Барабанная сушилка для сушки яблочных выжимок

1.

Введение

При переработке яблок образуются отходы — выжимки (при производстве соков прессованием) — 23−47%, вытерки (при получении пюре и соков с мякотью) — 10−18%, очистки (при изготовлении компотов, варенья, джема, конфитюра) -30−40%.

Химический состав яблочных выжимок следующий (в %): сухие вещества — 21−23, в том числе 4—5 сахара, 1,5—2,5 — пектиновых веществ, 5 — клетчатки, 0,5 — минеральных веществ, 0,2−0,4 — органических кислот.

Яблочные выжимки могут быть использованы для получения пектина, низкосортного пюре для кормовых целей, для извлечения семян и получения из них масла.

Сушеные выжимки влажностью до 8% хранят при температуре 20 °C и относительной влажности до 75%.

Иногда свежие выжимки консервируют сульфитацией при дозировке 0,17−0,20%

Пектин входит в состав структурных элементов клеточной ткани растений. Наибольшее количество пектина находится в кожуре, ламелях и сердцевине, связывая ассоциации клеток овощей и фруктов.

Пектин — одна из самых незаменимых пищевых добавок. Его используют в качестве студнеи структурообразователя при производстве кондитерских изделий, мармеладов, пастилы, джемов, конфитюров, желе, фруктовых напитков, соков, майонезов, йогуртов и других масло-жировых и молочных продуктов.

Пектины классифицируют по степени метоксилирования (степени этерификации — СЭ) — отношению количества метоксильных группОСН3 ко всем кислотным остаткам в молекуле.

СЭ делит все промышленные виды пектинов на две группы:

1) высокоэтерифицированные с СЭ равной или более 50%;

2) низкоэтерифицированные — СЭ менее 50%.

Наивысшая СЭ, которая может быть достигнута при экстракции пектина из природного сырья, находится в пределах 75−80%. СЭ оказывает значительное влияние на основные свойства пектинов, определяющие их промышленное применение.

Пектиновые вещества, полученные из различных растительных источников, представляют собой порошки без запаха и слизистые на вкус, от светло-кремового до коричневого цвета. Цитрусовые пектины обычно светлее яблочных. Во влажной атмосфере пектины могут сорбировать до 20% воды. В избытке воды — растворяются. Одним из важнейших свойств пектинов является их желирующая способность.

Области применения пектина.

В пищевых продуктах:

— как студнеобразователь при приготовлении желейно-пастильных изделий (мармелада, зефира, пастилы, начинки дя конфет, крема торта) в кондитерской промышленности;

— как добавка к лечебным сортам хлебобулочных и макаронных изделий;

— в хлебопечении — для выпечки нечерствеющего сортов хлеба;

— для производства конфитюра в консервной промышленности;

— как эмульгатор при изготовлении майонеза и жидких маргаринов в масложировой промышленности;

— как стабилизатор при изготовлении безалкогольных напитков и различных купажированных соков с мякотью;

— в производстве мороженого, йогуртов, сыров (для увеличения их водопоглотительной способности) и других продуктов в молочной промышленности;

— при употреблении в пищу в виде растворов: гелей, киселей, муссов;

— в производстве диетического и лечебно-профилактического питания для детей и взрослых в пищеконцентратной промышленности.

В медицине и фармацевтике:

— в профилактических целях при работе с отравляющими веществами;

— при лечении лучевой болезни;

В профилактических целях при работе в горнодобывающей отрасли;

— при заболевании органов пищеварения;

— при лечении диарейных инфекций;

— при полиартритах;

— при лечении сахарного диабета;

— при лечении гемофилии, при заживлении ран и ожогов;

— при лечении язв желудка, простатита и профилактике рака толстой кишки;

— в качестве составной структурирующей части лекарственных препаратов фармацевтике.

Для технических целей:

— производство D-галактуроновой кислоты;

— в геологии используется в качестве пектинового клея при бурении;

— в текстильной промышленности при отделке тканей;

— в литейном производстве в качестве добавки в формовочные смеси, благодаря чему достигается более высокая точность отливок;

— в металлообрабатывающей промышленности при закалке деталей;

— в полиграфии при закреплении печатных материалов.

2. Состояние вопроса

Так как производство пектина зависит от сезонности производства яблочных выжимок, возникает резкая необходимость их сушки для увеличения сроков хранения.

2.1 Описание технологии производства пектина

Технология получения пектина зарубежными компаниями базируется на применении смеси спирта с кислотой и спиртов различных концентраций, сильных кислот (HCl, HNO3, H3PO4, H2SO4), хлористого алюминия и гидроокиси аммония, создающих агрессивную рабочую среду и вредные условия труда. Производственный процесс протекает при повышенных температурных режимах (45С…120С) в кислой среде при pH = 0,5−2,0 с колебаниями времени экстракции и гидролиза от 3 до 6 часов и общим циклом процесса до 12 и более часов.

Сложность кислотно-спиртового метода получения пектина обусловливает высокую цену целевого продукта, делая этот уникальный природный продукт недоступным для большинства населения.

Другой технологический процесс основан на применении гидродинамической кавитации, где активируемая в камерах гидродинамических кавитаторов деминерализованная вода используется в качестве экстрагента, а концентрирование и очистка пектиновых веществ производится методом ультрафильтрации. Все это вместе позволяет выгодно снизить затраты на производство.

Рассматриваемый процесс выделения пектина осуществляется в мягких, щадящих режимах и является экологически чистым. Отсутствие в технологическом процессе сильных минеральных кислот исключает необходимость иметь технологические очистные сооружения.

барабанный сушилка сыпучий

Отходы производства (фильтраты, получаемые на стадии ультрафильтрации, и обработанные выжимки) могут быть использованы для получения лечебно-профилактических пектиносодержащих продуктов питания, принося производителю дополнительный доход, чего нельзя выполнить при кислотном гидролизе и экстракции.

Основным преимуществом данной технологии является получение пектина без применения:

— сильных кислот и оснований на стадии экстракции и гидролизапектиносодержащего сырья

— минеральных солей;

— этилового спирта на стадии коагуляции пектина.

Ввиду отсутствия в технологическом процессе сильных минеральных кислот, заводу не требуются дорогостоящие технологические очистные сооружения, без кторых немыслимо получение пектина по кислотной технологии.

Выбранная схема технологии производства пищевого пектина из яблочных выжимок предусматривает:

1. Сухие яблочные выжимки через бункер дозатор и систему транспортеров подается на батарею емкостей с тепловой рубашкой, мешалкой, датчиком температуры pH среды, водомером, вариатором скорости оборотов мешалки, соединенных с экстракторами. Далее происходит наполнения гидромодуля водой.

2. По достижению приемлемого содержания сухих веществ в растворе гидромодуля начинается процесс экстракции. Для этой цели производят нагревание предэкстракционного раствора до 60−70 градусов и выставление кислотности да 2,5−3,5 в зависимости от качества и вида сырья.

3. По достижению заданного значения сухих веществ в экстрагируемом растворе, его подают и пропускают через экстракторы. Число экстрактов подбирается таким образом, чтобы обеспечивался непрерывный технологический процесс для заданной производительности.

4. В блоке экстрагирования на основе гидроакустических кавитационных экстрактов — дезинтеграторов роторно-кавитационного типа одновременно происходят три процесса:

— дезинтеграция яблочных выжимок до средних размеров 50−200 мкм;

— гидролиза протопектиновой фракции пектина;

— экстрагирование пектиновых веществ в водную фаз.

5. Из емкости-накопителя пектиносодержащая пульпа поступает на блок сепарации состоящего из барабанного вакуум-фильтра, где происходит разделение на твердую (клетчатко-пищевые волокна) и жидкую (пектиновый экстракт) фазы. Далее пектиновый экстракт подается в промежуточные емкости-накопители.

6. Из емкости-накопителя пектиновый экстракт, содержащий не более 0,5% твердой фазы-клетчатки, поступает на блок мембранной ультрафикации, где происходит концентрирование пектиновых веществ и одновременно очистка от низкомолекулярных примесей.

Отделенный от пектинового экстракта водный раствор-фильтрат представляет собой ценнейший полупродукт для производства тонизирующих и лечебно-профилактических напитков.

7. Очищенный и сконцентрированный до 3,2−4% по пектиновым веществам раствор поступает в блок концентрации. На этой стадии раствор концентрируется по пектиновым веществам в 2−3 раза в зависимости от технологической необходимости.

8. Полученный концентрат подается в сушильный блок, где происходит получение конечного продукта — «Сухой пектин из яблочных выжимок» в виде порошка.

9. Порошок сухого пектина подлежит дальнейшей стандартизации путем смешивания его в смесителе рассчитанным количеством сахарозы для получения гомогенной смеси с требуемым значением жилирующей способности (120САГ, 150САГ или другой требуемой)

10. Значительная часть стандартизованного порошка пектина направляется в бумажных мешках потребителям. Другая часть — на производства пектина в ассортименте (таблетки, порошок в ламинированных пакетиках).

Технологический процесс производства пищевого пектина из яблочных выжимок

Предприятие по производству пектина в период переработки яблок консервными заводами может работать сырых яблочных выжимках. В остальное время года — на сухих яблочных выжимках.

Длительность технологического цикла с момента подачи исходного пектиносодержащего сырья до момента получения сухого нестандартизированного пектина составляет 11−14 часов в зависимости от параметров исходного сырья.

Сушка яблочных выжимок должна производиться при температуре не выше 70С.

2.2 Классификация сушильных установок и способы сушки

В пищевой промышленности применяются разнообразные сушилки. Конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечить равномерный нагрев и сушку продукта при надежном контроле его температуры и влажности.

Сушилки должны иметь достаточно высокую производительность, но при этом должны быть экономичными по удельным расходам теплоты и электроэнергии, иметь, возможно, меньшую металлоемкость.

Современные сушилки должны быть универсальны, в части возможности сушки различных материалов.

2.3 Классификация сушильных установок

Сушильные установки классифицируются по ряду признаков:

1) по способу подвода тепла к влажному материалу — конвективные, кондуктивные (контактные), радиационные при помощи инфракрасных лучей, при помощи токов высокой (ТВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ);

2) по давлению воздуха в сушильной камере — атмосферные, вакуумные и сублимационные;

3) по характеру работы — аппараты периодического и непрерывного действия;

4) по виду сушильного агента — аппараты, использующие нагретый воздух, дымовые газы, смесь воздуха с дымовыми газами или перегретый пар;

5) по циркуляции сушильного агента — установки с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией при помощи центробежных и осевых вентиляторов;

6) по характеру движения сушильного агента относительно материала — прямоточные при одинаковом направлении движения сушильного агента и материала, противоточные при противоположном направлении движения материала и сушильного агента, с пронизыванием слоя материала потоком сушильного агента;

7) по способу нагрева сушильного агента — сушильные установки с паровыми, огневыми калориферами;

8) по кратности использования сушильного агента с однократным и многократным применением нагретого воздуха в различных вариантах;

9) по виду объекта сушки — для твердых (крупных, мелких, пылевидных), жидких и пастообразных материалов;

10) по конструктивным признакам — тоннельные, камерные, шахтные, коридорные, барабанные, вальцевые и др.

2.3.1 Барабанная сушилка

Барабанная сушилка представляет собой сварной цилиндр — барабан, на наружной поверхности которого укреплены бандажные опоры, кольца жесткости и приводной зубчатый венец; ось барабана может быть наклонена к горизонту на угол до 4°.

Барабанные атмосферные сушилки (рис.1)—непрерывного действия предназначены для сушки сыпучих материалов топочными газами или нагретым воздухом. Разновидностью барабанных атмосферных сушилок являются аппараты с контактным подводом тепла через специальную трубчатую насадку. На концах цилиндрического корпуса барабанной сушилки имеются распределительные камеры, служащие для подачи в барабан и отвода из него высушиваемого материала и газообразного теплоносителя.

