Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с конструкциями сушилок

1. Ознакомиться с конструкциями сушилок.

2. Изучить устройство и работу конвективных, ленточных, туннельных, шахтных, барабанных, вальцовых, распылительных сушилок, вибросушилок и сушилок с псевдоожиженным слоем, сушильных установок различных конструкций.

3. Составить отчет.

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); 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. 127), представляют собой корпус с находящимися внутри вагонетками. На полках вагонеток помещается влажный материал. Теплоноситель нагнетается в сушилку вентилятором, нагревается в калорифере и проходит над поверхностью высушиваемого материала или пронизывает его снизу вверх. Часть отработанного воздуха смешивается со свежим. Эти сушилки периодического действия и работают при атмосферном давлении. Они применяются в малотоннажных производствах для сушки материалов при невысоких температурах в мягких условиях. Камерные сушилки имеют низкую производительность и отличаются неравномерностью сушки продукта.

Рис. 127. Камерная сушилка: 1 – корпус; 2 – вагонетки; 3 – калориферы; 4 – вентилятор; 5 – шибер

Туннельные сушилки (рис. 128) применяются для сушки сухарей, овощей, фруктов, макарон и других продуктов. Это сушилки непрерывного действия, они представляют собой удлиненный прямоугольный корпус, в котором по рельсам перемещаются тележки с высушиваемым материалом, расположенным на их полках. Причем время пребывания тележки в сушильной камере равняется продолжительности сушки. Последняя достигается за один проход тележки. Свежий воздух засасывается вентилятором и поступает, нагреваясь в калориферах, в, сушилку. Перемещение тележек происходит с помощью толкателя.

Рис. 128. Туннельная сушилка: 1 – самоотворяющиеся двери; 2 – газоход; 3 – вентилятор; 4 – калорифер; 5 – корпус; 6 – тележка с материалом

Горячий воздух взаимодействует в сушилке с материалом в прямотоке или в противотоке. В ряде случаев в туннельных сушилках можно осуществить рециркуляцию воздуха и его промежуточный подогрев в сушильной камере. Калориферы и вентиляторы могут устанавливаться на крышке сушилки, сбоку или в туннеле под ней. Отработанный воздух выбрасывается через газоход.

Ленточные многоярусные конвейерные сушилки (рис. 129) применяются для сушки макаронных изделий, сухарей, фруктов, Овощей, крахмала и др. Влажный материал загружается через верхний загрузочный бункер или боковой и поступает на верхний перфорированный ленточный конвейер, на котором перемещается вдоль сушильной камеры, и затем пересыпается на нижнерасположенный конвейер. С нижнего конвейера высушенный материал поступает в разгрузочный бункер или на приемный конвейер. Пересыпание материала с ленты способствует его перемешиванию, в результате увеличивается скорость сушки.

Для того чтобы материал направленно пересыпался с вышерасположенного конвейера на нижерасположенный, устанавливаются направляющие лотки. Воздух нагнетается вентилятором, проходит через калорифер и направляется в сушильную камеру, где пронизывает слой материала на каждой перфорированной ленте. Для его промежуточного подогрева под лентами каждого конвейера находится калорифер, выполненный из оребренных труб.

Ленточные сушилки бывают прямоточными и противоточными, могут изготавливаться с рециркуляцией воздуха. За счет промежуточного подогрева и рециркуляции воздуха в них достигаются мягкие условия сушки.

Рис. 129. Ленточная сушилка: 1 – корпус; 2 – ленточный конвейер; 3 – ведущие барабаны; 4 – ведомые барабаны; 5 – калориферы; 6 – бункер с загрузочным устройством

Рис. 130. Шахтная сушилка: 1 – бункер-холодильник; 2 – промежуточный бункер; 3 – механизмы подачи газа; 4 - калориферы; 5 – приемный бункер; 6 – шахта; 7 – трубы для подвода теплоносителя; 8 - холодильник-конденсатор; 9 – жалюзи; 10 – дозатор; 11 – холодильник.

Шахтные сушилки с движущимся слоем (рис. 130) применяются для сушки зерновых сыпучих материалов. По оси сушилки расположены трубы для подачи теплоносителя, оканчивающиеся жалюзи для равномерного распределения теплоносителя. Система подвода и циркуляции теплоносителя разделяет объем сушилки на две зоны. В первой используется теплота теплоносителя, выходящего из второй зоны. В первой зоне удаляется в основном поверхностная влага, во второй – внутренняя. Теплоноситель, поступающий во вторую зону, предварительно может подвергаться сушке в конденсаторе второй зоны. В верхней части сушилки оба потока объединяются и направляются механизмом подачи газа после подогрева в калорифере в первую зону сушилки. Выгрузка высушенного материала осуществляется непрерывно полочным дозатором.

Сушилки с пседвоожиженным слоем являются аппаратами непрерывного действия и применяются для удаления поверхностной и связанной влаги из мелкозернистых и зерновых материалов. Сушилки с псевдоожиженным слоем изготавливаются вертикальными и горизонтальными с одной или несколькими секциями. Схема односекционной сушилки представлена на рис. 131. Влажный материал непрерывно подается в сушилку. Теплоноситель, нагнетаемый вентилятором, нагревается в калорифере и поступает в сушилку под газораспределительную решетку. Сушка материала происходит в зоне, примыкающей к газораспределительной решетке. Высушенный материал удаляется из сушилки через патрубок. Отходящие из сушилки газы очищаются от пыли в циклоне и выбрасываются в атмосферу.

Рис. 131. Односекционная сушилка с псевдоожиженным слоем: 1 – вентилятор; 2 - калорифер; 3 – бункер; 4 – шнек; 5 – циклон; 6 – корпус; 7 – выгрузной патрубок; 8 – газораспределительная решетка; 9 – конвейер

Недостатком односекционных сушилок является неравномерность сушки материала. Для повышения равномерности сушки применяют многосекционные сушилки. Слой материала делится на ряд горизонтальных секций вертикальными перегородками или на вертикальные секции горизонтальными перфорированными перегородками.

Вибросушилки применяются для сушки плохоожижаемых материалов: влажных тонкодисперсных, полидисперсных, комкующихся и т. д., которых в промышленности большинство. Воздействие на слой дисперсного материала низкочастотных колебаний интенсифицирует в нем тепломассообменные процессы 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 (рис. 132), наклоненные под небольшим углом к горизонту. Привод сушилки состоит из маятникового двигателя – вибратора направленного действия с регулируемым дисбалансом.

Наибольшее практическое значение для проведения тепломасообменных процессов имеет виброаэропсевдосжиженный слой, образуемый одновременно потоком газа через слой и низкочастотной вибрацией.

Вибрационные сушилки применяются для сушки картофельной крупки на картофелеперерабатывающих заводах.

Барабанные сушилки применяются для сушки свекловичного жома, зернокартофельной барды, кукурузных ростков и мезги, зерна и сахара-песка. Сушка в них происходит при атмосферном давлении. Теплоноситель - воздух или топочные газы.

Рис. 132. Вибросушилка: 1 – амортизатор; 2 – пружина; 3 – выгрузной люк; 4 – вибратор; 5 – двигатель;.6 – газораспределительная решетка; 7 – желоб; 8 – смотровое окно

Барабанные сушилки (рис. 133) 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 материала в барабане происходит его высушивание при взаимодействии с теплоносителем (топочными газами), который поступает в барабан из топки.

Рис. 133. 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 перемещению материала и улучшает обтекание его сушильным агентом. Тип насадки выбирается в зависимости от свойств материала. Подъемно-лопастная насадка используется для сушки крупнокусковых и склонных к налипанию материалов. Для мелкокусковых, хорошо сыпучих материалов применяется распределительная насадка. Сушка тонкодисперсных материалов производится в барабанах, снабженных перевалочной (ячейковой) насадкой.

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. 134) предназначены для сушки жидких и пастообразных материалов: паст, кормовых дрожжей и др. 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 материал можно досушить гребковыми досушивателями.

Рис. 134. Вальцовая сушилка (а - вид спереди, б - вид сбоку): 1 – досушиватель; 2 – корпус; 3 – привод; 4 – ведущий валец; 5 – сифонная трубка; 6 – нож; 7 – ведомый валец

Распылительные сушилки предназначены для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов, в результате чего получаются сухое молоко, молочно-овощные концентраты, пищевые и кормовые дрожжи, яичный порошок и другие продукты.

Распылительная сушилка – это в большинстве случаев конически-цилиндрический аппарат, в котором происходит диспергирование материала в поток теплоносителя при помощи специальных диспергаторов, в качестве которых применяются центробежные распылители, пневматические и механические форсунки.

При непосредственном контакте теплоносителя (воздуха) с распыленным материалом почти мгновенно протекает тепломассообменный процесс. Продолжительность пребывания материала в сушилке не превышает 50 с. Достоинством распылительных сушилок является возможность использования теплоносителей с высокой температурой даже для сушки термолабильных материалов. Однако распылительные сушилки имеют сравнительно небольшой удельный отбор влаги (в пределах до 20 кг/м³), большой расход теплоносителя и, как следствие, значительную, материало- и энергоемкость.

При механическом методе распыления используются форсунки, которые жидкость подается при давлении 2,0 – 2,5 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.

Механические форсунки делятся на струйные и центробежные. Они в основном применяются для грубого и тонкого распыления раствора, характеризуются сложностью регулирования производительности, но просты по конструкции и имеют низкие энергозатраты при эксплуатации.

В пневматических форсунках распыление происходит скоростной струей газа или пара, подающейся под давлением 0,4 – 0,6 МПа.

Широкое распространение получило распыление центробежными дисками, вращающимися с частотой до 40000 мин^-1, в поток теплоносителя.

Выброс жидкости из диска, в котором она приобретает вращательное движение, происходит через каналы, образованные лопатками, или 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.

Существенными особенностями конструкции распылительных сушилок являются число и способ установки распылителей, места ввода и вывода теплоносителя. По схемам взаимодействия потоков теплоносителя и материала сушилки бывают прямоточные, противоточные 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 возможно отложение на нем продукта. Для предотвращения образования наростов в зону между потолками 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 используются 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. 135. 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, а затем выбрасывается в атмосферу или нагревается в теплообменнике и вновь поступает в распылительную сушилку. Отделенная в циклонах пыль может подаваться в сушилку с псевдоожиженным слоем.

Рис. 135. Схема двухступенчатой сушильной установки: 1 – насос; 2 – распылительная сушилка; 3 – теплообменник; 4 – ленточный фильтр; 5 – циклоны; 6 – сушилка с псевдоожиженным слоем

Рис. 136. Схема сушилки с разбрызгивающим диском: 1 – перемешивающее устройство; 2 – распределительный диск; 3 – калорифер; 4 –электродвигатель; 5 – загрузочный бункер; 6 – сушилка; 7 – вентилятор; 8 - циклон; 9 – шлюзовой дозатор

Сушильная установка, предназначенная для сушки пастообразных продуктов, например отфильтрованных осадков, показана на рис. 136. Влажный материал загружается в коническую часть сушилки шнековых дозаторов. Материал перемещается в конической части сушилки рамной мешалкой и попадает на разбрызгивающий диск, который отбрасывает его к стенкам. Горячий газ подается в нижнюю часть конуса под разбрызгивающий диск и через кольцевую щель, образуемую диском и корпусом, поступает в сушилку, образуя псевдоожиженный слой в ее конической части. По мере высыхания частицы материала выносятся из сушилки и улавливаются в циклоне. Разработаны схемы с замкнутым контуром для сушки материалов, окисляющихся кислородом воздуха, а также для сушки взрывоопасных материалов.

Сублимационные сушилки применяются для сушки ценных пищевых продуктов, когда необходимо сохранение их биологических свойств для длительного хранения, например мяса в замороженном состоянии, овощей, фруктов и др. Сублимационная сушка производится 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 и другом.

Рис. 137. Сублимационная сушилка: 1 – сушильная камера; 2 – плита; 3 – противень; 4 – конденсатор-вымораживатель

Сублимационная сушилка (рис. 137) состоит из сушильной камеры (сублиматора), в которой расположены пустотелые плиты, и конденсатора-вымораживателя. В плитах циркулирует горячая вода. Высушиваемый на противнях материал размещается на плитах. Противни имеют специальные бортики, обеспечивающие воздушную прослойку между ними и плитами. Теплота от плит к противням передается за счет радиации. Образовавшаяся при сушке паровоздушная смесь из сублиматора поступает в конденсатор-вымораживатель (кожухотрубчатый теплообменник), в межтрубчатом пространстве которого циркулирует хладагент – аммиак. Конденсатор-вымораживатель включается в циркуляционный контур с испарителем аммиачной холодильной установки и соединяется 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 вымораживание, другой размораживается для удаления льда.

Влага из материала удаляется 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. Во второй стадии – сублимации удаляется основная часть влаги, а на третьей – тепловой сушки – оставшаяся.

По энергоемкости сублимационная сушка приближается к сушке при атмосферном давлении.

Терморадиационная сушилка применяется, например, для термообработки зерновых материалов (фасоли, гороха, ячменя и др.). При сушке инфракрасными лучами теплота для испарения влаги обеспечивается термоизлучением. Генераторами теплоты 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 рис. 138 представлена схема радиационной сушилки с излучателями, обогреваемыми газом.

Рис. 138. Радиационная сушилка: 1 – конвейер; 2 – механизм подачи газа; 3 – газовые горелки; 4 – излучатель; 5 – выхлопная труба

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

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

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие конструкции контактных сушилок Вам известны?

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

3.Какие продукты сушат в распылительных сушилках? Почему в ряде случаев сушильные установки делают двухступенчатыми?

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

5.Какие специальные виды сушки Вам известны?

6.В каких случаях применяется сублимационная сушка? На чем она основана?