СПОСОБ СУШКИ ВЫСОКОВЛАЖНЫХ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DRYING HIGH-MOISTURE DISPERSE MATERIALS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к пищевой и комбикормовой промышленности и может быть использовано при сушке высоковлажных дисперсных материалов, таких, как свекловичный жом, яблочные и виноградные выжимки и т.п.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ сушки высоковлажных дисперсных материалов и установка для его осуществления [Патент №2422053 РФ, A23L 3/40, A23L 3/50. Способ сушки высоковлажных дисперсных материалов и установка для его осуществления / А.В.Дранников, А.А.Шевцов, Е.В.Костина. №2010102777; заявлено 27.01.2010; опубликовано 27.06.2011; Бюл. №18], предусматривающий 3-х этапную сушку, причем на первом этапе удаляют влагу из исходного материала в вибрационном слое при давлении 25…30 кПа и температуре 65…70°C, на втором этапе удаляют влагу в импульсном виброкипящем слое при атмосферном давлении и температуре перегретого пара на входе в слой материала 130…140°C, а на третьем этапе сушку осуществляют до конечного значения влажности материала за счет теплоты самоиспарения при давлении 25…30 кПа, температуре 65…70°C и при движении материала в плотном слое под действием силы гравитации, при этом образовавшуюся смесь водяных паров, испарившихся из материала с температурой 85…90°C, используют для создания вакуума в 25…30 кПа при конденсации в противотоке с холодной водой, имеющей температуру 10…15°C; установку для сушки высоковлажных дисперсных материалов, состоящую из камер предварительной вакуумной сушки, сушки перегретым паром и окончательной вакуумной сушки, которые последовательно соединены между собой с помощью шлюзовых затворов, и включающую делитель потоков отработанного перегретого пара, вентилятор, пароперегреватель, редуцирующий клапан, эжектор и конденсатор с барометрической трубой.
Недостатками известного способа являются:
- сушка перегретым паром атмосферного давления с температурой 130…140°C на входе в слой материала может привести к снижению качества готового продукта;
- высокая металлоемкость установки вследствие использования трех герметичных камер для сушки;
- возможность конденсации отработанных паров второго этапа сушки непосредственно после редуцирующего клапана и их попадание в зону пониженного давления может привести к нестабильной работе установки;
- относительно высокая температура испарившихся из материала водяных паров, направляемых в конденсатор, повышает расход холодной воды для проведения процесса конденсации;
- отсутствие устройств для охлаждения образовавшегося конденсата и возврата его в конденсатор по замкнутому контуру способствует загрязнению окружающей среды.
Технической задачей изобретения является разработка способа сушки высоковлажных дисперсных материалов и установки для его осуществления, позволяющих получить готовый продукт высокого качества, повысить стабильность проведения процесса сушки и ее экологическую безопасность, а также снизить металлоемкость установки и ресурсозатраты.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ сушки высоковлажных дисперсных материалов, характеризующийся тем, что он предусматривает сушку исходного материала в импульсном виброкипящем слое перегретым паром с температурой 90…100°C при разряжении 0,025…0,030 МПа, при этом отработанный перегретый пар с температурой 70…75°C разделяют на два потока, один из которых направляют на перегрев до температуры 90…100°C греющим паром и затем его возвращают на сушку с образованием контура рециркуляции, а второй поток отработанного перегретого пара в количестве, равном количеству испарившейся из материала влаги, используют для создания разряжения в 0,025…0,030 МПа при конденсации в противотоке с холодной водой, имеющей температуру 10…15°C, причем из образовавшегося конденсата с температурой 50…55°C отбирают такое его количество, которое необходимо для создания разряжения, затем охлаждают до температуры 10…15°C и далее возвращают на конденсацию с образованием контура рециркуляции, при этом охлаждение конденсата осуществляют за счет рекуперативного теплообмена с парами хладагента, имеющего температуру 4…7°C и пониженное давление 0,0009…0,001 МПа, которое создается в результате эжекции хладагента рабочим паром под давлением 0,8…1,0 МПа, в качестве которого используют воду; полученная после эжектирования смесь рабочего пара и паров хладагента образует греющий пар с давлением 0,2…0,3 МПа, который направляют на перегрев пара до температуры 90…100°C, образовавшийся при этом конденсат греющего пара с температурой 118…125°C возвращают для подготовки рабочего пара и хладагента с образованием контура рециркуляции.
Установка для сушки высоковлажных дисперсных материалов содержит герметичную сушильную камеру с патрубком подвода перегретого пара и патрубком отвода отработанного перегретого пара, снабженную на входе и выходе материала шлюзовыми затворами, внутри которой установлена наклонная перфорированная решетка с виброприводом, расположенным с внешней стороны камеры, причем патрубок отвода отработанного перегретого пара соединен с делителем потоков отработанного перегретого пара, содержащим два выходных патрубка, один из которых подключен к входному патрубку сушильной камеры с образованием контура рециркуляции, включающего последовательно соединенные вентилятор и конденсатор-пароперегреватель, а второй подключен к конденсатору, снабженному патрубками отвода несконденсировавшихся газов, подвода холодной воды и барометрической трубой с патрубком для отвода конденсата на охлаждение, при этом установка включает пароэжекторную холодильную машину, состоящую из последовательно соединенных парогенератора, эжектора, конденсатора-пароперегревателя, насоса, испарителя, теплообменника-рекуператора, подключенного к патрубку для отвода конденсата на охлаждение и к патрубку подвода холодной воды конденсатора с образованием контура рециркуляции, включающего последовательно соединенные теплообменник-рекуператор и насос для холодной воды.
Технический результат изобретения заключается в получении готового продукта высокого качества, повышении стабильности проведения процесса сушки и ее экологической безопасности, а также снижении металлоемкости установки и ресурсозатрат.
На фиг.1 представлена установка для осуществления способа сушки высоковлажных дисперсных материалов.
Установка состоит из герметичной сушильной камеры 1, снабженной на входе и выходе материала шлюзовыми затворами 2, 3. Внутри сушильной камеры 1, снабженной патрубком подвода перегретого пара 6 и патрубком отвода отработанного перегретого пара 7, установлена наклонная перфорированная решетка 4 с виброприводом 5. Установка для сушки высоковлажных дисперсных материалов снабжена делителем потоков отработанного перегретого пара 8, вентилятором 9, конденсатором-пароперегревателем 10, конденсатором 11. При этом конденсатор 11 снабжен патрубками подвода отработанного перегретого пара 12, отвода несконденсировавшихся газов 13, подвода холодной воды 14 и барометрической трубой 15 с патрубком отвода конденсата на охлаждение 16. Причем установка дополнительно включает сборник конденсата 17 с вентилем для сброса избыточного конденсата 18, насос для холодной воды 19, пароэжекторную холодильную машину, состоящую из парогенератора 20 с предохранительным клапаном 21, эжектора 22, конденсатора-пароперегревателя 10, насоса 23, регулирующего вентиля 24, испарителя 25 и теплообменника-рекуператора 26.
Предлагаемый способ сушки высоковлажных дисперсных материалов реализуется в установке следующим образом.
Исходный влажный материал с помощью шлюзового затвора 2 подают в герметичную сушильную камеру 1, где осуществляют его сушку до конечной влажности в импульсном виброкипящем слое перегретым паром с температурой 90…100°C при разряжении внутри камеры 0,025…0,030 МПа. Относительно невысокая температура перегретого пара, поступающего в сушильную камеру 1, дает возможность получать готовый продукт высокого качества, так как не происходит разложения полезных веществ. При этом уменьшение температуры сушильного агента не приводит к снижению интенсивности проведения процесса сушки вследствие того, что она осуществляется при пониженном давлении, способствующему быстрому удалению влаги изнутри материала.
Материал в камере перемещается по наклонной перфорированной решетке 4, соединенной с виброприводом 5, который расположен с внешней стороны камеры. Необходимость применения колеблющейся решетки вызвана склонностью высоковлажных дисперсных материалов к комкованию. Угол наклона решетки 4, а также амплитуду и частоту ее колебаний выбирают исходя из физико-механических свойств исходного материала. Высушенный до требуемой влажности готовый продукт выводят из камеры 1 с помощью шлюзового затвора 3.
Отработанный перегретый пар из сушильной камеры 1 с температурой 70…75°C при помощи делителя 8 разделяют на два потока, один из которых с помощью вентилятора 9 направляют в конденсатор-пароперегреватель 10, где осуществляют его перегрев до температуры 90…100°C греющим паром и возвращают в камеру 1 через патрубок 6 с образованием контура рециркуляции.
Второй поток отработанного перегретого пара в количестве, равном количеству испарившейся из материала влаги, направляют в конденсатор 11 через патрубок 12. В конденсаторе происходит конденсация этих паров в противотоке с холодной водой, имеющей температуру 10…15°C, и непрерывно подаваемой сверху в конденсатор через патрубок 14 насосом 19 с достижением требуемого разряжения в 0,025…0,030 МПа. Несконденсировавшиеся газы выводят из конденсатора 11 через патрубок 13.
Образовавшийся конденсат с температурой 50…55°C удаляют из конденсатора 11 через барометрическую трубу 15, которую используют для уравновешивания имеющейся в ней столба воды атмосферным давлением, в сборник конденсата 17, используемый для бесперебойного создания разряжения в установке. С помощью вентиля 18 из сборника 17 отводят избыток конденсата на технологические нужды. Барометрическая труба 15 снабжена патрубком 16, через который отбирают такое количество образовавшегося конденсата, которое необходимо для создания разряжения и подают на охлаждение в теплообменник-рекуператор 26 до температуры 10…15°C и далее насосом 19 возвращают в конденсатор 14 с образованием контура рециркуляции. Причем патрубок 16 установлен на максимальной высоте, но ниже уровня конденсата, находящегося в барометрической трубе, с целью снижения энергозатрат на возврат холодной воды в конденсатор насосом 19.
Охлаждение отведенного конденсата в теплообменнике-рекуператоре 26 осуществляют за счет рекуперативного теплообмена с парами хладагента пароэжекторной холодильной машины, работающей по следующему термодинамическому циклу.
В парогенераторе 20 с электронагревательными элементами и предохранительным клапаном 21 при затрате электроэнергии образуется рабочий пар, который под давлением 0,8…1,0 МПа направляют в эжектор 22, создавая при этом пониженное давление 0,0009…0,001 МПа и температуру 4…7°C в испарителе 25 пароэжекторной холодильной машины. Причем потенциальная энергия рабочего пара превращается в кинетическую энергию струи, которая вытекает из эжектора 22 с большой скоростью, и под действием энергии струи пары хладагента, в качестве которого используют воду, поступают из испарителя 25 в теплообменник-рекуператор 26 на охлаждение конденсата отведенного из барометрической трубы 15 до температуры 10…15°C. Полученная после эжектирования смесь рабочего пара и паров хладагента образует греющий пар, который с давлением 0,2…0,3 МПа направляют в конденсатор-пароперегреватель 10. Конденсируясь, он отдает теплоту пару, который нагреваясь до температуры 90…100°C становится перегретым при давлении 0,025…0,030 МПа и подают его в сушильную камеру 1 через патрубок 6.
Образовавшийся при этом конденсат греющего пара с температурой 118…125°C насосом 23 возвращают в пароэжекторную холодильную машину для подготовки рабочего пара и хладагента. Причем одну часть конденсата направляют через регулирующий вентиль 24 в испаритель 25 для пополнения убыли воды, а другую его часть отводят в парогенератор 20 с образование контура рециркуляции.
Способ сушки высоковлажных дисперсных материалов в установке для его осуществления поясняется следующим примером.
Пример. В качестве высоковлажного дисперсного материала использовали влажный свекловичный жом с влажностью 82%. Способ сушки осуществляли на экспериментальной установке производительностью 100 кг/ч по исходному материалу.
Исходный влажный свекловичный жом поступает через шлюзовый затвор в герметичную сушильную камеру, где происходит его сушка в импульсном виброкипящем слое перегретым паром при температуре 90°C. Разряжение в камере составляет 0,025 МПа, амплитуда, частота колебаний решетки и частота импульсов колебаний решетки составляют соответственно 7 мм, 12,5 Гц и 0,0166 Гц.
В процессе сушки влажность жома снижается до конечной влажности, которая составляет 12%. При этом из материала удаляется 79,5 кг/ч влаги в виде пара. Этот пар с температурой 70°C при помощи делителя направляется в конденсатор, где происходит его конденсация в противотоке с холодной водой с температурой 10°C, которая подается сверху в конденсатор насосом в количестве 1000 кг/ч. В результате в установке создается требуемое разрежение в 0,025 МПа.
Образовавшийся конденсат с температурой 50°C в количестве 1000 кг/ч отбирают насосом в теплообменник-рекуператор пароэжекторной холодильной машины, где осуществляется рекуперативный теплообмен с парами хладагента и снижение температуры конденсата до 10°C. Избыток конденсата в количестве 79,5 кг/ч отводят из сборника конденсата на технологические нужды.
Ниже приведена краткая техническая характеристика пароэжекторной холодильной машины, используемой для охлаждения образовавшегося конденсата и перегрева пара, направляемого в сушильную камеру:
Температура кипения:
в испарителе, °C 4
в парогенераторе, °C
170
Температура конденсации в
конденсаторе-парогенераторе, °C
7
Температура сушильного агента на входе
в конденсатор-парогенератор, °C
70
Температура сушильного агента на выходе
из конденсатора-парогенератора, °C
90
Коэффициент эжекции
4
Хладагент
вода
Полученный сухой свекловичный жом полностью удовлетворял требования ОСТ 18-22-81 «Жом сушеный».
Ниже приведены показатели качества сухого свекловичного жома, полученного по известному и предлагаемому способу.
Показатели качества
Предлагаемый способ
Известный способ
Влажность, %
12,0
10,79
Белок, %
8,18
7,95
Клетчатка, %
24,05
22,25
Жир, %
0,85
0,89
Зола, %
1,05
3,98
Безазотистые экстрактивные вещества, %
52,87
54,14
Как видно из приведенных данных, в сухом свекловичном жоме, полученном по предлагаемому способу, содержание золы меньше в 3 раза, белка больше на 3%, клетчатки на 7,5% по сравнению с жомом, полученном по известному способу. Причем металлоемкость сушильной установки меньше в 1,5 раза, а расход холодной воды на конденсацию меньше на 30%. Кроме того, при реализации процесса сушки в предлагаемой сушильной установке холодная вода, используемая для конденсации отработанного перегретого пара, циркулирует по замкнутому контуру, что повышает экологическую безопасность процесса.
Таким образом, предлагаемый способ сушки высоковлажных дисперсных материалов и установка для его осуществления позволяют:
- повысить качество готового продукта за счет снижения температуры сушильного агента на входе в сушильную камеру до 90…100°C;
- снизить металлоемкость установки за счет уменьшения количества герметичных сушильных камер с трех до одной;
- обеспечить стабильную работу установки, так как исключается конденсация отработанного перегретого пара из-за отсутствия зон атмосферного и пониженного давления;
- снизить расход холодной воды для проведения процесса конденсации вследствие относительно невысокой температуры испарившихся из материала водяных паров, направляемых в конденсатор;
- повысить экологическую безопасность проведения процесса сушки за счет использования пароэжекторной холодильной машины для охлаждения конденсата и возврата его по замкнутому контуру на конденсацию паров, образовавшихся при испарении влаги из материала.