1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28989
(51) A23K 1/06 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/1824.1
(22) 04.12.2013
(45) 15.10.2014, бюл. №10
(72) Матеев Есмурат Зиятбекович (KZ); Кадирбаев
Муратбек Киргизбаевич (KZ); Шахов Сергей
Васильевич (RU); Жумабекова Зульфия
Азимхановна (KZ)
(73) "Алматинский гуманитарно-технический
университет"
(56) Патент РФ №2204263, 2003
(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕПЛО-
МАССООБМЕННОЙ ОБРАБОТКИ СЫПУЧИХ
ПРОДУКТОВ
(57) Изобретение относится к пищевой
промышленности и может быть использовано при
переработке сыпучих продуктов.
Технической задачей изобретения является
повышение надежности, снижение энергетических и
материальных затрат, путем осуществления
рециркуляции теплоносителя и эффективного
использования продуктов тепломассообменной
обработки многокомпонентных продуктов, а также
интенсификации тепло- и массообмена.
Техническая задача изобретения достигается тем,
что в установке для тепло- массообменной
обработки сыпучих продуктов, включающей в себя
оборудование для предварительного подогрева и
подсушки продукта, для сушки путем теплового
воздействия на него в активном гидродинамическом
режиме с одновременным сепарированием
продукта, для подготовки теплоносителя, новым
является то, что в качестве оборудования для
предварительного подогрева и подсушки продукта
применяется транспортирующий шнек с рубашкой
полость которой имеет шнековую навивку и
соединена с трубопроводами подачи и удаления
теплоносителя, а в качестве оборудования для
сушки путем теплового воздействия на продукт в
активном гидродинамическом режиме служит
тепломассообменный аппарат, содержащий
цилиндрическую камеру с тангенциально
установленным патрубком ввода газовзвеси
продукта, снабженным инжектором с рубашкой,
полую вставку с чередующимися узкими и
расширяющимися частями, диффузор с патрубком
для вывода теплоносителя, из верхней части
камеры, отражатель, конфузор с патрубком для
ввода теплоносителя в нижнюю часть камеры,
трубопроводом для вывода теплоносителя из
камеры, в котором установлено оборудование для
очистки теплоносителя, в виде последовательно
размещенных дымососа, циклона и фильтра, а в
качестве оборудования для подготовки
теплоносителя используются газовый
теплогенератор с горелкой, соединенный
трубопроводом с калорифером, компрессор и
мембранный генератор, выходной канал которого
для обедненной кислородом воздушной смеси
соединен как с инжектором, так и с калорифером,
последовательно соединенным через воздуходувку с
патрубком для ввода теплоносителя в нижнюю
часть камеры, а выходной канал мембранного
генератора для обогащенного кислородом воздуха
соединен с горелкой газового теплогенератора,
которая в свою очередь имеет патрубок для подачи
в нее природного газа, соединенного с параллельной
ветвью трубопровода регенерируемого потока
отработанного теплоносителя, снабженного
конденсатором, при этом патрубок для ввода
теплоносителя соединен трубопроводом с
компрессором, а патрубок удаления отработанного
газа из калорифера соединен трубопроводом с
рубашкой инжектора.
Технический результат изобретения заключается
в повышении надежности, снижении
энергетических и материальных затрат, путем
осуществления рециркуляции теплоносителя и
эффективного использования продуктов
тепломассообменной обработки
многокомпонентных продуктов, а также
интенсификации тепло- и массообмена.
(19)KZ(13)A4(11)28989

2. 28989
2
Изобретение относится к пищевой
промышленности и может быть использовано при
переработке сыпучих продуктов.
Известна сушилка с активным
гидродинамическим режимом [Патент РФ
№2159403 Кл. F26В 17/10, 2000г, Б.И. №32],
содержащая цилиндроконическую камеру с
тангенциально установленным патрубком ввода
материала, отражатель, установленный с
возможностью перемещения в осевом направлении,
конфузор для ввода основного потока сушильного
агента, по оси камеры в ее цилиндрической части
установлена полая вставка, выполненная в виде
гиперболоида, верхний срез которого жестко
закреплен на цилиндрической поверхности камеры
над тангенциально установленным патрубком
материала, а между ее нижним срезом и боковой
поверхностью камеры предусмотрен кольцевой
зазор, и каналы для вывода отработанного
сушильного агента, в которой сушка
термолабильных материалов осуществляется в
закрученном потоке и взвешенном слое с
образованием зон его сушки и досушки.
Недостатком конструкции сушилки является
невозможность осуществления непрерывного
смешивания компонентов смеси и ее последующей
сушки.
Наиболее близким по технической сущности и
достигаемому эффекту к предлагаемому является
сушилка для осуществления способа получения
пищевой биодобавки из вторичных сырьевых
ресурсов пивоваренного производства [Патент РФ
№ 2204263 Кл. А23K 1/06, А23L 1/30, F26В 17/10,
опубл. 20.05.2003 г.], содержащая
цилиндроконическую камеру с тангенциально
установленным патрубком ввода материала, полую
вставку в виде чередующихся элементов
гиперболической и шарообразной формы, при этом
перед последним гиперболическим элементом
вставки в районе его сопряжения с шарообразной
частью вставки размещен распылитель и каналы для
вывода сушильного агента, отражатель,
установленный с возможностью перемещения в
осевом направлении, конфузор для ввода основного
потока сушильного агента.
Недостатком конструкции сушилки является
высокие энергетические и материальные затраты,
из-за отсутствия рециркуляционных контуров и не
высокой интенсивности тепло-массообмена.
Технической задачей изобретения является
повышение надежности, снижение энергетических и
материальных затрат, путем осуществления
рециркуляции теплоносителя и эффективного
использования продуктов тепломассообменной
обработки многокомпонентных продуктов, а также
интенсификации тепло- и массообмена.
Техническая задача изобретения достигается тем,
что в установке для тепло- массообменной
обработки сыпучих продуктов, включающей в себя
оборудование для предварительного подогрева и
подсушки продукта, для сушки путем теплового
воздействия на него в активном гидродинамическом
режиме с одновременным сепарированием
продукта, для подготовки теплоносителя, новым
является то, что в качестве оборудования для
предварительного подогрева и подсушки продукта
применяется транспортирующий шнек с рубашкой
полость которой имеет шнековую навивку и
соединена с трубопроводами подачи и удаления
теплоносителя, а в качестве оборудования для
сушки путем теплового воздействия на продукт в
активном гидродинамическом режиме служит
тепломассообменный аппарат, содержащий
цилиндрическую камеру с тангенциально
установленным патрубком ввода газовзвеси
продукта, снабженным инжектором с рубашкой,
полую вставку с чередующимися узкими и
расширяющимися частями, диффузор с патрубком
для вывода теплоносителя, из верхней части
камеры, отражатель, конфузор с патрубком для
ввода теплоносителя в нижнюю часть камеры,
трубопроводом для вывода теплоносителя из
камеры, в котором установлено оборудование для
очистки теплоносителя, в виде последовательно
размещенных дымососа, циклона и фильтра, а в
качестве оборудования для подготовки
теплоносителя используются газовый
теплогенератор с горелкой, соединенный
трубопроводом с калорифером, компрессор и
мембранный генератор, выходной канал которого
для обедненной кислородом воздушной смеси
соединен как с инжектором, так и с калорифером,
последовательно соединенным через воздуходувку с
патрубком для ввода теплоносителя в нижнюю
часть камеры, а выходной канал мембранного
генератора для обогащенного кислородом воздуха
соединен с горелкой газового теплогенератора,
которая в свою очередь имеет патрубок для подачи
в нее природного газа, соединенного с параллельной
ветвью трубопровода регенерируемого потока
отработанного теплоносителя, снабженного
конденсатором, при этом патрубок для ввода
теплоносителя соединен трубопроводом с
компрессором, а патрубок удаления отработанного
газа из калорифера соединен трубопроводом с
рубашкой инжектора.
Технический результат изобретения заключается
в повышении надежности, снижении
энергетических и материальных затрат, путем
осуществления рециркуляции теплоносителя и
эффективного использования продуктов
тепломассообменной обработки
многокомпонентных продуктов, а также
интенсификации тепло- и массообмена.
На фиг.1 изображена схема установки для тепло-
массообменной обработки сыпучих продуктов, на
фиг.2 разрез по А-А, на фиг.3 выносной элемент.
Установка для тепло-массообменной обработки
сыпучих продуктов (фиг.1) включает в себя
транспортирующий шнек 1 с приводом 2 с
рубашкой 3 полость которой имеет шнековую
навивку 4 патрубки 5, 6, 7, 8 соответственно, для
подачи исходного влажного продукта, ввода и
удаления греющих газов, удаления нагретого и
частично обезвоженного продукта в виде
конусообразного питателя, который соединен с

3. 28989
3
входным патрубком 9 инжектора 10. Инжектор 10
имеет греющую рубашку 11, соединенную
трубопроводом 12 с патрубком 6 ввода в рубашку 3
транспортирующего шнека 1 и соединенную через
патрубок 13 с трубопроводом 14 подачи в нее
греющих газов. Инжектор 10 имеет патрубок для
ввода теплоносителя 15, соединенный с
трубопроводом 16 и выходное сопло 17, которое
соединено с тангенциально установленным
патрубком ввода газовзвеси продукта 18 (фиг.2) в
цилиндрическую камеру 19 массообменного
аппарата 20, выступающего в качестве
оборудования для сушки путем теплового
воздействия на продукт в активном
гидродинамическом режиме.
К нижней части камеры 19 присоединен
конфузор 21, соединенный с патрубком 22 для ввода
потока теплоносителя, а в верхней части камера 19
снабжена отражателем (отбойником) 23 и окнами 24
для выхода газовзвеси отработанного продукта в
пространство, образованное цилиндрической частью
камеры 19 и кожухом 25.
Внутри цилиндрической части камеры 19
установлена полая вставка 26 с чередующимися
узкими и расширяющимися частями, имеющая на
внешней поверхности канал 27 регулируемого
сечения для отвода паровой фазы. Сверху камеры 19
по образующей кожуха 25 установлена крышка 28 в
виде диффузора, вершина которого имеет патрубок
29 для вывода теплоносителя.
В качестве оборудования для подготовки
теплоносителя подаваемого в патрубок 22
используются газовый теплогенератор 30 с горелкой
31 (фиг.3) и газодувкой 32, калорифер 33,
компрессор 34, а также и мембранный генератор 35,
при этом патрубок 36 мембранного генератора 35
для выхода теплоносителя в виде обедненной
кислородом воздушной смеси соединен
трубопроводом 16, как с входным патрубком 15
инжектора 10, так и с калорифером 33, который
соединен через воздуходувку 36 с патрубком 22 для
ввода потока теплоносителя в нижнюю часть
камеры 19.
Патрубок 37 мембранного генератора 35 для
выхода обогащенного кислородом воздуха соединен
трубопроводом 38 с горелкой 31 (фиг.3) газового
теплогенератора 30, которая в свою очередь через
газодувку 32 соединена с трубопроводом 39 для
подачи в нее природного газа, соединенного ветвью
трубопровода 40 рециркулируемого потока
отработанного теплоносителя, снабженного
конденсатором 41. При этом патрубок 22 для ввода
потока теплоносителя в нижнюю часть камеры 19
соединен трубопроводом 42 с патрубком 43
компрессора 33, который соединен с мембранным
генератором 35 трубопроводом 44. А патрубок 45
удаления отработанного газа из калорифера 33
соединен трубопроводом 14 с рубашкой 11
инжектора 10. При этом входной патрубок 46
калорифера 33 соединен с теплогенератором 30
посредством трубопровода 47.
Патрубок 29 для вывода теплоносителя соединен
с трубопроводом 49 через систему оборудования
для очистки теплоносителя, в виде последовательно
размещенных дымососа 50, циклона 51 и фильтра 52
(например, электростатического). При этом
трубопровод 53 разветвляется, как на трубопровод
40, так и на трубопровод 54. Для подачи свежего
воздуха в компрессор служит трубопровод 55.
Установка для тепло- массообменной обработки
сыпучих работает следующим образом.
Сыпучий исходный продукт влажностью 15-20%
(например, рапс) подается через патрубок 5 в виде
конусообразного питателя на транспортирующий
шнек, где благодаря рекуперативному теплообмену
продукт нагревается из него выпаривается часть
влаги. Одновременно, шнеком 1, который
приводится во вращение с помощью привода 2,
продукт транспортируется к выходной горловине, из
которой продукт конусообразным питателем 8
подается во входной патрубок 9 инжектора 10. При
этом через патрубок 15 в инжектор вводится под
напором теплоноситель, в виде обедненной
кислородом воздушной смеси, при движении
которого образуется разрежение обеспечивающее
забор сыпучего продукта из питателя 8 и
последующее его смешивание в выходном сопле 17
с теплоносителем и образованием газовзвеси. При
этом за счет разряжения происходит испарение
части влаги из сыпучего продукта. После этого
полученная газовзвесь через, тангенциально
установленный патрубок 18 (фиг.2) подается в
цилиндрическую камеру 19 массообменного
аппарата 20, где она подсушивается в закрученном
потоке до промежуточной влажности (например, 10-
13%). При нагреве частиц продукта до 60-100°С
происходит выделение и испарение внешней и
несвязанной влаги. Подсыхаемые частицы продукта,
опускается по криволинейной траектории в нижнюю
коническую часть 21 цилиндрической камеры 19,
где захватывается потоком теплоносителя,
подаваемого через патрубок 22. Процесс сушки
продолжается в активном гидродинамическом
режиме. В центре потока осуществляется
фонтанирование частиц продукта, которые
опускаются по периферии, закрученные
тангенциальным потоком, при этом ядро фонтана
вращается вокруг вертикальной оси. Направление
вращения ядра фонтана совпадает с направлением
движения тангенциального потока. Высыхая
частицы продукта (например, зерна рапса)
поднимаются вверх и захватываются потоком
теплоносителя, скорость которого увеличивается
вследствие уменьшения сечения, обусловленного
конфигурацией полой вставки 26. По мере движения
теплоносителя через полую вставку 26 его скорость
падает до скорости витания частиц продукта
(например, зерна рапса) из-за увеличения
проходного сечения, обусловленного
расширяющейся конфигурацией вставки 26, и
образуется взвешенный слой, в котором идет
досушка частиц продукта (например, зерна рапс) до
конечной влажности 2- 3%. Далее частицы продукта
поднимаются вверх и захватываются потоком
теплоносителя, скорость которого увеличивается
вследствие уменьшения сечения, обусловленного

4. 28989
4
конфигурацией полой вставки 26. В самой верхней
части полой вставки 26 происходит доведение
продукта до требуемой кондиции.
Температура теплоносителя невысокая
(например, 120-160°С в зависимости от
термолабильных свойств продукта).
Отражатель 23 отклоняет частицы смеси в
радиальном направлении, в результате чего
происходит разделение продукта и отработанного
теплоносителя, а более тяжелые частицы смеси с
наличием в них влаги возвращаются во взвешенный
слой. Причем готовые (легкие, обезвоженные)
зерна, освобожденные от влаги вместе с
отработанным теплоносителем удаляются через
окна 24 попадают в пространство, образованное
цилиндрической частью камеры 19 и кожухом 25, в
которой зерна продукта (например, рапса) при
потере скорости оседает в этом пространстве, а
отработанный теплоноситель удаляется из
пространства, образованного цилиндрической
частью камеры 19 и кожухом 25, в трубопровод 52
через патрубок 29 дымососом 50 через через
систему оборудования для очистки отработанного
теплоносителя. При этом в циклоне 51 улавливается
средне-дисперсная фракция примесей, а в фильтре
45 (например, электростатическом)
мелкодисперсная фракция примесей. Так как при
прохождении через аппарат теплоноситель имеет
достаточно высокую температуру, поэтом часть его
может быть обратно возвращена для целей
термического воздействия на продукт через
трубопровод 54 путем подмешивания его в поток
теплоносителя, который создается путем сгорания
природного газа в теплогенераторе 30 нагнетаемого
в него газодувкой 32 по трубопроводу 39. Причем
по трубопроводу 40 к природному газу также
подмешивается рециркулируемый теплоноситель,
предварительно обезвоженный в конденсаторе 41 с
помощью охлаждающей среды (воды или
атмосферного воздуха) удаляется влага.
Теплоноситель, подаваемый под напором в
патрубок 15 инжектора 14 и служащий для сушки
продукта в закрученном потоке в
цилиндроконической камере 19 массообменного
аппарата 20 создается путем разделения в
мембранном генераторе 35 подогретого (например,
до 80-130°С) воздуха путем подмешивания к нему
нагретого теплоносителя подаваемого по
трубопроводу 42 и нагнетаемого в него
компрессором 34 с обеспечением в напорном канале
перед полупроницаемой мембраной (например,
металлокерамической) до рабочего давления
0,5-4 МПа, под действием которого воздушная
смесь разделяется на воздушную смесь обедненную
кислородом и на смесь обогащенную кислородом.
Повышенное содержание азота в воздушной
смеси, обедненной кислородом воздуха, позволяет
интенсифицировать процесс обезвоживания влаги
из продукта за счет образовывания
ассоциированных групп молекул влаги и азота, где
молекулы газа выполняют роль переносчика
молекул пара с поверхности испарения в свободное
от продукта пространство, а также «бомбардируют»
продукт, ослабляя силы взаимодействия между
молекулами в местах попадания. Давление в местах
столкновений оказывается выше давления
окружающей среды, и чем выше скорость
испарения, тем выше разница давлений на границе
раздела фаз и в среде, при этом увеличивается
общее давление среды, следовательно возрастает
значение конвективного тепло - и массопереноса.
Кроме этого данное давление обеспечивает
необходимый расход теплоносителя в эжекторе.
Повышенная температура воздуха (80-130°С),
подаваемого на полупроницаемую мембрану
обеспечивает высокие показатели эффективности
разделения воздуха.
В инжекторе 10 газовзвесь дополнительно
подогревается за счет подачи в его греющую
рубашку 11 по трубопроводу 14 удаляемых
греющих газов (продуктов сгорания в
теплогенераторе 30).
Обогащенный кислородом воздух после
мембранного генератора через патрубок 37 и
трубопровод 39 подается в горелку 31 газового
теплогенератора 30, где повышенное содержание
кислорода смеси катализирует процесс горения и
обеспечивает боле высокую эффективность
сжигания газа и как следствие более высокую
температуру горения.
Установка для тепло- массообменной обработки
сыпучих продуктов имеет следующие
преимущества:
- применение в качестве оборудования для
предварительной подсушки продукта
транспортирующего шнека с рубашкой
обеспечивает предварительный подогрев, частичное
снижение влажности продукта, что обеспечивает
гарантированное удаление влаги за счет
интенсификации внутреннего тепло- массообмена;
- установка на выходе из массообменного
аппарата последовательно дымососа, циклона и
фильтра обеспечивает эффективную и надежную
очистку отработанного теплоносителя;
- соединение выходного канала мембранного
генератора для обедненной кислородом воздушной
смеси с инжектором обеспечивает интенсификацию
процесса влагоудаления;
- соединение выходного канала мембранного
генератора для обогащенного кислородом воздуха с
горелкой газового теплогенератора обеспечивает
эффективность и интенсификацию процесса
горения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Установка для тепло - массообменной обработки
сыпучих продуктов, включающая в себя
оборудование для предварительного подогрева и
подсушки продукта, для сушки путем теплового
воздействия на него в активном гидродинамическом
режиме с одновременным сепарированием
продукта, для подготовки теплоносителя,
отличающаяся тем, что в качестве оборудования
для предварительного подогрева и подсушки
продукта применяется транспортирующий шнек с

5. 28989
5
рубашкой полость которой имеет шнековую
навивку и соединена с трубопроводами подачи и
удаления теплоносителя, а в качестве оборудования
для сушки путем теплового воздействия на продукт
в активном гидродинамическом режиме служит
тепло - массообменный аппарат, содержащий
цилиндрическую камеру с тангенциально
установленным патрубком ввода газовзвеси
продукта, снабженным инжектором с рубашкой,
полую вставку с чередующимися узкими и
расширяющимися частями, диффузор с патрубком
для вывода теплоносителя, из верхней части
камеры, отражатель, конфузор с патрубком для
ввода теплоносителя в нижнюю часть камеры,
трубопроводом для вывода теплоносителя из
камеры, в котором установлено оборудование для
очистки теплоносителя, в виде последовательно
размещенных дымососа, циклона и фильтра, а в
качестве оборудования для подготовки
теплоносителя используются газовый
теплогенератор с горелкой, соединенный
трубопроводом с калорифером, компрессор и
мембранный генератор, выходной канал которого
для обедненной кислородом воздушной смеси
соединен как с инжектором, так и с калорифером,
последовательно соединенным через воздуходувку с
патрубком для ввода теплоносителя в нижнюю
часть камеры, а выходной канал мембранного
генератора для обогащенного кислородом воздуха
соединен с горелкой газового теплогенератора,
которая в свою очередь имеет патрубок для подачи
в нее природного газа, соединенного с
параллельной ветвью трубопровода
регенерируемого потока отработанного
теплоносителя, снабженного конденсатором, при
этом патрубок для ввода теплоносителя соединен
трубопроводом с компрессором, а патрубок
удаления отработанного газа из калорифера
соединен трубопроводом с рубашкой инжектора.

6. 28989
6
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч