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.

 

 

ee1.png

 

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.

 

 ee2.png

 

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.

 

 ee3.png

 

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 /.

 

 ee4.png

 

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.

 

ee5.png

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.

 

 ee6.png

 

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.

 

ee7.png

 

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.

 

ee8.png

 

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.

 

ee9.png

 

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?