасной сушки сельскохозяйственного сырья при пониженном давлении схематично изображено на чертежах, где на фиг. 1 изображена технологическая схема устройства; на фиг. 2 - сушильная камера в разрезе.
Устройство комбинированной инфракрасной сушки сельскохозяйственного сырья при пониженном давлении (фиг. 1) состоит из сушильной камеры 1 и вакуумного насоса 2, которые соединяются с помощью патрубков 3 с системой конденсации влаги и сбора конденсата, состоящей из емкости для влажного отсасываемого воздуха 4, емкости для сбора конденсата 5 и холодильного аппарата 6. На выходе вакуумного насоса 2 установлен фильтр 7. Патрубок, выходящий из системы конденсации, соединен со штуцером, установленным на задней стенке камеры (на чертеже не показан). Сушильная камера оснащена тележкой 8 для удобства эксплуатации, на которой выполнена консоль для крепления шкафа управления 9. Дверь 10 закрывается на герметичный затвор.
Внутри камеры (фиг. 2) на специальную раму 11 установлены блоки с ИК излучателями 12 и отражателями 13. Между блоками установлены лотки 14 для продукта сушки. В осевой плоскости камеры с блоками излучателей установлен профилированный двусторонний зеркальный отражатель 15. Датчик температуры (термопара) 16 следит за показаниями температуры внутри камеры. Датчик и провода питания ИК излучателей пропущены через гермоввод 17, чтобы сохранять герметичность камеры. Внутренние поверхности двери 10 и задней стенки камеры выполнены зеркальными.
Устройство работает следующим образом.
На лотки 14 размещается продукт сушки. Загрузка возможна как полная, так и частичная. Лотки располагаются внутри камеры 1 на полозья между инфракрасными излучателями 12. На лоток, равноудаленный от верха и низа корпуса, устанавливается датчик температуры (термопара) 16, после чего закрывается дверь 10 с герметичным затвором.
Устройство подключается к сети 380 V, при помощи шкафа управления 9 задается амплитуда колебаний температуры сушки (например, от 50°C до 48°C) и давление внутри камеры, включаются РЖ излучатели 12. Если камера загружена не полностью, то подключаются только те ярусы с лотками, на которых находится продукт. Подключается вакуумный насос 2 для откачки горячего воздуха и испаренной влаги из продукта.
При нагреве продукта до верхнего значения заданного диапазона температур (например 50°C) питание от ИК излучателей 12 отключается и продукт начинает охлаждаться до нижнего значения заданного диапазона температур (например 48°C). При достижении этой температуры нагрев возобновляется, и цикл повторяется до конца сушки. Окончание сушки рассчитывается для каждого продукта индивидуально. Во время всего процесса сушки вакуумный насос 2 работает постоянно, поддерживая стабильное отрицательное давление в камере. Конденсат, являющийся побочным продуктом сушки, собирается в емкости для сбора конденсата 5.
Преобладающим режимом работы устройства является режим щадящей сушки продукта, при котором температура и отрицательное давление в камере устанавливаются таким образом, чтобы обеспечить сохранность максимального количества биологически полезных веществ и витаминов, а также структуры, цвета и вкусовых качеств продукта.
При необходимости сушки большого количества продукции в кратчайшие сроки, применяется режим ускоренной сушки, когда температура и давление внутри камеры устанавливаются для сокращения времени сушки продукта. При этом может происходить частичная потеря БАВ и витаминов. Однако, и в этом случае, учитывая основные преимущества устройства, такие как устранение неравномерности сушки и процессов окисления поверхностных слоев продукта в ходе сушки, удается получить продукцию очень высокого качества.