Внутри барабана установлена специальная насадка, конструкция которой зависит от свойств высушиваемого материала. Со стороны загрузочной камеры расположена многозапорная винтовая насадка с числом спиральных лопастей от 6 до 16 в зависимости от диаметра барабана.

Рисунок 1. Барабанная атмосферная сушилка

При сушке материалов с большой адгезией к поверхности барабана на начальном участке последнего закрепляют цепи, при помощи которых разрушаются комки и очищаются стенки барабана. Для этой же цели могут использоваться ударные приспособления, расположенные с внешней стороны барабана.

2.3.2 Ленточные сушилки

В ленточных сушилках имеется ленточный одноили многоярусный транспортер, расположенный внутри прямоугольного корпуса. Сушилки работают непрерывно с рециркуляцией газа и без нее, в некоторых конструкциях предусмотрен внутренний многократный подогрев газообразного теплоносителя, в качестве которого используют топочные газы, воздух, а иногда — перегретый пар. Загрузка материала осуществляется специальными питателями.

В ленточных сушилках наряду с сушкой можно проводить прокаливание и охлаждение материалов, причем такие установки отличаются от обычных только числом ярусов транспортера. Конструкция ленточного транспортера обусловлена свойствами высушиваемого материала. Транспортеры могут выполняться в виде металлической плетеной сетки, перфорированной штампованной или пластинчатой ленты, отдельных прямоугольных лотков с укрепленной в них сеткой, могут иметь одну или две рабочие поверхности. Все сушилки данного типа работают с продувкой слоя движущегося материала потоком газообразного теплоносителя.

Ленточные сушилки предназначены для сушки сыпучих (зернистых, гранулированных, крупнодисперсных) и волокнистых материалов, а также готовых изделий и полуфабрикатов. Для тонкодисперсных пылящих материалов ленточные сушилки не используются, так как пыль трудно удерживается на ленте и оседает на калориферах, при этом пыль органических материалов может обугливаться и даже возгораться. Ленточные сушилки особенно целесообразны для сушки формованных изделий и гранулированных катализаторов, при сушке которых не допускается расслоение или повреждение формы.

В ленточных сушилках легко осуществляются прямоток, противоток и смешанная схема движения теплоносителя и продукта.

В многоленточных сушилках агент сушки используют многократно, пропуская его снизу вверх последовательно через несколько транспортеров с материалом. Перед каждым слоем его подогревают в калориферах, установленных между лентами. В некоторых случаях под каждую ленту извне подают добавочный свежий теплоноситель. Такое же количество газообразного теплоносителя после пропускания через слой материала выводят из установки.

Одноленточные сушилки типа СЛ-1200−3 (рис.2) предназначены для сушки мелкодисперсных материалов.

Рисунок 2. Одноленточная сушилка типа СЛ-1200−3

Сушильная камера этой сушилки разделена на три секции. Для циркуляции горячего воздуха, нагреваемого в паровых калориферах, в каждой секции установлены вентиляторы.

2.3.3 Сушилки с псевдоожиженным слоем

Сушилки взвешенного слоя (псевдоожиженного и фонтанирующего) находят широкое применение в процессах сушки. Конструктивно их можно разделить на однои многосекционные. Односекционные аппараты наиболее просты как в конструктивном, так и эксплуатационном отношениях, обладают высокими экономическими показателями, легко поддаются автоматизации. Недостатком их при обработке полидисперсных материалов является неравномерность сушки, обусловленная широким спектром времени пребывания отдельных частиц в рабочей зоне аппарата.

Односекционные аппараты псевдоожиженного слоя (круглого или прямоугольного сечения) часто применяют для сушки материалов от поверхностной влаги, причем удельный влагосъем достигает в отдельных случаях 1000 кг влаги с 1 м² газораспределительной решетки. Для повышения равномерности обработки используют многосекционные сушилки с последовательным движением материала и подачей свежего теплоносителя в каждую секцию и ступенчато-противоточные со встречным движением материала и теплоносителя.

Сушилки псевдоожиженного слоя могут иметь расширяющееся или постоянное по высоте сечение. Камеры прямоугольного сечения (с малым отношением сторон) и квадратные камеры менее предпочтительны, чем круглые, так как в них больше вероятность образования застойных зон.

На рис. 3 даны принципиальные схемы наиболее распространенных сушилок с псевдоожиженным слоем. На рис. 3. а показана схема однокамерной сушилки с ненаправленным движением материала. Сушильная камера имеет круглое сечение и может быть цилиндрической или расширяющейся (для уменьшения уноса мелких частиц из камеры). Максимальное сечение камеры подбирают так, чтобы предотвратить унос мелких частиц. Такие сушилки обычно используют для сушки термостойких материалов. На рис. 3,б представлена схема сушилки с направленным движением материала. В таких сушилках угол наклона решетки обычно 1—4°; они характеризуются большими скоростями движения материала в слое. Для выравнивания времени пребывания частиц материала в камере устанавливают поперечные перегородки. Угол наклона решетки принимают зависимости от скорости псевдоожижения, длины решетки и характера изменения свойств частиц в процессе сушки.

Сечение камеры в направлении газового потока может быть прямоугольным или трапециидальным (для уменьшения уноса частиц). Такие сушилки работают с перекрестным потоком материала и теплоносителя. Их рекомендуется применять при удалении влаги из трудновысыхающих материалов, для которых необходима высокая равномерность сушки.

На рис. 3, в и г показаны схемы многосекционных сушилок. В сушилке, изображенной на рис. 3,в, секции сушки расположены одна над другой, размеры решеток в секциях одинаковы. Подобные сушилки могут работать с направленным и ненаправленным движением материала. В каждой секции могут создаваться различные гидродинамические и температурные режимы, так как теплоноситель поступает в них от автономных вентиляторов. Эти сушилки применяют для термочувствительных материалов, свойства которых сильно изменяются в процессе сушки. Расположение секций одна над другой делают установку компактной, однако зона сепарации в них ограничена. Кроме того, переточные каналы из одной секции в другую работают неудовлетворительно при сушке тонкодисперсных материалов. Поэтому необходимо создавать перепад давления между секциями. Такая сушилка рекомендуется для крупнозернистых материалов с хорошими сыпучими свойствами.

Рисунок 3. Типы сушилок с псевдоожиженным слоем

Для совмещения процессов сушки и прокаливания применяют многосекционные сушилки с многократным использованием теплоносителя, показанные на рис. 3, д (сушилка прямоугольного сечения с направленным движением материала) и 3, е (цилиндрическая сушилка). Для более надежной работы аппарата иногда верхнюю решетку делают несколько меньших размеров, чтобы снизить унос пыли из второй зоны. Когда в зоне прокаливания сжигают природный газ (т. е. обходятся без специального топочного устройства), под решетку подают холодный воздух для сжигания топлива в слое материала.

2.3.4 Пневматические сушилки

В пневматических сушилках сушка материалов осуществляется в процессе их транспортирования газообразным теплоносителем. Пневматические сушилки используют для сушки дисперсных материалов. Чаще всего сушилка представляет собой вертикально расположенную трубу, где в режиме, близком к режиму идеального вытеснения, газовзвесь перемещается обычно снизу вверх. Время пребывания материала в зоне сушки составляет несколько секунд. Скорость газа в трубе-сушилке выбирают в несколько раз больше скорости витания частиц наиболее крупных фракций высушиваемого материала.

Разработаны трубы-сушилки самых разнообразных конструкций, позволяющие высушивать материалы с широким интервалом свойств и требований к готовому продукту.

Установка ТС-1−375 (рис. 4) состоит из трубы-сушилки 3 диаметром 375 мм и высотой 12 м (диаметр расширителя 600мм), двухшнекового питателя 1, бункера с ворошителем 2, циклонов 4, 5, секторных затворов 7, расположенных по два под каждым из циклонов (для исключения подсосов), четырех калориферов 8 и хвостового вентилятора 7.

Рисунок 4. Сушильная установка с одноступенчатой трубой сушилкой ТС-1−375.), 1- двухшнековый питатель, 2- бункер с ворошителем, 4,5- циклоны, 7- секторные затворы, 8- калорифер, 6- вентилятор

Эту установку можно использовать для сушки материалов со свободной и слабосвязанной влагой. Основное ее назначение — сушка относительно термочувствительных минеральных солей в малои среднетоннажных производствах.

2.3.5 Сушка в потоках газовзвеси Простым и эффективным способом интенсификации тепло-массообменных процессов в потоках газовзвеси является увеличение относительной скорости фаз, обеспечиваемое центробежной силой, которая возникает при движении газовзвеси по винтовой или спиральной траектории. Такой способ интенсификации процесса сушки реализуется в аппаратах с винтовыми вставками и плоскими спиралями.

В МИХМе совместно с НИИполимеров разработана конструкция сушилки с плоским спиральным каналом, расположенным в горизонтальной плоскости. Сушилка сблокирована с циклоном, в котором происходит сепарация частиц (рис. 5).

Газовзвесь материала через штуцер 6 подается в спиральный канал 5, образуемый между днищем 5, корпусом 1, крышкой 2 и спиральной лентой 3, где и осуществляются процессы тепло-массопереноса. Затем газовзвесь попадает в сепарирующую камеру 7 для разделения фаз. Сухой продукт выводится через отверстие в конической части камеры, а газ — через патрубок 4. Известно много модификаций такой конструкции. Недостатком спиральных сушилок с плоской спиралью, закрученной к центру, является ограниченный расход теплоносителя вследствие чрезмерного повышения гидравлического сопротивления. На практике использование сушилок этого типа ограничено расходом сушильного агента (12—15 тыс. м3/ч).

Более совершенной представляется разработанная МИХМом и НИИполимеров конструкция сушилки со спиральным каналом в виде плоской двойной спирали, расположенной в вертикальной плоскости (рис. 6). Сушилка имеет спиральный канал, по которому газовзвесь движется первоначально от периферии к центру, а затем от центра к периферии. Гидравлическое сопротивление сушилки составляет 1—2,5 кПа. Преимуществами данной пневмосушилки по сравнению с прямоствольными являются: более высокая интенсивность процесса, малые габариты и металлоемкость. Сушилка используется для сушки полимерных материалов и пищевых продуктов.

Рисунок 5. Сушилка с плоским спиральным каналом, расположенным в горизонтальной плоскости. 6-штуцер, 5- спиральный канал, 5- днище, 1-корпус, 2-крышка, 3- спиральная лента, 7-сепарирующая камера, 4-патрубок.

Рисунок 6. Сушилка со спиральным каналом в виде плоской двойной спирали, расположенной в вертикальной плоскости: 1 — спиральный канал. 2,3 — спиральные ленты, 4 — S-образный переход, 5 — стенка, 6 — крышка.

Фирмой «Шильде» (ФРГ) разработаны циклонные сушилки (рис.7) с несколькими тангенциальными вводами теплоносителя по высоте цилиндрической камеры и регулируемым временем пребывания материала в аппарате. При этом движение материала может быть спиральным (рис. 7,а), если газ непрерывно подается во все вводы со скоростью не более 5—-20 м/с, или в виде прерывистых колец (рис. 7, б), если предусмотрена поочередная подача газа в тангенциальные вводы (сверху вниз) с большими скоростями (до 100 м/с). В последнем случае образуется кольцевой слой циркулирующего материала, сначала у верхнего ввода, а затем, после мгновенного прекращения или уменьшения подачи газа, у следующего ввода и т. д. Продолжительность пребывания материала в зоне сушки, особенно по второму режиму работы, можно регулировать в широких пределах (до 10 мин).

Рисунок 7. Циклонные сушилки с регулируемым временем пребывания материала:1 — подвод сушильного агента, 2 — выход отработанного агента сушки, 3 — загрузка влажного материала, 4 — выгрузка высушенного материала.

