УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к пищевой промышленности, в частности, к аппаратам для термической обработки сыпучих пищевых продуктов в потоке горячего воздуха и может быть использована при создании промышленных установок для сушки и обжаривания семян подсолнечника, кофейных зерен, цикория, какао-бобов, орехов, например, арахиса и фундука, пищевых полуфабрикатов, например, сухарей и т.п.
Известна установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов в потоке горячего теплоносителя, включающая открытый контур нагрева и соединенные последовательно трубопроводами горелочное устройство, сушильно-обжарочную камеру, циклон и вентилятор (см. просп. «Оборудование для производства кофе и какао» фирмы EMF NEUHAUS NEOTEC Maschinen und Anlagenban GmbH. Установка RFB - G Speciality Roaster D - 2000 Norderstedt. Gutenberging 46).
Недостатками известной установки являются низкий к.п.д. из-за высоких тепловых потерь с уходящими газами при работе по открытому циклу, а также недостаточное качество обработки сыпучих пищевых продуктов из-за использования в качестве теплоносителя продуктов сгорания жидкого или газообразного углеводородного топлива, газообразные компоненты которого легко абсорбируются, например, в зернах кофе и какао.
Наиболее близким техническим решением к предложенному, является установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов, содержащая замкнутый воздушный контур, включающий рабочую камеру, циклон, вентилятор воздушного дутья и блок нагрева воздуха (см. патент РФ №2080796, МПК А23F 3/00, опубл. 2001 г. - прототип).
Особенностью известной установки для термической обработки сыпучих пищевых продуктов является использование в замкнутом воздушном контуре блока электрического нагрева воздуха с регулятором мощности для поддержания заданной температуры воздуха, линии перепуска и шиберов для регулирования расхода воздуха в контуре, средств для охлаждения продукта после термической обработки и регулятора расхода воздуха, выпускаемого в атмосферу.
Основным недостатком такой установки является сравнительно высокая стоимость эксплуатации вследствие использования для нагрева теплоносителя дорогостоящей электрической энергии. При разовой загрузке рабочей камеры продуктом типа кофе, арахиса или сои в количестве до 10 кг при времени обработки до 10 мин и температуре воздуха на входе в обжарочную камеру до 250°С характерный уровень потребляемой установкой электроэнергии составляет 25 кВт. час и более.
Решаемой задачей является создание экономичной малогабаритной установки для сушки и обжаривания пищевых продуктов в потоке незагрязненного продуктами сгорания горячего воздуха с одновременным достижением высокого качества обработки широкой номенклатуры сыпучих продуктов пищевой промышленности, соблюдением нормативов по выбросу вредных веществ и экологической чистоты процесса.
Указанная задача решается тем, что в установке для термической обработки сыпучих пищевых продуктов, содержащей замкнутый воздушный контур с рабочей камерой, циклоном, вентилятором воздушного дутья и блоком нагрева воздуха, согласно полезной модели, блок нагрева воздуха содержит последовательно соединенные газовую горелку, первый смеситель продуктов сгорания с воздухом, вспомогательный и основной теплообменники, второй смеситель продуктов сгорания с воздухом, выходной трубопровод, вентилятор эвакуации продуктов сгорания и регулятор их расхода, причем замкнутый воздушный контур содержит, последовательно соединенные по ходу нагретого воздуха рабочую камеру, циклон, вспомогательный теплообменник, вентилятор воздушного дутья и основной теплообменник.
Кроме того, первый и второй смесители могут быть выполнены с возможностью регулирования степени смешения продуктов сгорания с воздухом, регулятор расхода продуктов сгорания может быть снабжен шибером, а вспомогательный теплообменник может быть выполнен в виде коаксиально расположенных внутренней и внешней полостей, разделенных стенкой из жаропрочного металла так, что внутренняя полость включена в тракт продуктов сгорания блока нагрева воздуха, а внешняя включена в замкнутый воздушный контур.
Такое выполнение установки позволяет решить поставленную задачу создания сравнительно дешевой в изготовлении и эксплуатации малогабаритной установки для сушки и обжаривания пищевых продуктов в потоке незагрязненного продуктами сгорания горячего воздуха с одновременным достижением нормативов обработки продуктов пищевой промышленности с соблюдением норм выброса вредных веществ и экологической чистоты. Использование предложенной установки для термической обработки сыпучих пищевых продуктов позволяет снизить стоимость ее эксплуатации за счет нагрева чистого воздуха продуктами сгорания углеводородного топлива в указанном блоке нагрева и, тем самым, решить производственные задачи специализированных предприятий и малых фермерских хозяйств, расположенных в различных климатических зонах.
Сушка и обжаривание сыпучих пищевых продуктов в такой установке обеспечивает высокое качество готового продукта за счет обработки сырья в потоке чистого горячего воздуха при существенном снижении затрат по причине меньшей стоимости используемого энергоносителя. Заложенные, в предложенной установке, технические решения позволяют производить термическую обработку сыпучих пищевых продуктов широкой номенклатуры с различной степенью исходной влажности, дисперсности и насыпной плотности.
На фиг.1 представлена блок-схема установки.
Установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов содержит замкнутый воздушный контур 1 для прокачки чистого воздуха через сушильно-обжарочную рабочую камеру 2 и блок 3 для нагрева воздуха в контуре 1, который включает циклон 4 для очистки воздуха от летучих частиц пищевых продуктов и вентилятор 5 воздушного дутья.
Блок 3 для нагрева воздуха содержит последовательно соединенные вентиляторную газовую горелку 6, первый смеситель 7 продуктов сгорания с воздухом, вспомогательный 8 и основной 9 теплообменники, второй смеситель 10 продуктов сгорания с воздухом, выходной трубопровод 11, вентилятор 12 эвакуации продуктов сгорания и регулятор 13 их расхода. При этом замкнутый воздушный контур 1 содержит, последовательно соединенные по ходу нагретого воздуха, рабочую камеру 2, циклон 3, вспомогательный теплообменник 8, вентилятор 5 воздушного дутья и основной теплообменник 9.
Первый и второй смесители 7, 10 выполнены с возможностью регулирования степени смешения продуктов сгорания с воздухом посредством кольцевых зазоров 14 с регулируемым сечением для эжектирования воздуха в продукты сгорания. Первый смеситель 7 размещен между выходом горелки 6 и входным патрубком вспомогательного теплообменника 8. Последний содержит коаксиально расположенные внутреннюю 15 и внешнюю 16 полости, разделенные стенкой из жаропрочного металла так, что внутренняя полость 15 включена в тракт продуктов сгорания блока 3 для нагрева воздуха, а внешняя полость 16 включена в замкнутый воздушный контур 1. При этом основной теплообменник 9 выполнен рекуперативным, межтрубное пространство, которого также включено в замкнутый воздушный контур 1.
Кроме того, воздушный контур 1 содержит байпасную линию с шибером 17 для регулируемого перепуска воздуха в обход рабочей камеры 2.
Установка смонтирована на общей силовой раме, рабочая камера 2 снабжена средствами для загрузки сырья и выгрузки готового продукта в приемный бункер, на установке также имеется пульт управления для поддержания заданных температурного и временного режимов термообработки сыпучих пищевых продуктов (не показаны).
Экспериментально было найдено, что площадь проходного сечения кольцевого зазора 14 у первого смесителя 7 должна находиться в пределах 0,2-0,5 от площади выходного сечения сопла горелки 6, что обеспечивает необходимое снижение температуры продуктов сгорания до 850-950°С перед входом в основной теплообменник 9. В то же время для кольцевого зазора второго смесителя 10 указанное отношение составляет 1,5-2,5 от суммарной площади проходного сечения труб основного теплообменника 9, что позволяет снизить температуру и расход продуктов сгорания, уходящих через выходной трубопровод 11. Регулятор 13 расхода продуктов сгорания на выходном трубопроводе 11 выполнен в виде шайбы, площадь проходного сечения которой находится в пределах 0,4-0,7 от площади выходного сечения вентилятора 12, что необходимо для обеспечения режима штатной работы вентиляторной горелки 6. Регулятор 13 расхода продуктов сгорания также может быть снабжен дополнительным шибером (не показан).
Установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов работает следующим образом.
Первоначально осуществляют вывод установки на заданный температурный режим по теплоносителю. Дня этого запускают вентиляторы 5, 12 и включают вентиляторную горелку 6. После выхода установки на заданный режим по температуре в рабочий объем сушильно-обжарочной камеры 2 загружают порцию сырья. Через заданное время, определяемое параметрами горячего воздуха и сырья, осуществляют сушку или обжаривание продукта до нужной кондиции в соответствии с нормами качества.
Нагрев воздуха в замкнутом воздушном контуре 1 осуществляется следующим образом. В продукты сгорания на выходе горелки 6 с помощью первого смесителя 7 подмешивается атмосферный воздух. При температуре около 900°С продукты сгорания проходят в полости 15 вспомогательного теплообменника 8 и подогревают воздух в полости 16 этого теплообменника. Затем продукты сгорания, под действием вентилятора 12, проходят трубное пространство основного теплообменника 9, второй смеситель 10 и выбрасываются через регулятор расхода 13 в атмосферу.
Предварительно нагретый в теплообменнике 8 воздух при помощи вентилятора 5 воздушного дутья прокачивается через межтрубное пространство основного теплообменника 9, достигая рабочей температуры, необходимой для сушки или обжарки продукта в рабочей камере 2. При заданных производительности вентилятора 5 и массе загрузки сырья на решетке в рабочем объеме сушильно-обжарочной камеры 2 происходит интенсивный нагрев, перемешивание и фонтанирование сыпучего продукта. Мелкие летучие частицы продукта отделяются от воздушного потока в циклоне 4 и сетчатом фильтре на его выходе.
Использование в установке регулятора 13 расхода продуктов сгорания, выпускаемых в атмосферу, обеспечивает разрежение, необходимое для поддержания требуемой температуры продуктов сгорания на входе в основной теплообменник 9.
Такое выполнение установки для сушки и обжаривания продуктов в потоке чистого горячего воздуха позволяет решить поставленную задачу создания недорогой малогабаритной установки для высококачественной сушки и обжаривания пищевых продуктов с соблюдением норм выброса вредных веществ и экологической чистоты. Использование предложенной установки для термической обработки сыпучих пищевых продуктов позволяет снизить стоимость ее эксплуатации за счет нагрева чистого воздуха продуктами сгорания углеводородного топлива в указанном блоке нагрева.
Предложенная установка для термической обработки сыпучих пищевых продуктов разработана в ООО «Каскад Академия» и прошла необходимые испытания на экспериментальной базе в Объединенном институте высоких температур РАН. Испытания подтвердили основные тактико-технические данные и эффективность предложенного решения.