PL187395B1 - Aparat fluidyzacyjny, zwłaszcza do ekspandowania jadalnych surowców i półproduktów roślinnych - Google Patents

Abstract

1. Aparat fluidyzacyjny, zwłaszcza do ekspandowania jadalnych surowców i półproduktów roślinnych w złożu fluidalnym, zawierający pionową, cylindryczną obudowę i poziome, okrągłe ruszty, określające objętość komory reakcyjnej, do której poprzez króciec zasypowy dostarczany jest surowiec, a przez króciec zsypowy jest usuwany z aparatu produkt oraz króciec wlotowy gazu reakcyjnego umieszczony poniżej rusztu, a króciec wylotowy gazu - powyżej rusztu, znamienny tym, że wewnątrz obudowy (2) aparatu fluidyzacyjnego (1) zainstalowana jest pozioma, szczelna, termoizolacyjna przegroda (5) dzieląca przestrzeń aparatu na górną komorę reakcyjną (6) i dolną komorę schładzania (7), w których zainstalowane są po dwa ruszty: dolny (8a, 8b) i górny (9a, 9b), przy czym obie komory połączone są poprzez zsyp (16) z zamontowaną w nim ruchomą przesłoną (17) tak, że górna krawędź zsypu (16) mocowana jest przy otworze zsypowym w ruszcie dolnym (8a) komory reakcyjnej (6), zaś dolna krawędź tego zsypu połączona jest z rusztem górnym (9b) komory schładzania (7), przy czym między rusztem dolnym (8a, 8b), a rusztem górnym (9a, 9b) każdej komory umieszczone są odpowiednio łopatkowe zgarniacze (15a, 15b) osadzone na łożyskowanym w osi aparatu obrotowym wale (10) napędzanym układem napędowym (11), zaś każda komora posiada króciec wlotowy (20, 21) gazu umieszczony pod rusztem dolnym (8a, 8b), a króciec wylotowy (4, 22) umieszczony ponad rusztem górnym (9a, 9b), natomiast króciec zsypowy (18) produktu umieszczonyjest pod rusztem dolnym (8b) komory schładzania (7) i z nim połączony.

Description

Przedmiotem wynalazku jest aparat fluizydacyjny, zwłaszcza do ekspandowania jadalnych surowców i półproduktów roślinnych.

Aparat fluizydacyjny według wynalazku może być zastosowany szczególnie:

1. w urządzeniach do ekspandowania jadalnych nasion o dużej twardości, na przykład nasion amarantusa, pozwalających na uzyskanie wysokobiałkowego produktu nadającego się do bezpośredniego spożycia,

2. w liniach technologicznych suszarń do ekspandowania wstępnie odwodnionych (do wilgotności krytycznej) owoców i warzyw metodą osmoblanszowania, a następnie ich dosuszania konwekcyjnego oraz w innych procesach technologicznych, na przykład suszeniu metodą konwekcyjną.

Urządzenie do ekspandowania surowców roślinnych, w którym zastosowano złoże fluidalne wytwarzane wewnątrz cylindrycznego, poziomego, perforowanego bębna wyposażonego w ślimakowy przenośnik znane jest z amerykańskiego opisu patentowego nr 5 069 923 pt. „Apparatus and process for expanding raw amaranth”.

187 395

W rozwiązaniu tym, zastosowana cylindryczna powierzchnia rusztu, decyduje o zmiennej wysokości złoża fluidalnego powodującego nierównomierny przepływ gazu przez złoże i w konsekwencji nierównomierne ogrzewanie cząstek surowca, co wpływa ujemnie na efektywność urządzenia i jakość uzyskanego produktu.

Znane są urządzenia do obróbki drobnoziarnistego materiału w złożu fluidalnym, zawierające pionową cylindryczna obudowę i okrągły ruszt, określające objętość komory reakcyjnej, do której doprowadzany jest surowiec. Króćce doprowadzające i odprowadzające gaz do/z urządzenia znajdują się odpowiednio poniżej rusztu i w górnej części komory reakcyjnej. Wewnątrz komory reakcyjnej znajduje się komora sortująca, która może być obracana zespołem napędowym. Komora sortująca ma otwór dla odprowadzenia niesfluidyzowanego materiału z komory reakcyjnej. Konstrukcja takiego urządzenia znana jest z polskiego opisu patentowego nr 90067 pt. „ Urządzenie do obróbki drobnoziarnistego materiału”. Urządzenie jest przeznaczone przede wszystkim do obróbki takich materiałów, jak węgiel bitumiczny, ruda żelaza, paliwo węglowe itp. Jego konstrukcja nie uwzględnia w pełni wymagań stawianych urządzeniom tego typu w przypadku wykorzystywania ich w procesie ekspandowania lub suszenia surowców i półproduktów roślinnych. Bardzo dobre mieszanie cząsteczek surowców roślinnych w złożu fluidalnym powoduje, że rozkład normalny czasu ich przebywania w złożu charakteryzuje się dużą wartością wariancji. Może to spowodować, iż jednocześnie duża część cząstek opuszczających złoże nie zdąży ekspandować, a inna, także duża część cząstek, przebywa w nim zbyt długo, co oznacza niekorzystne zmiany w surowcu, na przykład utratę dużej ilości witamin.

Aparat fluidyzacyjny, zwłaszcza do ekspandowania jadalnych surowców i półproduktów roślinnych według wynalazku odznacza się tym, że wewnątrz obudowy aparatu fluidyzacyjnego zainstalowana jest pozioma, szczelna, termoizolacyjna przegroda dzieląca przestrzeń aparatu na górną komorę reakcyjną i dolną komorę schładzania, w których zainstalowane są po dwa ruszty: dolny i górny. Obie komory aparatu połączone są poprzez zsyp, z zamontowaną w nim ruchomą przesłoną, tak, że górna krawędź zsypu mocowana jest przy otworze zsypowym w ruszcie dolnym komory reakcyjnej, zaś dolna krawędź tego zsypu połączona jest z rusztem górnym komory schładzania. Między rusztem dolnym a rusztem górnym każdej komory umieszczone są odpowiednio łopatkowe zgarniacze. Zgarniacze osadzone są na łożyskowanym w osi aparatu obrotowym wale napędzanym układem napędowym. Każda komora aparatu posiada króciec wlotowy gazu umieszczony pod rusztem dolnym i króciec wylotowy umieszczony ponad rusztem górnym. Króciec zsypowy produktu umieszczony jest pod rusztem dolnym komory schładzania i z nim połączony. Dolne ruszty komory reakcyjnej i komory schładzania wykonane są z dwóch perforowanych płyt, a w przestrzeń między nimi wypełniona jest drobnymi kształtkami. Dolna płyta rusztu ma otwory o wymiarach mniejszych od wymiarów kształtek, zaś górna płyta ma otwory o wymiarach mniejszych zarówno od wymiarów kształtek, jak i cząstek surowca oraz produktu. Ruszty górne każdej z komór wykonane są z perforowanej płyty o otworach mających wymiary mniejsze od wymiarów zarówno surowca jak i produktu. Łopatki poszczególnych zgarniaczy ustawione są promieniście w rozstawie co 30 - 45°. Otwór zsypowy w ruszcie stanowi wycinek koła o kącie rozwarcia równym kątowi pod jakim ustawione są łopatki odpowiedniego zgarniacza.

Zaletą przedstawionego rozwiązania jest połączenie w aparacie dwóch współpracujących komór: komory reakcyjnej, w której w zawiesinie cząstek w gorącym powietrzu zachodzi proces ekspandowania, oraz komory schładzania, w której w zimnym powietrzu złoża fluidalnego następuje schładzanie gorącego ekspandowanego produktu. Ogrzane wstępnie w komorze schładzania powietrze wykorzystywane jest, po podgrzaniu do wymaganej temperatury, w złożu fluidalnym komory reakcyjnej. Zaletą rozwiązania jest również zastosowanie w nim płaskiego rusztu, nad którym obracają się łopatki zgarniacza przesuwające porcje surowca w kolejne strefy komory reakcyjnej, bądź komory schładzania. Ujednolicenie wysokości złoża fluidalnego na płaskim ruszcie polepsza znacznie przepływ gazu przez złoże i w dalszej konsekwencji daje równomierne ogrzewanie cząsteczek surowca. Łopatki zgarniacza, w dużym stopniu, zabezpieczają przed wymieszaniem się w złożu fluidalnym świeżych cząsteczek surowca z cząsteczkami ekspandowanymi bądź wysuszonymi. Ruszty górne, obu komór,

