Практическая работа 15 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты перерабатывающих производств

5В073200- Стандартизация и сертификация __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Практическая работа 15

СУШИЛКИ

Цель: сформировать представление об устройстве и принципах работы сушилок

План

1 Общие сведения

2 Конвективные сушилки

3 Барабанные сушилки

4 Шахтные сушилки

5 Туннельные (коридорные) сушилки.

6 Камерные сушилки.

7 Распылительные сушилки

8 Сушилка с «кипящим» слоем

1 Общие сведения

Сушка — это процесс удаления влаги из материала путем ее испарения и отвода образующихся паров. Так как при проведении процесса к высушиваемому материалу необходимо подводить теплоту, вследствие чего происходит внутридиффузионный перенос влаги в твердом теле, следовательно, сушка — сложный тепломассообменный процесс.

Во всех производствах пищевой отрасли используется сушка, которая является если не обязательной, то вспомогательной операцией, и представляет собой достаточно сложную технологическую стадию процесса.

Сушка применяется в свеклосахарном производстве — получают сахар-песок; в спиртовом — отходы производства (барду, пищевые дрожжи, комбикорма для животных); в пивоваренном — солод и отход производства: дробину; в консервном — сухофрукты; в хлебопекарном — сухари и др.

Все влажные материалы можно подразделить на три вида: твердые (штучные, кусковые, зернистые); пастообразные;

жидкие (суспензии, растворы).

При подробном комплексном анализе свойств влажных материалов осуществляют выбор метода сушки и типа сушилки.

Наиболее важными отличительными свойствами пищевых материалов, которые следует учитывать при выборе метода сушки, являются низкая термостойкость, склонность к окислению и деструкции; склонность к короблению и потере товарного вида; неоднородность материала по начальному содержанию воды; наличие активных биохимических и химически активных веществ и ряд других особенностей.

Существуют разные виды сушки:

контактная сушка — передача теплоты от теплоносителя (например, насыщенного водяного пара) к материалу через разделяющую их стенку;

конвективная, или воздушная, сушка — подвод теплоты при непосредственном контакте сушильного агента с высушиваемым материалом;

радиационная сушка — передача теплоты инфракрасными излучателями;

диэлектрическая сушка (СВЧ-сушка) — нагревание материала в поле токов высокой частоты;

сублимационная сушка — сушка в глубоком вакууме в замороженном состоянии.

Статика сушки. В природе влажный твердый материал способен поглощать влагу из окружающей среды или отдавать ее окружающей среде. В свою очередь, окружающая среда может содержать либо только водяной пар, либо смесь водяного пара с газами. Существует три состояния системы при контакте материала с влажным воздухом: десорбция влаги из материала в окружающую среду (сушка) — Ры > Рп (Рм — давление водяного пара во влажном материале; рп — парциальное давление водяного пара в смеси с воздухом); сорбция влаги материалом (увлажнение) — рп > рм\ динамическое равновесие (равновесная влажность) — рм = рп. Виды связи влаги с материалом. На процесс сушки влияет вид связи влаги с материалом. Различают свободную и связанную влагу в материале.

Под свободной влагой понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной

Поверхности: рм = рн, где рн — давление насыщенного водяного пара.

Связанная влага — влага, скорость испарения которой из материала меньше скорости испарения воды со свободной поверхности. При этом рм < рн.

Вся связанная влага классифицирована академиком П.А. Ребиндером по следующим формам.

1. Химическая (гидратная или кристаллизационная влага). Химически связанная влага в процессе сушки не удаляется.

2. Физико-химическая (адсорбционная и осмотическая влага). Адсорбционная влага находится в микропорах и прочно связана с материалом адсорбционными силами. Осмотическая влага находится внутри и между клеток материала и менее прочно удерживается осмотическими силами. Влага обоих этих видов с трудом удаляется в процессе сушки.

3. Механическая (влага смачивания). Влага смачивания заполняет макропоры, наименее прочно связана с материалом и может быть удалена не только при сушке, но и механически.

При анализе всех форм связи влаги с материалом необходимо отметить, что целесообразно выделить из материала влагу вначале механическим путем, затем только переходить к тепловому способу.

Вода, содержащаяся в материале, распределена в нем неравномерно. Обычно для характеристики влажности материала определяют среднюю концентрацию влаги в нем.

Длительность сушки материала достаточно точно можно установить только опытным путем. Общую продолжительность процесса определяют как сумму длительностей сушки в периоды постоянной скорости и падающей скорости, принимая, что падение скорости сушки во втором периоде происходит прямолинейно.

Скорость сушки зависит также от направления движения сушильного агента относительно высушиваемого материала.

При прямотоке влажный материал на входе в сушилку соприкасается со свежим горячим воздухом; поэтому сушка вначале протекает интенсивно, а затем замедляется, причем в конце процесса температура материала приближается к температуре t2 отработанного воздуха.

При противотоке влажный материал вначале соприкасается с отработанным воздухом, а высушенный материал — со свежим горячим воздухом, поступающим в сушилку. Вследствие этого сушка в начале процесса идет медленно, в конце же влажность материала быстро уменьшается, а его температура возрастает, приближаясь к температуре /, сушильного агента, и может оказаться выше допустимой для данного материала.

Поэтому при сушке топочными газами (или другим сушильным агентом, имеющим высокую температуру) применяют прямоток. Противоток предпочитают при сушке материала до низкой конечной влажности, которая достигается в этом случае за более короткое время.

Способы сушки. При выборе способа сушки для установления оптимальных условий проведения процесса необходимо учитывать: основные требования, предъявляемые к продукту; физико-химические свойства высушиваемого материала; вид высушиваемого материала — твердый (куски, гранулы, частицы), пастообразный, жидкий; скорость сушки;

допустимую температуру сушки; начальную и конечную влажность материала; заданную производительность установки.

На рис. 5.57 приведены принципиальные схемы контактной и конвективной сушки.

Контактная сушка. Контактная сушка, или сушка на греющих поверхностях, осуществляется при атмосферном давлении или под вакуумом. Для выбора вакуум-сушки учитывают необходимость понижения температуры сушки, увеличения скорости процесса, возможность улавливания растворителя, чистоту высушиваемого продукта.

Конвективная сушка. Конвективная сушка — это сушка влажного материала в потоке горячего воздуха или топочного газа. Горячий газ при этом выполняет две функции: является теплоносителем и влагоносителем.

В конвективной сушильной установке (рис. 5.58) атмосферный воздух засасывается нагнетательным вентилятором 1, проходит калорифер 2, где подогревается, и подается в сушилку 3. На схеме изображена ленточная сушилка непрерывного действия. Зернистый материал подается на ленту, двигается вместе с ней и пересыпается с ленты на ленту. Нагретый воздух проходит над высушиваемым материалом, испаренная влага с потоком воздуха вытяжным вентилятором 4 выводится из сушильной камеры. В циклоне 5 воздух перед выбросом в атмосферу освобождается от пыли продукта.

На примере конвективной сушилки рассмотрим методику составления материальных и тепловых балансов для сушилок.

Сушилки, используемые в пищевой промышленности, достаточно разнообразны. В зависимости от свойств материалов, подвергающихся сушке, используются разные аппараты.

Сушилки классифицируются по следующим классификационным признакам:

• способу подвода теплоты (конвективные сушилки, контактные, радиационные, сушилки с применением токов высокой частоты, сублимационные);

• характеру сушильного агента (воздушные сушилки, сушилки с применением топочных газов);

• давлению в сушильной камере (сушилки, работающие при атмосферном давлении, вакуумные сушилки, глубоковакуумные сушилки);

• варианту сушильного процесса с нормальным (основным) процессом, с подогревом внутри камеры, с промежуточным подогревом, с возвратом отработанного воздуха и др.);

• режиму работы сушилок (сушилки непрерывного действия, сушилки периодического действия);

• циркуляции сушильного агента (с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией);

• направлению потока материала и сушильного агента (проти- воточные и прямоточные сушилки, сушилки с перекрестным потоком);

• конструкции сушилок (камерная, коридорная, ленточная, барабанная, шахтная, вальцовая, распылительная, с «кипящим» слоем и др.).

Рассмотрим основные типы сушилок.

2 Конвективные сушилки

Ленточные конвейерные сушилки. На рис. 5.63 изображена схема четырехленточной конвейерной сушилки. Такие сушилки получили широкое применение для сушки фруктов, хлеба, крахмала, мелкоштучных макаронных изделий. Сушильным агентом является воздух.

Материал, поступающий в сушилку, подается на ленты из пористого материала (ткань, металлическая сетка), расположенные одна над другой. Материал последовательно транспортируется лентами. Между холостой и рабочей ветвями каждой ленты расположены калориферы. Поэтому данная сушилка работает по варианту с промежуточным подогревом. Ленточная сушилка является сушилкой непрерывного действия с перекрестным потоком материала и воздуха. Скорость движения ленты изменяется с помощью вариатора — редуктора. Для овощесушильных установок скорость составляет 0,1 ...0,7 м/мин.

3 Барабанные сушилки. Они применяются для сушки зерна, сахара-песка, свекловичного жома, зерна картофельной барды.

Сушка в барабанных сушилках происходит при атмосферном давлении. Теплоносителем являются воздух либо топочные газы.

Барабанные сушилки (рис. 5.64) имеют цилиндрический полый горизонтальный барабан 3, установленный под небольшим углом к горизонту. Барабан снабжен бандажами 4, каждый из которых катится по двум опорным роликам 10 и фиксируется упорными роликами. Барабан приводится во вращение от электропривода с помощью насаженного на барабан зубчатого колеса 5. Частота вращения барабана не превышает 5... 8 об/мин. Влажный материал поступает в сушилку через бункер 2. При вращении барабана высушиваемый материал пересыпается и движется к шлюзовому питателю 9. За время пребывания в барабане материал высушивается при взаимодействии с теплоносителем — в данном случае с топочными газами, которые поступают в барабан из топки /.

Для создания хорошего контакта материала с сушильным агентом в барабане устанавливают внутреннюю насадку. При вращении барабана насадка способствует перелопачиванию материала и лучшему обтеканию его сушильным агентом. Тип насадки выбирается в зависимости от свойств материала. На рис. 5.65 показаны разные типы внутренних насадок барабанных сушилок. Изображенные на рисунке насадки применяются при сушке: крупнокусковых материалов, склонных к прилипанию; крупнокусковых материалов с малой сыпучестью и большой плотностью;

мелкокусковых материалов с хорошей сыпучестью; материалов, образующих много пыли (например, система с закрытыми ячейками).

4 Шахтные сушилки. Они применяются для сушки сыпучих продуктов: зерна, жома, свекловичной стружки после механического обезвоживания, овощей, угля, глины и др. В этих сушилках движение материала происходит за счет действия силы тяжести. Что-

бы замедлить движение материала, сушилки оборудуют полками различной формы.

Изображенная на рис. 5.66 шахтная сушилка предназначена для сушки свекловичного жома — отхода свеклосахарного производства. Элеватором / сырой жом подается в загрузочный питатель 2, который подает жом в сушилку. Аппарат имеет ряд решетчатых полок 5 с центральными отверстиями. На вертикальном валу сушилок установлены вращающиеся конусы 4 и скребки, которые подгребают материал, падающий с конусов, к центральному отверстию решеток. Горячий сушильный агент поступает из газохода 7и отсасывается вентилятором 3. Сушилки этого типа работают на топочных газах или на воздухе.

5 Туннельные (коридорные) сушилки. В пищевой отрасли туннельные сушилки используются для сушки овощей, сухарей, фруктов, мармелада, пастилы, макарон. Туннельные сушилки эффективны в том случае, если желательно сохранить форму высушиваемого материала (без многократного переворачивания).

Туннельные, или коридорные, сушилки относятся к группе атмосферных сушилок. В качестве теплоносителя в них используется воздух либо топочные газы.

На рис. 5.67, а представлена схема коридорной сушилки с вагонетками для передвижения материала, а на рис. 5.67, б — план коридорной сушилки с промежуточным подогревом воздуха. Основным элементом сушилки является туннель, в котором по рельсам перемещаются вагонетки /. На вагонетках установлены стеллажи, на которые раскладывается материал. Чтобы материал лучше обогревался газами, полки делают ситчатыми. При движении ваго-

неток матерная остается неподвижным. Поток воздуха в сушилке может быть противоточным или параллельным материалу. Вагонетки с высушенным материалом выходят из сушилки через определенные промежутки времени. Воздух перемещается непрерывно.

Туннельные сушилки удобны для разных вариантов сушильного процесса.

6 Камерные сушилки. Сушилки такого типа применяются для сушки сыпучего материала в малотоннажных производствах. Конструктивно они напоминают туннельные сушилки, но имеют меньшую длину.

Внутри камерных сушилок (рис. 5.68) находятся вагонетки 2. На полках вагонеток помещается влажный материал. Теплоноситель нагнетается в сушилку вентилятором 4, нагревается в калорифере 3 и проходит над поверхностью высушиваемого материала или пронизывает слой материала снизу вверх. Часть отработанного воздуха смешивается со свежим воздухом. Эти сушилки периодического действия работают при атмосферном давлении.

Камерные сушилки компактнее туннельных, но имеют недостатки: небольшую производительность и неравномерную сушку продукта.

7 Распылительные сушилки. Для сушки жидкостей, разбрызгиваемых каплями через форсунки или пневматическим способом с помощью сжатого газа, используются распылительные сушилки (рис. 5.69).

Широкое применение распылительные сушилки получили для сушки молока, яиц и др. Сушильная камера 1 такой сушилки выполнена в виде полой башни значительных размеров (D= 2... 5 м, Н = 3...5 м). Материал, поступающий в сушилку, распылительным диском 2 распыляется в верхней части сушилки. Капли его опускаются, и при этом создается контакт между материалом и сушильным агентом, поступающим в нижнюю часть сушилки.

Диспергирование жидкостей производится путем разбрызгивания (центробежным распылением). В связи с этим из-за высокой дисперсности материала в сушилке он имеет большую поверхность контакта с сушильным агентом (воздухом или дымовыми газами), поэтому скорость сушки очень велика. Сушильный агент имеет в сушилке малую скорость (0,2...0,4 м/с), но и при этой скорости он увлекает мелкие частицы материала. Для их улавливания воздух пропускается через фильтры. Высушенный материал падает на дно камеры и скребками 6 подвигается к шнеку, которым отводится из сушилки. Сушильный агент удаляется через рукавные фильтры 3.

Распылительные сушилки могут работать как при прямотоке, так и при противотоке сушильного агента и материала. В промышленности используются сушилки, работающие с нормальным процессом и с возвратом отработавшего воздуха. В зависимости от свойств материала и температуры воздуха напряжение сушилок колеблется в пределах от 2 до 25 кг/(м3- ч).

8 Сушилка с «кипящим» слоем. Сушилки со взвешенным (псевдоожиженным) слоем используются для сушки сыпучих материалов (зерна, круп, овощей и т.д.), а также паст и растворов.

Сушилки такого типа относятся к аппаратам непрерывного, периодического и полунепрерывного действия. По конструкции они достаточно разнообразны.

На рис. 5.70 представлена схема сушилки с псевдоожиженным слоем.

Влажный материал непрерывно подается в бункер 3. Воздух нагнетается вентилятором / и подогревается в калорифере 2 топочными газами. Далее воздух идет под распределительную решетку, на которую насыпается материал. Сушка материала происходит в зоне сушилки, примыкающей к газораспределительной решетке 8. Высушенный материал удаляется через патрубок 7. Отходящие из сушилки газы очищаются от пыли в циклоне 5 и выбрасываются в атмосферу.

Работа сушилок с «кипящим» слоем зависит в основном от конструкции газораспределительной решетки.

Контрольные вопросы

1 Способы сушки?

2 Признаки по которым классифицируют сушилки?

3 Сушилки применяемые в пищевой промышленности?

4 Принцип работы сушилки с кипящим слоем?