CC BY
128
Крикун Д.Е., Демчук Е.В. Виды, устройство и принцип работы многоуровневых сушилок // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2017. -№1 (8) январь - март. - URL http://e-joumal.omgau.ru/mdex.php/2017/m5-statya-2017-1/770-00297. - ISSN 2413-4066
УДК 631.24: 631.56
Крикун Дмитрий Евгеньевич
Студент
ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск [email protected]
Демчук Евгений Владимирович
Кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск ev. [email protected]
Виды, устройство и принцип работы многоуровневых сушилок
Аннотация: рынок сельскохозяйственной техники представлен большим разнообразием сушильных комплексов отечественного и зарубежного производства. В ряде случаев представленные модели при работе с конкретными видами продукции не в полной мере отвечают заявленным характеристикам. Целью исследования является выявление наиболее подходящих конструкций сушильных комплексов, для сушки чайной продукции. Объектом исследований является процесс обеспечения качественных показателей работы сушильных комплексов, и соответствие данных показателей агротехническим требованиям.
Исследованиями установлено, что сушильные комплексы c ИК лампами соответствуют агротехническим и заявленным требованиям.
Ключевые слова: сушильный комплекс, сушильный агент, производительность, камера, агротехнические требования.
Введение
Стабильное получение высушенного материала в современном сельскохозяйственном производстве требует освоения и внедрения ресурсосберегающих технологий, включающих комплекс мероприятий по оптимизации структуры использования сушилок, адаптированных под сушку чайных трав. Повышение высушенного материала во многом зависит от интенсификации производства путем совершенствования технологии высушивания.
Качественная сушка по интенсивной технологии характеризуется двумя составляющими: равномерным распределением высушиваемого материала по площади ленты (вагонетки) и процентом влаги в материале.
Внимание к равномерному распределению высушиваемого материала по площади ленты (вагонетки) объясняется потенциалом повышения КПД при большой норме сушки. От качества сушки в значительной мере зависит готовность материала к продаже. Очевидно, наибольший готовый материал получается в том случае, когда количество листьев будет размещено по площади так, что каждое из них будет обеспечено в достатке теплом и в то же время не останется неиспользованной площади.
При одинаковой норме сушки листья на ленте (вагонетки) можно разместить по-разному, поэтому одинаковая площадь питания может иметь разную геометрическую форму.
1
Таким образом, форма площади питания зависит от нормы и способа сушки.
В ходе исследований установлено, что рациональной площадью питания материала является квадрат. На основании вышеизложенного, можно сделать вывод, что разработка многоуровневой сушилки, обеспечивающей равномерное тепло для сушки листьев по площади питания, является актуальной задачей.
Цель работы обосновать параметры сушильного шкафа для обеспечения 100% сушки листьев Амаранта.
Материалы и методы
Методика обоснования конструктивных параметров сушильных шкафов предусматривала изучение документации, фото и видео материалов.
Результаты исследований
На основе проведенных патентных и литературных исследований, нами установлено, что наиболее перспективным и эффективным способом сушки листьев является сушка в ленточной многоуровневой сушилке с ИК лампами. Этот агрегат позволяет быстрее и качественнее провести сушку чайных листьев, нежели другие сушильные шкафы.
Влагу в материалах можно удалить разными способами (отжимом, отстаиванием, фильтрованием, центрифугированием) и тепловым. Наибольшее распространение в настоящее время получил тепловой способ, осуществляемый сушилками.
Сушилки различают по следующим показателям:
- способу подвода тепла к высушиваемому материалу:
1. Конвективная сушка - путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы;
2. Контактная сушка - путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;
3. Радиационная сушка - путем передачи тепла инфракрасными лучами;
4. Диэлектрическая сушка - путем нагревания в полу токов высокой частоты;
5.Сублимационная сушка - сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме.
- виду используемого теплоносителя
1. Воздушные сушилки - теплоносителем является обычный воздух, который нагревается при помощи нагревателей и вентиляторов.
2. Газовые сушилки - теплоносителем и сушильным агентом в них являются топочные газы, которые получаются при сжигании различных древесных отходов в специальных топках, размещаемых в непосредственной близости от сушильных камер.
3. Паровые сушилки - это те же газовые, но агентом сушки в них является воздух, а не топочный газ, а теплоносителем - водяной пар.
- величине давления в камере:
1. Атмосферные сушилки - работают на испарении влаги из материала под непосредственным воздействием наружного воздуха.
2. Вакуумные сушилки - работают по тому же принципу, что и атмосферные, но в них все рабочие части находятся внутри герметичного кожуха, соединенного с установкой для создания вакуума.
- взаимному направлению движения материала и сушильного агента:
1. Прямоточные - прямоточное движение сушильного агента и высушиваемого материала позволяет избежать излишнего перегрева последнего.
2. Противоточные - подавая сушильный агент в нижнюю часть камеры, замедляет осаждение частиц материала, увеличивает время их пребывания в аппарате, обеспечивает контакт высушенного материала со свежим сушильным агентом, что позволяет получить материал с меньшим содержанием влаги.
3. Перекрестно точные - для устранения неравномерности высушивания материала в
однокамерных сушилках вследствие существенного различия времени пребывания частиц в аппарате.
- способу организации процесса
1. Непрерывные - движение вагонеток с расположенным на полках материалом вдоль длинной камеры (туннеля).
2. Периодические - позволяют производить действия над предметами любых размеров и любой производительности для самых различных нужд
Существуют следующие модели сушилок:
Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия, работающими при атмосферном давлении (рис. 1). Они используются в производствах небольшого масштаба для материалов, допускающих невысокую (до 25-55°С) температуру сушки, например, красителей, пищевых продуктов, лекарственных растительных препаратов. Материал в этих сушилках сушится на лотках, установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры. На каркасе камеры между вагонетками установлены козырьки, которые делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере, засасывается вентилятором и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется (путь воздуха показан на рисунке стрелками), два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах. Часть отработанного воздуха с помощью шибера направляется на смешение со свежим воздухом.
Л-Д ШИ-DZ ■■ И _
J - сушильная камера, 2 - вагонетки, 3 - козырьки, 4,6, 7- калориферы, 5 - вентилятор, 8 - шибер
Рисунок 1. Камерная сушилка
Таким образом, сушилка работает с промежуточным подогревом и частичной рециркуляцией воздуха, т.е. по варианту, обеспечивающему низкую температуру и более мягкие условия сушки. Однако, вследствие сушки в неподвижном толстом слое, сушилки этого типа обладают низкой производительностью и продолжительность сушки в них велика.
Кроме того, сушка в них неравномерна из-за неравномерности температур в камере, возникающей за счет частичного прохода воздуха в выше расположенные зоны кратчайшим путем (через зазоры). Для создания более равномерной циркуляции воздуха в некоторых современных конструкциях камерных сушилок наружный вентилятор заменяют внутренними реверсивными осевыми вентиляторами или применяют эжекторы. В эжекционных камерных сушилках рециркулирующий отработанный воздух подсасывается свежим воздухом, что позволяет уменьшить расход электроэнергии на циркуляцию. Обслуживание камерных сушилок требует больших затрат ручного труда, что также является существенным недостатком. Камерная сушилка предназначена для сушки различных материалов (сыпучих, кусковых, пастообразных).
Туннельные сушилки. Эти сушилки отличаются от камерных тем, что в них соединенные друг с другом вагонетки медленно перемещаются на рельсах вдоль очень длинной камеры прямоугольного сечения (коридора). На входе и выходе коридор имеет герметичные двери, которые одновременно периодически открываются для загрузки и выгрузки материала: вагонетка с высушенным материалом удаляется из камеры, а с противоположного конца в нее поступает новая вагонетка с влажным материалом. Перемещение вагонеток производится с помощью троса и механической лебедки.
Свежий
Рисунок 2.1. Туннельная сушилка
Сушильный агент движется прямотоком или противотоком к высушиваемому материалу. Туннельные сушилки обычно работают с частичной рециркуляцией сушильного агента, и они используются для сушки больших количеств штучных материалов, например керамических изделий. По интенсивности сушки туннельные сушилки мало отличаются от камерных - им присущи основные недостатки последних (длительная и неравномерная сушка, ручное обслуживание).
Ленточные сушилки. В данных сушилках (рис. 3) сушка материалов производится непрерывно при атмосферном давлении. В камере сушилки слой высушиваемого материала движется на бесконечной ленте, натянутой между ведущим и ведомым барабанами. Влажный материал подается на один конец ленты, а подсушенный удаляется с другого конца. Сушка осуществляется горячим воздухом или топочными газами, которые движутся противотоком или перекрестным током к направлению движения материала.
Более эффективно применение многоленточных сушилок с лентами из металлической сетки. В них сушильный агент движется перпендикулярно плоскости ленты сквозь находящийся на ней слой материала (перекрестный ток). При пересыпании материала с ленты на ленту увеличивается поверхность его соприкосновения с сушильный агентом, что способствует возрастанию скорости и равномерности сушки. Ленточные сушилки могут работать по различным вариантам сушильного процесса. Ленточные сушилки громоздки (подобно туннельным сушилкам) и сложны в обслуживании главным образом из-за перекосов и растяжения лент; их удельная производительность (на 1-2 м поверхности ленты) невелика, а удельные расходы тепла (на 1 кг испаренной влаги) довольно высоки. Кроме того, данные сушилки непригодны для сушки пастообразных материалов, поэтому для этой цели их используют в комбинации с вальцовыми сушилками. Сушке подвергаются зернистые,
гранулированные и волокнистые материалы средних размеров. В современных конструкциях ленточных сушилок применяется в качестве сушильного агента лучи ИК ламп. Инфракрасная сушка за счет особенностей технологии дает огромные преимущества перед традиционными способами сушки. Предприятия, использующие оборудование инфракрасной промышленной сушки, значительно сокращают издержки на производство. Так как инфракрасное излучение нагревает непосредственно объекты, а не воздух. Таким образом, существенно сокращается время нагрева, тем самым ускоряется весь процесс сушки. Благодаря высоким тепловым потокам, способ переноса тепла при помощи инфракрасного излучения увеличивает интенсивность испарения влаги из продукта в несколько раз по сравнению с традиционным конвективным способом. Использование инфракрасного нагрева очень эффективно для сушки тонких слоев. В этом случае интенсификация сушки увеличивается в 1,5-2,0 раза при снижении энергозатрат в 1,5 раза. Вообще, тепловые лучи проникают в толщину продукта, до 10-20мм, нагревая при этом сам продукт и влагу, содержащуюся в нем. Поэтому и процесс нагрева идет в несколько раз интенсивнее, чем при обдуве горячим воздухом, соответственно и вода превращается в пар, очень интенсивно. А предприятия, использующие инфракрасную сушку различной сельхоз продукции, овощей, фруктов, ягод получают дополнительную выгоду в том, что такая продукция сохраняет все свои полезные свойства и вкусовые качества, долго хранится и не портится, так как происходит еще и уничтожение или угнетение различных видов бактерий, что в свою очередь улучшает качество продукта. Воздействие инфракрасных лучей является естественным способом сушки и не оказывает вреда на здоровье человека и окружающую среду.
Отработан! возд\
1 - сушильная камера, 2 - бесконечная лента. 3 - ведущие барабаны, 4 - ведомые барабаны, 5 - калорифер, 6 ■ питатель, 7 - опорные ролики
4.
^чряШ
Рисунок 3. Ленточная сушилка
Петлевые сушилки. Сушку пастообразных материалов, а также тонких листовых (например, бумаги) производят в непрерывно действующих петлевых сушилках (рис. 4), работающих при атмосферном давлении. В сушилке для паст, питатель подает материал на бесконечную гибкую сетчатую ленту, которая проходит между обогреваемыми паром
вальцами, вдавливающими пасту внутрь ячеек ленты. Лента с впрессованным материалом поступает в сушильную камеру, где образует петли.
Это достигается с помощью шарнирно соединенных звеньев ленты и расположенных на ней через определенные промежутки поперечных планок, опирающихся на цепной конвейер.
С помощью направляющего ролика лента отводится к автоматическому ударному устройству, посредством которого высушенный материал сбрасывается с ленты и выводится из сушилки разгрузочным шнеком.
3 - прижимные вальцы, 4 - цепной конвейер, 5 - направляющий ролишлорифер, 6 - автоматическое ударное устройство, 7 - разгрузочный шнех, 8 - вентилятор
Рисунок 4. Петлевая сушилка
Циркуляция воздуха (или газов) осуществляется с помощью осевых вентиляторов, причем горячий воздух или газ движется поперек ленты. Сушилка обычно работает по варианту с промежуточным подогревом воздуха и частичной рециркуляцией его по зонам. В петлевых сушилках сушка производится в слое небольшой толщины (равной толщине звеньев ленты, составляющей 5...20 мм) при двустороннем обмывании ленты горячим воздухом и прогреве запрессованного материала металлическим каркасом (сеткой), нагретым вальцами. Это обеспечивает большую скорость сушки по сравнению с камерными сушилками. Вместе с тем петлевые сушилки отличаются сложностью конструкции и требуют значительных эксплуатационных расходов.
Заключение
В статье описаны конструкции различных типов сушилок, принцип их работы, их достоинства и недостатки. Представленный материал может позволить выбрать необходимое оборудование для сушки различной пищевой продукции.
Ссылки на источники:
1. http://processes-apparates.ru/articles/article_dryer_k1.htm
2. http://www.vevivi.ru/best/Spetsialnye-vidy-sushki-i-tipy-sushilok-ref228217.html
3. http://www.activestudy.info/tipy-gazovyx-sushilnyx-ustanovok-drevesiny/
4. http://www. activestudy. info/tipy-parovyx-sushilnyx-ustanovok-drevesiny/
5. http://www.studfiles.ru/preview/2036682/page:3/
Dmitry Krikun
Student
FSBEI HE OmskSAU, Omsk Evgeny Demchuk
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor FSBEI HE Omsk SAU, Omsk
Types, Device and Principle of Operation of Multilevel Dryers
Abstract: Summary: the market of agricultural machinery is provided by a big variety of drying complexes of national and foreign production. In some cases the provided models during the work with specific types of products not fully answer the declared characteristics. A research purpose is identification of the most suitable designs of drying complexes, for drying of tea products. An object of researches is process of providing qualitative indexes of work of drying complexes, and compliance of these indicators to agrotechnical requirements.
By researches it is established that drying complexes with IK lamps conform to the agrotechnical and declared requirements.
Keywords: drying complex, drying agent, performance, camera, agrotechnical requirements.
