Практическое занятие № 40

Тема: Сушка.

Цель работы: Высушивание материала в барабанных и распылительных сушилках.

Порядок выполнения работы:

61. Записать в тетради тему практической работы.

62. Ознакомится с конструкцией и принципом действия барабанных и распылительных сушилок.

63. Пути интенсификации процессов.

64. Записать вывод о проделанной практической работе.

65. Ответить на контрольные вопросы.

Содержание работы: Барабанные сушилки применяют для сушки свекловичного жома, зерно-картофельной барды, кукурузных ростков и мезги, зерна и сахара-песка. Сушка в барабанных сушилках происходит при атмосферном давлении. Теплоносителем являются воздух либо топочные газы.

Барабанные сушилки (рис. 7) 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 мин^-1. Влажный материал поступает в сушилку через питатель (2). При вращении барабана высушиваемый материал пересыпается и движется к разгрузочному отверстию. За время пребывания в барабане материал высушивается при взаимо­действии с теплоносителем — в данном случае с топочными газами, которые поступают в барабан из топки.

Рис. 7. Барабанная сушилка:

1— топка; 2 — бункер; 3 — барабан; 4 — бандажи; 5 — зубчатое колесо; 6 — вентилятор; 7 — циклон; 8 — приемный бункер; 9 — шлюзовой питатель; 10 — опорные ролики

Для улучшения контакта материала с сушильным агентом в барабане устанавливают внутреннюю насадку, которая при враще­нии барабана способствует перемешиванию материала и улучшает обтекание его сушильным агентом. Тип насадки выбирают в зависи­мости от свойств материала. На рис.8 показаны некоторые типы внутренних насадок.

Подъемнолопастную насадку исполь­зуют для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материа­лов. Для сушки мелкокусковых, сыпучих материалов применяют распределительную насадку. Пылящие, тонкодисперсные мате­риалы сушат в барабанах, снабженных перевалочной (ячейковой) насадкой.

а б

Рис. 8. Внутренние распределительные насадки барабанов:

а — подъемно-лопастная; б — распределительная (полочная); в — перевалочная (ячейковая)

Газы и материал могут двигаться прямотоком и противотоком. При прямотоке удается избежать перегрева материала, так как при этом горячие газы взаимодействуют с материалом с высокой влаж­ностью. Чтобы исключить большой унос пыли, газы просасыва­ются через барабан вентилятором со скоростью 2...3 м/с. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются в циклоне (7).

Вальцовые сушилки (рис. 9) предназначены для сушки жид­ких и пастообразных материалов: всевозможных паст, кормовых дрожжей и других материалов. Греющий пар поступает в вальцы (4,7), вращающиеся навстречу друг другу с частотой 2... 10 мин ^-1, через полую цапфу, а конденсат выводится через сифонную трубу (5). Мате­риал загружается сверху между вальцами и покрывает их тонкой пленкой, толщина которой определяется регулируемым зазором между вальцами. Высушивание материала происходит в тонком слое за полный оборот вальцов. Подсушенный материал снимается ножами (6) вдоль образующей каждого вальца. В случае необходимо­сти досушки материала вальцовую сушилку снабжают гребковыми досушивателями (1).

Распылительные сушилки предназначены для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов. Сушкой распылением полу­чают сухое молоко, молочно-овощные концентраты, пищевые и кормовые дрожжи, яичный порошок и другие продукты.

Распылительные сушилки представляют собой в большинстве случаев коническо-цилиндрический аппарат, в котором происходит диспергирование материала при помощи специальных диспергаторов в поток теплоносителя. В качестве диспергаторов применяют центробежные распылители, пневмати-ческие и механические фор­сунки.

Рис. 9. Вальцовая сушилка: 1 — досушиватель; 2 - корпус; 3 — привод; 4 — ведущий валец; 5 — сифонная трубка; 6 — нож; 7 — ведомый валец

При непосредственном контакте теплоносителя — воздуха с рас­пыленным материалом почти мгновенно протекает тепломассообменный процесс. Продолжительность пребывания материала в сушилке не превышает 50 с.

Преимущество распылительных сушилок — возможность ис­пользования теплоносителей с высокой температурой даже для сушки термолабильных материалов.

Однако распылительные сушилки имеют сравнительно неболь­шой удельный съем влаги в пределах до 20 кг/м³, большой расход теплоносителя и, как следствие, значительную материале- и энергоемкость.

При механическом методе распыления используются форсун­ки (рис. 10), в которые жидкость подается при давлении 2,5...20 МПа. Качество распыления зависит от степени турбулентности струи, выходящей из сопла форсунки. Для создания турбулентно­сти в форсунке имеется насадка с тангенциальными канавками для закручивания потока. Распад струй на капли вызван асимметрич­ными и волнообразными колебаниями внутри струи, возникающими в результате турбулентности, взаимодействия газа и струи жидкости и влияния сил поверхностного натяжения.

Рис. 10. Центробежная механическая форсунка:

1 — патрубок для подвода продукта; 2 — кор­пус; 3 — завихритель; 4 — сопло.

Размер капель зависит от конструкции форсунки, скорости истечения жидкости из форсунки и физических свойств жидкости и газа. Диаметр капель умень­шается при увеличении давления в форсунке, снижении вязкости и поверхностного натяжения жидкости, а также при уменьшении диа­метра отверстия сопла форсунки.

Рис. 11. Распылительные диски:

а — 4-лопастный; б - 24-лопастный

Механические форсунки делятся на струйные и центробежные. Механические форсунки применяют в основном для грубого и тон­кого распыления раствора. Для этих форсунок характерна слож­ность регулирования производительности, но они просты по кон­струкции и имеют низкие энергозатраты при эксплуатации.

В пневматических форсунках распыление происходит ско­ростной струей газа или пара, который подается под давлением 0,1...0,6 МПа. Такими форсунками распыляют растворы, пасты, эмульсии, мелкодисперсные суспензии.

Широкое распространение получило распыление центробеж­ными дисками, вращающимися с частотой до 40 000 мин^-1, в поток теплоносителя.

На рис. 11 представлены две конструкции распылительных дисков. Выброс жидкости из диска, в котором она приобретает вра­щательное движение, происходит через каналы, образованные лопатками, либо через форсунки и сопла. С увеличением числа каналов возрастает производительность сушилки. Диски различа­ются диаметром и шириной канала. Использование сопловых дис­ков может приводить к наростам влажного материала на стенках сушилки.

Расстояние полета частицы зависит от диаметра капель, их ско­рости на выходе из диска, физических свойств раствора и теплоноси­теля, от расхода теплоносителя и раствора, схемы взаимодействия потоков.

Центробежное распыление суспензий имеет ряд преимуществ, а именно: позволяет распылять суспензии с широким распределением частиц по размерам, при этом качество распыления не зависит от расхода суспензии.

Существенные особенности конструкции распылительных суши­лок — число и способ установки распылителей, места ввода и вывода теплоносителя. По схемам взаимодействия потоков тепло­носителя и материала сушилки бывают прямоточными, противоточными и со сложным взаимодействием потоков.

Сушилки с центробежными распылителями работают в боль­шинстве случаев по прямоточной схеме. Процесс характеризуется интенсивными радиальными потоками газа и материала от диска к стенкам камеры. Если диск расположен недалеко от потолка, то может иметь место отложение продукта на стенке потолка. Для предотвращения образования наростов в зону между потолком и факе­лом подводится теплоноситель.

Наиболее эффективно работает сушилка, когда теплоноситель подводится к корню факела распыла. При этом тепломассообмен протекает на горизонтальном участке от факела до стенки камеры. Для подвода теплоносителя используют газовые диспергаторы.

Часто распылительные сушилки работают в комплекте с сушил­ками с псевдоожиженным или виброаэропсевдоожиженным слоем, которые применяются как вторая ступень сушки для удаления свя­занной влаги.

Двухступенчатая сушильная установка, первая ступень кото­рой — распылительная сушилка (2), а вторая — сушилка с псевдоожи­женным слоем (6), представлена на рис. 12. Высушиваемый мате­риал подается насосом в распылительную сушилку с центробежным распылителем. Подсушенный твердый материал из конической части сушилки подается секторным дозатором в сушилку с псевдо­ожиженным слоем на досушку. Выходящий из сушилок воздух очищается в циклонах (5) и мешочном фильтре (4) и либо

Рис. 12. Схема двухступенчатой сушильной установки:

1 — насос; 2 — распылительная сушилка; 3 — теплообменник; 4 — ленточный фильтр; 5 - циклоны; 6 — сушилка с псевдоожиженным слоем

выбрасывается в атмосферу, либо нагревается в теплообменнике (3) и вновь поступает в распылительную сушилку. Отделенная в циклонах пыль может подаваться в сушилку с псевдоожиженным слоем.

Сушильная установка с разбрызгивающим диском, предназна­ченная для сушки пастообразных продуктов, например отфильтро­ванных осадков, показана на рис. 13. Влажный материал загру­жается в коническую часть сушилки (6) шнековым дозатором. Мате­риал перемешивается в конической части сушилки рамной мешал­кой (1) и попадает на разбрызгивающий диск (2), который отбрасывает материал к стенкам сушилки. Горячий газ подается в нижнюю часть конуса под разбрызгивающий диски через кольцевую щель, образу­емую диском и корпусом, поступает в сушилку, формируя псевдо-ожиженный слой в конической части сушилки. По мере высыхания частицы материала выносятся из сушилки и улавливаются в цикло­не (8).

Такие сушилки используют в агрегатах с распылительной сушил­кой или самостоятельно. Разработаны схемы с замкнутым контуром для сушки материалов, окисляющихся кислородом воздуха, а также для сушки взрывоопасных материалов.

Сублимационные сушилки применяют для сушки ценных пище­вых продуктов, когда к высушенному продукту предъявляют высо­кие требования в отношении сохранения его биологических свойств при длительном

Рис. 13. Схема сушилки для сушки пастообразных материалов:

1 — перемешивающее устройство; 2 — распре­делительный диск; 3 — калорифер; 4 — элект­родвигатель; 5 — загрузочный бункер; 6 — сушилка; 7 — вентилятор; 8 — циклон; 9 — шлюзовой дозатор

хранении, например мяса в замороженном со­стоянии, овощей, фруктов и других продуктов. Сублимационную сушку проводят в глубоком вакууме при остаточном давлении 133,3...13,3 Па (1,0...0,1 мм рт. ст.) и при низких температурах.

При сублимационной сушке замороженных продуктов находяща­яся в них влага в виде льда переходит непосредственно в пар, минуя жидкое состояние.

Перенос влаги в виде пара от поверхности испарения происходит путем эффузии, т.е. свободного движения молекул пара без взаим­ных столкновений друг с другом.

Рис. 14. Сублимационная сушилка: 1— сушильная камера; 2 — плита; 3 — проти­вень: 4— конденсатор-вымораживатель.

Сублимационная сушилка (рис. 14) состоит из сушильной камеры (1)(сублиматора), в которой расположены пустотелые плиты (2), и конденсатора — вымораживателя (4). В плитах циркулирует горячая вода. Высушиваемый материал в противнях (3) размещается на плитах. Противни имеют специальные бортики, которые обеспечивают воз­душную прослойку между плитами и противнями. Теплота от плит к противням передается за счет радиации. Образовавшаяся при сушке паровоздушная смесь из сублиматора поступает в конденсатор-вымораживатель — кожухотрубный теплообменник, в межтрубном пространстве которого циркулирует хладагент — аммиак. Конденсатор-вымораживатель включают в циркуляционный контур с испа­рителем аммиачной холодильной установки и соединяют с вакуум-насосом, предназначенным для отсасывания несконденсировавшихся газов. В трубах конденсатора происходят конденсация и вымораживание водяных паров. Обычно сублимационные сушилки имеют два попеременно работающих конденсатора: в то время как в одном конденсаторе происходят конденсация и замораживание, другой размораживается для удаления льда.

Влагу удаляют из материала в три стадии. На первой стадии при снижении давления в сушильной камере происходят самозаморажи­вание влаги и сублимация льда за счет теплоты, отдаваемой мате­риалом. При этом удаляется до 15% всей влаги. Вторая стадия — сублимация, при которой удаляется основная часть влаги. На третьей стадии тепловой сушки удаляется оставшаяся влага.

По энергоемкости сублимационная сушка приближается к сушке при атмосферном давлении.

Терморадиациониая сушилка применяется, например, для термо­обработки зерновых материалов, таких, как фасоль, горох, ячмень и др. При сушке инфракрасными лучами теплота для испарения влаги подводится термоизлучением. Генератором, излучающим теп­лоту, являются специальные лампы или нагретые керамические или металлические поверхности.

При сушке термоизлучением на единицу поверхности материала в единицу времени приходится значительно больше теплоты, чем при сушке нагретыми газами или при контактной сушке. Процесс сушки значительно

Рис. 15. Радиационная сушилка: 1 — конвейер; 2 — газодувка; 3 — газовые горелки; 4 — излучатель; 5 — выхлопная труба

ускоряется. Так, продолжительность сушки инфракрасными лучами тонкослойных материалов сокращается в 30... 100 раз.

На рис. 15 представлена схема радиационной сушилки с излу­чателями, обогреваемыми газами.

Газовые радиационные сушилки проще по конструкции и дешевле сушилок, оборудованных лампами. Излучатели (4) нагрева­ются газом (3), сжигаемым непосредственно под излучателями, или же топочными газами, поступающими внутрь излучателей. Выбор излучателей определяется свойствами высушиваемого материала.

Для интенсификации сушки сушилки должны работать в осцил­лирующем режиме, чтобы термодиффузионный поток влаги, направленный вследствие температурного градиента внутрь мате­риала, не препятствовал диффузии влаги с поверхности.

Высокочастотные сушилки в последнее время нашли примене­ние для выпечки толстослойных изделий, например тортов. При высокочастотной сушке можно регулировать температуру и влаж­ность не только на поверхности, но и по толщине материала.

СВЧ-сушилка (рис. 16) состоит из лампового высокочастот­ного генератора (4) и сушильной камеры (2), внутри которой находится ленточный конвейер (3). Переменный ток из сети частотой 50 Гц посту­пает в выпрямитель (5), а затем в генератор, где преобразуется в пере­менный ток высокой частоты. Этот ток подводится к пластинам конденсатора, которые расположены с обеих сторон ленточного конвейера. Под действием поля высокой частоты ионы и электроны материала меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин кондесатора. Дипольные молекулы получают вращательное движение, а неполярные поляризуются из-за смеще­ния их электрических зарядов. В результате этих процессов в мате­риале выделяется теплота и материал нагревается. Изменяя напряжение электрического поля, можно регулировать скорость сушки.

Рис. 16. СВЧ-сушилка:

1 — пластинка конденсатора; 2 — сушильная каме­ра; 3 — ленточный конвейер; 4 — ламповый высо­кочастотный генератор; 5 — выпрямитель

При высокочастотной сушке требуются.высокие удельные рас­ходы энергии (2,5...5 кВт-ч на 1 кг испаренной влаги). Конструкция высокочастотных сушилок более сложная и дорогая, чем конвек­тивных и контактных. Поэтому высокочастотные сушилки целесо­образно применять для термообработки дорогостоящих пищевых продуктов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. По каким признакам подразделяются сушилки.

2. Какие материалы целесообразно сушить в конвективных сушилках, а какие в контактных?

3. Какие продукты сушат в распылительных сушилках?

4. Почему в ряде случаев сушильные установки делают двухступенчатыми?

5. Каким путем теплота теплоносителя к материалу передается в конвективных и контактных сушилках?

6. В каких случаях применяют сублимационную сушилку.