способ сушки-агломерации дисперсных материалов

Формула изобретения

Способ сушки-агломерации дисперсных материалов с помощью физических и электрофизических воздействий, в качестве которых используют вибрацию и микроволновое поле, характеризующийся тем, что сушку-агломерацию дисперсного материала проводят в две стадии путем одновременного воздействия на дисперсный материал энергией микроволнового поля и вибрации, при этом на первой стадии исходный дисперсный материал подсушивают до влажности прекращения процесса предварительной агломерации, на второй - после дополнительного увлажнения на 3-4%, дисперсный материал одновременно агломерируют и окончательно высушивают, температуру сушки регулируют порозностью виброкипящего слоя дисперсного материала, а водяные пары отводят путем продувки через виброкипящий слой материала сухого носителя, движущегося снизу вверх, со скоростью ниже скорости уноса мелкой фракции и температурой на 1-2°С ниже температуры в слое агломерированного материала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области физической и электрофизической обработки сыпучих материалов и может быть использовано в химико-фармацевтической и пищевой промышленности, а также в промышленности строительных материалов, в которых применяются процессы тепловой обработки сырья и полупродуктов.

Известен способ агломерации порошкообразных смесей для напитков [П. RU 2016527, 30.07.94, БИ №14], включающий придание сухому носителю вихреобразного движения, увлажнение носителя напылением на него жидкой фракции и обезвоживание смеси сушильным агентом, при этом придание носителю вихревого движения и обезвоживание смеси проводят восходящим периферийным закрученным потоком сушильного агента, обеспечивающим диссипативный разогрев смеси и ее восходящее движение, увлажнение носителя производят путем нисходящего осевого ультразвукового распыления жидкой фракции, а сухой носитель может быть электризован и на жидкую фракцию при распылении может быть нанесен статический заряд противоположного потенциала. Способ позволяет получать агломерированные сыпучие продукты, но его недостатком является большой разброс размеров частиц и значительные потери мелкой фракции продукта при вихревом движении сухого носителя.

Известно использование вибрации для получения сухого картофельного пюре в виде крупки [А.с. SU 552068, 30.03.70, БИ №12]. Способ предусматривает резку очищенного картофеля, варку, измельчение с получением формованных частиц, предварительное подсушивание, кондиционирование, гранулирование и окончательную сушку. Для сохранения питательной ценности и улучшения процесса восстановления крупки сформованные частицы перед подсушиванием подвергают охлаждению в кипящем или виброкипящем слое при 50-80°С в течение 15-30 минут. В приведенном примере при использовании в технологическом процессе виброкипящего слоя продукт получают в виде крупки с размерами частиц не более 1,5 мм, объемной массой 600 мкг/л, содержанием сухих веществ 92%, восстанавливаемый в пюре при температуре жидкости 80-100°С. К недостаткам способа следует отнести значительный перерасход энергии, связанный с необходимостью многократного интенсивного изменения температуры продукта при последовательном осуществлении варки (98°С), охлаждения (2°С), подсушивания (70°С), кондиционирования (-2°С), сушки (100°С).

Известен способ сушки зерна с предварительным увлажнением, основанный на использовании электромагнитного поля сверхвысокой частоты. Так, в способе по патенту RU №200199998 зерно увлажняют до 22-28%, после чего сушат посредством циклической электромагнитной обработки в многоходовом электромагнитном поле сверхвысокой частоты до достижения влажности 16-18%, при этом продолжительность циклов СВЧ-нагрева устанавливают уменьшающейся по ходу процесса. Недостатком способа является невозможность получения агломерированных продуктов, имеющих заданную внутреннюю структуру.

Известно использование СВЧ-нагрева для десорбции растворителей из активированного угля [А.с. SU 1353477, БИ №43, 1987]. Согласно данному способу подачу СВЧ-энергии осуществляют в импульсном режиме, а пары десорбированного растворителя отводят инертным носителем, подающимся синфазно с импульсами электромагнитного поля. К недостаткам способа следует отнести неравномерность нагрева неподвижного слоя обрабатываемого материала и невозможность осуществления авторегуляции технологического процесса.

Таким образом, из аналогового ряда не выбран прототип заявляемому изобретению как по совокупности существенных признаков, так и по достигаемому техническому результату.

Задачей изобретения является разработка эффективного комбинированного способа сушки-агломерации путем физической и электрофизической обработки дисперсных материалов.

При реализации способа могут быть получены следующие технические результаты:

- снижение энергетических затрат за счет совмещения процессов сушки и агломерации;

- интенсификация тепломассообмена при технологической обработке дисперсных материалов;

- минимизация потерь мелкой фракции материалов;

- повышение качества агломерированных продуктов.

