Закономерность самовозгорания сухих молочных ……. продуктов

Самовозгорание зависит в основном от размеров и геометрической формы отложения молочного порошка в сушильной установке. Для самовозгорания наиболее опасны отложения в виде плоского слоя.

В своё время Годжелло (ЦНИИПО) и Кивенко (ВНИМИ) определили критические температуры самовозгорания для сухого цельного молока – 165 ºС, обезжиренного 180 ºС. Однако полученные критерии – константы не соответствовали научным представлениям современного уровня. Поэтому на практике встречались случаи самовозгорания при температурах ниже критических.

Самовозгорание материалов происходит за счет экзотермических реакций, которые протекают при любых температурах и ведут к нагреванию вещества (самовозгоранию), а это в свою очередь - к ускорению реакции.

Наряду с самовозгоранием происходит охлаждение тел, если они находятся в среде, имеющих температуру ниже, чем реагирующее вещество. Сущность теплового самовозгорания состоит в том, что при некоторых критических условиях скорость тепловыделения за счет экзотермических превращений больше скорости теплоотвода, что сопровождается произвольным повышением температуры реагирующего вещества вплоть до возгорания.

Сухое молоко, как и любое другое дисперсное органическое вещество, находясь в определенной среде самонагревается, за счет окисления, достигнув температуры окружающей среды оно параллельно самонагревания будет отдавать тепло в среду. Экспериментально было показано, что процесс самонагревания сухого молока описывается функцией Аррениуса. Было так же показано, что теплоотвод можно описать теплом охлаждения, введенным в науку академиком Кондратьевым.

В результате для описания критических условий самовозгорания была получена математическая зависимость

, (4.19)

Где Е - энергия активации реакции окисления, дж/моль;

R - газовая постоянная, дж/моль градαβ

T_o - критическая температура окружающей среды, в град Кельвина;

Z=SּN_o, (4.20)

Q - тепловой эффект реакции окисления, дж/моль;

C_p - теплоемкость при постоянном давлении, дж/кг град;

Z - редэкспонент, моль/м³ сек;

S - поверхность, м²;

N_o - число ударов молекул о единицу поверхности в единицу времени, моль/м² сек;

m - температура охлаждении, 1/ сек;

β - 2,9 коэффициент, учитывающий отношении скорости тепловыделение при Т в к скорости тепловыделения при Т_о;

ρ - плотность, кг/м³;

(4.21)

α - коэффициент теплоотдачи;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м. град;

Ѕ - поверхность, м²;

К- коэффициент формы, м²;

А - объём, м³;

Ψ - критерий неравномерности нагрева.

Левая часть уравнения описывает процесс тепловыделения, а правая часть – процесс охлаждения. Если левая часть будет больше правой, тот самовозгорание произойдет. Если же левая часть будет равна правой или меньше её, то самовозгорание не будет.

Это уравнение строго описывает критические условия самовозгорания. Однако в производстве им пользоваться сложно. Было проведено упрощение. В определенном интервале температур, как раз в том, при котором осуществляется сушка молока (100-180 °С), функция Аррениуса совпадает с функцией параболы. Это дало возможность упросить формулу для определения критической температуры окружающей среды.

T_o = Amⁿ , (4.22)

m и n – коэффициенты которые характеризуют кинетические параметры тепловыделения. Определив их экспериментально, получили формулу для сухого цельного молока.

To = 409 · m^0,059 (град·к) (4.23)

Химический состав и физические свойства сухого молока мало изменяются. Их можно принять постоянными. Постоянными можно принять и теплофизические константы связанные с охлаждением сухого молока, осевшего в распылительной башне. Это даёт возможность построить диаграмму безопасности. ПО диаграмме графически можно определить условия, при которых может произойти самовозгорание (рисунок 4.17).

Рисунок 4.17 – Диаграмма безопасности

По оси абсцисс отложена критическая толщина слоя сухого молока (в мм), а по оси ординат – критическая температура самовозгорания в (С). Кроме того, из начала координат до пересечения с первым графиком проведены прямые линии, показывающие время возгорания в часах. Эти прямые соответствуют полученной нами зависимости между критической температурой и временем самовозгорания сухого молока.

T_o = 175τ^-0,122 (4.24)

(4.21)

где t_o - критическая температура самовозгорания, ºС;

τ - время самовозгорания, (период индукции), час.

Пользуясь диаграммой, нетрудно оценить критические условия самовозгорания отложений сухого молока и тем самым предусмотреть меры безопасности во время работы распылительных сушилок.

Как видно из диаграммы, при температуре 160 ºС может самовозгораться слой сухого молока высотой 25 мм и более. Промежуток времени, через который произойдет загорание, равен двум часам. Если высота слоя осажденного продукта будет превышать 5 мм, то молоко не самовозгорится и при 190-200 ºС.

Отсюда следует, что при оценке пожарной безопасности работы распылительных сушилок нельзя руководствоваться "инициальной" температурой загораемости. Самовозгорание сухих молочных продуктов может привести не только к пожару, но и к взрыву, если молочный порошок находится во взвешенном состоянии. Основными факторами, способствующими возникновению взрыва молочного порошка, являются источник воспламенения, концентрация порошка в воздухе, содержание в воздухе кислорода.

Нижний концентрационный предел взрыва для различных сухих молочных продуктов колеблется от 6,3 до 8,85 г/м³. При эксплуатации сушильных установок взрывоопасные концентрации молочного порошка постоянно наблюдаются в пневмотранспортных линиях. В отдельных местах сушильных камер, в бункерах, в фильтрокамерах и циклонах.

Для предотвращения самовозгорания сухого цельного молока в сушильных башнях в целях взрывобезопасности следует ежедневно тщательно очищать от остатков сухого цельного молока сушильную башню, распылительной устройство, воздуховоды и т.д. Внимательно следить за состоянием масляной системы паровой турбины, не допуская просачивания масла и смешивания его с сухим цельным молоком. При наличии сухого цельного молока в башне запрещается подача горячего воздуха в сушильную башню без подачи продукта на распыление. При наличии технических возможностей рекомендуется принимать меры для удаления сухого цельного молока со стенок сушильной башни (обдув стенок) сжатым воздухом – "воздушная метла", механическая очистка щетками и другими устройствами.

Контрольные вопросы к главе 4

1. В каком ассортименте вырабатываются сухие молочные продукты?

2. В чем состоят теоретические основы сушки?

3. Какие способы и режимы сушки Вы знаете?

4. Дайте характеристику каждому известному способу сушки.

5. Какие требования предъявляют к сушилкам молочных продуктов?

6. Как влияют режим и способы сушки на структуру сухих молочных продуктов?

7. Какие требования предъявляются к органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям сухого цельного молока?

8. Из каких основных технологических операций состоит процесс производства сухого цельного молока?

9. Назовите особенности производства молока сухого "Смоленское".

10. В чем состоят теоретические основы и способы повышения растворимости сухого молока?

11. Какие Вы знаете способы производства быстрорастворимого молока?

12. Дайте характеристику особенностям сушки обезжиренного сухого молока.

13. Что такое "смеси сухие многокомпонентные" и технологический процесс их производства?

14. Какие компоненты немолочного происхождения используются в производстве смеси сухой молочной для взбивания?

15. Какой сухой молочный продукт предназначен для геродиетического питания?

16. В чем состоит процесс производства молока сухого "Особое"?

17. Какие сухие молочные продукты с растительными компонентами Вы знаете?

18. По какой технологии вырабатывается молоко сухое с солодовым экстрактом?

19. В чем состоят особенности производства пюре сухого молочного?

20. Сублимационная сушка кисломолочных продуктов, в чем её особенности?

21. Какие Вы знаете кисломолочные продукты сублимационной сушки?

22. Технологии сухих ЗЦМ для молодняка сельскохозяйственных животных?

23. Какие компоненты входят в рецептуры ЗЦМ?

24. Какие могут возникнуть пороки сухих молочных продуктов?

25. Дайте характеристику пороков сгущенного молока с сахаром и возможные причины их возникновения?