Способ и устройство для сушки материала - RU2474775C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к способу и устройству для сушки материала.

Многие материалы перед дальнейшей обработкой и упаковкой необходимо сначала высушить. Кроме того, особенно если материал является пищевым продуктом, процесс высушивания должен в максимально возможной степени выполняться таким образом, чтобы исключить какой-либо контакт между высушиваемым материалом и бактериями или другими микроорганизмами. Однако при обычных способах высушивания, когда имеется контакт между материалом и сухим воздухом, трудно обеспечить общую стерильность. Кроме того, высушивание неизбежно включает в себя некоторую потерю летучих компонентов, которые покидают материал из-за повышенной температуры высушивания.

Задача изобретения состоит в обеспечении способа и устройства, которые позволяют эффективно высушивать материал, не приводя к загрязнению нежелательными микроорганизмами и к чрезмерной потере летучих компонентов.

С точки зрения технологии процесса эта задача решается при помощи способа высушивания экструдированного материала, содержащего этапы, на которых: обеспечивают газообразную среду с перегретым паром внутри оболочки, подают материал внутрь оболочки, высушивают материал в газообразной среде, выводят высушенный материал изнутри оболочки и извлекают из газообразной среды летучие вещества, которые покидают материал в газообразной среде, особенно ароматизирующие вещества.

Можно обеспечивать высушивание материала до состояния, при котором содержание воды менее 50 массовых %, 40 массовых %, 30 массовых % или 20 массовых %.

Можно также обеспечить высушивание материала до значения AW менее 0,9, 0,8, 0,6, 0,5 или 0,4. AW (активность воды) определяется как отношение давления водяного пара над материалом (p) к давлению водяного пара над чистой водой (р₀) при определенной температуре: AW=р/р₀.

Можно обеспечивать температуру газообразной среды, по меньшей мере в горизонтальном частичном слое, превышающую 100°С, 120°С, 140°С, 160°С или 180°С.

Газообразная среда может находиться в нормальном давлении или при повышенном или пониженном давлении.

Газообразная среда предпочтительно обеспечивается в виде смеси первого компонента, состоящего из воздуха и (или) другого газа, такого СО₂, азот или другой инертный газ, и водяного пара в качестве второго компонента, и по меньшей мере в горизонтальном частичном слое имеет содержание пара по меньшей мере 50 массовых %, 60 массовых %, 70 массовых %, 80 массовых %, 90 массовых %, 95 массовых %, 98 массовых % или 99 массовых %. Газообразная среда может также состоять из чистого водяного пара.

В подходящем варианте обеспечивается, что извлеченные вещества вновь добавляются к материалу или пропорционально, или в заданном количестве. Вещества могут добавляться непосредственно, либо с материалом носителя, либо поставляться в виде материала носителя, например, в виде покрытия или наполнителя, к которому сначала добавляются извлеченные вещества в виде жидкости или пасты.

После выведения изнутри оболочки материал может упаковываться. В этом контексте может обеспечиваться подача веществ, извлеченных из газообразной среды, в упаковочный контейнер во время процесса упаковки.

С точки зрения устройства задача изобретения решается при помощи устройства для высушивания экструдированного материала, содержащего оболочку для удержания газообразной среды с перегретым паром, причем оболочка имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, средство для создания внутри оболочки газообразной среды с перегретым паром, первое средство перемещения для подачи материала через впускное отверстие внутрь оболочки, второе средство перемещения для выведения материала через выпускное отверстие изнутри оболочки, и блок извлечения для извлечения летучих веществ из газообразной среды.

Удобно расположить впускное отверстие на свободном конце впускного канала.

Выпускное отверстие может быть расположено на свободном конце выпускного канала.

Впускной и (или) выпускной канал может идти от оболочки вниз.

Может быть предусмотрено, что вентиляционная труба сообщается с оболочкой и имеет выходное отверстие на высоте ниже оболочки и выше впускного и выпускного отверстий, которое ведет наружу.

Вместо этого или в дополнение к этому вентиляционная труба может сообщаться с оболочкой и проходить через вентилятор к конденсору.

Первое и (или) второе средство перемещения может иметь перфорированный ленточный транспортер.

Вдоль участка первого средства перемещения может располагаться трубка, находящаяся под повышенным или пониженным давлением, которая сообщается с оболочкой, особенного с ее нижним участком.

Между трубкой и участком первого средства перемещения может располагаться средство направления или перекрытия потока, обеспечивающее интенсивный поток вокруг или через средство перемещения через газообразную среду.

Предусматривается также наличие упаковочной станции, связанной с устройством для упаковки высушенного материала.

Предпочтительно, чтобы второе средство перемещения доходило до упаковочной станции.

Предпочтительно предусматривается, что блок извлечения имеет вид вращающейся конической колонны для извлечения летучих веществ из конденсата в газообразной среде.

Другие преимущества и признаки изобретения станут понятны из нижеследующего описания предпочтительного варианта выполнения, в котором содержатся ссылки на чертежи, на которых

фиг.1 содержит схематический вид сбоку устройства по изобретению, при помощи которого может быть осуществлен способ по изобретению,

фиг.2 содержит вариант устройства на фиг.1, и

фиг.3 содержит значения плотности пара и воздуха при различных температурах.

Устройство состоит в первую очередь из оболочки 2 с нижней стенкой 4, правой боковой стенкой 6а, левой боковой стенкой 6b, задней стенкой 8, соответствующей передней стенкой (не показана) и верхней стенкой 10. Нижняя стенка 4 расположена по существу горизонтально.

Передняя стенка (не показана) по существу параллельна задней стенке 8 и упирается в боковые края верхней стенки, боковых стенок и нижней стенки таким образом, чтобы обеспечить изоляцию, так чтобы помимо отверстий, которые будут описаны ниже, оболочка 2 окружала внутреннее пространство, закрытое со всех сторон.

Средство 30 перемещения, которое в этом примере составляют первое и второе средства перемещения, образовано бесконечным опорным средством (цепью, тросом, парой цепей или тому подобным) (не показано), на котором установлены чаши или лотки 34. Средство 30 перемещения проходит через впускное отверстие 40 в нижней стенке 4 или под нижней стенкой 4 вверх к верхней стенке 10, идет горизонтально вдоль верхней стенки на расстоянии от нее по вертикали и затем возвращается к нижней стенке 4 и выходит через выпускное отверстие 42 изнутри оболочки. Каждый лоток 34 имеет нижнюю стенку 34а и корытообразную периферийную боковую стенку 34b и предназначен для приема определенного количества материала, подлежащего высушиванию. Лотки 34 предпочтительно являются газопроницаемыми, чтобы газообразная среда, находящаяся внутри оболочки 2, могла беспрепятственно проходить через материал, и могут, например, иметь перфорированную нижнюю и (или) боковую стенку или состоять полностью или частично из пористого материала, ребристой сетки или тому подобного, причем размер отверстий, имеющихся в стенке, или пористость зависят от высушиваемого материала.

Вместо лотков в качестве транспортного средства может использоваться ленточный транспортер, на котором располагается высушиваемый материал, например плоский ленточный транспортер или транспортер, вогнутый наподобие корыта, возможно перфорированный или пористый.

Каждый лоток 34 предпочтительно подвешивается на опоре на горизонтальной оси 36 поворота, расположенной выше их центра тяжести, что позволяет им свободно качаться наподобие маятника, так чтобы они сохраняли ориентацию, при которой нижние стенки обращены вниз вне зависимости от изменений направления опорного средства.

Направление движения средства 30 перемещения до входа во впускное отверстие 40 и после выхода из выпускного отверстия 42 зависит от конкретных обстоятельств конкретного применения. Снаружи оболочки и до входа средства перемещения во впускное отверстие может быть предусмотрено, например, средство наполнения, где лотки 34 заполняются материалом. Средство 30 перемещения предпочтительно направляется в виде бесконечной петли, постоянно обращающейся между средством наполнения, впускным и выпускным отверстием, хотя в качестве альтернативного варианта оно может быть сконструировано для серийной работы, двигаясь вперед и назад, либо бесконечно, либо в виде отрезка определенной длины с отдельным началом и концом.

В приведенном варианте выполнения предусмотрено средство 52 разгрузки, в котором высушенный материал выгружается из каждого отдельного лотка 34 при помощи собирающих лотков 53 и ската 55, при необходимости снабженного затвором 55а для отключения давления, на транспортер 54, который перемещает материал к упаковочной станции 60. Например, может быть предусмотрено, что на средстве 52 разгрузки подносы 34 опрокидываются на 180°С вокруг оси 36 поворота, так чтобы содержащийся в них материал падал на собирающие лотки 53.

Упаковочный транспортер 62 перемещает упаковочные контейнеры 64, такие как банки с навинчивающимися крышками, консервными банками, пакетиками или тому подобным, от загрузочного устройства 66, где упаковочные контейнеры подаются на упаковочный транспортер, сначала на наполняющую станцию 68 упаковочной станции, где высушенный материал заполняет соответствующий упаковочный контейнер.

На добавляющей станции 70 в упаковочный контейнер могут быть добавлены извлеченные летучие вещества, такие как ароматизирующие вещества. Вещества могут добавляться или в том виде, в котором они были извлечены, то есть в чистом виде, или растворенными в растворителе, таком как вода. В альтернативном варианте извлеченные вещества, прежде чем добавить их в упаковочный контейнер, можно сначала смешать с материалом-носителем, который предпочтительно является материалом, который в любом случае дополнительно добавляется к высушенному материалу в упаковочном контейнере, таким как нанесенный слой, покрытие, начинка, крем, соус или тому подобное. Извлеченные вещества могут, например, добавляться пропорционально, то есть в том же количестве, в каком они были извлечены из того количества материала, которое содержится в упаковочном контейнере, во время предыдущего процесса высушивания. Таким образом, в значительной степени восстанавливается первоначальное содержание летучих веществ в материале. В альтернативном варианте можно добавить большую или меньшую дозу летучих веществ или использовать их для других целей.

На запечатывающей станции 72 отдельные заполненные упаковочные контейнеры запечатываются, например, навинчивающейся крышкой или крышкой консервной банки, или, в случае пакетика, посредством запечатывания.

Блок 80 извлечения для извлечения летучих веществ, таких как ароматические вещества, предпочтительно имеет вид вращающейся конической колонны или вращающейся плоской колонны. Это вертикальный цилиндр 81, в котором инертный отделяющий газ, такой как пар при нормальном или пониженном давлении, отделяет паровой поток летучих компонентов от жидкой составляющей или шлама. Снизу вверх колонна представляет собой конструкцию из чередующихся неподвижных конических металлических листов 87, прикрепленных к внутренней стенке цилиндра, и конических металлических листов 87, прикрепленных к вращающемуся валу 85.

Извлекаемая жидкая составляющая, в данном случае конденсат, образующийся внутри оболочки 2, поступает во вход 82 для продукта вверху колонны через отводящий трубопровод 84. Под действием силы тяжести жидкость течет вниз и внутрь на верхнюю поверхность первого неподвижного конуса 83 и внутри него достигает первого вращающегося конуса 87, на котором жидкость распределяется в виде тонкой турбулентной пленки под действием центробежных сил, а затем течет вверх и наружу и переходит с наружного края вращающегося конуса на следующий расположенный ниже неподвижный конус 83, пока, пройдя все конусы, она не достигает выходного отверстия 86 у основания колонны, где в ней остается только небольшое содержание летучих веществ.

Разделяющий инертный газ, в данном случае пар 192, который подается в противотоке, течет через колонну снизу вверх и поглощает летучие компоненты из конденсата. Когда пар, обогащенный летучими веществами, достигает верха колонны, он конденсируется в конденсоре 88, так чтобы летучие вещества были доступны в концентрированном виде, растворенными в воде, и могли подаваться описанным образом к высушенному материалу и (или) к упаковочному контейнеру либо использоваться каким-либо иным образом.

Для получения требуемой газообразной среды с перегретым паром или среды с чистым перегретым паром при небольшом или отсутствующем содержании воздуха внутри оболочки 2, так как описано в US 5711086, имеется средство 100 нагревания внутри трубы 102, которая ведет, с одной стороны, в верхнюю стенку 10 отверстия 101, расположенного над средством 30 перемещения, а с другой стороны, в отверстие 104 на задней стенке 8 на определенной высоте над задней стенкой 4. Средство создания потока, в данном случае вентилятор 106, обеспечивает ток, так что он выходит через отверстие 101 и дует в отверстие 104.

К верхней стенке 8 ниже отверстия 101 прикреплены отражательные пластины 130, направленные одна к другой в качестве средства направления или перекрытия потока, которые обеспечивают, что максимально возможная часть паровой среды, извлеченная изнутри оболочки 2 через отверстие 101, протекает через перфорированный лоток или лотки 34, которые расположены непосредственно под отверстием 101. Этим обеспечивается, что продукт, находящийся в лотках, непосредственно контактирует с перегретым паром.

Еще две отражательные пластины 132, 134 расположены по существу параллельно левой боковой стенке 6b и перекрывают друг друга с небольшим промежутком между ними. Задача этих отражательных пластин состоит в том, чтобы в максимальной степени не допустить поступления чрезмерного количества окружающего воздуха внутрь оболочки при перемещении средств 30 перемещения. Зазор между отражательными пластинами, расположенными вблизи нижней стенки 4, позволяет воздуху или богатой воздухом паровой среде с относительно высокой плотностью выходить наружу изнутри оболочки.

Вместо этого или в дополнение к этому для пара может быть предусмотрено патрубкоподобное средство направления потока посредством суженного канала с тем, чтобы создать локальное повышение скорости потока и тем самым обеспечить усиленное воздействие или улучшенный контакт пара с высушиваемым материалом.

В нижней области оболочки, предпочтительно в области низшей точки оболочки непосредственно над нижней стенкой 4, начинается трубопровод 120 отвода пара, который ведет к отводящему отверстию 122 на задней стенке 8 и конденсору 124, из которого конденсат поступает в контейнер 126. В трубопроводе 50 отвода пара имеется управляемый вентилятор 128, которым управляет блок управления на основе информации о температуре и влажности или содержании пара. Для этой цели внутри оболочки расположены по меньшей мере один температурный датчик и датчик содержания пара для определения состояния пара (относительной влажности и (или) степени насыщения, или содержания пара), предпочтительно каждый их них расположен вблизи верхней и нижней стенок и (или) вблизи отводящего отверстия 122. Таким образом, при наличии перегретого пара можно определить степень перегрева и разность температур относительно состояния насыщения. Посредством улучшенного отвода относительно влажного пара при одновременной подаче тепла состав газообразной среды внутри оболочки может сместиться в направлении более высокого содержания перегретого пара и более высокой температуре. Отводящее отверстие может быть расположено на том же уровне, что и нижняя стенка, в нижней стенке или над ней.

Газообразная/паровая среда, проводимая по замкнутому контуру через трубу 102 и оболочку 2, может быть таким образом нагрета до требуемой температуры. Материал, поступающий внутрь оболочки 2, вызывает поступление внутри оболочки воды или пара, так что при подведении внутри оболочки достаточного количества энергии или тепла, содержание пара внутри оболочки возрастает. При помощи соответствующего управления, без обратной связи или с обратной связью, паром, отведенным через трубопровод 120 отвода пара и сконденсированным в конденсоре 124, можно регулировать содержание пара внутри оболочки 2. Если отвод отсутствует, избыточный пар выпускается наружу через впускное и (или) выпускное отверстие 40, 42.

На фиг.1 показана дополнительная возможность удаления пара изнутри оболочки, при этом насыщенный пар и, таким образом, избыточная влажность удаляются изнутри оболочки не путем отвода через отводящее отверстие 122, а через вентиляционный трубопровод 140, либо через оба трубопровода. Вентиляционный трубопровод 140 соединен с трехходовым клапаном 142, который также соединен, через соединительную линию 144, с трубопроводом 120 отвода пара и с еще одной соединительной линией 146 при помощи отверстия 148 в нижней стенке 4. Вентиляционный трубопровод 140 имеет вентиляционное отверстие 141, ведущее наружу.

Трехходовой клапан 142 может быть помещен в первое положение, в котором линии 144 и 146 сообщаются друг с другом, а вентиляционный трубопровод 140 закрыт, так чтобы отвод осуществлялся через отверстия 122 и 148. При желании на линии 144 можно предусмотреть запорный клапан, чтобы обеспечить при первом положении трехходового клапана отвод исключительно через отверстие 122.

Трехходовой клапан 142 может быть помещен во второе положение, в котором вентиляционный трубопровод 140 сообщается с трубой 146, а труба 144 закрыта и вентилятор 128 выключен, так чтобы паровая среда внутри оболочки сообщалась с окружающей средой через отверстие 148 и трубы 146 и 140.

Устройство, изображенное на фиг.1, включает в себя направляющие каналы, или выпускные каналы 150, 152, которые в области отверстий в нижней стенки, а именно в области впускного отверстия 40 и выпускного отверстия 42, продлевают оболочку вниз и заканчиваются открытыми концами по существу на одной высоте. Эти направляющие каналы заключают в себя средство 30 перемещения на впускной и выпускной стороне и, вместе с вентиляционным трубопроводом 140, который оканчивается на более высоком уровне, обеспечивают выпуск избыточного пара изнутри оболочки 2 через вентиляционный трубопровод 140 во втором положении трехходового клапана 142. Пар, находящийся внутри оболочки, стремится течь вниз через направляющие каналы, но при этом сталкивается с относительно холодным окружающим воздухом, так что во всех направляющих каналах образуется по существу горизонтальный граничный слой на уровне вентиляционного отверстия 141. Высота h0, на которой расположено вентиляционное отверстие 141, может находиться выше высоты свободного конца направляющих каналов, например, на 10%, 20%, 30% или 50% от высоты Н оболочки, причем Н относится к расстоянию по вертикали между самой высокой и самой низкой точкой внутри оболочки. Кроме того, высота h0 составляет предпочтительно примерно между 30% и 70%, например 50%, от вертикальной протяженности hb направляющих каналов, если считать от нижней стенки 4 или нижней точки оболочки.

Во всех вариантах осуществления высота hs отводящего отверстия 122 над нижней стенкой 4 оболочки или нижней точкой оболочки может быть практически равна нулю, или она может составлять около 5%, 10%, 15%, 20% или 30% от высоты Н. Высота ht, на которой преимущественно протекает собственно процесс высушивания и на которой или выше которой предпочтительно расположен горизонтальный подслой, в котором газообразная среда имеет требуемую высокую температуру и демонстрирует низкие значения содержания кислорода, может составлять около 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 95% от высоты Н оболочки, измеренной в каждом случае от нижней стенки оболочки 4 или нижней точки оболочки.

Для ускорения или усиления выработки требуемой газообразной среды может применяться трубопровод подачи пара (не показан) для подачи пара непосредственно внутрь оболочки 2. В альтернативном варианте может быть предусмотрено, что трубопровод подачи пара или воды, например, распылитель воды, входит в канал 102 после средства 100 нагревания, так чтобы путем нагрева пара или испарения воды в область отверстия 104 могла поступать перегретая паровая среда.

Из-за различия в плотности пара при различных температурах и из-за влияния воздуха, который может быть подмешан, как показано на фиг.3, возможно и предполагается образование внутри оболочки вертикальных слоев, при этом перегретый пар скапливается вверху и более влажный пар и (или) паровоздушная смесь скапливается внизу. По этой причине средство 30 перемещения частично проходит в верхней области оболочки на высоте ht вблизи верхней стенки 10, то есть в зоне перегретого пара, после чего материал переносится к выпускному отверстию 42, расположенному на более низком уровне. Низкое расположение выпускного отверстия 42 затрудняет выход перегретого пара непосредственно изнутри оболочки, что было бы нежелательной потерей.

На фиг.2 приведен вариант изобретения, в котором, в отличие от варианта выполнения, приведенного на фиг.1, цель состоит не в том, чтобы иметь четкую горизонтальную последовательность слоев, то есть паровую среду, которая, если перемещаться снизу вверх, становится все более и более горячей, более бедной воздухом и кислородом, и все в большей степени содержит только перегретый пар, а скорее паровую среду, которая перемешана в максимальной степени и сделана однородной внутри всей оболочки. Этим обеспечивается равномерное перемешивание внутреннего объема оболочки при помощи по меньшей мере одного вентилятора 160 (на фиг.2 показаны два), так чтобы в вертикальном направлении не могла установиться какая бы то ни было стратификация или неравномерное перемешивание.

Кроме того, контакт между высушиваемым и паровой средой улучшается при наличии принудительной системы циркуляции, состоящей из центробежного сепаратора 162, вентилятора 164, теплообменника 166, вентиляторов 168а, b, с и присоединенных к ним паронаправляющих коробок 170а, b, с. В зависимости от того, что является наиболее подходящим, центробежный сепаратор 162, вентилятор 164, теплообменник 166 и вентиляторы 168а, b, с могут быть расположены внутри или снаружи оболочки 2. В зависимости от состояния потока можно обойтись либо без вентилятора 164, либо без вентиляторов 168а, b, с. Вентилятор 164 всасывает паровую среду перед центробежным сепаратором 162, в котором оседают частицы, происходящие из высушиваемого материала. Центробежный сепаратор со своей стороны всасывает паровую среду в любой подходящей точке или области внутри оболочки. После вентилятора 164 паровая среда протекает через теплообменник 166, который дополнительно может быть заранее обогащен паром посредством парогенератора 165. В теплообменнике 166 в зависимости от потребности может подаваться или отводиться тепло, после чего паровая среда поступает в паронаправляющие коробки 170а, b, с через вентиляторы 168а, b, с. Паронаправляющие коробки направляют паровую среду через предпочтительно перфорированный ленточный транспортер средства 30 перемещения, так чтобы находящийся на нем материал приводился в тесный контакт с паровой атмосферой.

Перечень ссылочных позиций

2 Оболочка

4 Нижняя стенка

6а, b Правая, левая боковая стенка

8 Задняя стенка

10 Верхняя стенка

30 Средство перемещения

34 Лоток

34а Нижняя стенка

34b Боковая стенка

36 Ось поворота

40 Впускное отверстие

42 Выпускное отверстие

52 Средство разгрузки

53 Собирающий лоток

54 Транспортер

55 Скат

55а Затвор

60 Упаковочная станция

62 Упаковочный транспортер

64 Упаковочный контейнер

66 Загрузочное устройство

68 Наполняющая станция

70 Добавляющая станция

72 Запечатывающая станция

80 Блок извлечения

81 Цилиндр

82 Вход для продукта

83 Неподвижный конус

84 Отводящий трубопровод

85 Вращающийся вал

86 Выходное отверстие

87 Вращающийся конус

88 Конденсор

100 Средство нагревания

101 Отверстие (в 10)

102 Труба

104 Отверстие (в 8)

106 Вентилятор

120 Трубопровод отвода пара

122 Отводящее отверстие

124 Конденсор

126 Контейнер

128 Вентилятор

130 Отражательная пластина

132, 134 Отражательная пластина

140 Вентиляционный трубопровод

141 Вентиляционное отверстие

142 Трехходовой клапан

144, 146 Соединительная линия

148 Отверстие

150 Впускной канал

152 Выпускной канал

160 Циркуляционный вентилятор

162 Центробежный сепаратор

164 Вентилятор

165 Парогенератор

166 Теплообменник

168a, b, c Вентилятор

170a, b, c Паронаправляющая коробка.

Реферат

Изобретение относится к способу и устройству для сушки материала. Многие материалы перед дальнейшей обработкой и упаковкой необходимо сначала высушить. Кроме того, особенно если материал является пищевым продуктом, процесс высушивания должен в максимально возможной степени выполняться таким образом, чтобы исключить какой-либо контакт между высушиваемым материалом и бактериями или другими микроорганизмами. Однако при обычных способах высушивания, когда имеется контакт между материалом и сухим воздухом, трудно обеспечить общую стерильность. Кроме того, высушивание неизбежно включает в себя некоторую потерю летучих компонентов, которые покидают материал из-за повышенной температуры высушивания. Способ сушки материала предусматривает этапы, на которых обеспечивают газообразную среду с перегретым паром внутри оболочки (2), перемещают материал внутрь оболочки (2), сушат материал в газообразной среде, перемещают высушенный материал из оболочки (2), и извлекают газообразную среду из нижней области оболочки (2) с управлением на основе информации о температуре и содержании пара газообразной среды внутри оболочки (2), конденсируют извлеченную газообразную среду и извлекают летучие вещества, которые выходят из материала в газообразную среду, из конденсата. Устройство для высушивания экструдированного материала содержит оболочку (2) для содержания газообразной среды с перегретым паром, причем оболочка имеет впускное отверстие (40) и выпускное отверстие (42), средство (100) создания газообразной среды с перегретым паром внутри оболочки (2), первое средство (30) перемещения для перемещения материала через впускное отверс

Формула