CC BY
66
УДК 66.047
Доцент А.В. Журавлев, соискатель А.В. Бородкина (Воронеж, гос. ун-т инж. технол.) кафедра машин и аппаратов пищевых производств, тел. 8(473)255-38-96 E-mail: [email protected]
Associate Professor A.V. Zhuravlev, Competitor A.V. Borodkina
(Voronezh state university of engineering technologies) chair of cars and devices of food productions, tel. 8(473)255-38-96 E-mail: [email protected]
Аппарат с закрученным потоком теплоносителя для сушки полидисперсных материалов
The device with a twisted coolant flow drying polydisperse materials
Реферат. Наиболее распространенными и, следовательно, наиболее важными процессами пищевой технологий являются процессы сушки, т.к. они во многом определяют качество готовой продукции, энерго- и материалоемкость производства. В настоящее время в промышленности при сушке мелкосемянных культур с незначительным диффузионным сопротивлением движению влаги в качестве одного из наиболее эффективных средств интенсификации процесса широко применяются высокоинтенсивные аппараты с активными гидродинамическими режимами, в частности, аппараты с закрученными потоками теплоносителя, развитая турбулентная структура потока в рабочем объеме которых позволяет избежать образования инертных зон вокруг частиц материала. На основании проведенного анализа литературных данных о конструкциях сушилок, относящихся к данному классу, и результатов исследования процесса разработано оригинальное устройство. Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества: вихревая камера выполнена таким образом, что на внутренней поверхности размещены лопатки, причем их вогнутая поверхность направлена навстречу движению теплоносителя, это обеспечивает качественную дезагрегацию комков полидисперсного материала и исключает образование застойных зон; наличие питателя, патрубка для ввода теплоносителя и разгонного участка позволяет получать газовзвесь непосредственно перед входом в вихревую камеру, не требуя дополнительных сложных устройств; сушилка позволяет разделять газовзвесь на высушенную твердую и отработанную газовую фазу - это сушилка безуносного типа; повышается качество сушки с обеспечением равномерности сушки всех классов комкующегося полидисперсного материала; устройство универсально - может использоваться во всех отраслях промышленности, где необходима сушка полидисперсных материалов.
Summary. The most widespread and, therefore, the most important processes food technologies are drying processes since they in many respects define quality of finished goods, power - and a material capacity of production. Now in the industry when drying the melkosemyannykh of cultures with an insignificant diffusive resistance to the movement of moisture as one of the most effective remedies of an intensification of process high-
(£> Журавлев A.B., Бородкина А.В., 2015
intensity devices with the active hydrodynamic modes, in particular, devices with the twirled heat carrier streams are widely used, the developed turbulent structure of a stream in which working volume allows to avoid formation of inert zones round material particles. On the basis of the carried-out analysis of literary data on designs of the dryers belonging to this class, and results of research of process the original device is developed. The offered device has the following advantages: the vortex camera is executed in such a way that on an internal surface shovels are placed, and their concave surface is directed towards to the movement of the heat carrier, it provides high-quality disaggregation of lumps of polydisperse material and excludes formation of stagnant zones; existence of a feeder, branch pipe for input of the heat carrier and an accelerating site allows to receive a gassuspension just before an entrance to the vortex camera, without demanding additional difficult devices; the dryer allows to divide a gas-suspension on dried up the firm and fulfilled gas phases is a dryer of bezunos-ny type; quality of drying with ensuring uniformity of drying of all classes комкующегося polydisperse material increases; the device is universal -can be used in all branches of the industry where drying of polydisperse materials is necessary.
Ключевые слова: сушилка, вихревая камера, закрученный поток.
Keywords: dryer, swirl chamber, swirl flow.
Одним из путей создания новой сушильной техники является разработка и внедрение в промышленность высокоинтенсивных аппаратов с активными гидродинамическими режимами, обеспечивающих во многих случаях более высокие технико-экономические показатели. Данный принцип весьма успешно реализуется в аппаратах с закрученными потоками теплоносителя и дисперсного материала. Поэтому применение аппаратов с закрученным потоком теплоносителя для интенсификации процесса сушки дисперсных материалов представляет как теоретический интерес, так и практическую ценность [1].
В настоящее время в промышленности при сушке дисперсных материалов с незначительным диффузионным сопротивлением движению влаги в качестве одного из наиболее эффективных средств интенсификации процесса широко применяются высокоинтенсивные аппараты с активными гидродинамическими режимами, в частности, аппараты с закрученными потоками теплоносителя, развитая турбулентная структура потока в рабочем объеме которых позволяет избежать образования инертных зон вокруг частиц материала. Технологический процесс в данных аппаратах происходит с одновременной сепарацией твердых частиц на стенку в результате воздействия центробежных сил, что позволяет одновременно снизить унос дисперсного материала и повысить скорости обтекания частицами, что приводит к увеличению скорости ведения технологического процесса по сравнению с другими устройствами [2].
