RU2808072C1 - Сушильная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к низкотемпературной сушке пищевых продуктов, например свекловичного жома, и может быть использовано в пищевой промышленности для сохранения важнейших питательных веществ, например пектина, в высушиваемом продукте. Сушильная установка содержит низкотемпературную сушилку, которая состоит из предварительной и завершающей секций, в которых в качестве рабочего вещества используют воздух. В сушильной установке используются различные трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка. Трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура. Теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, двух секций испарителя, форконденсатора, ёмкости для жидкости и насоса. При этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горящих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидные вентили, служащие для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и дополнительно теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который независим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним. Изобретение позволит снизить энергопотребление теплонасосной установки. 2 ил.

Description

Заявляемое изобретение относится к низкотемпературной сушке пищевых продуктов, например свекловичного жома, и может быть использовано в пищевой промышленности для сохранения важнейших питательных веществ, например пектина в высушиваемом продукте.

Известно устройство «Установка для сушки жома», А.с. № 2219449, F26В 21/04, опубл. 20.12.2003, Бюл. № 35 RU 2 219 449 C1, установка для сушки жома, содержащая высокотемпературную и низкотемпературную сушилки с патрубками подвода и отвода теплоносителя, трубопровод отвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, содержащий линию выброса отработанного теплоносителя в атмосферу с теплообменником-утилизатором, снабженным патрубками подвода и отвода атмосферного воздуха, последний из которых подключен к патрубку подвода теплоносителя низкотемпературной сушилки, трубопровод выброса отработанного теплоносителя в атмосферу после низкотемпературной сушилки с теплообменником-утилизатором, снабженным патрубком подвода атмосферного воздуха и патрубком отвода атмосферного воздуха, подключенным к патрубку подвода атмосферного воздуха теплообменника-утилизатора высокотемпературной сушилки, вентилятор, теплообменник-утилизатор высокотемпературной сушилки выполненный двухсекционным, причем вторая секция снабжена патрубками подвода и отвода конденсата ретурного пара, имеет патрубок подвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки и патрубок отвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, а первая секция снабжена патрубком подвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, подключенным к патрубку отвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки второй секции и патрубком отвода конденсата отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки в атмосферу, трубопровод отвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки дополнительно содержит трубопровод циркуляции части отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки с теплообменником, снабженным патрубком подвода ретурного пара и патрубком отвода конденсата ретурного пара, подключенным к патрубку подвода конденсата ретурного пара теплообменника-утилизатора высокотемпературной сушилки.

Недостатком известного устройства является то, что устройство не обладает универсальностью и используется только для сушки свекловичного жома. В устройстве используется прямоточная схема подачи воздуха для сушки, отсутствует использование замкнутого контура циркуляции, что не позволяет снизить энергетические затраты в процессе с максимальным использованием рекуперации теплоты отработанного воздуха. Устройство не обеспечивает экологической чистоты производства, так как весь загрязненный отработанный воздух выбрасывается в атмосферу.

Известно также устройство «Энергосберегающая установка для сушки кормов», № 2014101750/06, F26B 20/00, F26B 21/04, опубл. 27.07.2015 Бюл. № 21 RU 2 557 822 C2, энергосберегающая установка для сушки кормов, содержащая последовательно соединенные низкотемпературную и высокотемпературную сушилки с патрубками подвода и отвода теплоносителей, теплообменник-утилизатор, циклон, трубопровод отвода отработанного теплоносителя высокотемпературной сушилки, связанный со входом в межтрубное пространство теплообменника-утилизатора через циклон, а также воздухопровод забора атмосферного воздуха, связанный с патрубком подвода теплоносителя к низкотемпературной сушилке, дополнительно содержит теплообменник оборотного водоснабжения, трубное пространство которого связано с трубным пространством теплообменника-утилизатора для подключения к входному и выходному трубопроводам системы оборотного водоснабжения, воздухопровод забора атмосферного воздуха связан с патрубком подвода теплоносителя к низкотемпературной сушилке через межтрубное пространство теплообменника оборотного водоснабжения, а циклон связан с теплообменником-утилизатором через скруббер, при этом патрубок подвода теплоносителя к низкотемпературной сушилке подключен к межтрубному пространству теплообменника оборотного водоснабжения через инфракрасный подогреватель.

Недостатком указанного устройства является то, что в устройстве теплота отработанного теплоносителя не утилизируется, в результате чего имеются достаточно значительные потери тепловой энергии. В устройстве исключён контакт теплоносителя с высушиваемым продуктом, что влечет за собой снижение коэффициента теплопередачи в сушилке и, как следствие, увеличение габаритов сушилки, а соответственно, и её стоимости. В устройстве отсутствует осушение воздуха с использованием теплонасосной установки в режиме замкнутого цикла, что не позволяет снизить энергетические затраты в процессе с максимальным использованием рекуперации теплоты отработанного воздуха.

Известно также устройство «Сушильная установка» № 2005112091/06, F26B 21/04, опубл. 10.10.2006, Бюл. № 28 RU 2 285 214 C1, сушильная установка, содержащая последовательно соединенные высокотемпературную и низкотемпературную сушилки с патрубками подвода и отвода теплоносителя, в качестве которого в высокотемпературной сушилке используется перегретый пар, а в низкотемпературной сушилке - воздух, теплообменник-утилизатор высокотемпературной сушилки, трубопроводы: отвода отработанного перегретого пара в теплообменник-утилизатор, циркуляции части отработанного перегретого пара, отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки в теплообменник-утилизатор, отвода конденсата отработанного перегретого пара из теплообменника-утилизатора; вентиляторы, циклон для высокотемпературной сушилки, сушильная установка дополнительно снабжена теплонасосной установкой, состоящей из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, двухпозиционного переключателя, испарителя, содержащего рабочую и резервную секции; пароперегревателем, установленным в трубопроводе циркуляции части отработанного перегретого пара, при этом трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, рабочую секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с последующей подачей отработанного воздуха в теплообменник-утилизатор и с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура, а трубопровод отвода отработанного перегретого пара дополнительно содержит трубопровод отвода части отработанного перегретого пара в резервную секцию испарителя, снабженную трубопроводом отвода конденсата отработанного перегретого пара, при этом двухпозиционный переключатель установлен на потоках отвода части отработанного перегретого пара в резервную секцию испарителя и подачи хладагента теплонасосной установки от терморегулирующего вентиля в рабочую секцию испарителя.

Недостатками указанного аналога является то, что в устройстве при смене режимов двухпозиционного переключателя происходит разгерметизация контура циркуляции холодильного агента, который смешивается с паром, приводя к нарушению работы теплонасосной установки и потере холодильного агента. В устройстве при использовании в высокотемпературной сушилке перегретого пара происходит ухудшение качества сушильного жома, связанное с разрушением молекул пектина при температурах выше 60°С.

Наиболее близким прототипом к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является «Сушильная установка» № 2022123153, F26B 21/04, опубл. 29.11.2022, RU 2784632, сушильная установка, содержащая низкотемпературную сушилку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций; в предварительной и завершающей секций низкотемпературной сушилки в качестве рабочего вещества используют воздух; в сушильной установке также используются различные трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосную установку; трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура; теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, две секции испарителя; при этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горящих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и дополнительно теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который не зависим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним.

Недостатками указанного прототипа является то, что в устройстве образующийся на испарителях конденсат никак не используется и утилизируется в канализацию, а также теплонасосная установка имеет повышенное потребление энергии.

Технической задачей заявляемого изобретения является получение устройства для сушки пищевых продуктов без потери конденсата из испарителей, используя который снижается энергопотребление теплонасосной установки.

Техническим результатом заявляемого изобретения является то, что за счёт использования теплоты испарения конденсата, образовавшегося на испарителях теплонасосной установки, получается экономическая выгода.

Технический результат достигается тем, что заявляемая сушильная установка содержит низкотемпературную сушилку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций. В предварительной и завершающей секций низкотемпературной сушилки в качестве рабочего вещества используют воздух. В сушильной установке также используются различные трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосную установку. Трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура. Теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, две секции испарителя, при этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горящих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и дополнительно теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который не зависим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним. Отличается тем, что в теплонасосной установке содержатся трубопроводы, по которым течёт конденсат от испарителей теплонасосной установки, откуда при помощи насоса в ёмкость для жидкости подаются излишки конденсата в форконденсатор, где за счёт испарения отводится теплота от горячих паров холодильного агента.

Изобретение поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 изображена схема заявляемой сушильной установки, а на фиг. 2 изображена P-I диаграмма сушильной установки на фреоне R22.

Сушильная установка содержит низкотемпературную сушилку 1, состоящую из предварительной секции 2 и завершающей секции 3, через которые движется высушиваемый материал, при этом его температура не превышает после выхода из сушилки 60 °С, что позволяет сохранить полезные питательные вещества, например пектин. Подача осушаемого воздуха в секции сушилки осуществляется вентиляторами 4 и 5. На линии подачи осушенного воздуха в завершающую секцию сушилки устанавливается устройство для регулирования температуры воздуха 6, содержащее теплообменник 7, соленоидный вентиль 8 и датчиком температуры 9. Очистка воздуха после секций сушилки от частичек высушиваемого продукта осуществляется в циклонах 10 и 11. Для осушки воздух поступает в теплонасосную установку 12, которая состоит из компрессора 13, конденсатора 14, двух индивидуальных терморегулирующих вентилей 15 и 16, испарителя 17, состоящего из двух секций 18 и 19, соленоидных вентилей 20-29, которые обеспечивают переключение работы секций испарителя, трубопроводов 30-37. Образовавшийся конденсат из испарителей поступает в ёмкость для жидкости 38, далее насосом 39 конденсат подаётся в форконденсатор 40.

Работа сушильной установки осуществляется следующим образом:

Влажный продукт, например свекловичный жом, с начальной влажностью до 90 % поступает в предварительную секцию 2 низкотемпературной сушилки 1. Подсушенный продукт с влажностью 60 % из предварительной секции 2 поступает в завершающую секцию 3 низкотемпературной сушилки 1, где осушается до 12 %.

Увлажнённый воздух, выходящий из низкотемпературной сушилки 1, очищается от частичек высушиваемого продукта в циклонах 10 и 11, затем поступает в одну из секций 18 или 19 испарителя 17. Секции 18 и 19 работают попеременно в двух режимах: режим осушения и режим оттаивания.

Увлажнённый воздух поступает в секцию, работающую в режиме осушения, например в секцию 18. В секции 18 из воздуха вымораживается влага, которую воздух воспринял от осушаемого процесса в секциях 2 и 3 низкотемпературной сушилки 1. Вымораживание влаги в секции 18 происходит за счёт кипения в ней холодильного агента, который подаётся в секцию 18 через терморегулирующий вентиль 15 из конденсатора 14, при этом соленоидные вентиля 20 и 22 открыты, а соленоидные вентиля 25 и 27 закрыты. Осушаемый воздух из секции 18 через открытый соленоидный вентиль 28 поступает в конденсатор 14, где подогревается до температуры 40 °С. Осушенный и подогретый воздух по трубопроводу 31 поступает к вентиляторам 4 и 5, которые подают воздух в секции 2 и 3 низкотемпературной сушилки 1. Перед подачей воздуха в завершающую секцию 3 его температуру регулируют в устройстве для регулирования температуры воздуха 6, таким образом чтобы его температура была не выше 60 °С. Регулирование температуры осуществляется с помощью теплообменника 7, в который подаётся греющий теплоноситель через соленоидный вентиль 8. Прекращение подачи греющего теплоносителя осуществляется перекрытием соленоидного вентиля 8 по сигналу от датчика температуры 9, который контролирует температуру подаваемого воздуха в завершающую секцию 3, таким образом, чтобы температура продукта была не выше 60 °С. Секция 19 испарителя 17 в это время работает в режиме оттайки, при этом воздух через секцию 19 не утилизируют, т.к. соленоидный вентиль 29 закрыт.

Оттайка осуществляется с помощью горящих паров холодильного агента, которые поступают из нагнетательной линии компрессора 13 через открытый соленоидный вентиль 26. Оттаивая иней с поверхности секции 19, холодильный агент конденсируется и через открытый соленоидный вентиль 24 поступает в линию подачи жидкого холодильного агента в секцию 18. Образовавшийся конденсат поступает по трубопроводу 36 в ёмкость для жидкости 38. Оттуда с помощью насоса 39 конденсат поступает по трубопроводу 37 в форконденсатор 40 теплонасосной установки, испаряясь в нём, эффективно отводит теплоту от горячих паров холодильного агента, выходящих из компрессора теплонасосной установки, тем самым снижает температуру конденсации холодильного агента в теплонасосной установки, что и приводит к снижению энергозатрат теплонасосной установки в целом. В режиме оттаивания секции 19 контур циркуляции холодильного агента через терморегулирующий вентиль 16 перекрыт, при этом соленоидные вентиля 21 и 23 закрыты.

После окончания режима оттаивания секция 19 переводится в режим работы по осушению воздуха, а секция 18 приводится в режим оттаивания, при этом соленоидные вентиля 20, 22, 24, 26 и 28 закрываются, а соленоидные вентиля 21, 23, 25, 27 и 29 открываются.

Заявляемое изобретение может быть проиллюстрировано следующим предлагаемым примером.

В теплонасосной установке прототипа используется конденсатор воздушного охлаждения, при этом чтобы температура осушенного воздуха на выходе из конденсатора составляла 40°С, температура конденсации холодильного агента в теплонасосной установке должна составлять не меньше 50°С. Используя для отвода теплоту конденсации в заявленном устройстве воду, которая за счёт испарения отводит температуру в форконденсаторе, можно снизить температуру конденсации холодильного агента в теплонасосной установке на 5…7°С, что приводит к общему снижению энергозатрат и повысит эффективность его работы. На фиг.2 представлены циклы работы обычной теплонасосной установки и модернизированной.

- Режим работы обычной теплонасосной установки – А – Б – В – Г.

- Режим работы модернизированной теплонасосной установки – А – Д – Е – Ж.

Температура конденсации (t_к) составляет 50°С. В предлагаемом примере t_к уменьшится на 5…7 °С за счёт используемой теплоты конденсата. Соответственно t_к’=45°С. За счёт снижения температуры конденсации у нас увеличивается холодильный коэффициент (ε), увеличивается тепловой поток (q₀) и за счёт этого уменьшается расход воздуха (m₀), а также уменьшится работа сжатия (l_сж).

Если холодопроизводительность установки (Q₀) будет составлять 500 кВт, то расход воздуха для охлаждения воздушного конденсатора будет составлять:

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет:

- снизить энергоэффективность теплонасосной установки в целом, за счёт теплоты последовательного образующегося конденсата на испарителях 18 и 19, который поступает в форконденсатор 40 теплонасосной установки 12, где испаряясь, позволяет эффективно отводить теплоту от горящих паров холодильного агента, выходящих из компрессора 13 теплонасосной установки 12, тем самым снижает температуру конденсации в теплонасосной установке 12.

Claims (1)

1. Сушильная установка, содержащая низкотемпературную сушилку, которая состоит из последовательно соединённых предварительной и завершающей секций, в предварительной и завершающей секциях низкотемпературной сушилки в качестве рабочего вещества используют воздух и в сушильной установке также используются различные трубопроводы, по которым циркулирует хладагент и воздух, вентиляторы для нагнетания воздуха и теплонасосная установка, трубопровод отвода отработанного воздуха из низкотемпературной сушилки включает циклон для низкотемпературной сушилки, секцию испарителя и конденсатор теплонасосной установки с возвратом его в низкотемпературную сушилку с образованием замкнутого контура, теплонасосная установка состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, двух секций испарителя, при этом линия подачи осушаемого воздуха в завершающую секцию низкотемпературной сушилки содержит устройство для регулирования температуры подаваемого воздуха, а теплонасосная установка оборудована линиями подачи горящих паров холодильного агента от компрессора в секции испарителя и соленоидными вентилями, служащими для подачи паров холодильного агента в секции испарителя, и дополнительно теплонасосная установка также снабжена вторым терморегулирующим вентилем для изменения режима процесса работы, который независим от первого терморегулирующего вентиля и включается поочерёдно с ним, отличающаяся тем, что в теплонасосной установке содержатся трубопроводы, по которым течёт конденсат от испарителей теплонасосной установки, откуда при помощи насоса в ёмкость для жидкости подаются излишки конденсата в форконденсатор, где за счёт испарения отводится теплота от горячих паров холодильного агента.