187 395 ograniczające od góry złoża fluidalne zapobiegają porywaniu przez gaz cząstek surowca, które w przypadku ekspandowania rozszerzają się, a więc zwiększają swoje wymiary i jednocześnie zmniejszają gęstość, co sprzyja ich porywaniu.

Wykorzystanie aparatu w urządzeniu do ekspandowania surowców roślinnych wpływa, na zmniejszenie energochłonności procesu ekspandowania dzięki wtórnemu wykorzystaniu zużytego w procesie powietrza, a co najważniejsze otrzymanie bardzo dobrego jakościowo produktu. Umożliwia również, na przykład skrócenie czasu suszenia produktów roślinnych 0 około 40% przez zastosowanie ekspandowania podsuszonych wstępnie surowców.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej omówiony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia schemat przykładowej konstrukcji aparatu fluidyzacyjnego w przekroju pionowym, zaś fig. 2 przedstawia w widoku urządzenie do ekspandowania surowców i półproduktów roślinnych z zastosowanym przedmiotowym aparatem fluidyzacyjnym.

Aparat fluidyzacyjny 1 zbudowany jest z cylindrycznej, pionowo ustawionej obudowy 2 zamkniętej szczelnie od góry stożkową pokrywą 3. Na szczycie pokrywy 5 umieszczony jest króciec wylotowy 4 odprowadzający gaz reakcyjny na zewnątrz aparatu 1. Wnętrze aparatu rozdzielone jest termo-izolacyjną, poziomą przegrodą 5 na dwie komory: reakcyjną 6 i schładzania 7. W obu komorach umieszczone są identyczne ruszty dolne 8a i 8 b typu „ sandwicz”. Każdy z rusztów wykonany jest z dwóch metalowych, perforowanych płyt, a przestrzeń miedzy nimi wypełniona jest drobnymi pierścieniami Raschiga. Dolna płyta rusztu ma otwory o wymiarach mniejszych od wymiarów kształtek, zaś górna płyta ma otwory o wymiarach mniejszych zarówno od wymiarów kształtek, jak i cząsteczek surowca oraz produktu. Ponad rusztami dolnymi, ograniczając od góry wysokość złoża fluidalnego, zamocowane są ruszty górne 9a i 9b. Każdy z tych rusztów wykonany jest z perforowanej płyty o otworach mających wymiary mniejsze od wymiarów zarówno surowca jak i produktu.

W osi aparatu zainstalowany jest obrotowy wał 10 napędzany układem napędowym 11 umieszczonym pod dnem aparatu i obudowanym osłoną 12. Układ napędowy 11 zbudowany jest z motoreduktora 13 i przekładni 14 przenoszącej napęd na wał 10. Na wale są zamocowane na dwóch poziomach łopatkowe zgarniacze 15a i 15b. Zgarniacze umieszczone są pomiędzy rusztami dolnym 8a i górnym 9 a w komorze reakcyjnej 5 i pomiędzy rusztami dolnym 8b i górnym 9b w komorze schładzania 7. Łopatki zgarniaczy ustawione są promieniście, optymalnie w rozstawie co około 30 - 45°, w zależności od wymaganej wariancji rozkładu normalnego czasu przebywania cząstek w złożu. Wysokość łopatek, a co za tym idzie położenie rusztów górnych w stosunku do rusztów dolnych, jest większa od wymaganej wysokości złoża fluidalnego.

W rusztach dolnych 8a i 8b wykonane są otwory zsypowe stanowiące wycinek koła o kącie rozwarcia równym kątowi rozstawu łopatek zgarniacza, przy czym przesunięte są one względem siebie o kąt około 300°. Pod otworem w ruszcie dolnym 8a komory reakcyjnej 6 zamocowany jest zsyp 16 obejmujący otwór zsypowy. Zsyp 16 zaopatrzony jest w rurę, która przechodzi, przez przegrodę 5, a jej dolny koniec łączy się z rusztem górnym 9b komory schładzania 7. Wewnątrz rury zainstalowana jest ruchoma przesłona 17. Zsyp umieszczony pod rusztem dolnym 8b komory schładzania 7 zaopatrzony jest w króciec zsypowy 18 odprowadzający spreparowany i schłodzony produkt na zewnątrz aparatu fluidyzacyjnego 1. Surowiec podawany jest do komory reakcyjnej 6 poprzez króciec zasypowy 19 umieszczony w górnej części tej komory. Pod rusztem dolnym 8a komory reakcyjnej 6 znajduje się króciec wlotowy 20 gazu gorącego. W komorze schładzania 7, pod rusztem dolnym 8b umieszczony jest króciec wlotowy 21 gazu zimnego, a króciec wylotowy 22 tego gazu jest ponad rusztem górnym 9b.

Działanie przedstawionego aparatu fluidyzacyjnego przedstawione zostanie w oparciu o pracę pokazanego na fig. 2 urządzenia do ekspandowania surowców i półproduktów roślinnych, w którym zastosowano przedmiotowy aparat.

W przedstawionym urządzeniu wentylator 23, poprzez filtr siatkowy, zasysa powietrze z otoczenia i tłoczy je do komory schładzania 7 aparatu fluidyzacyjnego 1 przez króciec wlotowy 21. Natężenie -przepływu powietrza jest regulowane przez zmianę prędkości obrotowej wirnika wentylatora oraz zawory regulacyjne 24 i 25 i kontrolowane przez miernik 26. W komorze schładzania 7, w złożu fluidalnym, następuje jednocześnie schładzanie produktu

187 395 i wstępne podgrzanie świeżego powietrza, które jest czynnikiem chłodzącym, przez gorące cząsteczki produktu. Następnie powietrze tłoczone jest z komory schładzania 7 poprzez króciec wylotowy 22 do górnej komory termosyfonowego wymiennika ciepła 27, gdzie podgrzewane jest ciepłem gorącego powietrza wykorzystanego już w procesie ekspandowania. Wykorzystane powietrze z aparatu fluidyzacyjnego 1 poprzez króciec wylotowy 4 przewodem pneumatycznym kierowane jest do cyklonu 28 gdzie zostaje odpylone, a następnie do dolnej komory wymiennika ciepła 27. Pył zebrany w cyklonie 28 odprowadzany jest do specjalnego zbiornika 29. Z wymiennika ciepła 27, po oddaniu ciepła, zużyte powietrze usuwane jest na zewnątrz urządzenia. Żądaną w procesie ekspandowania temperaturę uzyskuje powietrze w nagrzewnicy 30, skąd gorące powietrze wpływa poprzez króciec wlotowy 20 do komory reakcyjnej 6 aparatu fluidyzacyjnego 1.

Surowiec dostarczany jest do aparatu ze zbiornika 31 poprzez króciec zasypowy 19. Natężenie przepływu surowca jest regulowane zaworem odcinająco-regulacyjnym 32. Surowiec zsypuje się na powierzchnię rusztu dolnego 8a komory reakcyjnej 6, między kolejne sekcje łopatkowego zgarniacza 15a. Dostarczone do komory reakcyjnej 6 cząstki surowca wchodzą, w kontakt z doprowadzonym króćcem wlotowym 20 poprzez ruszt dolny 8a, gorącym powietrzem tworząc złoże fluidalne, w którym zachodzi proces ekspandowania. Czas przebywania cząstek w komorze określony jest przez czas wykonania jednego obrotu przez zgarniacz 15a osadzony na wale 10 i napędzany układem napędowym 11. Każda z sekcji zgarniacza przechodzi kolejno pod króćcem zasypowym 19, przez strefę ekspandowania, strefę wyładunku, tj. zsyp 16, strefę „martwą” i, znowu trafia pod króciec zasypowy 19.

Ekspandowany ' materiał przenoszony jest zsypem 16 do komory schładzania 7 i podawany na jej ruszt dolny 8b pomiędzy łopatki zgarniacza 15b. Działanie komory schładzania 7 jest analogiczne do działania komory reakcyjnej 6, z tym że złoże fluidalne, w którym jest schładzany produkt ekspandowania, utworzone jest z zawiesiny gorących cząsteczek podanych zsypem 16 i czystego, zimnego powietrza doprowadzonego króćcem wlotowym 21. Zużyte powietrze odprowadzane jest z komory schładzania 7 poprzez króciec wylotowy 22 do termosyfonowego wymiennika ciepła 27. Schłodzone cząstki, poprzez króciec zsypowy 18, odprowadzane są na zewnątrz aparatu do bębnowego przesiewacza 33, w którym od całkowicie ekspandowanego produktu oddzielane są zanieczyszczenia, łom i częściowo ekspandowany surowiec. W przesiewaczu zachodzi również dochładzanie produktu. Uzyskany produkt oraz odpady zsypywane są do oddzielnych pojemników 34.

Aparat fluidyzacyjny, jak i całe urządzenie, wykonany jest z materiałów nierdzewnych, kwasoodpomych i dopuszczonych do kontaktu z żywnością.

187 395

187 395

187 395 <9

Fig.1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Aparat fluidyzacyjny, zwłaszcza do ekspandowania jadalnych surowców i półproduktów roślinnych w złożu fluidalnym, zawierający pionową, cylindryczną obudowę i poziome, okrągłe ruszty, określające objętość komory reakcyjnej, do której poprzez króciec zasypowy dostarczany jest surowiec, a przez króciec zsypowy jest usuwany z aparatu produkt oraz króciec wlotowy gazu reakcyjnego umieszczony poniżej rusztu, a króciec wylotowy gazu - powyżej rusztu, znamienny tym, że wewnątrz obudowy (2) aparatu fluidyzacyjnego (1) zainstalowana jest pozioma, szczelna, termoizolacyjna przegroda (5) dzieląca przestrzeń aparatu na gómą komorę reakcyjną (6) i dolną komorę schładzania (7), w których zainstalowane są po dwa ruszty: dolny (8a, 8b) i górny (9a, 9b), przy czym obie komory połączone są poprzez zsyp (16) z zamontowaną w nim ruchomą przesłoną (17) tak, że górna krawędź zsypu (16) mocowana jest przy otworze zsypowym w ruszcie dolnym (8a) komory reakcyjnej (6), zaś dolna krawędź tego zsypu połączona jest z rusztem górnym (9b) komory schładzania (7), przy czym między rusztem dolnym (8a, 8b), a rusztem górnym (9a, 9b) każdej komory umieszczone są odpowiednio łopatkowe zgarniacze (15a, 15b) osadzone na łożyskowanym w osi aparatu obrotowym wale (10) napędzanym układem napędowym (11), zaś każda komora posiada króciec wlotowy (20, 21) gazu umieszczony pod rusztem dolnym (8a, 8b), a króciec wylotowy (4, 22) umieszczony ponad rusztem górnym (9a, 9b), natomiast króciec zsypowy (18) produktu umieszczony jest pod rusztem dolnym (8b) komory schładzania (7) i z nim połączony.
2. 2. Aparat według zastrz. 1, znamienny tym, że ruszty dolne (8a i 8b) komory reakcyjnej (6) i komory schładzania (7) wykonane są z dwóch perforowanych płyt, a przestrzeń między nimi wypełniona jest drobnymi kształtkami, przy czym dolna płyta ma otwory o wymiarach mniejszych od wymiarów kształtek, zaś górna płyta ma otwory o wymiarach mniejszych zarówno od wymiarów kształtek, jak i cząstek surowca oraz produktu, natomiast ruszty górne (9a, 9b) każdej z komór wykonane są z perforowanej płyty o otworach mających wymiary mniejsze od wymiarów zarówno surowca jak i produktu.
3. 3. Aparat według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że łopatki poszczególnych zgarniaczy (14a, 14b) ustawione są promieniście w rozstawie co 30 - 45°, a otwór zsypowy w ruszcie (8a, 8b) stanowi wycinek koła o kącie rozwarcia równym kątowi pod jakim ustawione są łopatki odpowiedniego zgarniacza.