КОНСТРУКЦИИ СУШИЛОК

Кафедра

«Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»

Лабораторная работа № 7

По дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств»

Конструкции сушилок

Рязань – 2008 г.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры МПСХП протокол №1 «9» сентября 2008 года

Заведующий кафедрой___________ В.К. Киреев

Одобрено советом (методической комиссией) технологического факультета

«_____» _____________ 2008 года.

Председатель ____________ Е.Н. Бондаренко

Цель работы – закрепление теоретических знаний по разделу «Массообменные процессы», изучение конструкций машин и аппаратов для сушки пищевых продуктов.

В результате выполнения лабораторной работы студенты должны изучить конструкцию и порядок работы машин и аппаратов для сушки пищевых продуктов.

КОНСТРУКЦИИ СУШИЛОК

Сушилки, применяемые в пищевой промышленности, отлича­ются разнообразием конструкций и подразделяются по способу подвода теплоты (конвективные, контактные и др.); по виду ис­пользуемого теплоносителя (воздух, газ, пар, топочные газы); по величине давления в сушилке (атмосферные и вакуумные); по спо­собу организации процесса (периодического или непрерывного дей­ствия); по схеме взаимодействия потоков (прямоточные, противоточные, перекрестного и смешанного тока).

Конвективные сушилки, среди которых простейшими являются камерные (рис. 1), представляют собой корпус, внутри которого находятся вагонетки. На полках вагонеток помещается влажный материал. Теплоноситель нагнетается в сушилку вентилятором, на­гревается в калорифере 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. Их применяют в малотоннажных производствах для сушки материалов при невысоких температурах в мягких условиях. Камер­ные сушилки имеют низкую производительность и отличаются неравномерностью сушки продукта.

1 — корпус; 2 — вагонетка; 3 — калориферы; 4 — вентилятор; 5 — шибер

Рисунок 1. Камерная сушилка

Туннельные сушилки (рис. 2) используют для сушки сухарей, овощей, фруктов, макарон и других продуктов. По организации процесса эти сушилки относятся к сушилкам непрерывного дей­ствия. Сушилки представляют собой удлиненный прямоугольный корпус, в котором перемещаются по рельсам тележки с высушивае­мым материалом, расположенным на полках тележек. При этом время пребывания тележек в сушильной камере равняется продол­жительности сушки. Сушка материала достигается за один проход тележек. Свежий воздух засасывается вентилятором и поступает, нагреваясь в калориферах, в сушилку. Перемещение тележек происходит с помощью толкателя. Сушилка имеет самоотворяющи­еся двери.

1 — двери; 2 — газоход; 3 — вентиля­тор; 4 — калорифер; 5 — корпус; 6 — тележки с материалом

Рисунок 2. Туннельная сушилка

Горячий воздух взаимодействует в сушилке с материалом в пря­мотоке либо в противотоке. В ряде случаев в туннельных сушилках, возможно осуществить рециркуляцию воздуха и его промежуточ­ный подогрев в сушильной камере. Калориферы и вентиляторы устанавливают на крыше сушилки, сбоку или в туннеле под сушил­кой. Отработанный воздух из сушилки выбрасывается через газо­ход.

Ленточные многоярусные конвейерные сушилки применяют для сушки макаронных изделий, сухарей, фруктов, овощей, крахмала и др. Влажный материал загружается через верхний загрузочный бун­кер, как показано на рисунке 3, или боковой и поступает на верхний перфорированный ленточный конвейер, на котором перемещается вдоль сушильной камеры, и затем пересыпается на нижерасполо­женный конвейер. С нижнего конвейера высушенный материал поступает в разгрузочный бункер или на приемный конвейер.

1 — корпус; 2 — ленточный конвейер; 3 — ведущие барабаны; 4 — ведомые барабаны; 5 — калори­феры; 6 — бункер с загрузочным устройством

Рисунок 3. Ленточная сушилка

Пересыпание материала с ленты на ленту способствует его пере­мешиванию, что, в свою очередь, увеличивает скорость сушки.

Чтобы материал направленно пересыпался с вышерасположен­ного конвейера на нижерасположенный, устанавливают направля­ющие лотки.

Воздух нагнетается вентилятором, проходит через калорифер и направляется в сушильную камеру, где пронизывает слой материала на каждой перфорированной ленте. Для промежуточного подогрева воздуха под лентами каждого конвейера находится калорифер, выполненный из оребренных труб.