Решение вышеизложенной задачи и достижение вышеперечисленных результатов стало возможным благодаря тому, что в способе сушки-агломерации дисперсных материалов с помощью физических и электрофизических воздействий, в качестве которых используют вибрацию и микроволновое поле, сушку-агломерацию дисперсного материала проводят в две стадии путем одновременного воздействия на дисперсный материал энергией микроволнового поля и вибрации, при этом на первой стадии исходный дисперсный материал подсушивают до влажности прекращения предварительной агломерации, на второй - дисперсный материал после дополнительного увлажнения на 3-4% одновременно агломерируют и окончательно высушивают, температуру сушки регулируют порозностью виброкипящего слоя дисперсного материала, а водяные пары отводят путем продувания через виброкипящий слой дисперсного материала сухого носителя, движущегося снизу вверх, с температурой на 1-2°С ниже температуры в слое агломерированного материала на выходе из резонаторной камеры.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Влажный дисперсный материал через запредельный волновод подают в резонаторную камеру прямоугольного типа, где происходит его нагрев энергией микроволнового поля. Для обеспечения равномерности нагрева и создания условий, при которых были бы возможны процессы сушки и агломерации дисперсного материала, в резонаторной камере посредством вибрации создают виброкипящий слой, движущийся непрерывно от входа к выходу камеры. Одновременное воздействие микроволнового поля и вибрации приводит к удалению влаги из дисперсного материала и частичной предварительной агломерации. Когда влажность дисперсного материала достигает 7-8%, процесс предварительной агломерации прекращается. Для поддержания дальнейшего совместного протекания процессов сушки и агломерации дисперсный материал дополнительно увлажняют до 10-12%. С этого момента начинается вторая стадия обработки - одновременное протекание основных технологических процессов сушки и агломерации. В увлажненном материале СВЧ энергия диссипирует более интенсивно, чем в высушенном, в результате чего в зоне увлажнения температура процесса самопроизвольно повышается. Одновременно начавшаяся агломерация приводит к укрупнению частиц материала и увеличению их массы. Порозность виброкипящего слоя при этом самопроизвольно падает, а коэффициент поглощения электромагнитного поля и интенсивность нагрева еще более возрастают. Но по мере удаления из материала влаги интенсивность диссипации СВЧ энергии снижается, порозность виброкипящего слоя возрастает (за счет снижения массы частиц материала при обезвоживании), температура процесса самопроизвольно уменьшается. Таким образом происходит авторегуляция процесса микроволновой обработки, позволяющая повысить качество агломерированных продуктов.

Процесс технологической обработки заканчивается при достижении влажности дисперсного материала 5,0-5,5%.

Образующиеся в процессе сушки водяные пары отводят путем принудительной продувки движущегося снизу вверх через виброкипящий слой дисперсного материала сухого носителя со скоростью ниже скорости уноса мелкой фракции и температурой на 1-2°С ниже температуры в слое агломерированного материала на выходе из резонаторной камеры, что интенсифицирует процесс сушки вследствие наложения эффектов термо- и бародиффузии, возникающих в частицах дисперсного материала.

Воздействие на дисперсный материал микроволнового поля и вибрации характеризуется синергетическим эффектом. В результате этого воздействия при заявленной совокупности существенных признаков сокращается время технологической обработки и снижаются энергетические затраты, после агломерации образуются частицы дисперсного материала заданных размеров, пористости и разветвленной внутренней структуры. Кроме того, авторегуляция процесса микроволновой обработки фактически выравнивает температуру в разных технологических зонах, что положительно сказывается на качестве готового продукта.

Пример.

Дисперсный материал влажностью 22-25%, размером частиц 60-100 мк, температурой 20°С через запредельный волновод поступает в резонаторную камеру, в которой с помощью магнетронов создают волну типа E ₀₁ электромагнитного поля частотой 2,45 ГГц Напряженность поля подбирают при настройке технологической линии в зависимости от характеристик дисперсного материала для обеспечения технологической температуры. Затем устанавливают необходимый уровень вибрации, обеспечивающий амплитуду колебаний частиц материала 2,5-3,0 мм при частоте колебаний 10-10,5 Гц. После завершения регулировок начинают технологический процесс. Удельную мощность микроволнового поля поддерживают на уровне 1,2-1,5 Вт/г, максимальная температура дисперсного материала при сушке-агломерации химико-фармацевтических и пищевых продуктов 60-65°С, строительного сырья и полупродуктов - 110-120°С. Процесс осуществляется в непрерывном режиме. При достижении влажности дисперсного материала 7-8% предварительная агломерация прекращается. Для осуществления дальнейшей агломерации дисперсный материал дополнительно увлажняют на 3-4%, после чего интенсивность образования агломерированных частиц значительно возрастает. Для отвода влаги через слой дисперсного материала продувают сухой носитель, движущийся снизу вверх со скоростью не более 5,0 см/с и температурой на 1-2°С ниже температуры в слое агломерированного материала.

Как видно из примера, заявляемая совокупность признаков позволяет снизить энергетические затраты за счет совмещения процессов сушки и агломерации, интенсифицировать тепломассообмен, минимизировать потери мелкой фракции при технологической обработке дисперсных материалов и повысить их качество.