Факультет

Студентам

Посетителям

Сущность процесса сушки в распылительных сушилках для производства альбумина

Процесс обезвоживания крови и кровепродуктов на распылительных сушилках включает следующие основные операции: распыление жидкости, сушка распыленного материала, отделение высушенного кровепродукта от воздуха.

В современных сушилках распыление осуществляется одним из следующих способов: гидравлическим (механической или пневматической форсунками), центробежным (быстровращающимся диском) и ультразвуковым устройством.. Наибольшее распространение получил центробежный способ распыления. При прочих равных условиях степень распыления зависит от скорости струи, которая, в свою очередь, определяется давлением, под которым жидкость подается в форсунку (диск).

С увеличением давления, под которым происходит распыление, количество мелких капель крови в общей массе возрастает из-за уменьшения удельного содержанта крупных.

Гидравлическое (механическое) распыление достигается в результате истечения крови из форсунок с большой скоростью под действием высокого давления (4,9—20 МПа). Для достижения хорошего эффекта распыления кровь с помощью насоса высокого давления вначале нагнетается в уравнитель давления, откуда под давлением 4,9 МПа направляется к форсункам. Давление в уравнителе создается воздушным компрессором. Распад струи, выходящей из форсунки, на капли зависит от турбулентности (завихрения), которая, в свою очередь, обусловлена скоростью истечения жидкости, размером выходного отверстия форсунки, физическими свойствами сырья.

Турбулизация струи увеличивается, если после выхода из форсунки ей придается вращательное движение, для чего в форсунках имеется специальное устройство (канавка). При этом уменьшается размер капель, благодаря чему интенсифицируется процесс сушки крови.

Для распыления применяют форсунки с выходным отверстием диаметром 0,5—1,5 мм. Чем больше диаметр сопла форсунки при одном и том же давлении, тем выше производительность сушилки. Этот же эффект достигается при повышении давления подаваемой крови и том же диаметре сопла форсунки. Следует отметить, что работа с использованием форсунок с уменьшенным выходным отверстием увеличивает их сопротивление, что влечет за собой повышение давления крови и улучшение степени распыления.

Механическая форсунка состоит из корпуса, крышки и шайбы. Внутри форсунки установлен конус с канавками, идущими по касательной к внутренней окружности. Кровь проходит по канавкам, сохраняя полученную под действием гидравлического давления поступательную скорость, и приобретает тангенциальную (касательную) скорость. При выходе крови из отверстия форсунки образуется пленка, которая затем распадается на отдельные капли.

Преимуществом форсунок является небольшая потребность в электроэнергии на распыление (от 4 до 10 кВт-ч на 1 т крови). Их производительность составляет 150 дм3/ч. Для обеспечения соответствующей производительности сушилки устанавливают по нескольку форсунок.

Недостатком механических форсунок является то, что они часто забиваются, особенно при распылении вязких и засоренных жидкостей. Кроме того, выходное отверстие механических форсунок быстро разрабатывается под шлифующим действием струи, вследствие чего размер капель увеличивается, в результате ухудшается работа сушилки. Кроме того, производительность сушилок с механическими форсунками нельзя регулировать в процессе работы. Поэтому при разработке сушилок распылительного типа ориентируются на использование центробежного способа распыления крови и кровепродуктов. В этом случае распыление осуществляется центробежным диском с внутренними радиально расположенными канавками.

Кровь или кровепродукты самотеком поступают внутрь диска, вращающегося с большой скоростью, приобретают вращательное движение и под действием центробежной силы выбрасываются в сушильную камеру, превращаясь при этом в мельчайшие капли. Для достижения однородного распыла необходимы равномерная подача крови и кровепродуктов на диск и отсутствие его вибрации. Размер капель при распылении диском тем меньше, чем больше окружная скорость и диаметр диска. Чем выше скорость вращения диска, тем однороднее распыление. В среднем окружная скорость должна быть не ниже 60 м/с. Практически в современных сушилках распылительного типа окружная скорость равна 110-150 м/с, что позволяет получить более тонкую и однородную дисперсность высушенного материала, сократить размеры сушильной камеры, так как диаметр факела распыления и необходимая высота сушилки в результате более тонкой дисперсности распыляемой крови уменьшаются, и, кроме того, создаются более благоприятные условия для распределения распыляемой крови и горячего воздуха. Более тонкое распыление дает возможность увеличить производительность сушилок, не увеличивая их размеров.

Диаметр отверстий в дисках со сменными соплами может быть 4, 6 и 8 мм, диаметр самого диска 200, 250, 300 и 350 мм. Минимальная частота вращения диска составляет 133-167 с-1, но может быть доведена до 500 с-1. При этих условиях диаметр частиц распыленной крови может составлять от 20 • 10-6 до 10 • 10-6 м.

Необходимую частоту вращения диск получает с помощью электромеханического привода с повышающим редуктором червячного, фрикционного или зубчатого типа, паровой или пневматической турбины, а также высокочастотного электродвигателя с водяным охлаждением, работающего от тока повышенной частоты (до 200 Гц). Последний способ более надежен, так как обеспечивает стабильность распыления, благодаря чему повышается количество растворимый белковых веществ в готовом продукте при более высоком содержании влаги.

Метод распыления оказывает влияние на форму и размеры факела распыления, а это, в свою очередь, определяет размер сушильной камеры, особенно для дисковых сушилок, у которых размер факела является величиной более постоянной, чем в форсуночных сушилках. Особенностью дискового распыления является то, что факел распыления расположен в горизонтальной плоскости, а его диаметр определяется дальностью полета капель крови. Обычно за диаметр факела распыления принимают диаметр окружности, где выпадает около 90% всего распыленного раствора.

В то время как в форсуночных сушилках сравнительно легко изменить размер факела изменением диаметра сечения отверстия форсунки и давления жидкости, в дисковых сушилках это сделать не удается. Диаметр факела при распылении центробежным диском увеличивается по мере увеличения количества распыленной крови и уменьшается при увеличении частоты его вращения.

Процесс сушки крови и кровепродуктов в распыленном состоянии продолжается лишь до тех пор, пока его частицы взвешены в воздухе. Так как этот период невелик, процесс обезвоживания заканчивается раньше, чем будет достигнута равновесная влажность. Этому состоянию соответствует некоторая устойчивая влажность альбумина, при которой процесс сушки прекращается. Влажность воздуха к этому моменту зависит от состава и находится в прямой зависимости от содержания белковых веществ как наиболее гидрофильных (интенсивно взаимодействующих с водой).

Обезвоживание распыленной крови и кровепродуктов в сушильной камере происходит с помощью нагретого воздуха. В основном нагрев воздуха осуществляют с помощью паровых калориферов. При этом давление греющего пара должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить нагрев воздуха до температуры не менее 125 °С. Источниками тепла для нагревания воздуха могут быть также продукты горения газа, угля и жидкого топлива.

С целью повышения производительности распылительных сушилок и улучшения технико-экономических показателей процесса целесообразно использовать воздух, нагретый до более высоких температур, Процесс сушки более эффективен при применении температуры воздуха выше 150 °С. Установлено, что температуру воздуха можно повысить до 210 °С, но при этом необходимо, чтобы температура отходящего воздуха была не выше 70—73 °С, так как в противном случае происходят изменения белковых веществ, т. е. ухудшается качество конечного продукта. Так, при температуре выходящего из сушилки воздуха 80 °С и выше обнаруживается резкое снижение содержания в продукте растворимых белковых веществ.

Температурный режим отходящего воздуха регулируют исключительно количеством вводимого в сушилку сырья. При постоянной температуре отходящего воздуха повышение температуры на входе дает возможность увеличивать количество подаваемого на сушку сырья.

Для обеспечения подогрева воздуха до температуры 175—180 °С после паровых калориферов устанавливают электрические или газовые подогреватели. При этом нагрев воздуха осуществляют двухступенчато: вначале в паровом калорифере до температуры 135—145 °С, а затем дополнительно на 35—45 °С его подогревают в электрическом или газовом подогревателе. Взрывобезопасность использования электрического калорифера обеспечивается тем, что температура поверхности, соприкасающейся с воздухом, составляет 300—400 °С.

В зависимости от направления движения частиц крови и кровепродуктов и воздуха различают сушильные камеры с параллельны ми (прямоточным) током, с противотоком и со смешанным током. При использовании прямоточного метода распыления кровь (кровепродукты) и сушильный агент (горячий воздух) движутся параллельно. При этом параллельный ток может быть осуществлен в трех направлениях: при подаче крови (кровепродуктов) и воздуха сверху, при подаче крови (кровепродуктов) и воздуха сбоку и вращательном движении потока при подаче крови (кровепродуктов) и воздуха снизу.

При подаче крови и воздуха снизу скорость движения частиц равна сумме скорости витания и скорости движения воздуха. Основная масса сухого альбумина остается в нижней части сушилки. Небольшая доля частиц, обладающая малой скоростью витания, уносится с воздухом. Проходя сверху вниз, горячий воздух встречается с кровью (кровепродуктами) в зоне распыления, где в ней содержится максимальное количество влаги.

Быстрое испарение влаги, происходящее при соприкосновении частичек крови (кровепродуктов) с горячим воздухом в начале их пути, резко понижает температуру этих частичек. Температура выходящего из сушки порошка сравнительно низкая, так как на выходе из зоны сушки порошок соприкасается с уже охлажденным и насыщенным парами воды отходящим воздухом. Боковая подача крови и воздуха с вращательным движением потока улучшает смешивание распыленного материала с воздухом и делает сушку более экономичной.

Параллельный ток снизу вверх имеет преимущества перед током сверху вниз, так как в этом случае сушка протекает более равномерно.

Параллельный ток воздуха и высушиваемого материала наиболее выгоден, так как в этом случае можно применять более высокую температуру нагрева воздуха (высушиваемый материал не перегревается) и высокую скорость его протекания (2—3 м/с). При этом температура высушенной крови определяется температурой воздуха на выходе из сушилки. Кроме того, при параллельном токе меньше частиц попадает на стенки камеры, и, наконец, готовый продукт получается более однородным.

В сушилках с противотоком при высушивании термочувствительных материалов температура поступающего воздуха не может быть доведена до того же уровня, как и прямоточных. Это снижает эффективность сушки (количество испаряемой влаги с 1 м2 сушильной камеры в 1 ч). При сушке в противотоке увеличивается длительность пребывания частиц крови во взвешенном состоянии, что позволяет лучше использовать влагоемкость воздуха и уменьшить расход пара. Кроме того, с отходящим воздухом уносится меньшее количество порошка, гранулы (частички пылевидного альбумина) получаются более прочные, чем при прямоточном методе сушки.

При данном методе частицы крови встречают горячий воздух в конце своего пути, когда влажность их минимальна, а температура газов максимальна. В этом случае возможны подгорание и порча альбумина. Помимо этого, высушенные мелкие частицы поднимаются потоком воздуха вверх, где в зоне наименьших температур они соединяются с невысохшими каплями крови (кровепродуктов), что приводит к неоднородности конечного продукта. Сушку в противотоке можно вести с подачей жидкости сверху и воздуха снизу или, наоборот.

В сушилках со смешанным током сушка протекает при такой скорости воздуха, когда более крупные частицы оседают на дно камеры и лишь мелкие уносятся отработанным воздухом, что позволяет избежать перегрева мелких частиц. Тем самым представляется возможным поддерживать более высокую температуру сушки, чем при противотоке.

В сушилках со смешанным током достигается более высокая влажность отходящего воздуха, и, следовательно, такие сушилки более экономичны. Однако готовый продукт получается менее однородным по влажности.

Работа сушилок при смешанном токе может осуществляться по различным схемам: цилиндрической сушилки с дисковым распылением и конической сушилки, работающей по типу циклона — горячий воздух в ней подается тангенциально. В результате трения воздуха о стенки камеры поток двигается по винтовой линии, что обеспечивает хорошее перемешивание частиц с воздухом.

Независимо от способа подачи воздуха и материала в сушильной камере должны быть обеспечены равномерное распределение поступающего воздуха по всему сечению сушильного пространства и быстрое смешение его с частицами крови (кровепродуктов). В сушилках с форсуночным распылением наиболее выгоден тангенциальный ввод теплоносителя, обеспечивающий завихрение потока в камере, а также скорость 10—15 м/с на входе и 8—10 м/с на выходе.

В зависимости от режима сушки и свойств материала величина частиц распыленной крови в процессе сушки может меняться (возрастать, уменьшаться) или оставаться стабильной. При мягком режиме сушки (температура до 130 °С) диаметр частиц вначале уменьшается соответственно количеству испаряемой влаги, после отвердения внешней поверхности частиц уменьшение становится незначительным. При более высоких температурах (выше 130 °С) внешняя поверхность частиц быстро твердеет, затрудняя переход влаги во внешнюю среду. Благодаря этому внутри частицы крови (кровепродуктов) возникает избыточное давление, в результате чего они раздуваются и становятся пористыми.

При температуре горячего воздуха 125 °С размеры частиц сухого альбумина практически не отличаются от размеров капель, при температуре 140 °С они несколько больше. Форма частиц приближается к сферической. Средний диаметр частиц различных видов кровепродуктов, высушенных при температуре 140 °С, составляет: светлый альбумин 112 • 10-6 м, черный альбумин 120 и альбумин из форменных элементов 60 • 10-6 м.

При сушке распылением, кроме схемы движения распыленного продукта и теплоносителя, важное значение имеет поле температур в сушильной камере, так как оно оказывает влияние на процесс высушивания и качество высушенного продукта. В прямоточной сушилке температура входящего в камеру воздуха резко падает при соприкосновении его с распыленным материалом. В этот момент происходит интенсивное испарение. Затем температура практически остается постоянной и идентична температуре на выходе.

Показано температурное поле в прямоточной сушильной камере цилиндрического типа, в которой наблюдается равномерное распределение температур по всем зонам сушильной камеры (разница температур между отдельными точками составляет не более 3,5 °С, что можно объяснить влиянием изоляции). Это указывает на достаточно хорошее распределение воздушного потока и высушиваемого материала, благодаря чему создаются условия равномерной сушки по всему объему. Вместе с тем влажность продукта на различных уровнях сушильной камеры находится в прямолинейной зависимости от ее высоты. В настоящее время камеры распылительных сушилок делают диаметром 0,7—10 м и высотой до 25 м.

Высушенный продукт падает на дно камеры, частично увлекается потоком отходящего воздуха. Соотношение готового продукта, отходящего тем и другим путем, зависит от типа сушилок. Продукт, падающий на дно камеры, сметается специальным медленно вращающимся механизмом с щетками (0,05 — 0,07 с-1) к разгрузочному отверстию, через которое он падает на шнек и транспортируется к месту сбора. В сушилках с усеченным конусом продукт под действием собственной массы ссыпается в шнек через разгрузочное отверстие на дно конуса.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: