Характеристика технологического оборудования поточной линии производства сухого обезжиренного молока

   Сушку капель в сушильной башне можно разделить на два периода:

• период с постоянной скоростью сушки;
• период с уменьшением скорости сушки.

   Первый  период наблюдается в начале процесса сушки, когда количество теплоты, что  поступает к частице, расходуется  на испарение влаги, температура  частицы остается постоянной и равняется приблизительно 100 °С.

   Второй  период начинается после некоторого промежутка времени, когда количество теплоты, что поступает к частице, больше чем необходимо для выпаривания  влаги. В этот период температура  частицы начинает расти, что может привести к нежелательным физическим и химическим изменениям.

   Одним из способов повышения качества продукта и экономии энергоресурсов в процессе сушки является двухстадийная и трехстадийная сушка: первая стадия в распылительной сушилке, вторая и третья стадии — сушка в псевдокипящем слое на поверхности, которая непосредственно размещена в сушильной камере или вынесенная за ее пределы.

   Свойственным дополнительным процессом при высушивании распылением является агломерация (повторное смачивание и объединение мелких частиц в агрегате) молочных продуктов, что позволяет улучшить такие показатели, как растворимость, текучесть.

   По  способу распыления продукта сушилки  разделяют на дисковые и форсунковые. В дисковых распыление продукта происходит под действием центробежной силы, в форсунковых — в результате резкого перепада давления при выходе продукта из сопла или под действием воздуха. Очевидно, что более тонкое распыление означает более быстрое высушивание. Распределение капель по размеру должно быть максимально узким для обеспечения одинакового процесса высушивания, а следовательно одинаковой тепловой обработки.

   Распылительные  сушилки также классифицируют по способу подачи воздуха: прямоточные, противоточные, комбинируемые.

   До  реализации процесса сушки в сушильной установке ставят следующие требования:

• достаточное использование о3бъема сушильной камеры;
• минимальный уровень налипания порошка на стенках;
• высушенный продукт повторно не вступает в контакт с горячим воздухом;
• высушенный продукт должен быть выгружен из сушильной камеры за минимальный промежуток времени.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рисунок 6 Сушильное устройство RSM - 500(Чехия):

    1 - сушильная камера; 2 - дисковый распылитель; 3 - воздухораспределитель; 4 - вентилятор; 5 - дополнительный вентилятор; 6 - бункер-накопитель; 7 - циклоны; 8 - пневмотранспортная линия; 9 - вибролоток; 10 - вентилятор; 11 - вентилятор высокого давления; 12 - калорифер; 13 - шестеренчатый насос.

    Башня имеет внутренний диаметр 5,5 м, высоту 3 м при общей высоте 7,55 м. Внутренняя поверхность башни изготовлена из нержавеющей  стали. Из внешней поверхности башня покрыта изоляцией и облицовывает листовым алюминием. На внешней поверхности башни находятся молотки.

    При периодическом ударе молотка  по поверхности корпуса проходит стряхивание молока из поверхности. Это предотвращает налипание, а со временем образованию пригара, а также возможному самозагоранию.

    В центре башни размещенный распылитель. Частота вращения распылителя 200-250 c-1.

     Воздух  в сушилку подается нагнетательным вентилятором 11 через паровой калорифер 12. На выходе из калорифера температура воздуха составляет 180-200 °С и воздух подается в зону распределения, с направлением закрутки противоположным напрямую вращение диску, а соответственно движению частиц. Частицы теряют свою скорость и двигаются по спирали вниз башни. Вытяжной вентилятор отсасывает воздух из сушилки. Производительность вытяжного вентилятора несколько больше чем нагнетательного, вследствие этого в башне создается небольшое разжижение (возле 5 мм рт. ст.), это  вызывает замедление движения частиц и увеличивает их время пребывания в башне. Молочный порошок поступает в систему пневмотранспорту. В этот же пневмопровод поступает сухое молоко из батареи циклонов, и транспортируется воздухом, что подается вентилятором 10 непосредственно из цеха. В процессе транспортировки молоко охлаждается, а воздух с пневмосистемы поступает на циклоны.

     Установка А1—ОР2Ч (рис.7) служит для сушки перегонки и цельного молока и состоит из сушильной камеры 14, системы подачи продукта, нагретого воздуха 6, батареи циклонов 15, пневмотранспорту сухого продукта 23, насосного одновинтового устройства П8-ОНТ 7, гомогенизатора для молока К5-ОГА-1,2 9, распылителя молока Н7-ОРБ 13, теплового агрегата марки МИД-320, агрегата для фасования и упаковки сухих молочных продуктов.

     Установка прямоточного типа. Сушильная камера 14 состоит из сушильной башни цилиндровой формы, скребкового механизма, распылителя воздуха 12, шнека 2.

 

     

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 7 Установка А1-ОР2Ч: 1 — калорифер; 2 — шнек; 3 — дно камеры; 4 — воздушный фильтр; 5,16 — вентиляторы; 6 — нагреватель воздух; 7 — насосная одновинтовая установка; 8 — тепловой аппарат; 9 — гомогенизатор; 10 — бачок; 11 — талька электрическая; 12 — распределитель воздуха; 13 — распылитель молока; 14 — сушильная камера; 15 — батарея циклонов; 17 — швейная машина для зашивки бумажных мешков; 18 — ультразвуковое устройство для сварки полиэтиленовых вкладок; 19 — весовой автоматический дозатор; 20 — бункер; 20а — просеиватель; 21 — циклон-разгружатель; 22 — главный вентилятор; 23 — пневмотранспортна линия; 28 — молоко сгущенное; 29 — молоко сухое; 1п — вода; Зг — воздух горячий; Зх — воздух холодный; Зп — воздух пневмотранспортный; Зот — воздух отработанное; 26 — противопожарный трубопровод.

      Сгущенка проходит через гомогенизатор, поступает в промежуточный резервуар, откуда винтовым насосом 7 подается на распылительный диск. Частота вращения распылительного диска 200 с-1. Воздух поступает в сушильную башню нагретым до 160 °С, прямоточно с продуктом. Высушенное молоко скребковым механизмом подается в шнек 2 и транспортируется им в пневмотранспортную систему. Использование скребкового механизма позволяет уменьшить высоту камеры за счет конического дна. Транспортируя молоко, воздух его одновременно охлаждает. После циклона разгружателя 21 воздух поступает на вторую очистку в батарею циклонов 15. Молоко отводится периодически в пневмотранспортную магистраль. Производительность установки 500 кг выпаренной влаги в час. Напряжение объема сушильной башни по выпаренной влаге 5 кг/м3 час. Расходы пара на 1 кг выпаренной влаги составляют 0,3кг. Высота установки 12.5

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис. 8. Установка ОСВ-1: 1 — камера с  форсунками; 2 — гранулятор вибрационный ГВ-1/8,5; 3(1,2) — сушилка вибрационная конвективная СВ-1/8,2; 4, 11-элеватор ленточный ковшовый; 5 — сито вибрационное СВИ-0,9; 6-распределитель; 7, 10 — конвеер вибрационный; 8(1-3) — бункера с активатором; 9 — бункер; 10 — вибрационный конвеер; 14 — питатель — затвор вибрационный ПЭВ-0,3; 17 — резервуары Я1-ОСВ-6,3, Я1-ОСВ — 2,5; 18 — насос молочный центробежный; 19 — электронасосный агрегат (гомогенизатор); 8, 11, 15 — калориферы — вентиляторы — фильтры воздуха.

   Служит  для сушки цельного молока и перегонки. Сушка происходит в течение двух стадий. Первая стадия сушки, что характеризуется большой скоростью процесса, происходит в сушильной башне, друга, во время которой скорость процесса значительно снижается, — в вибрационной конвективной сушилке. Такая организация процесса сушки предотвращает грудкуванию молока при повышенной влажности с одновременным ее досушиванием. Сгущенку подают на форсунки, диспергируют и высушивают в камере 1 в потоке горячего воздуха. Полученный молочный порошок выгружается гранулятором 2 и поступает для конечной досушки и охлаждения в вибрационные конвективные сушилки 3, поэтому элеватором подается для классификации на вибрационное сито 5. Кондиционный порошок посредством конвееров через распределитель 6 попадает в бункера для временного сохранения, а дальше направляется на фасовку.

   В комплект сушильного устройства входит оборудование для мойки внутренних поверхностей камеры, циклонов и бункеров посредством гидромониторов, смонтированных на этих аппаратах. Предусмотренная подача к установке насыщенного пара в случае самозагорания молока.

   Производительность установки 900…1000 кг/год. Температура воздуха, что поступает в камеру, — 160…180 °С, на выходе из камеры — 95 °С. Розрідження в камере — 20…25 Па. 
 

 

    4. Инженерные расчеты

     Производительность  гомогенизатора равна подаче его насоса. Для плунжерных насосов подача зависит от диаметра плунжеров и величины хода, количества плунжеров и числа оборотов коленчатого вала. При заданных параметрах машины производительность V_сек ее можно рассчитать по формуле

     V_сек = м³/ сек, (4.1)

     где d-диаметр плунжера, м;

     S – ход плунжера, м;

     п – угловая скорость вращения коленчатого вала, об/сек;

     φ – объемный к. п. д. насоса (для молока = 0,85; для вязкого продукта значительно меньше);

     z – количество плунжеров.

     Мощность  N, необходимую для работы гомогенизатора, определяют по формуле для расчета мощности насосов

     N = Вт, (4.2)

     где р₀ – давление, развиваемое плунжерами гомогенизатора (давление перед клапаном), Н/м²;

     η – механический к. п. д. гомогенизатора (= 0,75).

     В результате затрат большого количества механической энергии, которая превращается в теплоту, при клапанной гомогенизации  заметно нагревается продукт. Повышение  температуры продукта в гомогенизаторе можно рассчитать по формуле

     ∆t = град, (4.3) 
 
 
 

     где N - потребная мощность, Вт;

     V_сек – объемная производительность гомогенизатора, м³/ceк;

     ρ – плотность продукта, кг/м³;

     С–массовая теплоемкость продукта, Дж/(кг∙ град).

     Высокое давление гомогенизации является причиной того, что клапанные гомогенизаторы поглощают много электроэнергии и отличаются большой металлоемкостью. Чтобы уменьшить расход энергии и облегчить конструкцию, за рубежом созданы гомогенизаторы «низкого» давления. Режим их работы позволяет получить эффект гомогенизации, достаточный при выработке цельного гомогенизированного молока.

     Пружина гомогенизирующей головки должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечить необходимое давление гомогенизации, зависящее от усилия Р, с которым пружина действует на клапан. Связь между этим усилием, параметрами пружины и возникающим в пружине наибольшим касательным напряжением τ_макс выражается формулой

     τ_макс = Н/м², (4.4)

     где Р – усилие, действующее на пружину, Н;

     D – средний диаметр витков пружины, м;

     d – диаметр проволоки, м;

     k – поправочный коэффициент.

     Поправочный коэффициент зависит от индекса  пружины

     С = . (4.5)

     Приближенно

     k = . (4.6)

     Пружина должна удовлетворять условию τ_макс ≤ [τ]_. Допускаемое напряжение на кручение [τ], которое зависит от механических свойств материала, колеблется в широких пределах (300 – 600 МН/м²).

     При расчете задаются индекм пружины  С_п = 4–5. Это дает возможность на основании формулы определить диаметр проволоки d: