CC BY
369
УДК 664.8.047:536.24
Профессор И.Ю. Алексанян, доцент Ю.А. Максименко, аспирант О.Е. Губа, аспирант Ю.С. Феклунова (Астраханский гос. технич. ун-т) кафедра технологических машин и оборудования, тел. (8512)614-191 E-mail: [email protected]
Professor I.Yu. Aleksanyan, Associate Professor Yu.A. Maksimenco, Graduate Student O.E. Guba, Graduate Student Yu.S. Feklunova
(Astrakhan state technical university) chair of technological machines and equipment, tel. (8512)614-191 E-mail: [email protected]
Распылительная сушилка Spray dryer
Реферат. Распылительные сушильные установки широко применяются в пищевых технологиях для обезвоживания жидких и пастообразных биополимерных систем при производстве сухих дисперсных материалов, в частности, для сушки рыбных бульонов и гидролизатов, растительных экстрактов, плодоовощных концентратов, бактериальных препаратов, молока, яичных продуктов и др. Совершенствованию энергоемкой операции сушки уделяется значительное внимание, так как обезвоживание в большей степени определяет стоимость готового продукта и, кроме того, оказывает влияние на качественные показатели товарной продукции. Разработана рациональная конструкция установки для распылительной сушки жидких и пастообразных пищевых продуктов при производстве сухих дисперсных материалов. Конструкция распылительной сушильной установки позволяет осуществлять равномерную, по высоте сушильной камеры, подачу сушильного агента, увеличить время пребывания распыленных частиц продукта в камере и исключить контакт частиц продукта со стенками камеры. Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет увеличения интенсивности и качества процесса сушки. Расширяются перспективы использования сушильной техники для организации процессов комплексной переработки пищевого сырья.
Summary. Raspylitelny drying installations are widely applied in food technologies to dehydration of liquid and pastelike biopolymer systems by production of dry disperse materials, in particular, for drying offish broths and hydrolyzates, plant extracts, fruit and vegetable concentrates, bacterial preparations, milk, egg products, etc. The considerable attention as dehydration more determines the cost of a ready-made product is paid to improvement of power-intensive operation of drying and, besides, has impact on quality indicators of products. Developed by rational design of the installation for spray drying liquid and paste-like foodstuffs in the production of dry particulate materials. The design of the spray drying system allows uniform, the height of the drying chamber, the supply of the drying agent, to increase the residence time of the sprayed particles of the product in the chamber and to avoid contact of the product particles with the walls of the chamber. The positive effect of the proposed device is achieved by increasing the intensity and quality of the drying process.
(£> Алексанян И.Ю., Максименко Ю.А., Губа O.E., Феклунова Ю.С., 2015
Ключевые слова: тепломассообмен, сушка, техника и технологии сушки, распылительная сушка, тепломассоперенос.
Keywords: heat and mass transfer, drying technology drying, spray drying, heat and mass transfer.
Распылительные сушильные установки широко применяются в пищевых технологиях для обезвоживания жидких и пастообразных биополимерных систем при производстве сухих дисперсных материалов, в частности, для сушки рыбных бульонов и гидролизатов, растительных экстрактов, плодоовощных концентратов, бактериальных препаратов, молока, яичных продуктов и др.
Совершенствованию энергоемкой операции сушки уделяется значительное внимание, так как обезвоживание в большей степени определяет стоимость готового продукта и, кроме того, оказывает влияние на качественные показатели товарной продукции [1, 2]. Практический интерес представляют результаты исследований по разработке и внедрению рациональных конструкций распылительных сушилок, позволяющих реализовать на практике нестационарные аэродинамические режимы при сушке [3, 4, 5].
На основе анализа современного состояния техники и технологии сушки предложен рациональный метод распылительной сушки, позволяющий осуществлять равномерную, по высоте сушильной камеры, подачу сушильного агента, увеличить время пребывания распыленных частиц продукта в сушильной камере и исключить контакт частиц продукта со стенками сушильной камеры (рисунок).
А-А
В-В
г-г
II
Рисунок. Распылительная сушилка: 1 - узел выгрузки сухого продукта; 2 нижняя коническая часть сушильной камеры; 3 - система отсоса; 4 - цилиндрическая часть сушильной камеры; 5 - верхняя часть сушильной камеры; 6 - верхний патрубок ввода сушильного агента; 7 - распылитель; 8 - патрубок ввода сушильного агента; 9 - циклон; 10 - сборник сухого продукта; 11 - вертикальные прямоугольные перегородки; 12 - сушильная камера; 13 - крепления
Сушильная камера 12 составлена из трех составных частей: верхняя часть сушильной камеры 5 соединена с цилиндрической частью сушильной камеры 4, к которой присоединена нижняя коническая часть сушильной камеры 2. Верхняя часть сушильной камеры 5 оснащена верхним патрубком ввода сушильного агента 6 и распылителем 7. Цилиндрическая часть сушильной камеры 4 имеет патрубок ввода сушильного агента по касательной к окружности цилиндрической части сушильной камеры 8. К нижней конической части сушильной камеры 2 присоединен узел выгрузки сухого продукта 1. В полости нижней конической части сушильной камеры 2 установлена система отсоса 3, соединенная с циклоном 9 и сборником сухого продукта 10. В полости цилиндрической части 4 сушильной камеры установлены вертикальные прямоугольные перегородки 11 круговым массивом вокруг оси сушильной камеры с образованием одинаковых щелевых зазоров. Каждая перегородка 11 фиксируется с помощью верхнего и нижнего креплений 13 для придания жесткости конструкции.
Распылительная сушилка работает следующим образом. Продукт, подвергаемый сушке (поток I), диспергируется распылителем 7 в объем цилиндрической части 4 сушильной камеры 12. Ввод сушильного агента (потоки II) осуществляется по патрубкам 6 и 8, установленным в верхней части 5 и цилиндрической части 4 сушильной камеры 12. Благодаря вводу сушильного агента через патрубок 8 по касательной к окружности внутренней поверхности цилиндрической части 4 и наличию в ней вертикальных прямоугольных перегородок 11 осуществляется равномерная подача сушильного агента по высоте камеры между перегородками, при этом распыленные частицы продукта, увлекаемые потоками теплоносителя, начинают вращаться относительно оси камеры и совершают движения по нисходящей спиралевидной траектории.
Перегородки 11 установлены вертикально с образованием щелевых зазоров и выполнены одинаковыми по высоте с цилиндрической частью сушильной камеры 4 для равномерного подвода сушильного агента по всей траектории движения высушиваемого материала в зоне сушки и выравнивания температуры сушильного агента по высоте сушильной камеры, в результате чего достигается увеличение интенсивности процесса сушки.
Сушильный агент, проходя через пространство между перегородками 11, разделяется на несколько перекрещивающихся потоков, которые отталкивают распыленные частицы от поверхности перегородок и, следовательно, от стенок сушильной камеры. Перекрещивающиеся потоки сушильного агента компенсируют центробежную силу, действующую на частицы в процессе их спиралевидного движения. Таким образом, исключается контакт частиц продукта со стенками сушильной камеры и увеличивается интенсивность процесса сушки.
Распыленные частицы продукта при контакте с сушильным агентом высыхают и далее транспортируются потоком теплоносителя по системе отсоса 3 конической части 2 в циклон 9, где за счет возникающей центробежной силы происходит отделение отработавшего сушильного агента (поток IV) от сухого продукта (поток III), который накапливается в сборнике сухого продукта 10. Крупные частицы сухого продукта, не увлекаемые в систему отсоса 3, накапливаются в узле выгрузки 1 (поток III). Дополнительный ввод сушильного агента через патрубок 8 позволяет выровнять температуру сушки по высоте сушильной камеры и обусловливает более интенсивное обтекание частиц сушильным агентом, что значительно интенсифицирует процесс сушки.
Соотношение расходов сушильного агента, подводимого через патрубки, и количества перегородок зависит от ряда факторов: производительность установки, параметры факела распыла, время сушки, геометрические характеристики сушильной камеры и др.
Спиралевидная траектория движения частиц определяет большее время контакта продукта с сушильным агентом в камере по сравнению с традиционным прямолинейным движением вниз, что позволяет либо уменьшить высоту сушильной камеры при заданной производительности, либо увеличить интенсивность процесса и производительность установки.
Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет усовершенствования конструкции сушилки. Данное устройство позволяет увеличить интенсивность процесса сушки и повысить качество готового продукта.
Дальнейшее развитие получает проведение исследований по учету при проектировании сушильной техники кинетических закономерностей и комплекса свойств объектов сушки, в том числе термодинамических, структурно-механических и теп-лофизических. Кроме того, необходима разработка математических моделей [6] для оперативного управления процессом и качеством продукции, а также автоматизации работы сушильной установки [7].
Предложенный рациональный метод позволяет осуществлять равномерную, по высоте сушильной камеры, подачу сушильного агента, увеличить время пребывания распыленных частиц продукта в сушильной камере и исключить контакт частиц продукта со стенками сушильной камеры. Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет увеличения интенсивности и качества процесса сушки. Предложена принципиально новая схема организации процесса распылительной сушки и ее конструкторское решение для минимизации/устранения недостатков, присущих традиционным конструкциям, а также для расширения перспектив использования сушильной техники для организации процессов комплексной переработки пищевого сырья.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексанян, И.Ю. Распылительная сушка растительных экстрактов. Теория. Практика. Моделирование [Текст]: монография / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, O.A. Петровичев. - Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011. - 162 c.
2. Алексанян, И.Ю. Инновационные технологии переработки сырья растительного происхождения [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, A.M. Титова/ / Инновационные технологии АПК России - 2014: материалы II конференции в рамках Международного научно-технологического форума «Биоиндустрия - основа зеленой экономики, качества жизни и активного долголетия». - М., 2014.- С. 12-18.
3. Алексанян, И.Ю. Распылительная сушилка [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, O.E. Губа, Ю.С. Феклунова // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания. - 2015.- № 1(5).
- С. 61-66.
4. Губа, O.E. Разработка рациональных способов конвективной сушки для жидких продуктов [Текст] / O.E. Губа, Ю.А. Максименко, С.А. Терешонков // Пищевая промышленность.- 2010.- № 10. - С. 24 - 25.
5. Максименко, Ю.А. Сушильная установка для получения порошков из жидких продуктов [Текст] / Ю.А. Максименко, H.A. Подледнева, O.E. Губа // Вестник Астраханского государственного технического университета.- 2011.- № 2 (52).
- С. 41 - 44.
6. Максименко, Ю.А. Моделирование и совершенствование тепломассо-обменных процессов при конвективной сушке растительного сырья в диспергированном состоянии [Текст] / Ю.А. Максименко // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: управление, вычислительная техника и информатика.- 2013.- № 2 (Август). -С. 19 - 24.
7. Максименко, Ю.А. Автоматизация технологических процессов при пе-
реработке сырья растительного происхождения / Ю.А. Максименко, Э.П. Дяченко, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: управление, вычислительная техника и информа-тика.-2014.- № 3 (Июль).- С. 21 - 29.
REFERENCE
1. Aleksanyan, I.Yu. Spray drying of plant extracts. Theory. Practice. Modelling [Text] : monograph / I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, O.A. Petrovichev .
- Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing GmbH & Co.KG, 2011.
- 162 p.
2. Aleksanyan, I.Yu. Innovative technology for the processing of raw materials of plant origin [Text] / I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, L.M. Titova // Innovative technologies APK Russia - 2014: Materials II Conference of the International Science and Technology Forum «Bioindustry - the basis of the green economy, quality of life and active aging». - Moscow, 2014. - P. 12-18.
3. Aleksanyan, I.Yu. Spray Dryer [Text] / I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, O.E. Guba, Yu.S. Feklunova // Technology and food processing industry APK - healthy food.-2015.- № 1 (5).- P. 61-66.
4. Guba, O.E. The development of rational methods for convective drying liquid products [Text] / O.E. Guba, Yu.A. Maksimenko, S.A. Tereshonkov // Food industry. - 2010. - № 10. -P. 24-25.
5. Maksimenko, Yu.A. Dryer to obtain powders of liquid products [Text] / Yu.A. Maksimenko, N.A. Podledneva, O.E. Guba // Vestnik Astrakhan state technical university.- 2011.- № 2 (52).- P. 41-44.
6. Maksimenko, Yu.A. Modeling and improvement of heat and mass transfer processes in convective drying of vegetable raw materials in a dispersed state [Text] / Yu.A. Maksimenko / / Vestnik Astrakhan state technical university. Series: The Office, Computer Science and Informatics. - 2013.- № 2 (August). -P. 19-24.
7. Maksimenko, Yu.A. Process automation in the processing of raw materials of vegetable origin / Yu.A. Maksimenko, E.P. Dyachenko, Yu.S. Feklunova, E.R. Telichkina // Vestnik Astrakhan state technical university. Series: The Office, Computer Science and Informatics.-2014. - № 3 (July). - P. 21-29.
