RU2771723C1

RU2771723C1 - Energy-efficient system for deep processing of vegetable raw materials with heat accumulators and electric heaters

Info

Publication number: RU2771723C1
Application number: RU2021127502A
Authority: RU
Inventors: Юрий Викторович Родионов; Александр Викторович Щегольков; Алексей Викторович Щегольков; Дмитрий Вячеславович Никитин; Ольга Александровна Зорина; Эльвира Сергеевна Иванова
Filing date: 2021-09-20
Publication date: 2022-05-11

Abstract

FIELD: plant materials drying.

SUBSTANCE: invention relates to the field of drying plant materials, in particular to periodic vacuum dryers, and can be used, in particular, for drying food products, namely vegetables, mushrooms, fruits, herbs, etc. A dryer with heat accumulators for plant materials contains a cylindrical-conical chamber, a cylindrical profile insert, heat accumulators, a conical profile insert, a cylindrical chamber with a sealed cover, a container with a heat-accumulating phase transition material is located in the inner space of the first stage of drying, while the lower part of this container is connected to hollow pipes that are connected to the tank, located in the space of the second stage of drying, the inputs of the cylindrical-conical chamber contain a self-regulating electric heater based on elastomers modified with carbon nanotubes, and the tank of the second stage has an inlet pipeline for liquid with a valve and an outlet pipeline with a valve that provides connection to the tank and at the same time in the tank of the second stage contains an ultrasonic emitter. To separate the dry matter, the extract is pumped into a container with membranes, which is connected to a vacuum pump and a water container.

EFFECT: invention increases the productivity, energy efficiency of the drying process, and expand the functionality through the use of the extraction stage.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области сушки растительных материалов, в частности к вакуумным сушилкам периодического действия, и может быть использовано, в частности для сушки пищевых продуктов, а именно овощей, грибов, фруктов, зелени и др.The invention relates to the field of drying plant materials, in particular to periodic vacuum dryers, and can be used, in particular, for drying food products, namely vegetables, mushrooms, fruits, herbs, etc.

Известна сушилка патента РФ №141628, F28B 17/10, 3/12. Универсальная сушильная установка комбинированного действия, содержащая рабочую камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, излучатель СВЧ - энергии и устройство ввода агента сушки. Боковые стенки рабочей камеры выполнены коническими, подвод агента сушки в нижней части рабочей камеры осуществлен касательно к боковым стенкам совместно с подводимой сверху энергией и обеспечивает сепарацию вращающимся в виде смерча потоком и его удаление через отверстие в верхней части камеры. Универсальность камеры обеспечивается за счет загрузочного столика, который установлен на оси загрузочного шнекового механизма, расположенного на дне камеры.Known dryer patent RF No. 141628, F28B 17/10, 3/12. Universal drying plant of combined action, containing a working chamber, loading and unloading devices, a microwave energy emitter and a drying agent input device. The side walls of the working chamber are made conical, the supply of the drying agent in the lower part of the working chamber is carried out tangentially to the side walls together with the energy supplied from above and provides separation by a flow rotating in the form of a tornado and its removal through an opening in the upper part of the chamber. The versatility of the chamber is ensured by the loading table, which is mounted on the axis of the loading auger mechanism located at the bottom of the chamber.

К недостаткам известной универсальной установки сушки растительных продуктов комбинированного действия относятся еще более высокая сложность конструкции и энергоемкость.The disadvantages of the known universal installation for drying plant products of combined action include even higher design complexity and energy consumption.