Высушенный продукт отделяется от теплоносителя в конической части камеры под воздействием центробежных сил и через секторный затвор выгружается из камеры, а отработанный газ покидает сушилку через штуцер в верхней ее части.

Загружают влажный материал в верхней части камеры секторным питателем. Циклонные сушилки — высокоинтенсивные и компактные аппараты, предназначены, главным образом, для удаления поверхностной влаги из полидисперсных сыпучих материалов, не налипающих на стенки аппарата.

Из аппаратов с закрученными потоками сушильного агента наибольший интерес представляют вихревые сушилки. Особенность их — циркулирующий слой материала. По гидродинамической модели процесса они значительно ближе к аппаратам идеального смешения, чем циклонные сушилки или трубы с винтовыми вставками. В вихревых сушилках в отличие от циклонных закрутка потока происходит около горизонтальной оси.

2.3.6 Дисковые вихревые сушилки Дисковые вихревые сушилки разрабатываются в НИИхиммаше. Их преимущество — весьма активный гидродинамический режим, что связано с высокими относительными скоростями газа и частиц, регулируемым временем пребывания материала и равномерностью его обработки. Последнее затруднительно в вихревых сушилках барабанного типа.

Дисковые вихревые сушилки предназначены для широкого круга сыпучих и волокнистых материалов, содержащих как свободную, так и связанную влагу. Время пребывания материала в слое в несколько раз больше, чем в трубах с винтовой вставкой. На рис. 8 представлена схема вихревой сушилки НИИхиммаша. Сушка осуществляется воздухом, нагретым в топке или в последовательно расположенных паровом и электрическом калориферах. Сушильный агент подается в камеру по периферии тангенциально вместе с влажным материалом (последний можно подавать сразу в сушильную камеру). Влажный материал подхватывается закрученным газовым потоком и образует в периферийной зоне камеры кольцевой вращающийся слой. На частицы действуют центробежные силы, поэтому они движутся преимущественно по наружной поверхности кольцевого слоя. По мере подсыхания частицы перемещаются к его внутренней поверхности и выносятся из аппарата вместе с охлажденным воздухом через улитку на торцовой стенке камеры в систему пылеулавливания. сопротивление сушильной камеры 1,5 — 2,0 кПа.

Рисунок 8. Дисковая вихревая сушилка НИИхиммаша:1 — головной вентилятор, 2 — паровой калорифер, 3 — электрический калорифер, 4 — бункер влажного продукта, 5 — вихревая камера, 6 — сборник продукта, 8 — отсасывающий вентилятор

2.3.7 Пневматические сушилки Пневматические сушилки обычно представляют собой вертикальную камеру или трубу, в которой сыпучий продукт при высушивании находится во взвешенном состоянии. Для обеспечения такого состояния необходимо, чтобы скорость движения агента сушки была больше скорости витания частиц продукта. Скорость витания колеблется от 5 до 15 м/с.

Пневматические и распылительные сушилки непрерывного действия применяются для сушки крахмала, молока, кофе, молочного сахара, отрубей и др. Длительность нахождения продукта в камере или трубе пневмосушилок 2−5 с, при этом удаляется только поверхностная влага.

Большое распространение получили различные конструкции пневматических сушилок (трубы-сушилки, аэрофонтанные, рисунок 1−3), которые нашли применение, например, в крахмальной промышленности и при сушке зерна. Хотя эти сушилки позволяют использовать сушильный агент высокой температуры, их недостатками являются большая высота установки и малое время пребывания частиц в сушилке. Поэтому они используются для сушки кристаллических продуктов, содержащих в основном легко удаляемую поверхностную влагу.

Рисунок 9 — Пневматическая сушилка: 1-питатель, 2-вертикальная труба, 8-вентилятор, 7-калорифер, 3-сборник-амортизатор, 5-циклон, 4-фильтр, 6-шлюзовый затвор.

Рисунок 10 — Пневматическая сушилка с коаксиальными трубами

1 — вентилятор, 2- парубок питания, 3 — калорифер, 4 — коаксиальные трубы, 5 — циклон, 6 — шлюзовой затвор Рисунок 11 — Аэрофонтанная сушилка:1 — калорифер; 2 — вентилятор; 3 — шнек; 4, 6 — усеченные конусы; 5 — камера циркуляции; 7 — циклон; 8 — шлюзовой затвор; 9 — транспортер В пневматических сушилках (рисунок 9) зернистый или кристаллический материал подается через питатель 1 в вертикальную трубу 2 длиной 10−20 м, в которую вентилятором 8 снизу нагнетается воздух, предварительно подогретый в калорифере 7. Материал уклоняется потоком воздуха и выбрасывается уже высушенным в сборник-амортизатор 3 и затем в циклон 5. Воздух проходит через фильтр 4 и выводится в атмосферу, а материал удаляется из циклона при помощи шлюзового затвора 6. Продолжительность пребывания материала в сушилке составляет всего несколько секунд.

Модификацией пневматической сушилки, позволяющей уменьшить высоту, является сушилка с двойными, коаксиальными трубами. Подъем горячей аэросмеси в такой сушилке происходит по внутренней, а опускание — по внешней трубе (рисунок 10).

Интересны и перспективны для целого ряда продуктов аэрофонтанные сушилки, автоматически регулирующие время пребывания и интенсивность сушки в зависимости от влажности и размера частиц. Влажный материал подается шнеком в коническую камеру или рюмку и интенсивно циркулирует в ней до тех пор, пока высохшие частицы, как более легкие, не унесутся в циклон. Одна из конструкций аэрофонтанной сушилки изображена на рисунок 11.

Влажный материал подхватывается потоком горячего воздуха и сушится во внутреннем кожухе; скорость газа постепенно снижается, а на выходе из конуса во внешнюю камеру резко падает, так что в циклон выносятся только сухие частицы, а более тяжелые влажные частицы возвращаются закрученным потоком в нижнюю часть для повторной сушки.

3. Патентный поиск Устройство для сушки и охлаждения сыпучих материалов.

Известны устройства для сушки и охлаждения сыпучих материалов, например сахара-песка, состоящие из приводимого во вращение наклонно установленного барабана, цилиндрическая поверхность которого выполнена в виде жалюзи из профилированных элементов, неподвижного кожуха с патрубками для поперечной подачи горячего и холодного сушильного агента и системы для отсоса отработанного агента с патрубком, выведенным в конец зоны охлаждения.

Предлагаемое устройство состоит из перфорированного барабана 1, вращающегося на полных бандажах 2, неподвижного кожуха 3 с патрубками 4 и 5 для подвода горячего и холодного воздуха, распределительных воздуховодов 6 с лопастным регулятором 7, разделяющим эти воздуховоды, выг; _зсчной камеры 8 с системой отсоса для горючего и холодного воздуха, включающей труб) 9 и патрубок 10. На входе и выходе продукта, например сахара, установлены турннкеты-питатели 11. Вращение барабана осуществляется через опорно-приводные ролики 12. Внутренняя образующая поверхность барабана 1 выполнена из идущих вдоль всей длины его профилированных элементов, имеющих вид укрепленных на вертикальной планке 13 фигурных лопаток 14. Фигурная лопатка 14 в поперечном сечении имеет в центральной части прямой участок с загнутым по часовой стрелке левым концом в виде полуокружности и правым концом, отогнутым наклонно вверх с последующим перегибом в виде козырька. Кромка этого козырька выполнена гребенчатой (см. фиг. 3, вид В).

Предмет изобретения

1. Устройство для сушки и охлаждения сыпучих материалов, например сахара-песка, состоящее из приводимого во вращение наклонно установленного барабана, цилиндрическая поверхность которого выполнена в виде жалюзи из профилированных элементов, неподвижного кожуха с патрубками для поперечной подачи горячего и холодного сушильного агента и системы для отсоса отработанного агента с патрубком, расположенным в конце зоны охлаждения, отличающееся тем, что, с целью интенсификации влагои теплообмена между сыпучим материалом и сушильным агентом и повышения таким образом производительности, барабан из жалюзи заключен в перфорированный барабан, а профилированные элементы прикреплены посредством радиальных стоек к внутренней поверхности последнего и имеют в поперечном сечении центральный прямой участок с загнутым по часовой стрелке в виде полуокружности левым концом и правым концом, отогнутым наклонно вверх с козырьком на конце, имеющим продольную гребенчатую кромку.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью регулирования длин зон сушения и охлаждения, оно снабжено распределительными воздуховодами, служащими для раздельной подачи горячего и холодного воздуха в соответствующие патрубки и разделенными между собой установленным под центральным патрубком поворотным лопастным регулятором.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что, с целью обеспечения раздельного отвода отработанного агента из зон сушенияи охлаждения и предотвращения таким путем образования встречных потоков и конденсации паров, система отсоса отработанного агента снабжена расположенной в верхней части барабана трубой с дефлектором, оканчивающейся в зоне сушения.

Предлагаемое изобретение касается устройства для сушки материалов, находящихся во взвешенном состоянии в газообразной среде и вихреобразно увлекаемых указанной средой через обогреваемые снаружи спирального сечения трубы.

Рисунок 12. 1-перфорированный барабан, 2-бандаж, 3-неподвижный кожух, 4,5-патрубки, 6-распределительный воздуховод, 7-лопастной регулятор, 8-выгрузочная камера, 10-патрубок, 11-турннкеты-питатели, 12-опорно-приводные ролики.

Действие сушилки состоит в следующем. Воздух или газ, засасываемый через трубу b1 вентилятором a, приводимым в действие при помощи шкива а1, увлекает с собой поступающие по трубе b2 частицы подлежащего сушке материала, например, угля, магнита, торфяной муки ит. д. и через насадку С2; соединяющую выпускное отверстие вентилятора с кожухом С, равномерно распределяет их по трубкам к сушилки. Перемещаясь вблизи горячих стенок или скользя по их поверхности, частицы материала высушиваются и, увлекаемые далее газообразным течением, попадают из сушилки С через выпускную насадку е и колено f в циклонный уловитель q, из которого удаляются через выпускной патрубок h в соответствующие приемники; воздух же или газ, освобожденный от высушиваемого материала, выходит через второй выпускной патрубок j.

Предмет патента.

Сушилка, отличающаяся применением установленных в общем кожухе С трубок к, по которым пригоняется воздух с материалом, имеющих на стенках спиральные желобки или выступы l, о, п, р, т различного поперечного сечения, с целью сообщите струям газа винтовое движение, а частицам материала центробежную силу, заставляющую их перемещаться вблизи стенок или скользить по ним.

Рисунок 13

Сушилка для сыпучих материалов Изобретение относится к технике сушки и может быть использовано в деревоперерабатывающей и других отраслях промышленности, при переработке, например, древесной стружки, волокон и других материалов.

С целью интенсификации процесса сушки и уменьшения габаритов в предлагаемом изобретении боковая перфорированная поверхность барабана выполнена винтообразной с витками прямоугольного сечения, а к торцовой его поверхности подключен патрубок ввода взвеси материала с теплоносителем, а патрубок вывода мелких фракций расположен на противоположном торце барабана по его оси.

Сушилка работает следующим образом.

Высушиваемый материал, например древесную стружку, вместе с теплоносителем через патрубок 8 подают в перфорированный барабан 3. Одновременно подают теплоноситель 5 также через патрубок 4 в полость между корпусом 1 и барабаном.

В результате вращения барабана и воздействия потока теплоносителя, проникающего через перфорацию барабана, в последнем образуется взвешенный слой материала. При этом крупные фракции стружки остаются в секциях, образованных перегородками 10, а мелкие фракции выдуваются теплоносителем и уносятся в осевом направлении к патрубку 9. 15 Крупные фракции разгружаются через патрубок 2. Вращающиеся на сердечнике отражатели отбрасывают на поверхность барабана крупные частицы, что способствует эффективному разделению материала. 20

Развитая поверхность барабана 3, образованная витками 5 прямоугольного сечения, позволяет увеличить его полезную площадь, что повышает интенсивность процесса и приводит к уменьшению габаритов сушилки.

Рисунок 14

Барабанная вакуумная сушилка теплообменных продуктов с двустадийным индуктивным нагревом.

Изобретение относится к технике вакуумной сушки сыпучих продуктов и может быть использовано на пищевых предприятиях и в других отраслях перерабатывающей промышленности.

Технической задачей изобретения является повышение качества готовой продукции, повышение производительности сушилки и эффективности процесса сушки.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в барабанной вакуумной сушилке термолабильных продуктов с двустадийным индуктивным нагревом, содержащей корпус, подключенный к системе вакуумирования с загрузочным и разгрузочным устройствами, в котором установлен с возможностью вращения относительно его продольной оси барабан, питатель влажного продукта со шнеком и инфракрасные нагреватели, новым является то, что на внутренней поверхности барабана установлена вставная винтовая поверхность с переменным шагом, уменьшающимся в направлении выхода готового продукта, внутри барабана по всей его длине расположен питатель со шнеком, снабженный в конечной части патрубком для выгрузки подсушенного продукта, нижний сектор питателя влажного продукта выполнен в виде индуктора электромагнитных волн промышленной или высокой частоты, при этом шнек изготовлен из материала с низкой проводимостью для токов Фуко, инфракрасные нагреватели размещены на панели под питателем над слоем высушиваемого продукта, в нижней части корпуса установлен индуктор с зазором между поверхностью барабана и индуктором для бесперебойного вращения барабана, при этом панель и индуктор расположены с возможностью установки их под углом, соответствующим углу естественного откоса продукта .

Технический результат заключается в интенсификации теплои массообмена, в рациональном использовании внутреннего объема барабана, возможности осуществления мягкого режима сушки.

Барабанная вакуумная сушилка термолабильных продуктов с двустадийным индуктивным нагревом состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг.1, 2), подключенного к системе вакуумирования, состоящей из вакуум-насоса и конденсатора водяных паров (не показаны), посредством патрубка 2, загрузочного 3 и разгрузочного 4 устройств, соединенных с корпусом 1 затворами 5 и 6 соответственно, вращающегося барабана 7, имеющего внутреннюю винтовую вставную поверхность 8 с переменным шагом, в нижней части корпуса 1 установлен индуктор 10 (фиг.3), состоящий из магнитопровода 15, внутренней пропускающей поверхности 16 и наружной экранирующей диэлектрической поверхности 17, питателя влажного продукта 11 со шнеком, с расположенным в конце патрубком 9 для перехода продукта во вращающийся барабан 7, панели инфракрасных нагревателей 12, расположенных на шарнире 13 (фиг.1, 2), накопителя высушенного продукта 14. Индуктор 10 установлен с минимальным зазором, обеспечивающим бесперебойное вращение барабана 7.

Сушилка работает нижеуказанным образом.

Сыпучий влажный продукт через затвор 5 из загрузочного бункера 3 (фиг.1) под действием силы тяжести попадает внутрь провакуумированного корпуса 1 в питатель 11 со шнеком, где происходит первая стадия тепловой обработки — подсушка. Здесь влажный продукт прогревается за счет индуктора, который излучает электромагнитные волны промышленной или высокой частоты. Под воздействием электромагнитных волн шнек накопителя 11 нагревается за счет токов Фуко и передает тепло высушиваемому продукту. Далее продукт через патрубок 9 переходит на внутреннюю поверхность барабана 7, который имеет вставную винтовую поверхность 8 с переменным шагом, уменьшающимся в направлении выхода продукта из вращающегося барабана 7 сушилки. С внешней стороны поверхность барабана нагревается индуктором 10 (фиг.3), который состоит из магнитопровода 15, внутренней пропускающей поверхности 16 и экранирующей диэлектрической наружной поверхности 17, позволяющей направить на барабан 7 поток электромагнитных волн, излучаемых с промышленной или высокой частотой. За счет вставной винтовой поверхности 8, расположенной внутри вращающегося барабана 7, продукт равномерно прогревается, перемешивается и, перемещаясь по внутренним виткам, окончательно высушивается — вторая стадия. С внутренней стороны вращающегося барабана 7 продукт прогревается инфракрасными нагревателями 12, установленными на шарнире 13 таким образом, чтобы угол ее наклона соответствовал углу естественного откоса продукта. С внутренних витков вставной винтовой поверхности 8 вращающегося барабана 7 продукт пересыпается в накопитель 14, соединенный затвором 6 с разгрузочным бункером 4. Водяной пар и неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом.

Рисунок 15. Барабанная вакуумная сушилка теплообменных продуктов с двустадийным индуктивным нагревом

4. Технические описания и расчёты

4.1 Описание принципа работы технологической схемы Исходный продукт — яблочные выжимки с содержанием влаги Wн=82,3% и температурой и1=25°С, из бункера Б1 подается в барабанную сушилку БС. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t0=17,4°С и относительную влажность ц0=78%. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t1=70°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 163 °C при давлении 6,87 атм. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t2=35°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон Рисунок 16. Технологическая схема сушки яблочных выжимок

Сухой продукт с содержанием сухих веществ 92% и имеющий температуру и2=65°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б2 и далее на ленточный транспортёр, а из циклона ЦН-34 — прямо на ленточный транспортёр.

4.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата Барабанная сушилка предназначена для сушки пищевых продуктов.

Рисунок 17. Барабанная сушилка Яблочные выжимки поступают в сушилку с начальными параметрами Wн=82,3% и температурой и1=25°С.

Продукт в сушильную камеру загружается дозировано из бункера, через патрубок 1.

Снизу, через патрубок 2 во вращающийся сушильный барабан поступает воздух с t1=70°С, где и идёт процесс сушки. Влажные яблочные выжимки попадая в сушильную камеру встречаются с нагретым воздухом, средняя температура которого tср=52,5°С и с этого начинается процесс сушки.

Высушенный продукт отводится из сушилки через патрубок 4 с конечной влажностью Wк =8% и температурой и2=65°С.

Воздух из сушилки отводится через патрубок 3 с температурой t2=35°С. Вместе с воздухом вылетают частички яблочных выжимок, которые осаждаются в циклоне при очистке воздуха.

Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу.

4.3 Материальный расчёт установки Из уравнения материального баланса сушильной установки определим расход влаги W, удаляемый из высушиваемого материала:

Gк =50 кг/ч =50/3600=0,0139 кг/с,

кг/с, где

Gк — производительность установки по сухому веществу, кг/с

Wн — начальная влажность продукта, %

Wк — конечная влажность продукта, %.

Wн=45%,

Wк=10%.

4.4 Тепловой расчёт установки. Определение основных параметров влажного воздуха

К основным параметрам влажного воздуха относятся:

1. температура t,°С

2. относительная влажность воздуха ц,%

3. удельное влагосодержание х, кг/кг

4. энтальпия I, кДж/кг Температуру и относительную влажность воздуха на входе в калорифер определяем по климатическим таблицам, для г. Минск на июль месяц:

1. температура t0=17,4°С,

2. относительная влажность ц0=78%.

Удельное влагосодержание воздуха рассчитаем по формуле:

где

0, 622 — отношение мольных масс водяного пара и воздуха, Рн — давление насыщенного водяного пара при данной температуре воздуха, Па Рн=1988,5 Па при t0=17,4°С.

В — барометрическое давление воздуха, Па. (Для Европейской части СНГ принимается 745 мм рт. ст. = 99 100 Па.)

Удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер:

кг/кг

Т.к. подогрев воздуха в калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер тоже, что и на входе в сушилку:

кг/кг Энтальпия влажного воздуха представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1 кг сухого воздуха:

где Сс.в. — средняя удельная теплоёмкость сухого воздуха, (при t<200°С Сс.в.=1,004 кДж/(кг.К)),

t - температура влажного воздуха, °С, х — удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.,

in — удельная энтальпия перегретого пера, кДж/кг,

где r0 - удельная теплота парообразования воды, (при 0 °C r0=2500 кДж/кг),

cn — средняя удельная теплоёмкость водяного пара,

cn=1,842 кДж/(кг.К).

Энтальпия воздуха на входе в калорифер:

кДж/кг Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку):

кДж/кг

Тепловой расчёт сушилки.

Запишем уравнение внутреннего теплового баланса сушилки:

где

— разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере, кДж/кг влаги;

— теплоемкость влаги во влажном материале при температуре и1=14°С, кДж/(кг.К);

=4,19 кДж/(кг.К);

qдоп. — удельный дополнительный подвод тепла в сушилку, кДж/кг влаги; при работе сушилки по нормальному сушильному варианту qдоп.=0;

qт. — удельный расход тепла с транспортными средствами, кДж/кг влаги; в рассматриваемом случае qт.=0;

qм. — удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

кДж/кг влаги см — теплоемкость высушенного материала:

кДж/(кг.К),

сс — теплоемкость абсолютно сухого материала, кДж/(кг.К);

сс=3,76 кДж/(кг.К);

qп. — удельные потери тепла в окружающую среду:

кДж/кг влаги,

l — удельный расход абсолютно сухого воздуха:

кг возд./кг влаги,

I2 — энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг, х2 — удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в.

Значение х2 находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему рассчитываем значение I2.

Теплоемкость высушенного материала:

кДж/кг влаги Удельный расход тепла в сушилке с высушиваемым материалом:

кДж/кг влаги Удельные потери тепла в окружающую среду:

кДж/кг влаги Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

кДж/кг влаги Запишем уравнение рабочей линии сушки:

Для построения рабочей линии сушки на диаграмме I-х необходимо знать координаты (I и х) минимум двух точек. Координаты одной точки известны:

I1=112,3 кДж/кг, х1=0,03 кг/кг, Для нахождения координат второй точки, зададимся произвольным значением х, и определим соответствующее ему значение I. Пусть х=0,028 кг влаги/кг с.в., тогда:

кДж/кг Через две точки на диаграмме I-х с координатами I1, х1 и I, х поводим линию сушки до пересечения с заданным конечным параметром t2=35°С. В точке пересечения линии сушки с изотермой t2=35°С находим параметры воздуха: х2=0,03 кг/кг с.в.

Энтальпию воздуха рассчитываем по формуле:

кДж/кг Расход воздуха на сушку:

кг/с Средняя температура воздуха в сушилке:

Среднее влагосодержание воздуха в сушилке:

кг/кг Средняя плотность воздуха:

кг/м3

Средняя плотность водяных паров:

кг/м3

Средняя объемная производительность по воздуху:

м3/с Расход тепла на сушку:

кВт Тепловой расчёт сушилки с частичным рециклом сушильного агента.

Коэффициент рециркуляции равен 0,1(10%)

На рециркуляцию идёт:

Параметры смеси:

xсм — удельное влагосодержание смешанного воздуха, кг/кг с.в.

Iсм — энтальпия воздуха смешанного воздуха, кДж/кг,

qп. — удельные потери тепла в окружающую среду:

кДж/кг влаги,

lсм — удельный расход абсолютно сухого воздуха:

кг возд./кг влаги,

I2 — энтальпия воздуха на выходе из сушилки, кДж/кг, х2 — удельное влагосодержание воздуха на выходе из сушилки, кг/кг с.в.

Значение х2 находим по I-х диаграмме влажного воздуха, построив теоретический процесс сушки, и по нему расчитываем значение I2.

Удельный расход абсолютно сухого воздуха:

Удельные потери тепла в окружающую среду:

Разность между удельными приходом и расходом тепла непосредственно в сушильной камере:

.

Запишем уравнение рабочей линии сушки: