Процессы и аппараты. Распылительная сушилка

            Содержание______________-____1

          Введение__________________________________________________________2

      1 Состояние вопроса __________________________________________________3

1. Общие положения_________________________________________________3
2. Классификация сушильных аппаратов________________________________4
3. Виды конструкций сушилок_________________________________________5

      2 Технические описания работы установки_______________________________13

        2.1 Описание принципа работы технологической схемы___________________13

        2.2 Описание принципа работы проектируемого аппарата_________________14

      3 Технические расчёты проектируемого аппарата _________________________18

        3.1 Материальный расчёт проектируемого аппарата______________________18

        3.2 Тепловой расчёт проектируемого аппарата__________________________13

       3.3 Конструктивный расчёт проектируемого аппарата_____________________22

      4 Технические расчёты комплектующего оборудования____________________26

4.1 Тепловой расчёт комплектующего оборудования______________________26

4.1.1 Расчёт калорифера______________________________________________26

4.2 Конструктивный расчёт и подбор оборудования________________________26

4.2.1 Подбор калорифера_____________________________________________26

      5 Гидравлический расчёт установки_____________________________________28

5.1 Гидравлический расчёт продуктовой  линии__________________________28

5.1.1 Подбор пылеуловителя__________________________________________28

5.1.2 Расчет скруббера Вентури_______________________________________30

5.2 Подбор нагнетательного оборудования_____________________________31

     Заключение  ____________________________________________________-____37

      Список используемых источников ______________________________________38

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Разраб.

Мацкевич

Расчет распылительной сушилки

Лит

Лист

Листов

Пров. Разраб.

У

1

38

Консультт

УО «МГУП», ТРХЗ - 081

Н.контр.

1 Состояние вопроса

1.1 Общие положения

Сушка-это процесс удаления из материалов влаги, обеспечиваемый ее испарением и отводом образовавшихся паров. Сушка материалов и изделий  производится в зависимости от их назначении или последующей обработки. Для ряда материалов в результате сушки увеличивается прочность, долговечность, облегчается обработка, улучшаются теплоизоляционные свойства и т.д.

Различают сушку естественную (на открытом воздухе) и искусственную (в сушилках). При естественной сушке  материал можно высушить только до влажности, близкой к равновесной. Преимущество искусственной сушки состоит в ее малой продолжительности и возможности регулирования конечной влажности материала. Аппараты, в которых осуществляют сушку, называют сушилками. По способу сообщения тепла различают конвективные, контактные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные сушилки. Дисперсные материалы, к которым относятся зернистые, порошкообразные, гранулированные, дробленные твердые, а также диспергированные жидкие и пастообразные продукты, в химической технологии высушивают, главным образом, конвективным способом.

В конвективных сушилках тепло  процесса несет газообразный сушильный  агент (нагретый воздух, топочные газы или смесь их с воздухом), непосредственно  соприкасающийся с поверхностью материала. Пары влаги уносятся тем  же сушильным агентом. В сушилках многих типов со взвешенным слоем  высушиваемого материала сушильный  агент служит не только тепло- и влагоносителем, но и транспортирующей средой для дисперсного материала.

Если соприкосновение  высушиваемого материала с кислородом воздуха недопустимо или если пары удаляемой влаги взрыво- или огнеопасны, сушильным агентом служат инертные к высушиваемому материалу газы: азот, диоксид углерода, гелий и другие инертные газы или перегретый водяной пар.

Скорость процесса сушки  влажного материала нагретым воздухом зависит от интенсивности внешнего и внутреннего тепло- и массообмена, т.к. от этих процессов зависит количество влаги, подведенной к поверхности испарения.

В простейшем виде процесс  сушки осуществляется таким образом, что сушильный агент, нагретый до предельно допустимой для высушиваемого  материала температуры, используется в сушильном аппарате однократно. Этот процесс называется основным. Снижение температуры термолабильных материалов обеспечивается созданием  дополнительной поверхности нагрева  внутри сушильной камеры или нагреванием  воздуха по ходу процесса за счет тепла, полностью вносимого в сушильную  камеру. В процессе сушки во влажном  материале происходит перенос влаги, как в виде жидкости, так и в  виде пара.

Изучение закономерностей  переноса влаги и теплоты может  идти двумя путями:

-на основе молекулярно-кинетического  метода, т.е. изучения микроскопической  картины происходящих при этом  процессов и осмысливания физической  сущности отдельных составляющих  сложного явления.

-на основе понятий  термодинамики процесса. Изучает  макроскопические свойства тел  и системы тел и процессы  их взаимодействия, не интересуясь  поведением отдельных молекул.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

3

Из

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2 Технические описания работы установки

2.1 Описание принципа работы технологической схемы

Технологическая схема установки представлена на рисунке 6.

Разрабатываемая распылительная сушилка содержит следующие элементы: чан для дрожжевой суспензии, центробежный насос, сушильную камеру с распылительным диском, калорифера с фильтром, линии пневмотранспорта,  вихревого пылеуловитель ВЗП, скруббера Вентури.

Дрожжевая суспензия подаётся по трубопроводу центробежными  мембранными  насосами в сушилку, где при помощи центробежного распылительного  диска  распыляется на дисперсные капли и выбрасывается в корпус сушильной камеры.     Диск вращается с помощью электродвигателя. Подача суспензии контролируется с помощью регулирующего клапана.

Воздух очищается от взвешенных в нем частиц и микроорганизмов  с помощью фильтра воздуха. Затем  очищенный воздух нагнетается вентилятором в калорифер. Температура воздуха на вход в калорифер 13°С, где нагревается до 91°С. Горячий воздух подается в сушильную камеру. Внутри камеры он движется противотоком потоку суспензии и омывает капли распыленной жидкости. Благодаря большой поверхности контакта капель с горячим воздухом, влага практически мгновенно испаряется, а воздух охлаждается до температуры 66^оС.

Сушильный агент (воздух) подается центробежным вентилятором в сушильную  камеру, высушивание суспензии осуществляется в течение примерно 15-30 секунд.

Сухая частичка под действием  силы тяжести опадает на дно камеры и попадает через разгрузочный люк  на линию пневмотранспорта. Двигаясь по пневмотранспорту сухой продукт перемещается в потоке отработанного теплоносителя Пылеуловитель ВЗП обеспечивает улавливание высушенного продукта  размер частичек которого не

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

13

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

менее 150 мкм, аппарат  работает по принципу центробежной сепарации  частиц из газовой среды. Эффективность  пылеуловителя - 96-99%. Уловленные частички сухих

дрожжей выводится через  шлюз, и подаются по пневмотранспорту в специальный

бункер.

Очищенный воздух далее подается на доочистку в скруббер Вентури,  обеспечивающий улавливание частичек размером от 2 мкм до 100 мкм. Скруббер Вентури состоит из трёх секций: сужающейся секции, небольшой горловины, и расширяющейся секции. Входящий поток газа поступает в сужающуюся секцию, и по мере того, как площадь  поперечного сечения потока уменьшается, скорость газа увеличивается (согласно Уравнению Бернулли). В то же время, сбоку по патрубкам в сужающуюся секцию (или в горловину) поступает  жидкость. Поскольку газ вынужден двигаться с очень большими скоростями в небольшой горловине, то здесь  наблюдается большая турбулентность потока газа. Эта турбулентность разбивает  поток жидкости на очень большое  количество очень мелких капель. Пыль, содержащаяся в газе, оседает на поверхности этих капель. Покидая  горловину, газ, перемешанный с облаком  мелких капель жидкости, переходит  в расширяющуюся секцию, где скорость газа уменьшается, турбулентность снижается, и капли собираются в более крупные. На выходе из скруббера капли жидкости с адсорбированными на них частицами отделяются от потока газа. Жидкость с уловленными частичками поступает в специальный сборник. Очищенный воздух выпускается в атмосферу.

2.2 Описание принципа работы  проектируемого аппарата

Данная сушилка является противоточной. Камера проектируемого аппарата представляет собой цилиндр  с коническим дном. Общий вид аппарата представлен на рисунке 7. Для наблюдения за процессом сушки и работой диска в стенах сушильной камеры имеются люки со смотровыми окнами и устройства для освещения рабочего пространства. Через смотровые люки также возможно следить за степенью загрязнённости камеры продуктами сушки. Снизу камеры располагается труба для подачи сушильного агента, труба имеет насадку, которая используется для тангецианального ввода воздуха в сушильную камеру (рисунок 8). Это проводится для того чтобы закрутить поток газа по направлению вращения диска и тем самым уменьшить возмущение при встрече его с факелом распыла. Так же с помощью завихривающей головки можно регулировать направление потока газа, поток газа расширяется и снижается возможность «прострела» факела распыла.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

14

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

15

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

  Рисунок 8 - Насадка для ввода воздуха          Рисунок 9 - Диск для распыления суспензий

      1 - поворотные  жалюзи, 2 – корпус.                     1 – крышка, 2 – винт, 3 – корпус

Распыление осуществляется центробежным распылительным диском (рисунок 9), который приводится в действие приводом с электродвигателем. Привод расположен в специальном защитном кожухе. Дрожжевая суспензия под давлением по специальной питательной трубке подаётся на распределитель, обеспечивающий равномерное распределение суспензии на диске. Равномерная во времени подача раствора на диск имеет большое значение.  Диск насажен на конец приводного вала и получает от него вращательное движение. Суспензия под действием центробежных сил диспергируется на мелкодисперсные капли и выбрасывается в корпус сушильной камеры. Распыление центробежными дисками имеет большие преимущества перед другими способами, так как позволяет распылять жидкости с высокой вязкостью, регулировать производительность в пределах  ±25% без существенного изменения факела распыления; диски надежны в работе. Недостатками центробежного распыления являются сравнительно высокая стоимость распылительного механизма и его сложная конструкция. Из-за широкого факела распыления, лежащего в горизонтальной плоскости, требуется большой диаметр сушильной камеры и соответственно большая площадь помещения. Высушивание суспензии осуществляется в течение примерно 15-30 секунд. В условиях почти мгновенной сушки температура поверхности частиц материала, несмотря на высокую температуру сушильного агента, лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. Таким образом, достигается быстрая сушка в мягких температурных условиях, позволяющих получить качественный порошкообразный продукт, хорошо растворимый и не требующий дальнейшего измельчения.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

16

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Сушильный агент движется снизу вверх, а диспергированная суспензия – сверху вниз. Такое  движение потоков достигается при  условии достаточно грубого распыла, обеспечивающего получение частиц, скорость витания которых превышает  скорость газа. Противоток применяется  при необходимости глубокой сушки  материалов с трудноудаляемой влагой.

Крупные сухие частички под  действием силы тяжести опадает  на дно камеры и попадает через  разгрузочный люк на линию пневмотранспорта. Дрожжевые частички двигается совместно  с отработанным воздухом, и выходят  из сушильной камеры через специальный  шлюз, и перемешается по линии пневмотранспорта к системе пылеуловителей. Характер движения потоков диспергированного  материала достаточно сложен.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

17

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

3 Технические расчёты  проектируемого аппарата

3.1 Материальный расчёт  проектируемого аппарата

Исходные данные:

Продукт                                                                                      дрожжевая суспензия

Производительность по исходному  продукту,                                         2000кг/ч

Влажность продукта:

Начальная, %                                                                                                    67%

Конечная, %                                                                                                         5%

Температура греющего агента:

На входе в сушилку,                                                                                      91

На выходе из сушилки,                                                                                 66

Температура греющего пара                                                                          165

Температура окружающей среды                                                                     13

Относительная влажность  воздуха,                                                               73%

Из уравнения материального  баланса сушильной установки  определим расход влаги W,  кг/ч, удаляемый из высушиваемого материала:

Отсюда найдем

Количество удаляемой  влаги                                                           

где - количество удаляемой влаги, кг/ч;

 – начальная влажность продукта, %;

- конечная влажность продукта, %;

 – количество влажного материала, кг/ч;

- количество  сухого материала, кг/ч.

Начальное состояние воздуха  можно определить по диаграмме Рамзина, а так же можно вычислить аналитически.

Определение основных параметров влажного воздуха

К основным параметрам влажного воздуха относятся

1. температура
2. относительная влажность воздуха
3. удельное влагосодержание x, кг/кг
4. энтальпия , кДж/кг

Температура и относительная  влажность воздуха на входе в калорифер

1. температура
2. относительная влажность

Для определения расхода  воздуха и теплоты на сушку  производим построение сушильного процесса на I-d диаграмме Рамзина рисунок 10.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

18

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

По состоянию наружного  воздуха  находим точку A, по следующим параметрам и , и соответствующие ей теплосодержание и влагосодержание . Нагревание воздуха в калорифере происходит при постоянном влагосодержании до температуры(точка B, с температурой ). По температуре воздуха на выходе из сушилки находим точку окончания теоретического сушильного процесса. В теоретической сушилке процесс сушки происходит по линии постоянной энтальпии . По диаграмме находим влагосодержание греющего агента при выходе из сушилки с температурой .

Рисунок 10 – h-d диаграмма воздуха

В действительной сушилке  процесс происходит по линии постоянной энтальпии , конечное влагосодержание воздуха будет ниже. Его значение находим следующим образом.

Вначале определим основные параметры влажного воздуха.

Удельное влагосодержание  воздуха , кг/кг определим по формуле

где 0,622 – отношение мольных масс водяного пара и воздуха;

 – давление  насыщенного водяного пара при  данной температуре воздуха, Па;

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

19

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

 при ; - относительная влажность воздуха, % ;

 – барометрическое  давление воздуха, Па. Принимаем  745 мм рт. ст. = 99308 Па.

Удельное влагосодержание воздуха на входе в калорифер

Т.к. подогрев воздуха в  калорифере происходит при неизменном влагосодержании воздуха, то удельное влагосодержание воздуха на входе  в калорифер тоже, что и на входе  в сушилку:

Энтальпия влажного воздуха , кДж/кг, представляет сумму энтальпий сухого воздуха и водяного пара, приходящегося на 1кг сухого воздуха

где – средняя удельная теплоемкость сухого воздуха, (при   ;

  – температура влажного воздуха, ;

 – удельное влагосодержание воздуха, кг/кг с.в.;

 – удельная  энтальпия перегретого пара, кДж/кг,

Рассчитаем удельную энтальпию перегретого пара, кДж/кг

где  – удельная теплота парообразования воды, (при 0 =2493кДж/кг),;

 – средняя  удельная теплоемкость водяного  пара, = 1,842 кДж/(кг*К).

Энтальпия воздуха на входе в калорифер

Энтальпия воздуха на выходе из калорифера (на входе в сушилку)

Значение действительной сушки находим из уравнения

где – энтальпия действительного процесса сушки, кДж/кг;

- энтальпия теоретического  процесса сушки, кДж/кг;

- тепловые потери;

 – произвольное значение влагосодержание воздуха, кг/кг;

- влагосодержание воздуха на входе в калорифер, кг/кг.

Рассчитаем тепловые потери

где – потери теплоты на нагрев материала кДж/кг;

  – потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг;

  – температура дрожжей при входе,;

  – теплоемкость воды при температуре материала 18,                              

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

20

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Рассчитаем  потери теплоты на нагрев материала, кДж/кг

где  – теплоемкость высушенного материала кДж/кгК, ,;

, – температура материала начальная и конечная;

- количество удаляемой влаги, кг/ч;

- количество  сухого материала, кг.

Примем, что температура  дрожжевой суспензии на входе  в сушилку 18, температура сухих дрожжей на выходе из сушилки 61, на 5 меньше температуры выходящего воздуха.

Примем удельную потерю теплоты  в размере 5,5% от расхода теплоты на нагревание влаги

Определим - удельный расход теплоты в теоретической сушилке,

Рассчитаем  потери теплоты в окружающую среду, кДж/кг,

Отсюда, рассчитаем

Задаемся  и находим

Определяем точку D со следующими параметрами и , и проводим прямую линию BD до пересечения с изотермой , получаем точку C для которой находим

Найдем удельный расход сухого воздуха

 
где влагосодержание поступающего и выходящего воздуха.

Найдем  расход сухого воздуха в сушилке, кг/с

Рассчитаем объёмный расход влажного воздуха , по формуле

где – удельный объём влажного воздуха, приходящийся на 1кг абсолютно сухого воздуха, ;

- расход сухого воздуха  в сушилке, кг/ч.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

21

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Найдем удельный объём  влажного воздуха ,, по формуле

где  – газовая постоянная; для воздуха Дж/(кгК),

 – абсолютная температура  воздуха, К,

 – давление  насыщенного водяного пара при  данной температуре воздуха, Па, при ,

- барометрическое давление  воздуха, Па. Принимаем 745 мм рт. ст.= 99308 Па,

- относительная влажность воздуха, %.

Тогда объёмный расход влажного воздуха

,

Определим весовую концентрацию материала в воздухе ,

где - количество сухого материала, кг/ч;

 - расход сухого воздуха  в сушилке, кг/ч

3.2 Тепловой расчёт проектируемого аппарата

Определим удельный расход тепла в сушилке , кДж/кг

Определим количество тепла, передаваемого воздуху в калорифере, , кДж/кг

Общий расход теплоты составит

3.3 Конструктивный расчёт проектируемого аппарата

Целью расчета является определение  диаметра сушильной камеры и ее рабочего объема.

Объем камеры определяю из формулы

где  – напряжение объёма сушильной камеры кг/(м³час);

 – объём  сушильной камеры ;

- количество удаляемой  влаги кг/ч.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

22

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Отсюда выразим , , объём сушильной камеры

где  – напряжение объёма сушильной камеры находим из графика зависимости от (по ГОСТ 18906-80).

где – температура агента перед сушкой, ,

температура сушильного агента после сушки, ,

температура мокрого  термометра, (принимаем приближенно, что вся влага испаряется при определяем по I-d диаграмме).

Тогда определяем , отсюда найдем  объём сушильной камеры,

Габаритные размеры сушильной  камеры рассчитывают исходя из соотношения

где  высота камеры, м;

 диаметр камеры, м.

Для сушильных установок  с дисковым распылением принимают ; принимаем.

Исходя из этого, диаметр  определяю по формуле

Диаметр сушильной камеры проверяем по длине струи распыла , м, который определяем по формуле

где  - диаметр капли, м;

- средняя плотность распылённого материала, кг/;

- плотность воздуха, при 91, кг/;

- начальная скорость  полета капли, принимаем равной  угловой скорости распылительного диска, м/с;

- конечная скорость  полета капли, м/с, рекомендуется принимать равной 0,4 м/с;

- коэффициент сопротивления среды, 1.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

23

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Распыление производится центробежным диском ЦЭЛ22-25-5К-01-У3 со следующими параметрами  таблица 1

Таблица 1 – характеристика центробежного диска

Рассчитаем  , кг/, среднюю плотность распылённого материала по формуле

где , – плотность материала в начале и конце процесса, кг/;

;

Плотность воздуха

где - температура воздуха на входе в сушилку ;

- абсолютная температура,  К.

Определим диаметр капли по формуле

где  - частота вращения диска, об/мин;

- удельный вес  суспензии, 10709,81 н/;

- радиус диска, 0,185 м;

- поверхностное натяжение суспензии по воде, .

Определяем  факел распыла , м

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

24

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Обычно диаметр камеры принимают равным , принимаем

Тогда диаметр сушильной  камеры  , м

Следовательно, рассчитанный  диаметр камеры удовлетворяет требованиям.

Принимаем

Рабочая высота сушильной  камеры равна

где диаметр камеры, м;

 – объём  сушильной камеры ;

Отношение высоты цилиндрической части сушильной камеры к ее общей  высоте составляет отсюда находим высоту цилиндрической части сушильной камеры

Тогда высота конусной части  сушильной камеры

Определим скорость воздуха  в сушильной камере, м/с

где - диаметр камеры, м;

- объёмный расход влажного воздуха.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

25

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

4 Технические расчёты комплектующего оборудования

4.1 Тепловой расчёт комплектующего оборудования

4.1.1 Расчёт калорифера

Рассчитаем расход греющего пара

где - паросодержание греющего пара;

 – удельная теплота  парообразования пара при 165,  ; ;

  - расход теплоты в калорифере, кДж/кг.

Удельный расход греющего пара , кг/кг

4.2  Конструктивный расчёт и подбор оборудования

4.2.1 Подбор калорифера

Для подогрева воздуха, поступающего в сушилки, применяют паровой калорифер, используют пластинчатые и оребренные калориферы. Выбираем паровой калорифер КПСк-4-12 характеристики, которого приведены в таблице 2 [9].

Таблица 2 – характеристика калорифера

Находим необходимую поверхность  нагрева , можно высчитать по формуле

где – количество теплоты сообщаемое воздуху, ;

- средняя разность  температур, ;

  – коэффициент теплопередачи, Вт/(К).

Найдем среднюю разность греющего температур пара и сушильного  агента (воздуха) , ,

165        13

91            165

74           152

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

26

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Найдем скорость движения воздуха в калорифере,,  м/с;

где - объёмный расход влажного воздуха;

  – площадь живого сечения для прохода воздуха, ,.

Определяем коэффициент теплопередачи для пластинчатых калориферов, Вт/(К),  по формуле

где – скорость движения воздуха в калорифере, м/с;

 – коэффициенты,  ;

 – плотность воздуха  при 13, рассчитывается по ;

Вт/(К),

Тогда необходимая площадь  нагрева 

Количество установленных  калориферов определяем по формуле

где  – площадь поверхности нагрева калорифера, ;

Для нагрева воздуха до необходимой температуры в 91 применяют четыре калорифера КПСк-4-12, которые устанавливаются в ряд параллельно. Схема подключения калориферов представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Схема подключения калориферов.

Сопротивление калорифера

Общее сопротивление калориферной батареи

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

27

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

5 Гидравлический расчёт установки

5.1 Гидравлический расчёт  продуктовой линии

5.1.1 Подбор пылеуловителя

Пылеуловитель подбирается  исходя из объёмного расхода воздуха , и диаметра пылеуловителя , а так же величина частиц пыли ;

По условию задания  рассчитаем пылеуловитель ВЗП, (рисунок 12).

Примем для расчёта  пылеуловитель ВЗП- М-1300 [9] таблица 3

Таблица 3 - характеристика пылеуловителя

Диаметр аппарата ; эффективность пылеочистки = 98-99%

Оптимальная скорость пылеулавливания в аппарате ;

Оптимальная кратность расходов первичного и вторичного потоков  – 0,69, согласно [10,стр164] коэффициент гидравлического сопротивления  ;

Количество очищаемого воздуха  

Плотность воздуха при , рассчитаем по (27)

Необходимая площадь сечения  пылеуловителя , ,

где  - оптимальная скорость в аппарате, м/с,

Пылеуловители объединяются в группу. Площадь сечения одного пылеуловителя

где  - диаметр пылеуловителя, м,

Число пылеуловителей, ,

где  - секундный расход газа подлежащего очистке, ;

 – объем  газа проходящий через один пылеуловитель, ;

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

28

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Объем газа проходящий через один пылеуловитель,

Количество пылеуловителей примем равном 8

Определим действительную скорость газа в пылеуловителе, , м/с,

где  - число элементов;

 - диаметр пылеуловителя, м;

Гидравлическое сопротивление  пылеуловителя 

где  – коэффициент гидравлического сопротивления;

 – плотность воздуха при , ;

- скорость газа в пылеуловителе, м/с;

Общее сопротивление группы циклонов

Рисунок 12 – Схема пылеуловителя ВЗП.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

29

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

5.1.2 Расчет скруббера Вентури

Скрубберы Вентури используются в качестве второй ступени пылеулавливания  на установках с большим расходом запыленного газа.

Расход воды, кг/с, подаваемой в трубу Вентури, находится из уравнения теплового баланса:

где  – массовый расход газа, кг/с;

 – теплоемкость  газа, , 1,01 ;

- теплоемкость  воды, , 4,18 ;

 – температура  газа, поступающего в скруббер  Вентури, на выходе из него

;

- температура  воды на выходе из скруббера  Вентури и на входе в него. Температура выходящей воды не  должна превышать 40-45, ;

Определим диаметр горловины  скруббера , м, принимаем скорость движения газа в горловине ,равной 100м/с, тогда диаметр горловины

где  - объёмный расход воздуха, ;

  – скорость движения газа в горловине,  м/с;

Принимаем диаметр, горловины равным 1,15м тогда действительная скорость газа , м/с, в горловине равна

Длину горловины примем равной 0,15, т.е. 0,1725м. скруббер выбираем исходя из высчитанного диаметра (таблица 4).

Таблица 4 - характеристика скруббера

Определяем общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури по формуле

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

30

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

 Гидравлическое сопротивление трубы Вентури без орошения,, Па,

где  – скорость газа в горловине, м/с;

 – плотность  газа пи выходе из трубы  рассчитана по (27), ;

 – коэффициент  гидравлического сопротивления,;

Гидравлическое сопротивление  трубы Вентури, обусловленное вводом жидкости, Па,

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

 – скорость  газа в горловине, м/с;

 – плотность  жидкости, ;

– плотность орошения, , [11];

Коэффициент гидравлического сопротивления вычислим по формуле

где - коэффициент гидравлического сопротивления;

 – скорость  газа в горловине, м/с;

- скорость жидкости, м/с, ;

 – плотность  жидкости, , ;

 – плотность газа, ;

= 13,4, [11,табл. 6.11];

Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури

.

5.2 Подбор нагнетательного  оборудования

Необходимый вентилятор для  работы установки подбирают исходя из объёмного расхода воздуха , и необходимого давления .

Для того что бы рассчитать необходимое давление разобьём участок движения воздуха на несколько участков. Первый участок - от калориферов до сушильной камеры длина трубопровода 15 м, температура воздуха на первом участке 91, второй участок от сушильной башни до пылеуловителей длина участка 25 м, температура воздуха на втором участке 66. Третий участок: пылеуловитель, скруббер, длина участка 5 м, температура воздуха .

Рассчитаем гидравлическое сопротивление на первом и втором участке трубопровода. Давление , Па, создаваемое вентилятором, складывается из скоростного перепада давлений и статического сопротивления сушильной установки.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

31

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

где - скоростной перепад давлений, Па;

- статическое  сопротивление, Па;

Скоростной перепад давлений , Па, высчитаем по формуле

где  – скорость воздуха в сушильной камере, м/с;

 – плотность воздуха  при температуре сушки , , по (27)

Статическое сопротивление можно рассчитать по формуле

где – сопротивления трения воздуха о стенки трубопроводов, Па;

 – сумма местных сопротивлений, Па;

 – сопротивление сушильной камеры, Па;

 – сопротивление калорифера, Па;

 – сопротивление  пылеулавливателей, Па;

Рассчитаем  сопротивления трения воздуха о стенки трубопроводов, Па.

Для трубопровода примем скорость движения воздуха в трубе . Тогда диаметр , м, трубопровода определим по формуле

где  - скорость движения воздуха в трубе, м/с;

 – расход воздуха, ;

Выбираем стальную трубу  ВГП 142015,7-ст17г1с наружным диаметром 1420мм, внутренний диаметр 1400мм, по ГОСТ 10706, тогда скорость воздуха

Сопротивления трения воздуха о стенки трубопроводов,,Па, высчитаем по формуле

где – коэффициент сопротивления;

 – длина труб, м; – диаметр труб, м;

Коэффициент сопротивления, определим по [1,рис. 1.5], для этого рассчитаем степень шероховатости , и число равна

где – диаметр, м;

 – средняя высота  шероховатости на внутренней  поверхности трубы, м,, [1,табл.12];

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

32

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Вычислим число ,

где – вязкость воздуха, , [1,табл.5];

 – плотность воздуха  при температуре сушки , , по (27)

Исходя из полученных данных , и определим коэффициент сопротивления. ;

Сопротивления трения воздуха  о стенки трубопроводов до сушильной башни,,Па равно

Сопротивления трения воздуха  о стенки трубопроводов от сушильной башни, до группы пылеуловителей, Па равно , по (27), ,

Тогда для двух участков равно

Определим   сопротивление обусловленное суммой местных сопротивлений, , Па, по формуле

где  – сумма местных сопротивлений;

 – скорость  движения воздуха;

 – плотность воздуха;

Высчитаем для первого участка. Сумма местных сопротивлений можно определить по формуле

где  - сопротивление вентиля, ;

 – сопротивление  отвода, ;

 – сопротивление  отвода,

 – сопротивление  на входе воздуха, , [1,табл.13];

Тогда сумма местных сопротивлений, , Па равно

Высчитаем для второго участка. Сумма местных сопротивлений составит

где - сопротивление задвижки, ; – сопротивление отвода, ;

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

33

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Тогда для второго участка

Отсюда сумма местных сопротивлений, , Па, для двух участков равна

Примем сопротивление сушильной камеры, ,Па равной 1000Па, согласно [2,стр.113];

Тогда статическое сопротивление по (57) будет равно

Примем что не учтённые потери давления составят 20% тогда  составит

Общее гидравлическое сопротивление  для двух участков составит по (55)

Исходя из объёмного расхода воздуха , и необходимого давления , подбираем согласно [12] центробежный вентилятор, заданным условиям удовлетворяет центробежный вентилятор ВДН-18, технические характеристики которого представлены в таблице 5.

Таблица 5 – характеристика вентилятора ВДН-18

Мощность, , кВт, потребляемую вентилятором, рассчитаем по формуле

где  - объёмного расхода воздуха, ;

- общее гидравлическое сопротивление, Па;

 – КПД вентилятора,  ;

- КПД передачи,

Рассчитаем гидравлическое сопротивление на третьем участке трубопровода. В третий участок включены следующие элементы: скруббер, трубопровод длиной 5 м, температура воздуха . Воспользуемся формулой - невелико и им можно пренебречь

где – сопротивления трения воздуха о стенки трубопроводов, Па;

- гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па;

Сопротивления трения воздуха  о стенки трубопроводов,,Па, высчитаем по (60)

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

34

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Рассчитаем диаметр воздуховодной  трубы перед скруббером, примем скорость движения воздуха в трубе . Тогда диаметр , м, трубопровода определим по формуле

Выбираем стальную трубу  ВГП 6308-ст17г1с наружным диаметром 630мм, внутренний диаметр 622мм, по ГОСТ 10706, тогда скорость воздуха по (59)

Сопротивления трения воздуха  о стенки трубопроводов,,Па, при температура воздуха и плотности, Коэффициент сопротивления, определим по [1,рис. 1.5], для этого рассчитаем степень шероховатости по (61), и число равна

Вычислим число , по (62)

Исходя из полученных данных , и определим коэффициент сопротивления. ;

Сопротивления трения воздуха  о стенки трубопроводов,,Па, равна

Тогда

Исходя из объёмного расхода  воздуха , и необходимого давления , температуры воздуха подбираем согласно [12] центробежный вентилятор, заданным условиям удовлетворяет центробежный вентилятор ДН-22НЖ ГМ, технические характеристики которого представлены в таблице 6.

Таблица 6 - технические характеристики вентилятора ДН-22НЖ ГМ

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

35

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Мощность, , кВт, потребляемую вентилятором, рассчитаем по формуле (68)

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

36

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Заключение

По результатам курсового  проектирования можно сделать вывод, что количество затрачиваемой энергии, объём сушильного воздуха, габариты сушильной камеры зависят от требуемого режима сушки продукта. Сушка дрожжей, как живых микроорганизмов, требует  определенных параметров режима сушки  исходя из которых подбирается необходимое оборудование.

Так же можно сделать вывод: технико-экономические показатели этого метода сушки могут быть значительно улучшены за счет интенсификации процесса испарения в распылительных сушилках. Как показала практика, при  сушке высокодиспергированных материалов можно значительно интенсифицировать  процесс, в результате чего сокращаются  габариты установки и расходы  электроэнергии и тепла.

Основными факторами, определяющими  эффективность работы сушильных  установок, эксплуатируемых в промышленности, являются: свойства суспензии, температурный  режим, характеристики распыления или  в общем случае — аэрогидродинамическая  обстановка в сушильной камере. Свойства суспензии определяют при этом температурный  режим и характер распыления.

Спроектированная сушильная  установка может устанавливаться на предприятиях по производству дрожжей и применяться в производстве сухих кормовых дрожжей, так как заданные температурные режимы будут губительны для дрожжевых клеток, и дальнейшее использование, полученных дрожжей, нецелесообразно для хлебного производства.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

37

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Список используемых источников

1. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии; учебное пособие для вузов; Павлов К. В., Романков П. Г., Носков А. А.; М.: «Альянс», 2007. - 576 с.
2. В. Н. Стабников; Проектирование процессов и аппаратов пищевых производств.-Киев: В.ш.; - 1982. - 199с.
3. А. С. Гинзбург; Расчет и проектирование сушильных установок пищевой промышленности.- М.: Агропромиздат, 1985.-336 с.
4. Кавецкий Г. Д., Королев А. В.: Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1991. - 432 с.
5. М. В. Лыков, Б. И. Леончик; Распылительные сушилки. Основы теории и расчета. – М.: Машиностроение, 1966. – 330 с.
6. СТП СМК 4.2.3-01-2011; Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов; - Могилев.: МГУП. – 2011. – 45 с.
7. Расчет процессов микробиологических производств; Быков В.А., Винаров А.Ю., Шерстобитов В.В. – Киев.: Техника, 1985.
8. Сушильные аппараты и установки. Каталог; А. А. Корягин, В. Г. Восконянц, и др.; Москва.: ЦИНТИХИМНЕФТМАШ, 1988.
9. Официальный сайт ОАО «энергомаш» [электронный ресурс] / каталог выпускаемой продукции – РФ. – Тверь, 2012. – Режим доступа: http://www.energomash-tver.ru/kalorifer_kp-ck.  Дата доступа 29.03.2012.
10. Акулич П. В. Термогидродинамические процессы в технике сушки.- Мн.: Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАНБ, 2002. - 268 с.
11. Ветошкин А. Г. Процессы и аппараты пылеочистки. Учебное пособие. – Пенза: Изд-во ПГУ, 2005. – 210 с.
12. Саломахова Т. С., Чебышева К. В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики: Справочник – М.: машиностроение, 1980. - 176.с.
13. Стахеев И. В. Основы проектирования процессов и аппаратов пищевых производств. – Минск.: Вышэйшая школа, 1972. – 304 с.
14. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию; Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский. – «Альянс», 2008. – 496 с.
15. Сажин Б. С. Основы техники сушки. М.: Химия, 1984. – 320 с.
16. Сорокопуд А.Ф. Технологическое оборудование. Традиционное и специальное технологическое   оборудование предприятий пищевых производств: учебное пособие / А.Ф. Сорокопуд; Кемеровский технологический институт пищевой промышленности; КемТИПП, 2009. — 202 с.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

38

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Введение

Целью настоящего курсового  проекта является практическое применение знаний,      полученных мною по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств», а также  получить навыки расчёта и конструирования  оборудования пищевых производств.

 Целью проекта является  расчет распылительной сушильной  установки непрерывного действия  для получения сухих дрожжей,  с производительностью 2000кг/ч  по исходному продукту.

Курсовой проект разработан на основании индивидуального учебного задания (вариант 17.) от 23 января 2012г. и включает в себя:

1) пояснительную записку  на     38   листах формата А4;

2) графическую часть на  двух листах формата А1

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

2

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Перенос газообразного вещества может происходить молекулярным путем за счет хаотического перемещения  отдельных молекул (диффузия) или  за счет направленного перемещения  молекул, когда каждая из них движется независимо друг от друга (эффузия), и  молярным путем, когда перемещаются группы, скопления молекул под  действием разности давлений в различных  точках тела.

Для сушки материалов, требующих  повышенной влажности сушильного агента и невысоких температур, применяют  устройства, обеспечивающие рециркуляцию (возврат) части отработанного воздуха  в сушилку, а также сушилки  с промежуточным подогревом воздуха  между отдельными ступенями (или  зонами) и одновременной рециркуляцией  его. При сушке трудно сохнущего  материала или для улучшения  его сыпучести применяют рециркуляцию части высушенного продукта, т.е. возврат его на вход сушилки и  смешение с исходным материалом.

Когда удаляемая из материала  жидкость является ценным продуктом (спирты, эфиры, углеводороды и другие растворители), а также при сушке огне- и  взрывоопасных материалов применяют  схемы с полностью замкнутым  циклом инертных газов, включающие дополнительно  устройства для конденсации и  удаления из системы испаряющейся влаги  и одновременного осуществления  циркулирующих в системе газов.

Перечисленные схемы являются вариантами основного процесса и  находят широкое применение во многих производствах химической промышленности.

Механизм конвективной сушки  можно представить следующим  образом. При введении влажного тела в нагретый газ происходит перенос  тепла к поверхности материала, обусловленный разностью температур между ними, нагрев его и испарение  влаги. При этом повышается парциальное  давление вблизи поверхности тела, что и приводит к переносу паров  влаги в окружающую среду. В результате испарения влаги с поверхности  и отвода образовавшихся паров возникает  градиент концентрации влаги в материале, являющийся движущей силой внутреннего  перемещения ее из глубинных слоев  к поверхности испарения. При  перемещении происходит нарушение  связи влаги с веществом твердого тела, что требует дополнительных затрат энергии сверх той, которая  необходима для парообразования. Поэтому  скорость процесса зависит от характера  или формы связи влаги с  сухим веществом материала.

2.  Классификация сушильных аппаратов

Промышленные сушильные  установки классифицируют по следующим  признакам:

1) по способу подвода теплоты к материалу:

а) конвективные,

б) кондуктивные,

в) радиационные,

г) электромагнитные,

д) комбинированные(конвективно-радиационные, конвективно -радиационно – высоко - частотные и т. п.);

2) по функционированию  во времени:

а) непрерывного действия,

б) периодического действия,

в) полу непрерывного действия;

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

4

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

3) по конструкции: 

а) камерные,

б) шахтные,

в) туннельные,

г) барабанные,

д) трубчатые,

е) ленточные,

ж) взвешенного слоя,

з) распылительные,

и) сублимационные и др.

Из приведенной классификации  наибольшее распространение получили конвективные сушильные установки.

 Эти установки разделяют  на несколько групп:

1) по применяемому сушильному агенту на:

а) воздушные,

б) на дымовых (топочных) газах,

в) на неконденсирующихся в  процессе сушки газах (азоте, гелии, перегретом водяном паре и т.д.);

2) по схеме движения сушильного агента на:

а) однозонные (с однократным использованием сушильного агента, рециркуляцией),

б) многозонные (с промежуточным подогревом сушильного агента, рециркуляцией его в зонах, рециркуляцией между зонами и т.п.);

3) по давлению в сушильной камере на:

а) атмосферные,

б) вакуумные;

4) по направлению движения сушильного агента относительно материала на:

а) прямоточные,

б) противоточные,

в) перекрестно-точные,

г) реверсивные.

1.3 Виды конструкций сушилок

Рассмотрим некоторые конструкции сушилок:

1. Барабанная сушилка

В сушильной технике барабанные сушилки являются наиболее распространенным типом. Первоначально такие сушилки  представляли собой открытую вращающуюся  трубку, через которую пропускались горячие дымовые газы, вступавшие в тепло - и массообмен с движущимся по трубе материалом. Барабанные сушилки применяются для сушки сыпучих и малосыпучих материалов (колчедан, уголь, фосфориты, минеральные соли, руда, удобрения, песок, различные химические продукты и т.д.).

По конструктивному использованию  барабанные сушилки очень разнообразны. Сушилка может быть выполнена  в виде единственной трубы, может  также представлять собой систему, состоящую из большого числа труб разных диаметров, вставленных одна в другую.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

5

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Наиболее распространенная барабанная сушилка представляет собой  цилиндрический наклонный барабан  с двумя бандажами, которые при  вращении барабана катятся по опорным  роликам. Материала поступает с  приподнятого конца барабана через  питатель, захватывается винтовыми  лопастями, на которых он подсушивается, после чего перемещается вдоль барабана, имеющего угол наклона к горизонтали  до 6°.

Материал перемещается в  сушилке при помощи внутренней насадки, равномерно распределяющей его по сечению  барабана. Обычно в барабанных сушилках материал и сушильный агент движутся прямотоком, благодаря этому предотвращается  пересушивание и унос материала топочными газами в сторону, противоположную его движению. Для уменьшения уноса при прямотоке скорость газов в барабане поддерживается не более 2-3 м/сек. Газы поступают из топки, примыкающей к барабану со стороны входа материала и снабженной смесительной камерой для охлаждения газов до нужной температуры наружным воздухом.

Преимуществами этих сушилок  являются:

- интенсивность и равномерность  сушки вследствие тесного контакта  материала и сушильного агента;

- относительная простота  и компактность устройства;

- большая производительность;

- большое напряжение барабана  по влаге, достигает 100 кг/м3  и более;

- Большая экономичность,  по сравнению с шахтными.

К недостаткам относятся:

- громоздкость при значительных  затратах металла и необходимость  сооружения специального помещения.

 Большое распространение получили сушилки, в которых сырой материал поступает в барабан вместе с горячим сушильным агентом. При одинаковой крупности материала возможна и противоточная сушка. В этом случае транспортирование материала можно осуществлять только механическим путем навстречу потоку воздуха с помощью винтовых лопастей или наклона барабана. Перекрестное движение потоков осуществимо только в барабанах с перфорированными стенками.

Схема барабанной сушилки представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема барабанной сушилки:

1 – топка; 2 – бункер; 3 – барабан; 4 – бандажи; 5 – зубчатое  колесо; 6 – вентилятор; 7 – циклон; 8 – приемный бункер; 9 – шлюзовый питатель; 10 – опорные ролики.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

6

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

2. Вальцовые сушилки

Вальцовые сушилки предназначены  для сушки жидких и пастообразных  материалов, например казеин, лактоза, кормовые дрожжи, различные пасты  и другие материалы. Греющий пар  поступает в вальцы, вращающиеся  навстречу друг другу. Один из барабанов  находится в подвижных подшипниках, что позволяет регулировать зазор  между барабанами, а, следовательно, и толщину пленки высушиваемого  материала.

Продукт, подлежащий сушке, подается питателем на рабочую поверхность  барабанов и образует на их поверхности  тонкую пленку. По мере вращения барабана продукт высушивается и снимается  ножом, а затем шнеком отводится  за пределы сушилки. В случае необходимости  досушки материала вальцовая сушилка снабжается гребковым досушивателем. Вальцовая сушилка изображена на рисунке 2.

1 – досушиватель; 2 – корпус; 3 – привод; 4 – ведущий валец; 5 – сифонная трубка; 6 – нож; 7 – ведомый валец.

3. Конвейерная ленточная сушилка

Ленточные многоярусные конвейерные  сушилки применяют для сушки  макаронных изделий, сухарей, фруктов, овощей, крахмала и др. Число конвейерных лент может достигать пяти.

Каждый транспортер ленточной  сушилки (рисунок 3) имеет индивидуальный  привод, свободное сечение сетчатой ленты транспортера порядка 50%. Между ветвями транспортеров расположены калориферы – трубчатые ребристые подогреватели, обогреваемые паром. Воздух в сушилку подается вентилятором и проходит перекрестным по отношению к материалу потоком через ленты транспортеров. Отработанный воздух удаляется через зонт в трубу в верхней части сушилки. Скорость движения ленты транспортера регулируется вариатором в пределах 0,1…0,7 м/мин.

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

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

7

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

4. Вакуум-сублимационные сушилки

Обезвоживание в глубоком вакууме пищевых продуктов производится при остаточном давлении в сушильной  камере 13,3…133,3 Па (0,1…1,0 мм.рт.ст.). При этом давлении сублимационная сушка протекает при отрицательных температурах, а вода находится в состоянии льда. Процесс сублимации льда и десублимации паров воды происходит при давлении и температуре ниже тройной точки фазового равновесия воды, которой соответствует температура 0,098°C и парциальное давление водяных паров 613,2 Па (4,58 мм.рт.ст.).

При сублимационной сушке  продукты сначала быстро замораживают, а потом помещают в вакуумную  камеру, где производится откачка  давления остаточных газов до 2,7…8,0 Па. В вакууме происходит интенсивное  испарение льда с поглощением  теплоты. Испаряемая влага не откачивается насосами, а конденсируется на десублиматорах, охлаждаемых до температуры ниже -55°C. Сублимационные сушилки применяются для сушки ценных пищевых продуктов, когда к высушенному продукту предъявляются высокие требования в отношении хранения (мясо в замороженном состоянии, овощи, фрукты и т.п.). Схема сублимационной сушилки изображена на рисунке 4.

5. Микроволновые сушильные установки

Все пищевые продукты –  диэлектрики, имеющие высокую диэлектрическую  проницаемость и низкую электропроводность. Поэтому пищевые среды могут  подвергаться диэлектрическому нагреву, связанному с дипольной поляризацией. Эффекты поляризации в переменных высокочастотных электромагнитных полях связанны с затратой энергии  поля, поскольку непрерывное изменение  направления поляризации сопровождается выделением тепловой энергии в веществе.

Диэлектрический нагрев пищевых сред и их обезвоживание наиболее эффективны в СВЧ-диапазоне электромагнитных волн длиной 0,3…0,003 м. Для промышленного применения микроволновой сушки пищевых продуктов разрешено использование СВЧ-диапазона волн с частотами 915±25 и 2450±50 МГц. Причем для различных пищевых материалов глубина проникновения электромагнитной волны зависит от её частоты, диэлектрической проницаемости и тангенса угла магнитных потерь.

6. Агрегаты с кипящим и виброкипящим слоями

Агрегаты с кипящим и виброкипящим слоями используются для сушки различных мелкозернистых продуктов. Внутри сушилок на одной или нескольких ступенчатых решетках продукт высушивается в кипящем или виброкипящем состояниях.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

8

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Для обеспечения равномерного кипения частиц продукта сушильный  агент подается под решетку равномерно и с соответствующей скоростью  распределяется по всей площади. Сушка  в виброкипящем слое характеризуется высокой интенсивностью, но сопряжена с повышенным расходом электроэнергии и высокими зарядами статического электричества.

Агрегаты с кипящим  слоем могут иметь прямоугольную  или цилиндрическую форму, коническую форму с фонтанирующим или  вихревым слоями, а также с локальным  фонтанированием. По способу теплоотвода  конструкции агрегатов можно  разделить на агрегаты с подводом теплоты только с псевдоожижающим агентом, с перегретым распыливаемым растровом и кондуктивно – через теплообменник в слое.

7. Распылительные сушилки

Распылительные сушилки  используются для сушки жидких и  пастообразных продуктов (молоко, меланж, соки, экстракты, ферменты, витамины и  др.). По способу распыления они подразделяются на дисковые и форсуночные. Вследствие распыления продукта на мелкие частицы в этих аппаратах создается большая поверхность контакта продукта с горячим воздухом, при этом процесс сушки протекает в течении нескольких секунд, а продукт при высушивании находится во взвешенном состоянии.

Распыление может осуществляться с помощью гидравлических (механических) и пневматических форсунок или центробежных (дисковых) распылителей. Другие способы  распыления применяются редко.

Механические форсунки работают по принципу истечения из отверстия  струи жидкости, подаваемой в форсунку под давлением 2…20 МПа. Производительность механических форсунок достигает 4000 кг/ч  и более. Достоинства механических форсунок – простота изготовления и обслуживания, низкие энергозатраты  на распыление, невысокие эксплуатационные расходы. Основной недостаток – трудность  регулирования производительности и ненадежная работа при распылении суспензий, вследствие забивания канавок  твердыми частицами и эрозионного  износа сопла.

Для уменьшения эрозионного  износа применяются сопловые вкладыши из твердого материала (карбида, вольфрама, рубина, сапфира). В высокопроизводительных форсунках с соплом большего диаметра эрозионный износ мало влияет на показатели работы. Механические форсунки непригодны для распыления высоковязких растворов  и паст. Пневматические форсунки работают по принципу распыления жидкости высокоскоростной струей газа или пара, подаваемого  под давлением 0,1…1,0 МПа. Производительность пневматических форсунок достигает 12000 кг/ч. Они отличаются высокой универсальностью в отношении регулирования формы  факелы, производительности, дисперсности распыла и возможностей распыления высоковязких паст и суспензий.

 В центробежных дисках распыление жидкости происходит вследствие выброса её в виде пленки или струек в относительно неподвижный воздух. Частота вращения дисков – 4000…20000, но может достигать 50000 мин-1 и более. По конструкции диски могут быть лопаточными и сопловыми диаметром от 50 до 350 мм. Производительность промышленных центробежных распылителей достигает 40000 кг/ч и более. Пневматические и механические форсунки могут быть установлены по одной или объединены в блоки (до 50 шт.). Центробежные распылители всегда устанавливаются по одному.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

9

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Г – газ; М – исходный материал; П – высушенный продукт

Конструктивное оформление сушильных камер зависит от типа, числа и места установки распылителей, а также от места и способа  ввода газа или материала (рисунок 5). Использование той или иной конструкции сушилки обусловлено технологическими требования и свойствами высушиваемого материала.

На рис. 4.30, а, б, представлены конструкции прямоточных сушилок с форсуночным распылом и движением газа и материала сверху вниз. Более удачна конструкция с равномерным распределением газа и раздельным выводом газа и продукта (а). Тангенциальный подвод газа и совместный вывод отработанного теплоносителя и сухого продукта нельзя признать удачным по следующим причинам. При закручивании всего потока газа в камере возникают значительные перепады давлений с понижением давления в направлении к осевой линии и верхней части сушилки. Вследствие этого в камере создаются мощные циркуляционные потоки выносящие сухой продукт в зону высоких температур в верхней части камеры, где возможны перегрев и деструкция продукта.

На рис. 4.30, в, показана схема сушилки с противоточным движением фаз, когда сушильный агент движется снизу вверх, а диспергированный материал – сверху вниз. Такое движение потоков достигается при условии достаточно грубого распыла, обеспечивающего получение частиц, скорость витания которых превышает скорость газа. Противоток применяется для достаточно термостойких продуктов, когда требуется увеличить насыпную плотность порошка или совместить сушку и прокалку продукта, а также при необходимости глубокой сушки материалов с трудноудаляемой влагой.

На рис. 4.30, г, представлена сушилка с восходящим прямотоком. При распылении материала происходит фракционирование частиц в восходящем потоке сушильного агента, причем мелкие частицы увлекаются вверх и удаляются  из камеры вместе с отработанным теплоносителем, а крупные оседают на дно камеры. Характер движения потоков диспергированного  материала достаточно сложен. Средние  по размерам частицы перемещаются сначала  вниз, а после высушивания –  вверх. Частицы, оседающие на дно камеры попадают в зону высоких температур и подвергаются тепловому воздействию таким же образом, как и в противоточных камерах. Частицы, движение которых направлено снизу вверх, находятся в более благоприятных

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

10

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

температурных условиях достаточно охладившегося сушильного агента. Скорость подъема крупных частиц меньше, а время пребывания их в камере больше времени пребывания мелких частиц. В результате все частицы подвергаются приблизительно одинаковому тепловому воздействию со стороны сушильного агента, что обеспечивает широкие возможности при сушке термолабильных продуктов.

Сушилка, представленная на рис. 4.30, д, характеризуется тем, что  движение распыленного материала осуществляется фонтанообразно, навстречу подаваемому  сверху сушильному агенту. При этом объем сушильной камеры используется как бы дважды: при движении материала  вверх (противоток) и при движении его вниз (прямоток). Таким образом, камеры данного типа обеспечивают максимальное время пребывания материала в  зоне сушки и высокие напряжения камеры по испаренной влаге. Вследствие сепарации частиц различного размера  мелкие частицы проходят меньший  путь и быстрее покидают зону сушки. Тем самым достигается равномерная  и интенсивная сушка материала, что особенно важно для термолабильных продуктов.

Сушилки представленные на рис. 4.30, г, д, широко применяются для сушки высококонцентрированных суспензий.

Сушилки с центробежными  дисковыми распылителями, рис. 4.30, е-и, работают как правило по прямоточной схеме. Применение дискового распылителя обуславливает большой диаметр сушильной камеры и, как следствие – высокую скорость газа по сечению камеры.

Специфику процесса в данном случае составляет создание интенсивных  радиальных потоков газа от диска  к стенкам камеры и от стенок к  диску за счет вентиляционного эффекта  последнего. При этом в плоскости  факела возникают разряжения, вызывающие подсосы и циркуляцию газа как  из зоны над факелом, так и из нижней зоны. Если диск расположен вблизи от потолка  камеры, то при недостаточном подводе  сушильного агента в зону между потолком и факелом, там создается разряжение, вызывающее искривление траектории полета капель и частиц и отложение  материала на потолке камеры.

Наиболее благоприятные  условия возникают при движении газа к корню факела распыла, так  как при этом максимально используется горизонтальный участок полета капель с большой скоростью, сокращается  диаметр факела и обеспечивается подача газа к диску для компенсации  эффекта самовентиляции. Такая схема  газоввода стала в настоящее время классической. При сушке термолабильных продуктов газ подводят к нижней стороне факела распыла (рис. 4.30, з) или же охлаждают потолок, подавая в специальную полость холодный воздух или воду.

Большой диаметр камер  с дисковыми распылителями влечет за собой значительное увеличения габаритов  конической части, что вызывает неудобства при размещении в производственном помещении и удорожает конструкцию. В связи с этим днища сушильных  камер высокой производительности стремятся обычно делать плоскими или  с небольшим углом конуса, используя  специальные устройства для эвакуации  осевшего сухого продукта.

На рис. 4.30, и, показана конструкция  сушилки, в которой сухой продукт  отводится с помощью гребковых  элементов, установленных на вращающихся  штангах. Иногда сбор продукта с плоского днища камеры осуществляется с помощью  вращающегося пылесоса.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

11

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Распылительным сушилкам присущи существенные недостатки, связанные  со спецификой процесса: сравнительно небольшая удельная производительность, большой удельный расход сушильного агента, высокая дисперсность высушиваемого  продукта, обуславливающая большие  капитальные затраты на сооружение установок пылеулавливания и  высокие эксплуатационные расходы.

ТХТ ПАПП 17.00.000 ПЗ

Лист

12

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата

Изм

Лист

№ докум

Подп.

Дата