Известна радиационная сушилка для растительных пищевых продуктов по патенту России № 2034489 М., кл. А23В 7/2, 26 В 3/30, включающая сушильную камеру, лотки для продукта, поярусно расположенные в камере, средства для ввода и вывода сушильного агента, напорные козырьки, завихрители сушильного агента, ИК - излучатели средней области спектра. Обрабатываемый пищевой продукт нагревают прямым, отраженным ИК - излучением и конвективным восходящим потоком воздуха. Режим нагрева определяется видом обрабатываемого продукта. Через боковые щели и нижний вырез наружный воздух попадает в нижнюю часть камеры сушки. Нагрев воздуха осуществляется в основном излучателями, частично воздуховодами - отражателями и коробами. При нагреве продукта его влага испаряется, диффундирует в воздушный поток и вместе с ним удаляется через открытую крышку камеры. После окончания процесса сушки продукта сушилку отключают от сети, закрывают верхнюю крышку, лотки с высушенным продуктом и поддон с мелкой фракцией извлекают из камеры сушки.Known radiation dryer for plant foods according to the Russian patent No. 2034489 M., class. A23V 7/2, 26 V 3/30, including a drying chamber, product trays arranged in tiers in the chamber, means for input and output of the drying agent, pressure peaks, drying agent swirlers, IR emitters in the middle region of the spectrum. The processed food product is heated by direct, reflected IR - radiation and convective ascending air flow. The heating mode is determined by the type of product being processed. Through the side slots and the bottom cutout, outside air enters the lower part of the drying chamber. Air is heated mainly by radiators, partially by air ducts - reflectors and ducts. When the product is heated, its moisture evaporates, diffuses into the air stream and is removed together with it through the open chamber cover. After the end of the product drying process, the dryer is disconnected from the mains, the top cover is closed, the trays with the dried product and the fine fraction tray are removed from the drying chamber.

К недостаткам известной универсальной установки сушки растительных продуктов относятся высокая энергоемкость.The disadvantages of the known universal installation for drying plant products include high energy consumption.

Установка № 1695088 F 26 B 17/10 3/12 позволяет реализовать способ сушки пищевых продуктов, который значительно повышает качество сухого продукта, повышает производительность сушки, обеспечивает безопасность и простоту в эксплуатации по сравнению с существующими аналогами.Installation No. 1695088 F 26 B 17/10 3/12 allows you to implement a method of drying food products, which significantly improves the quality of a dry product, increases drying performance, ensures safety and ease of operation compared to existing analogues.

К недостаткам известной сушки относим:The disadvantages of the known drying include:

- высокие удельные энергозатраты за счет полного перевода влаги продукта в парообразное состояние;- high specific energy consumption due to the complete transfer of product moisture into a vapor state;

- большая длительность процесса сушки;- long duration of the drying process;

- отсутствие гарантии частичного, локального подгорания продукта;- no guarantee of partial, local burning of the product;

- паро-воздушная смесь после камеры сушки не улавливается, а попадает в атмосферу.- the steam-air mixture after the drying chamber is not captured, but enters the atmosphere.

Аналогом является энергосберегающая двухступенчатая сушильная установка для растительных материалов РФ №2548230,F26B 17/10, F26B 5/04, содержащая цилиндроконическую камеру, представляющую собой первую ступень сушки, штуцер герметического питания, барабан, вставку цилиндрического профиля, вставку конического профиля, шаровые затворы, и цилиндрическую камеру с герметичной крышкой, вводы и выводы, вакуумные краны, соединенные с вакуумной системой, представляющей собой вторую ступень сушки. Снижаются удельные энергозатраты, и повышается производительность сушки продукта за счет того, что в пространстве первой и второй ступени располагаются тепловые аккумуляторы. Недостатком является сложность изготовления тепловых труб и применение сложной теплообменной системы для тепловых аккумуляторов для обеспечения необходимого температурного режима реализуемого при сушке.The analogue is an energy-saving two-stage drying plant for plant materials of the Russian Federation No. 2548230, F26B 17/10, F26B 5/04, containing a cylindrical-conical chamber, which is the first stage of drying, a hermetic supply fitting, a drum, a cylindrical profile insert, a conical profile insert, ball valves, and a cylindrical chamber with a sealed lid, inputs and outputs, vacuum valves connected to a vacuum system, which is the second stage of drying. Specific energy consumption is reduced, and the drying performance of the product is increased due to the fact that thermal accumulators are located in the space of the first and second stages. The disadvantage is the complexity of manufacturing heat pipes and the use of a complex heat exchange system for heat accumulators to ensure the required temperature regime implemented during drying.

Наиболее близким по технической сущности решением - прототипом - является сушильная установка с тепловыми аккумуляторами для растительных материалов РФ № 2657067 C2, F26B 17/10, F26B 5/04, содержащая цилиндроконическую камеру, штуцер питания, барабан, вставку цилиндрического профиля, тепловые аккумуляторы, вставку конического профиля, шаровые затворы, цилиндрическую камеру с герметичной крышкой и герметичный затвор. Во внутреннем пространстве первой ступени сушки расположена емкость с теплоаккумулирующим фазопереходным материалом, при этом нижняя часть этой емкости соединена с пустотелыми трубами, которые соединяются с емкостью, расположенной в пространстве второй ступени сушки. Емкость первой ступени в своей верхней части содержит люк для загрузки фазопереходного материала, а емкость второй ступени в своей нижней части - люк для выгрузки фазопереходного материала.The closest in technical essence to the solution - the prototype - is a drying plant with heat accumulators for plant materials of the Russian Federation No. conical profile, ball valves, a cylindrical chamber with a hermetic cover and a hermetic seal. In the inner space of the first stage of drying there is a container with a heat storage phase transition material, while the lower part of this container is connected to hollow pipes, which are connected to the container located in the space of the second drying stage. The first stage tank in its upper part contains a hatch for loading the phase transition material, and the second stage tank in its lower part contains a hatch for unloading the phase transition material.

Недостатком известной сушильной установки с тепловыми аккумуляторами является односторонняя приспособленность к сушке без возможности осуществления других процессов обработки растительного сырья, таких как экстракция.The disadvantage of the known dryer with heat accumulators is one-sided suitability for drying without the possibility of other processing processes of plant materials, such as extraction.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение производительности и энергоэффективности процесса сушки, а также расширение функциональных возможностей за счет использования стадии экстрагирования.The technical objective of the present invention is to increase the productivity and energy efficiency of the drying process, as well as the expansion of functionality through the use of the extraction stage.

Решение технической задачи заключается в том, что вводы цилиндроконической камеры содержат саморегулируемый электрический нагреватель на основе эластомеров модифицированных углеродными нанотрубками, а емкость второй ступени имеет вводной трубопровод для жидкости с клапаном и выводной трубопровод с клапаном, которой обеспечивает соединение с емкостью и при этом в емкости второй ступени содержится ультразвуковой излучатель. Для отделения сухого вещества экстракт насосом перемещается в емкость с мембранами, которая соединена с вакуумным насосом и емкостью для воды.The solution of the technical problem lies in the fact that the inlets of the cylindric chamber contain a self-regulating electric heater based on elastomers modified with carbon nanotubes, and the tank of the second stage has an inlet pipeline for liquid with a valve and an outlet pipeline with a valve, which is connected to the tank and at the same time in the second stage tank the stage contains an ultrasonic emitter. To separate the dry matter, the extract is pumped into a container with membranes, which is connected to a vacuum pump and a water container.

Энергоэффективная система для глубокой переработки растительного сырья с тепловыми аккумуляторами и электронагревателями содержит цилиндроконическую камеру 1, штуцер герметичного питания 2, барабан 3, вставку цилиндрического профиля 4, вставку конического профиля 5, шаровые затворы 6 и тепловой аккумулятор 7, цилиндроконическая камера, представляющая первую ступень сушилки, через вставку цилиндрического профиля и устройство перекрытия 8 соединена с камерой второй ступени 9, включающая в себя две цилиндрические обечайки 10, герметичную крышку 11, устройство соединения с вакуумной системой 12, тепловой аккумулятор 13 и трубы 14, электронагреватели на основе эластомеров модифицированных углеродными нанотрубками 15. Труба с насосом 16 обеспечивает заполнение жидкостью камеры второй ступени 9. Клапан 17 при открытии обеспечивает переток жидкости после экстракции самотеком из камеры второй ступени 9 в емкость 19. В емкости 9 установлен ультразвуковой излучатель 18. Насос 20. Емкость 21, в которой имеются цилиндрические мембраны. Емкость 22 для воды. Труба с клапаном 24 для соединения вакуумного насоса 23 с емкостью 21. Емкость 25 для сухого экстракта (фиг.1).An energy-efficient system for deep processing of vegetable raw materials with thermal accumulators and electric heaters contains a cylindric chamber 1, a hermetically sealed supply fitting 2, a drum 3, a cylindrical profile insert 4, a conical profile insert 5, ball valves 6 and a heat accumulator 7, a cylindric chamber representing the first stage of the dryer , through an insert of a cylindrical profile and an overlap device 8 is connected to the chamber of the second stage 9, which includes two cylindrical shells 10, a sealed cover 11, a device for connecting to a vacuum system 12, a heat accumulator 13 and pipes 14, electric heaters based on elastomers modified with carbon nanotubes fifteen.The pipe with the pump 16 provides liquid filling of the chamber of the second stage 9. The valve 17, when opened, ensures the flow of liquid after extraction by gravity from the chamber of the second stage 9 into the tank 19. An ultrasonic transducer 18 is installed in the tank 9. The pump 20. The tank 21, in which there are cylindrical membranes . Capacity 22 for water. A pipe with a valve 24 for connecting the vacuum pump 23 to the tank 21. Tank 25 for dry extract (figure 1).

Установка работает следующим образом. В вводы цилиндроконической камеры 1 подается воздух и подогревается электронагревателями на основе эластомеров модифицированных углеродными нанотрубками 15 до температуры 60°С и работающих в режиме саморегулирования температуры. Высушиваемый материал в виде соломки или кубиков определенной массы, подается через штуцер герметичного питателя 2, захватывается потоком теплоносителя и попадает в коническую камеру 5, где образует взвешенный закрученный слой материала, в этот момент времени запасается энергия в тепловом аккумуляторе 7 (происходит плавление теплоаккумулирующего материала - парафина с температурой плавления 60°C), который соединен трубами 14 с тепловым аккумулятором 13. После того как материал теряет поверхностную влагу, т.е. примерно 50% от всей массы, он пересыпается и скапливается в барабане 3, до объема равному объему загрузки второй камеры 9, которая в этот момент прогревается с помощью тепловых аккумуляторов, в которые поступил расплавленный парафин из тепловых аккумуляторов в цилиндроконической камере 1. После того как требуемый объем накопился, открывается герметичный затвор 8, и растительный материал пересыпается во вторую ступень камеры 9, где начинается вторая стадия сушки, а именно продувка и вакуумирование через устройство соединения с вакуумной системой 12. Парафин остывает в нижнем тепловом аккумуляторе и через люк вынимается и снова закладывается через люк теплового аккумулятора цилиндроконической камеры 1.The installation works as follows. Air is supplied to the inlets of the cylindrical-conical chamber 1 and heated by electric heaters based on elastomers modified with carbon nanotubes 15 to a temperature of 60°C and operating in the temperature self-regulation mode. The dried material in the form of straws or cubes of a certain mass is fed through the fitting of a hermetic feeder 2, is captured by the coolant flow and enters the conical chamber 5, where it forms a weighed swirling layer of material, at this point in time energy is stored in the heat accumulator 7 (heat storage material melts - paraffin with a melting point of 60°C), which is connected by pipes 14 to a heat accumulator 13. After the material loses surface moisture, i.e. approximately 50% of the total mass, it is poured and accumulates in drum 3, up to a volume equal to the volume of loading of the second chamber 9, which at this moment is heated with the help of heat accumulators, which received molten paraffin from heat accumulators in the cylindrical chamber 1. After the required volume has accumulated, the hermetic shutter 8 opens, and the plant material is poured into the second stage of the chamber 9, where the second stage of drying begins, namely, blowing and vacuuming through the connection device with the vacuum system 12. The paraffin cools in the lower heat accumulator and is removed through the hatch and again is laid through the hatch of the heat accumulator of the cylindrical chamber 1.

В то время как продукт пересыпался во вторую ступень 9, в первой процесс начинается заново. Режимы сушки первой ступени и второй подбираются таким образом, чтобы время пребывания в них было равным, в первой ступени варьируется температура и скорость теплоносителя (Т_т=60-100°С, V=8-15 м/с), после чего теплоноситель отводится в атмосферу, во второй ступени температура и скорость теплоносителя (Т_т=55-60°С, V = 1-2 м/с), и контролируется температура материала Т_м ≤ 60°C, т.е. температура денатурации, потери витаминов и питательных веществ. Цикличность продувки и вакуумирования определяются физико-механическими (степень измельчения и изотропность) свойствами и остаточной влажностью продукта.While the product was poured into the second stage 9, the process starts anew in the first. The drying modes of the first stage and the second are selected in such a way that the residence time in them is equal, in the first stage the temperature and speed of the coolant vary (T _t \u003d 60-100 ° C, V \u003d 8-15 m / s), after which the coolant is removed into the atmosphere, in the second stage the temperature and velocity of the coolant (T _t =55-60°C, V = 1-2 m/s), and the temperature of the material is controlled T _m ≤ 60°C, i.e. denaturation temperature, loss of vitamins and nutrients. The cycling of blowing and vacuuming is determined by the physical and mechanical (degree of grinding and isotropy) properties and the residual moisture content of the product.

Следующей стадией во второй ступени является стадия экстракции. Для экстрагирования по трубе с насосом 16 подается вода в камеру второй ступени 9. После заполнения камеры второй ступени 9, в которой содержится высушенный материал - включается ультразвуковой излучатель 18, который обеспечивает формирование кавитации в жидкости, что обеспечивает экстракцию высушиваемого материала. По окончанию процесса экстракции открывается клапан 17 для заполнения емкости 19. По мере заполнения емкости 19 жидкий экстракт насосом 20 под давлением от 3 до 5 атм. поступает в емкость 21, в которой имеются цилиндрические мембраны из композита полиамида и полисульфона, что позволяет разделить сухой экстракт от жидкости. Емкость 22 заполняется и вода в следующий период экстракции поступает в емкость 9. Вакуумный насос 23 через трубу с клапаном 24 отсасывает сухой экстракт и заполняет емкость 25. Дополнительно действие вакуума на мембраны приводит к обеззараживанию и очистке мембран.The next step in the second step is the extraction step. For extraction, water is supplied through a pipe with a pump 16 to the chamber of the second stage 9. After filling the chamber of the second stage 9, which contains the dried material, the ultrasonic emitter 18 is turned on, which ensures the formation of cavitation in the liquid, which ensures the extraction of the dried material. At the end of the extraction process, the valve 17 opens to fill the container 19. As the container 19 is filled, the liquid extract is pumped 20 under pressure from 3 to 5 atm. enters the container 21, in which there are cylindrical membranes made of a composite of polyamide and polysulfone, which makes it possible to separate the dry extract from the liquid. Tank 22 is filled and water in the next period of extraction enters tank 9. Vacuum pump 23 sucks dry extract through a pipe with valve 24 and fills tank 25. Additionally, the effect of vacuum on the membranes leads to disinfection and cleaning of the membranes.

Claims

A drying plant with heat accumulators for plant materials, containing a cylindrical chamber, a power fitting, a drum, a cylindrical profile insert, heat accumulators, a conical profile insert, ball valves, a cylindrical chamber with a sealed cover and a sealed shutter, in the interior of the first stage of drying there is a container with heat-accumulating phase-transition material, wherein the lower part of this container is connected to hollow pipes, which are connected to a container located in the space of the second stage of drying, characterized in that the inlets of the cylindrical-conical chamber contain a self-regulating electric heater based on elastomers modified with carbon nanotubes, and the container of the second stage has an inlet pipeline for liquid with a valve and an outlet pipeline with a valve, which provides connection with the tank, and at the same time, the tank of the second stage contains an ultrasonic emitter, while for separating dry The extract is moved by a pump into a container with membranes, which is connected to a vacuum pump and a water container.