устройство для низкотемпературного обезвоживания и сушки материалов в вакууме

Формула изобретения

Устройство для низкотемпературного обезвоживания и сушки материалов в вакууме, содержащее вакуумную технологическую камеру, в которой расположены технологические теплообменники-испарители с трубчатыми каналами для теплоносителя, узел вакуумной откачки, узел загрузки исходного материала в вакуумную технологическую камеру, узел выгрузки конечного обезвоженного продукта, узел сбора и слива конденсата, узел подачи теплоносителя и тепловой насос, отличающееся тем, что вакуумная технологическая камера выполнена в виде автономных блоков предварительного нагрева, предварительного обезвоживания и окончательной сушки, полости каждого из которых соединены с узлом вакуумной откачки, причем блок окончательной сушки выполнен в виде трубы с расположенным в нем шнековым механизмом в виде закрепленных на валу лопастей с изменяющимся шагом по длине вала, при этом один конец трубы соединен с блоком предварительного обезвоживания, а другой конец - с емкостью готового продукта, при этом лопасти со стороны емкости готового продукта выполнены игольчатыми, полость вала соединена с системой подачи теплоносителя, испарительный контур теплового насоса соединен с узлом сбора конденсата, а конденсаторный контур теплового насоса соединен с блоком окончательной сушки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологическим процессам обработки (сушки) веществ и материалов и может быть использовано в пищевой, медицинской и других отраслях промышленности, а также для переработки и утилизации отходов птицеводческих и свиноводческих хозяйств.

Известно устройство для низкотемпературного обезвоживания и сушки материалов в вакууме, содержащее вакуумную камеру с полками для высушиваемого материала с элементами размещения и транспортировки органического материала, систему нагрева и узлы загрузки и выгрузки конечного продукта (патент РФ № 2134854, кл. F16B 5/06, от 1.08.1997 г.).

Недостатком данного устройства является потеря тепла, вызванная наличием сброса тепловой энергии, выделяющейся в процессе конденсации испаренной влаги. В конечном итоге это снижает эффективность обезвоживания материалов и веществ.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является устройство для низкотемпературного обезвоживания и сушки материалов в вакууме, содержащее вакуумную технологическую камеру, в которой расположены технологические теплообменники - испарители для теплоносителя, узел загрузки исходного материала в вакуумную технологическую камеру, узел выгрузки конечного обезвоженного продукта, узел сбора и слива конденсата, узел подачи теплоносителя, блок предварительного нагрева и тепловой насос (патент РФ № 2295681, кл. F16B 5/04, от 20.03.2007 г.).

Недостатком данного устройства является относительно низкая эффективность сушки и обезвоживания, потеря биологически ценных компонентов в готовом продукте, сложность конструкции устройства и большие энергозатраты.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении эффективности обезвоживания и сушки исходных материалов, снижении энергозатрат и упрощении конструкции устройства.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для низкотемпературного обезвоживания и сушки материалов в вакууме, содержащем вакуумную технологическую камеру, в которой расположены технологические теплообменники-испарители с трубчатыми каналами для теплоносителя, узел вакуумной откачки, узел загрузки исходного материала в вакуумную технологическую камеру, узел выгрузки конечного обезвоженного продукта, узел сбора и слива конденсата, узел подачи теплоносителя и тепловой насос, вакуумная технологическая камера выполнена в виде автономных блоков предварительного нагрева, предварительного обезвоживания и окончательной сушки, полости каждого из которых соединены с узлом вакуумной откачки, причем блок окончательной сушки выполнен в виде трубы с расположенным в нем шнековым механизмом, в виде закрепленных на валу лопастей с изменяющимся шагом по длине вала, при этом один конец трубы соединен с блоком предварительного обезвоживания, а другой конец - с емкостью готового продукта, при этом лопасти со стороны емкости готового продукта выполнены игольчатыми, полость вала соединена с системой подачи теплоносителя, испарительный контур теплового насоса соединен с узлом сбора конденсата, а конденсаторный контур теплового насоса соединен с блоком окончательной сушки.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для низкотемпературного обезвоживания и сушки материалов в вакууме.

На фиг.2 представлен общий вид блока предварительного обезвоживания и связанный с ним блок окончательной сушки.

Устройство содержит емкость для исходного материала 1, узел загрузки исходного материала 2, вакуумную технологическую камеру 3, состоящую из блока предварительного нагрева 4, блока предварительного обезвоживания 5 и блока окончательной сушки 6. Устройство также содержит узел вакуумной откачки, снабженный вакуумным насосом 7 и системой коллекторов 7, 8, связывающие полости 4, 5 и 6.

Блок окончательной сушки 6 выполнен в виде трубы 9 с расположенным в нем шнековым механизмом в виде закрепленных на валу 10 полых лопастей 11 и 12 с изменяющимся шагом по длине вала. Один конец трубы соединен с блоком предварительного обезвоживания, а другой конец - с узлом выгрузки готового продукта13. Лопасти 12 со стороны емкости готового продукта выполнены игольчатыми, а полость вала 10 соединена с системой подачи теплоносителя 14, в качестве которого используется горячая вода. Технологические теплообменники 15, расположенные в в блоке 5 предварительного обезвоживания, также соединены с системой подачи теплоносителя 14. Готовый продукт собирается в емкости 16.

Узел сбора конденсата 17 соединен с узлом слива конденсата 18 и с испарительным контуром 19 теплового насоса 20, а конденсаторный контур 21 теплового насоса соединен с блоком окончательной сушки 6, блоком предварительного обезвоживания 5 и блоком предварительного нагрева 4.

Устройство работает следующим образом.

Исходный материал с температурой 12-20°С и влажностью 80-95% при помощи узла загрузки 2 поступает из емкости 1 в блок предварительного нагрева 4, где нагревается при вакууме 0,1 бар до температуры испарения влаги +55°С.

Подогретый исходный продукт далее поступает в блок предварительного обезвоживания 5. В технологические теплообменники 15, расположенные в этом блоке, поступает горячая вода. Под действием тепла в блоке 5 происходит испарение влаги с поверхности исходного продукта до значения влажности 30-40%. Затем предварительно обезвоженный продукт поступает в блок окончательной сушки, где при вакууме 0,1 бар и температуре +55°С происходит окончательная сушка продукта до влажности 7-10%.

Образованный в блоке 5 и 6 пар, поступает в узел сбора конденсата 17 и сливается в узел слива конденсата 18. Часть пара увлекается потоком, откачиваемым вакуумным насосом 7, который выбрасывается наружу.

В полости вала 10 и лопастей 11 протекает теплоноситель по системе подачи теплоносителя 14, нагревающий шнековый механизм до температуры 60°С.

Интенсивное перемешивание на спирали шнека обуславливает постоянный контакт комкообразного продукта, повышение его температуры и дальнейшее испарение влаги. На участке шнека с игольчатыми лопастями происходит окончательная сушка, разбиение комков и полная гомогенизация продукта. Возврат части энергии, затраченной на испарение влаги в блоке 5, осуществляется подачей энергии от узла сбора конденсата 17 на испарительный контур теплового насоса 20, а повторная подача тепловой энергии в блок 6 осуществляется конденсаторным контуром 21 теплового насоса 20.

Таким образом, повышение интенсивности теплоотвода в блоке окончательной сушки 6, в блоке предварительного выпаривания 5 является высокоэкономичным процессом сушки, повышает коэффициент преобразования тепловой энергии и, в конечном итоге, эффективность сушки исходного материала.