Курсовая работа (т): Сушарка розпилювальна дискова для зневоднення молока

Сушарка розпилювальна дискова для зневоднення молока

до курсового проекту на тему

«Сушарка розпилювальна дискова для зневоднення молока»

Вступ

Процес сушіння широко застосовують у харчовій промисловості для зневоднення різноманітних вологих матеріалів (твердих, пастоподібних, рідких) на різних стадіях їх переробки (сировина, напівфабрикати, готові вироби).

Вологу з матеріалів можна видалити різними способами: механічним, фізико-хімічним та тепловим. При механічному способі вологу відтискують у пресах або центрифугах. Фізико-хімічний спосіб ґрунтується на застосуванні вологовідбірних засобів і використовується переважно в лабораторній практиці. Зневоднювальними засобами є сірчана кислота, хлористий кальцій, силікагель. При тепловому способі волога випаровується з поверхні матеріалу і дифундує в навколишнє повітря, яке виносить вологу із сушарки. Із цього випливає, що сушінням називають термічний процес видалення вологи з матеріалів внаслідок її випаровування і дифузії.

Сушіння є суміщеним тепловим та дифузійним процесом, при якому волога дифундує із середніх шарів матеріалу до його поверхні, переходить крізь примежову плівку, а потім дифундує всередину газової фази, виносячи при цьому з матеріалу значну кількість теплової енергії. Підраховано, що в нашій країні приблизно 15 % палива витрачається на сушіння, при цьому енергетичний ККД багатьох сушильних установок становить лише 30…50 %. Тому підвищення технологічної та енергетичної ефективності процесів сушіння має важливе народногосподарське значення.

Розрізняють природне та штучне сушіння. Природне відбувається на відкритому повітрі без штучного нагрівання і відведення сушильного агента (повітря). Прикладом природного сушіння може бути сушіння солі у відкритих морських водоймищах. Цей спосіб сушіння характеризується значно тривалістю, причому процес не регулюється, а одержуваний кінцевий матеріал ще досить вологий.

У харчовій технології майже всюди застосовують штучне сушіння, тобто сушіння нагрітим сушильним агентом (нагріте повітря, димові гази), який після поглинання ним вологи з матеріалу відводять за допомогою спеціальних витяжних пристроїв (вентиляторів). Для більшості харчових виробництв сушіння є одним із основних процесів, мета якого - підвищення стійкості матеріалів під час зберігання, поліпшення якісних показників, консервування, зменшення маси з метою транспортування.

Методи сушіння вологих матеріалів розрізняють переважно способом підведення теплоти й зумовлені фізико-хімічними властивостями цих матеріалі, а також формою їх зв’язку з вологою.

1. Описання проектованого апарату

Розпилювальні сушарки у харчовій промисловості використовуються для сушки рідких продуктів: молока, молочних продуктів,олії,яєць, кормових дріжджів, крові, фруктових та овочевих соків і т.д. по конструкції вони являють собою камеру, у верхній частині якої матеріал розпилюється під тиском за допомогою механічних або пневматичних форсунок, відцентровими дисковими розпилювачами або ультразвуковими пристроями. Завдяки високій дисперсності матеріалу та розвинутій поверхні контакту, сушка відбувається дуже швидко. За даними М. Є. Лурьє, тривалість сушки у розпилювальних сушарках при прямому потоці матеріалу та сушильного агента становить 4,3 с, при протитоку 2,4 с. загальний час перебування часток у сушильній камері становить 15 - 20 с.

Основною характеристикою розпилювальних сушильних установок - кількість вологи, випареної в 1 м³ сушильної камери за 1 г, тобто напруження об’єму сушили по волозі А.

Розглядувана у даному проекті розпилювальна сушарка СРЦ-1600 представляє собою циліндрично-конічну ємкість. Нижня частина апарату має форму зрізаного конуса, який розширюється до верху для зсипання висушеної речовини до розвантажувального пристрою. Верхня частина апарата має циліндричну форму постійного діаметру, де і відбувається основна частина процесу сушки: розпилювання рідни на дрібні краплини, їх контакт з сушильним агентом та рух по заданій траєкторії висушених часточок до нижньої частини башти.

До нижньої частини підводяться трубопроводи для сушильного та спрацьованого агенту. У верхній частині корпуса з метою техніки безпеки передбачені фланцеві отвори для кріплення патрубків запобіжних клапанів. Подача то розпилювання рідини здійснюється за допомогою центр обіжного механізму з розпилюючим диском. Рідина, попадаючи в розпилювальний диск набуває відцентрового прискорення і вилітає через отвори диску подрібнюючись при цьому на краплини.

Для огляду та обслуговування необхідно передбачати люки в нижній частині циліндрично-конічної ємкості.

Для спостерігання за ходом процесу у корпусі існує оглядове вікно зі склооточувачем, а також вимірювальні прилади та засоби контролю параметрів процесу.

Для зменшення теплових витрат і виконання вимог техніки безпеки, поверхню апарату та трубопроводів, що підводять та відводять теплоносії, покривають тепловою ізоляцією.

. Недоліки процесу розпилювальної сушки. Способи інтенсифікації процесу сушіння

Недоліком сушіння розпиленням є контакт продукту в стані високої дисперсності з киснем повітря, що призводить до часткового окиснення його складових.

До недоліків розпилювальних сушарок за відносно невисоких температур повітря для сушіння (130 - 160 ˚С) належить висока витрата пари (2,5- 3,0 кг/кг вологи), що випаровується внаслідок малого насичення відпрацьованого повітря (його відносна вологість при першому циклі близько 20 %) і низького коефіцієнта використання сушарки.

Підвищення економічності сушіння досягають попереднім низькотемпературним упарюванням розчинів, що зазнають сушіння, і використанням циркуляційного типу подавання нагрівального повітря.

При застосуванні форсункового розпилення внаслідок невеликої площі вихідного отвору (1,0 - 1,4 мм) гідравлічні форсунки не придатні для розпилення в’язких і забруднених (засмічених) рідин. Регулювати продуктивність форсунок неможливо, оскільки у разі зміни швидкості струменя, змінюється і дисперсність. Вихідні отвори форсунок швидко спрацьовуються у результаті шліфувальної дії струменя.

У зв’язку із зростанням виробництв різних харчових продуктів, підвищенням вимог до їх якості, удосконаленням технології виробництва виникає потреба у розробленні нових способів сушіння, які забезпечують високу якість продукту, максимальну автоматизацію, механізацію і значну інтенсифікацію процесу.

Для інтенсифікації процесу сушіння і підвищення економічної ефективності роботи апаратів можуть бути вибрані такі способи:

·        використання більш високих початкових температур теплоносія в умовах автоматизованих контролю та регулювання температури. З підвищенням температури теплоносія різко скорочується тривалість сушіння, внаслідок чого матеріал зберігає свої якісні показники. При цьому зменшуються питомі витрати палива та електроенергії;

·        використання великих локальних швидкостей, пульсуючих газових потоків і вібрацій частинок матеріалу, закручених високошвидкісних потоків тощо;

·        застосування електричних та магнітних полів;

·        застосування комбінованих способів сушіння і суміщення різних процесів в одному апараті;

·        застосування як теплоносія перегрітої пари, одержаної при сушінні матеріалу;

·        використання вторинних теплових ресурсів.

. Опис апаратурно-технологічної схеми

На малюнку зображена технологічна лінія виробництва сухого молока (цільного швидкорозчинного) із застосуванням ліофілізующіх речовин.

В агломераціону камеру висушений порошок з вежі і лінії повернення циклонічної фракції надходить безперервно. У цій камері відбувається перемішування в псевдозрідженому шарі і зволоження частинок сухого молока. Зволоження здійснюється за рахунок знежиреного молока, яке потрапить в камеру через пневматичні форсунки. Маса молока для зволоження становить лише 3% від маси сухого молочного порошку. Вологість сухого продукту після агломерації стає більше на 3%.

Щоб не допустити грудкування агломерованого продукту при його вторинному зволоженні, через форсунки і саму камеру подають підігріте стиснене повітря. Температура його становить 60 - 90 ° С.

З камери молоко виходить з вологістю 7-10% і потрапляє в вібраційну конвективну сушильну камеру. У неї подається гаряче повітря (95 - 120 °С). Завдяки цьому надмірна волога віддаляється. У другу аналогічну сушару 10повітря подається з меншою температурою (70-95 °С), що не допускає перегрівання порошку. При виході з неї сухий порошок має такі параметри: вологість - не більше 5,5%, температура - 45-55 ° С.

У сушарці продукт знаходиться протягом 6-8 хв. З неї порошок потрапляє в камеру для ліофілізації. Ліофілізующі речовини і молочний жир (їх співвідношення становить 5,6 / 3,8) розпорошуються форсунками. На форсунки подається повітря з температурою 110-130 ° С. Суміш молочного жиру подається на форсунки за допомогою насоса 16 .Кількість суміші розраховується таким чином, щоб концентрація ліофілізующіх речовин у кінцевому продукті була не більше 0,5%. Щоб суміш розподілилася на поверхні частинок сухого порошку рівномірним шаром, продукт перемішують в псевдозрідженому шарі, а також цьому сприяє висока температура повітря (90 °С), який надходить в камеру.

З камери ліофілізації сухий молочний порошок потрапляє в сушарку. У її першій секції він сушиться повітрям з температурою 70-95 ° С. Вологість порошку становить 3,3-3,7%. Секція два призначена для охолодження продукту до 25 ° С. Але через те, що відбувається контакт гарячого продукту з холодним повітрям (10-15 ° С), вологість продукту незначно збільшується (0,3 - 0,7%).

Камери оснащені перфорованими пластинами, які поділяють їх на дві частини. Продукт потрапляє у верхню частину, а в нижню вентиляторами нагнітається повітря. Форсунки для розпилення знежиреного молока розташовані у верхній частині агломераційної камери. Їх розташування таке, що вони зрошують повністю весь киплячий шар сухого молочного порошку. Щоб можна було регулювати рівень киплячого шару по висоті камери, є заслонка. Рідкі компоненти потрапляють в форсунки через дозатори.

З сушарки висушений матеріал потрапить на вібросито. Для його подальшого транспортування на фасовку застосовують ковшовий елеватор і скребковий транспортер. Пневмотранспорт на такій лінії з виробництва сухого молока використовувати не можна. У ньому частки сухої речовини досягають високих швидкостей при транспортуванні, а це призводить до руйнування структури агломератів та зниження змочуваності і швидкості розчинення порошку.

. Розрахунок. Матеріальний баланс

Зобразимо принципову схему розпилювальної сушарки, що складається із калорифера 1 для підігрівання повітря сушильної камери 2.

Рис. 1. Схема розпилювальної сушарки

Для складання матеріального балансу сушарки, введемо наступні позначення:- вологовміст повітря, кг/кг_с.п;- температура повітря, ˚С;

φ - відносна вологість повітря, %;

І - ентальпія повітря, кДж/кг_с.п;- витрата сухого повітря, кг/год;

ω₁ - масова частка вологи в матеріалі, % до загальної маси;

θ - температура матеріалу, ˚С;₁ і G₂ - витрати відповідно вологого та висушеного матеріалу, кг/год;- кількість видаленої вологи, кг/год.

Вихідні дані:

. Технологічний розрахунок

З рівняння теплового балансу справедливе відношення:

Знайдемо :

Продуктивність установки по випареній волозі:

Питомий вологовміст повітря розраховується за формулою:

,

Де 0,622 - відношення молярних мас водяної пари і повітря;

- тиск насиченої водяної пари при даній температурі, Па;

При  ;

- відносна вологість повітря,%;

В- барометричний тиск повітря, Па. В=99,1 кПа.

Ентальпія вологого повітря розраховується за формулою:

,

Де - теплоємність сухого повітря, кДж/кг*К

;температура вологого повітря,;питомий вологовміст повітря. г/кг;

,

Де - питома теплота пароутворення води, кДж/кг.;

- питома теплоємність водяної пари, кДж/кг*К. .

Питома теплоємність перегрітої пари вхідного повітря :

.

Тоді ентальпія вхідного повітря:

Питома теплоємність перегрітої пари нагрітого повітря становить:

.

Ентальпія відпрацьованого повітря для теоретичного прочосу сушки рівна теплоємності нагрітого повітря:

Відносна вологість повітря на вході в сушарку визначається з формули:

 (при t=150)

Питома теплоємність перегрітої пари відпрацьованого :

Вологовміст повітря на виході з сушарки розраховується за формулою:

Відносна вологість повітря на виході з сушарки визначається із формули:

, (при t=65)

Питома витрата абсолютно сухого повітря розраховується за формулою:

Загальна витрата абсолютно сухого повітря:

=l*W,

=30*131.22=3936.6 кг/год.

Об’ємна витрата вологого повітря розраховується за формулою:

=L* ,

Де - питомий об’єм вологого повітря на 1 кг абсолютно сухого, м/кг.

Питомий об’єм вологого повітря розраховується за формулою :