На основании проведенного анализа литературных данных о конструкциях сушилок, относящихся к данному классу, нами было разработано оригинальное устройство для сушки полидисперсных материалов, в котором реализуется высокоактивный гидродинамический режим в процессе непрерывной сушки.
Устройство для сушки полидисперсных материалов (рисунок) состоит: из вихревой камеры 1, на внутренней поверхности которой размещены лопатки 2, выполненные таким образом, что их вогнутая поверхность направлена навстречу движению теплоносителя, камера снабжена устройством 3 для получения газовзвеси, состоящим из загрузочного бункера 4 исходного влажного полидисперсного материала, патрубка 5 для ввода горячего теплоносителя и разгонного участка 6, съемной крышки 7, отбойного кольца 8, имеющего экранный выступ овальной
формы, выполненного сменным для регулирования удерживающей способности камеры, осадительного циклона 9, центральной трубы 10 с отражателем 11.
Устройство работает следующим образом: исходный влажный полидисперсный материал через загрузочный бункер 4 поступает в зону разгонного участка 6. Одновременно через патрубок 5 в нее подается горячий теплоноситель (воздух). В разгонном участке 6 происходит распределение частиц влажного полидисперсного материала в потоке горячего теплоносителя с образованием газовзвеси и осуществляется предварительная подсушка. В этой зоне происходит также разгон частиц до скорости, обеспечивающей циркуляцию материала в аппарате.
В вихревой камере создается максимальное давление, поэтому для подачи материала необходимо, чтобы в нижней части загрузочного бункера, сообщающегося с камерой, давление было равно давлению в вихревой камере. Это обеспечивается плотным соединением бункера с загрузочной щелью и наличием в бункере во время работы достаточного количества материала, который предотвратит проникновение газового потока из камеры в бункер. Из устройства 3 газовзвесь тангенциально подается в вихревую камеру, где интенсивно происходит процесс сушки. Поток теплоносителя вместе с частицами материала совершает сложное циркуляционное движение вдоль окружности аппарата, увеличивая при этом свою скорость. Тангенциальная скорость частиц обусловливает возникновение центробежной силы, которая отбрасывает частицы от центра вихревой камеры к ее стенкам, образуя взвешенно-закрученный слой - вращающееся кольцо. При этом процесс сушки протекает в неустановившемся режиме при высоких относительных скоростях частиц материала и теплоносителя, а значит характеризуется высокой интенсивностью, то есть при этом увеличивается центробежная сила, действующая на частицы и, следовательно, увеличивается сила трения между частицами и стенками сушильной камеры 1, что приводит к истиранию крупных частиц с непрерывным обновлением их поверхности [3].
Если для монодисперсных систем вероятность пребывания отдельных частиц в камере одинакова, то для систем, состоящих из частиц различного размера и плотности, легкие и мелкие частицы имеют большую вероятность покинуть камеру, чем крупные и тяжелые. Среднее время пребывания в камере частиц мелких размеров меньше, чем крупных.
Это обстоятельство имеет определенное преимущество, поскольку нагревание и сушка мелких частиц происходит значительно быстрее, чем крупных.
Естественно, что в некоторых случаях неравномерность пребывания частиц в аппарате, вызванная различием в их размере, может иметь и отрицательные последствия, когда фактическое время пребывания отдельных фракций не соответствует требуемой продолжительности их обработки. Следствием этого может быть недостаточная сушка отдельных частиц. При накоплении недостаточно высушенных крупных частиц и вновь поступивших влажных происходит их перенасыщение, комкование, а также налипание частиц на стенки камеры и идет так называемый «завал» вращающегося слоя, что приводит к уносу недостаточно высушенных частиц.
Благодаря замкнутым лопаткам, размещенным на внутренней поверхности вихревой камеры 1, и газовзвесь, и крупные комки влажного полидисперсного материала закручиваются и ударяются о загнутые лопатки, вогнутая поверхность которых направлена на встречу движению газовзвеси, и происходит разрыв вращающегося слоя, образуются локальные вихри, интенсифицирующие процесс сушки с одновременной дезагрегацией крупных комков материала за счет локального перемешивания и взаимного соударения отброшенных комков о выступы загнутых лопаток [4].
По мере высыхания частицы высушенного продукта за счет вновь вводимого материала постоянно захватываются потоком воздуха и выносятся через центральное отверстие в нижней части вихревой камеры 1 в осадитель-ный циклон 9, где происходит интенсивное разделение высушенной твердой и отработанной газовой фазы потока. Сухой продукт выводится через отверстие в конической части осади-тельного циклона 9, а отработанный сушильный агент проходит через отражатель 11, который осуществляет сепарацию взвешенных частиц, и выводится в атмосферу через центральную трубу 10, выполняющую роль выхлопной и служащей одновременно для перекрытия мертвой зоны вихря в камере.
Предлагаемое устройство имеет следующие преимущества:
- вихревая камера выполнена таким образом, что на внутренней поверхности размещены лопатки, причем их вогнутая поверхность направлена навстречу движению теплоносителя, это обеспечивает качественную дезагрегацию комков полидисперсного материала и исключает образование застойных зон;
- наличие питателя, патрубка для ввода теплоносителя и разгонного участка позволяет получать газовзвесь непосредственно перед входом в вихревую камеру, не требуя дополнительных сложных устройств;
- сушилка позволяет разделять газовзвесь на высушенную твердую и отработанную газовую фазу - это сушилка безуносного типа;
- повышается качество сушки с обеспечением равномерности сушки всех классов комкующегося полидисперсного материала;
- устройство универсально - может использоваться во всех отраслях промышленности, где необходима сушка полидисперсных материалов [5].
Ограбстнньй гтппоносиггепь
А
4 о- - 6
Вжньи штвриал
Окой продукт
Рисунок. Устройство для сушки полидисперсных материалов: 1 - вихревая камера; 2 - лопатки; 3 - устройство для получения газовзвеси; 4 - загрузочный бункер исходного материала; 5 - патрубок для ввода горячего теплоносителя; б - разгонный участок; 7 - съемная крышка; 8 - отбойное кольцо; 9 - осадителъный циклон; 10 - выхлопная труба; 11 - отражатель
ЛИТЕРАТУРА
1. Антипов, С.Т. Установки для сушки высоковлажных полидисперсных вторичных материальных ресурсов пищевой промышленности [Текст] / С.Т. Антипов, А.В. Прибытков, А.В. Журавлев // Инженер, технолог, рабочий. - 2005. - № 12. - С. 7-11.
2. Антипов, С.Т. Новые технические решения в технике сушки дисперсных материалов [Текст] / С.Т. Антипов, Д.А. Казарцев, А.В. Журавлев, Е.С. Бунин, И.М. Черноусов // Техника машиностроения.- 2009. - № 1. - С. 55-58.
3. Халатов, А.А. Теория и практика закрученных потоков [Текст] / А.А. Халатов - Киев: Наук. Думка, 1989. - 192 с.
4. Антипов, С. Т. Тепло- и массообмен при сушке послеспиртовой зерновой барды в аппарате с закрученным потоком теплоносителя [Текст] / С.Т. Антипов, А. В. Журавлев.- Воронеж, 2006. - 252 с.
5. Пат. 2301386 Российская Федерация, МКП7 F26B 17/10. Устройство для сушки полидисперсных материалов [Текст] / Антипов С.Т., Журавлев А В., Прибытков А.В., Черноусов И.М.; заявитель и патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия. - № 2006110671/06; заявл. 03.04.2006; опубл. 20.03.2007.
REFERENCES
1. Antipov, S.T. Installations for drying of high-damp polydisperse secondary material resources of the food industry [Text] / S.T. Antipov, A.V. Pribytkov, A.V. Zhurav-lev//the Engineer, the technologist, the worker. - 2005. - № 12. - P. 7-11.
2. Antipov, S.T. New technical solutions in technology of drying of disperse materials [Text] / S.T. Antipov, D.A. Kazartsev, A. V. Zhuravlev, E. S. Bunin, I.M. Cher-nousov//Equipment of mechanical engineering. - 2009. - № 1. - P. 55-58.
3. Halatov A.A. The theory and practice of the twirled streams of [Texts] / A.A. Ha-latov - Kiev, 1989. - 192 p.
4. Antipov, S.T. Teplo-and a mass exchange when drying postspirit grain bards in the device with the twirled stream of the heat carrier [Text] / S.T. Antipov, A.V. Zhuravlev. - Voronezh, 2006. - 252 p.
5. Stalemate. 2301386 Russian Federation, MKP7 F26B 17/10. The device for drying of polydisperse materials [Text] / Antipov S.T., Zhuravlev A.V., Pribytkov A.V., Cher-nousov I. M.; applicant and patent holder: Public educational institution of higher education Voronezh state technological academy. - № 2006110671/06; demand 03.04.2006; publication 20.03.2007.