Ленточные сушилки бывают прямоточными и противоточными. В таких сушилках может быть предусмотрена рециркуляция возду­ха. Благодаря промежуточному подогреву и рециркуляции воздуха в ленточных сушилках достигаются мягкие условия сушки.

Шахтные сушилки с движущимся слоем (рис. 4) применяют для сушки зерновых сыпучих материалов. По оси сушилки располо­жены трубы для подачи теплоносителя. Трубы оканчиваются жалюзями для равномерного распределения теплоносителя по сечению сушилки. Система подвода и циркуляции теплоносителя разделяет объем сушилки на две зоны. В первой зоне используется теплота теплоносителя, выходящего из второй зоны. В первой зоне удаля­ется в основном поверхностная влага, во второй — внутренняя. Предварительно теплоноситель, поступающий во вторую зону, может осушаться в конденса­торе второй зоны. В верхней части сушилки оба потока объ­единяются и подаются газодувкой после подогрева в калори­фере в первую зону сушилки. Выгрузка высушенного мате­риала осуществляется непре­рывно полочным дозатором.

1 — бункер-холодильник; 2 — промежуточный бункер; 3 — газодувки; 4 — калориферы; 5 — бункер; 6 — шахта; 7—трубы для подвода теп­лоносителя; 8—холодильник-конденсатор; 9— жалюзи; 10 — дозатор; 11 — холодильник

Рисунок 4. Шахтная сушильная установка для сушки зерновых материалов

Сушилки с псевдоожиженным слоем являются аппаратами непрерывного действия и приме­няются как для удаления поверх­ностной и слабосвязанной влаги, так и для удаления связанной влаги из мелкозернистых и зер­новых материалов. Сушилки с псевдоожиженным слоем изго­товляют вертикальными и горизонтальными с одной или несколькими секциями. Схема односекционной сушилки представлена на рис. 5. Влажный материал непрерывно подается в сушилку. Теплоноситель, нагнетаемый вен­тилятором, нагревается в калорифере и поступает в сушилку под газораспределительную решетку. Сушка материала происходит в зоне сушилки, примыкающей к газораспределительной решетке. Высушенный материал удаляется из сушилки через патрубок. Отхо­дящие из сушилки газы очищаются от пыли в циклоне и выбрасыва­ются в атмосферу.

1 — вентилятор; 2 — калорифер; 3 — бункер; 4 — шнек; 5 — циклон; 6 — корпус сушилки; 7 — выгрузной патрубок; 8 — газораспределительная решетка; 9 — конвейер

Рисунок 5. Односекционная сушилка с псевдоожиженным слоем

Недостаток односекционных сушилок — неравномерность сушки материала. Для повышения равномерности сушки применяют многосекционные сушилки. Секционирование аппаратов дости­гается делением с помощью перегородок всего объема аппарата, а значит, и слоя материала на ряд горизонтальных секций вертикаль­ными перегородками или на вертикальные секции горизонтальными перфорированными перегородками.

Вибросушилки применяют для сушки плохоожижаемых мате­риалов: влажных тонкодисперсных, полидисперсных, комкующихся и т. д., которых в промышленности большинство. Воздействие на слой дисперсного материала низкочастотных колебаний интенсифи­цирует тепломассообменные процессы в слое и открывает широкие возможности для создания высокоэффективных сушилок пере­крестного тока, приближающихся по полю распределения темпера­тур и концентраций к аппаратам идеального вытеснения.

Виброаэропсевдоожиженный (виброкипящий) слой может быть создан в аппаратах разнообразных конструкций: вертикальных, горизонтальных и лотковых.

Наибольшее применение нашли лотковые сушилки, накло­ненные под небольшим углом к горизонту (рис. 6). Привод сушилки состоит из маятникового двигателя — вибратора направ­ленного действия с регулируемым дебалансом.

1 – амортизатор; 2 – пружина; 3 – выгрузочный люк, 4 — вибратор; 5 — двигатель; 6 — газорас­пределительная решетка; 7 — желоб; 8 — смотровое окно

Рисунок 6. Вибросушилка

Наибольшее практическое значение для проведения тепломассо-обменных процессов имеет виброаэропсевдоожиженный слой, обра­зуемый одновременно потоком газа через слой и низкочастотной вибрацией.

Вибрационные сушилки используют для сушки картофельной крупки на картофелеперерабатывающих заводах.

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, установленный под небольшим углом к горизонту. Барабан снабжен бандажами, каждый из которых катится по двум опорным роликам и фиксируется упорными ролика­ми. Барабан приводится во вращение от электропривода с помощью насаженного на барабан зубчатого колеса. Частота вращения барабана не превышает 5...8 мин^-1. Влажный материал поступает в сушилку через питатель. 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.

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

Рисунок 7. Барабанная сушилка

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 рисунке 8 показаны некоторые типы внутренних насадок. Подъемно-лопастную 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 — подъемно-лопастная; б — распределительная (полочная); в — перевалочная (ячейковая)

Рисунок 8. Внутренние распределительные насадки барабанов

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.

Вальцовые сушилки (рис. 9) предназначены для сушки жид­ких и пастообразных материалов: всевозможных паст; кормовых дрожжей и других материалов. Греющий пар поступает в вальцы, вращающиеся навстречу друг другу с частотой 2... 10 мин^-1, через полую цапфу, а конденсат выводится через сифонную трубу. 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 вдоль образующей каждого вальца. В случае необходимо­сти досушки материала вальцовую сушилку снабжают гребковыми досушивателями.

1 — досушиватель; 2 — корпус; 3 — привод; 4 — ведущий валец; 5 — сифонная трубка; 6 — нож; 7 — ведомый валец

Рисунок 9. Вальцовая сушилка

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, пневматические и механические фор­сунки.

При непосредственном контакте теплоносителя — воздуха с рас­пыленным материалом почти мгновенно протекает тешюмассооб-менный 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 материало- и энергоемкость.

1 – патрубок для подвода продукта, 2 – кор­пус, 3 – завихритель, 4 – сопло

Рисунок 10. Центробежная механическая форсунка

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. 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.

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 рисунке 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.

а — 4-лопастный; б — 24-лопастный

Рисунок 11. Распылительные диски

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, а вторая — сушилка с псевдоожи­женным слоем, 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 и мешочном фильтре и либо выбрасывается в атмосферу, либо нагревается в теплообменнике и вновь поступает в распылительную сушилку. Отделенная в циклонах пыль может подаваться в сушилку с псевдоожиженным слоем.

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

Рисунок 12. Схема двухступенчатой сушильной установки

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

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.

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

Рисунок 13. Схема сушилки для сушки пастообразных материалов

Сублимационные сушилки применяют для сушки ценных пище­вых продуктов, когда к высушенному продукту предъявляют высо­кие требования в отношении сохранения его биологических свойств при длительном хранении, например мяса в замороженном со­стоянии, овощей, фруктов и других продуктов. Сублимационную сушку проводят в глубоком вакууме при остаточном давлении133,3...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.

Сублимационная сушилка (рис. 14) состоит из сушильной камеры (сублиматора), в которой расположены пустотелые плиты, и конденсатора — вымораживателя. В плитах циркулирует горячая вода. Высушиваемый материал в противнях 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.

1 — сушильная камера; 2 — плита, 3 — проти­вень; 4 — конденсатор-вымораживатель

Рисунок 14. Сублимационная сушилка

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.

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

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

1 — конвейер; 2 — гаэодувка; 3 — газовые горелки; 4 — излучатель; 5 — выхлопная труба

Рисунок 15. Радиационная сушилка

Газовые радиационные сушилки проще по конструкции и дешевле сушилок, оборудованных лампами. Излучатели нагрева­ются газом, 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 и сушильной камеры, внутри которой находится ленточный конвейер. Переменный ток из сети частотой 50 Гц посту­пает в выпрямитель, 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 конденсатора. 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 напря­женность электрического поля, можно регулировать скорость суш­ки.

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

Рисунок 16. СВЧ-сушилка

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. Классификация сушилок, применяемых в пищевой промышленности.

2. Область применения сушилок периодического действия.

3. Характер взаимодействия воздуха с материалом в туннельной сушилке.

4. Основные узлы шахтных сушилок.

5. Смыслиспользования псевдоожиженного слоя при сушке.

6. Принцип действия барабанной сушилки.

7. Назначение распылительных сушилок.

8. Сущность сублимационной сушилки.

9. Принцип действия СВЧ-сушилки.

литература

1. Кавецкий Г. Д., Васильев Б. В., Процессы и аппараты пищевой технологии, - М.: Колос, 2007. -555с.

2. Плаксин Д. С. Процессы и аппараты пищевых производств, - М.: «Информагротех», 2006. -735с.

Поиск по сайту: