Конструкции сушилок

Сушилки, применяемые в пищевой промышленности, отличаются разнообразием конструкций и подразделяются по способу подвода теплоты (конвективные, контактные и т.д.); по виду используемого теплоносителя (воздух, газ, пар, топочные газы); по величине давления в сушилке (атмосферные и вакуумные); по способу организации процесса (периодического и непрерывного действия); по схеме взаимодействия потоков (прямоточные, противоточные, перекрестного и смешанного тока).

Конвективные сушилки, среди которых простейшими являются камерные (Рис.3.26), представляют собой корпус, внутри которого находятся

вагонетки. На полках вагонеток помещается влажный материал. Теплоноситель нагнетается в сушилку вентилятором, нагревается в калорифере и проходит над поверхностью высушиваемого материала или пронизывает слой материала снизу вверх. Часть отработанного воздуха смешивается со свежим воздухом. Эти сушилки периодического действия работают при атмосферном давлении. Они применяются в малотоннажных производствах для сушки материалов при невысоких температурах в

мягких условиях. Камерные сушилки имеют низкую производительность и отличаются неравномерностью сушки продукта.

Туннельные сушилки (Рис.3.27.) применяются для сушки сухарей, овощей, фруктов, макарон и других продуктов. По организации процесса эти сушилки относятся к сушилкам непрерывного действия. Сушилки представляют собой удлиненный прямоугольный корпус, в котором перемещаются по рельсам те-дежки с высушиваемым материалом, расположенным на полках дележек. При этом время пребывания тележек в сушильной камере равняется продолжительности сушки. Сушка материала достигается за один проход тележек. Свежий воздух засасывается вентилятором и поступает, нагреваясь в калориферах, в сушилку. Перемещение тележек происходит с помощью толкателя. Сушилка имеет самоотворяющиеся двери.

Горячий воздух взаимодействует в сушилке с материалом в прямотоке либо в противотоке. В ряде случаев в туннельных сушилках возможно осуществить рециркуляцию воздуха и его промежуточный подогрев в сушильной камере. Калориферы и вентиляторы могут устанавливаться на крыше сушилки, сбоку или в туннеле под сушилкой. Отработанный воздух из сушилки выбрасывается через газоход.

Ленточные многоярусные конвейерные сушилки применяют для сушки макаронных изделий, сухарей, фруктов, овощей, крахмала и др. Влажный материал загружается через верхний загрузочный бункер, как показано на Рис.3.28. или боковой и поступает на верхний перфорированный ленточный конвейер, на котором перемещается вдоль сушильной камеры, и затем пересыпается на нижерасположенный конвейер. С нижнего конвейера высушенный материал поступает в разгрузочный бункер или на приемный конвейер.

Пересыпание материала с ленты на ленту способствует его перемешиванию, что, в свою очередь, увеличивает скорость сушки.

Для того чтобы материал направленно пересыпался с вышерасположенного конвейера на нижерасположенный, устанавливаются направляющие лотки.

Рис.3.28. Ленточная сушилка:

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

Воздух нагнетается вентилятором, проходит через калорифер и направляется в сушильную камеру, где пронизывает слой материала на каждой перфорированной ленте. Для промежуточного подогрева воздуха под лентами каждого конвейера находится калорифер, выполненный из ореб-ренных труб.

Ленточные сушилки бывают прямоточными и противоточными. Такие сушилки могут изготавливаться с рециркуляцией воздуха. За счет промежуточного подогрева и рециркуляции воздуха в ленточных сушилках достигаются мягкие условия сушки.

Шахтные сушилки с движущимся слоем (Рис.3.29.) применяются для сушки зерновых сыпучих материалов. По оси сушилки расположены трубы для подачи теплоносителя. Трубы оканчиваются жалюзями для равномерного распределения теплоносителя по сечению сушилки. Система подвода и циркуляции теплоносителя разделяет объем сушилки на две зоны. В первой зоне используется теплота теплоносителя, выходящего из второй зоны. В первой зоне удаляется в основном поверхностная влага, во второй — внутренняя. Предварительно теплоноситель, поступающий во вторую зону, может подвергаться осушке в конденсаторе второй зоны. В верхней части сушилки оба потока объединяются и подаются газодувкой после подогрева в калориферную зону сушилки. Выгрузка высушенного материала осуществляется непрерывно полочным дозатором.

Сушилки с псевдоожиженным слоем являются аппаратами непрерывного действия и применяются как для удаления поверхностной и слабосвязанной влаги, так и для удаления связанной влаги из мелкозернистых и зерновых материалов. Сушилки с псевдоожиженным слоем изготавливаются вертикальными и горизонтальными с одной или несколькими секциями. Схема односекционной сушилки представлена на Рис.3.30. Влажный материал непрерывно подается в сушилку. Теплоноситель, нагнетаемый вентилятором, нагреваетс я в калорифере и поступает в сушилку под газораспредели-

Рис.3.30. Односекционная сушилка с псевдоожиженным слоем:

1 — вентилятор; 2 — калорифер, 3 — бункер; 4 — шнек; 5 — циклон;

б — корпус сушилки; 7—выгружной патрубок;

8—газораспределительная решетка;9 — конвейер

тельную решетку. Сушка материала происходит в зоне сушилки, примыкающей к газораспределительной решетке. Высушенный материал удаляется из сушилки через патрубок. Отходящие из сушилки газы очищаются от пыли в циклоне и выбрасываются в атмосферу. Недостатком односекционных сушилок является неравномерность сушки материала. Для повышения равномерности сушки применяют многосекционные сушилки. Секционирование аппаратов достигается делением с помощью перегородок всего объема аппарата, а значит, и слоя материала на ряд горизонтальных секций вертикальными перегородками или на вертикальные секции горизонтальными перфорированными перегородками.

Вибросушилки применяются для сушки плохоожижаемых материалов: влажных тонкодисперсных, полидисперсных, комкуюющихся и т. д., которых в промышленности большинство. Воздействие на слой дисперсного материала низкочастотных колебаний интенсифицирует тепломассообменные процессы в слое и открывает широкие возможности для создания высокоэффективных сушилок перекрестного тока, приближающихся по полю распределения температур и концентраций к аппаратам идеально вытеснения.

Виброаэропсевдоожиженный (виброкипящий) слой может быть создан в аппаратах разнообразных конструкций: вертикальных, горизонтальных и лотковых.

Наибольшее применение нашли лотковые сушилки, наклонные под небольшим углом к горизонту (Рис.3.31). Привод сушилки состоит из маятникового двигателя — вибратора направленного действия с регулируемым деба-лансом.

Наибольшее практическое значение для проведения тепломассооб-менных процессов имеет Виброаэропсевдоожиженный слой, образуемый одновременно потоком газа через слой и низкочастотной вибрацией.

Рис.3.31. Вибросушилка: 1 — амортизатор; 2 — пружина;

3 — выгрузочный люк; 4 — вибратор; 5 — двигатель; б — газораспределительная решетка; 7 — желоб; 8 — смотровое окно

Вибрационные сушилки применяются для сушки картофельной крупки на каргофелеперерабатывающих заводах.

Барабанные сушилки применяются для сушки свекловичного жома, зерно-картофельной барды, кукурузных ростков и мезги, зерна и сахара-песка. Сушка в барабанных сушилках происходит при атмосферном давлении. Теплоносителем являются воздух либо топочные газы.

Барабанные сушилки (Рис.3.32.) имеют цилиндрический полый горизонтальный барабан, установленный под небольшим углом к горизонту. Барабан снабжен бандажами', каждый из которых катится по двум опорным роликам и фиксируется упорными роликами. Барабан приводится во вращение от электропривода с помощью насаженного на барабан зубчатого колеса.

Рис.3.32. Барабанная сушилка: 1—топка; 2—бункер; 3—барабан;

4~бандажи; 5—зубчатое колесо; б—вентилятор; 7 — циклон; 8 — приемный бункер; 9 — шлюзовой питатель; 10 — опорные ролики

Частота вращения барабана не превышает 5—8 мин. Влажный материал поступает в сушилку через питатель. При вращении барабана высушиваемый материал пересыпается и движется к разгрузочному отверстию. За время пребывания материала в барабане происходит его высушивание при взаимодействии с теплоносителем — в данном случае топочными газами, которые ступают в барабан из топки.

Для улучшения контакта материала с сушильным агентом в барабане устанавливают внутренние насадки, которые при вращении барабана способствуют перемешиванию материала и улучшают обтекание его сушильным агентом. Тип насадки выбирается в зависимости от свойств материала.

Газы и материал могут двигаться прямотоком и противотоком. При прямотоке удается избежать перегрева материала, так как при этом горячие газы взаимодействуют с материалом с высокой влажностью. Чтобы исключить большой унос пыли, газы просасываются через барабан вентилятором со скоростью 2— 3 м/с. Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются в циклоне.

Вальцовые сушилки (Рис.3.33.) предназначены для сушки жидких и пастообразных материалов: всевозможных паст, кормовых дрожжей и других материалов. Греющий пар поступает в вальцы, вращающиеся навстречу друг другу со скоростью 2—10 мин¹", через полую цапфу, а конденсат выводится через сифонную трубу. Материал загружается сверху между вальцами и покрывает их тонкой пленкой, толщина которой определяется регулируемым зазором между вальцами. Высушивание материала происходит в тонком слое за полный оборот вальцов. Подсушенный материал снимается ножами вдоль образующей каждого вальца. В случае необходимости досушки материала вальцовая сушилка снабжается гребковыми досушивателями.

Рис.3.33. Вальцовая сушилка:

1 — досушиватель; 2 — корпус, 3 — привод; 4 — ведущий валец;

5 — сифонная трубка; 6 — нож; 7 — ведомый валец

Распылительные сушилки предназначены для сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов. Сушкой распылением получают сухое молоко, мелочно-овощные концентраты, пищевые и кормовые дрожжи, яичный порошок и другие продукты.

Распылительные сушилки представляют собой в большинстве случаев коническо-цилиндрический аппарат, в котором происходит диспергирование материала при помощи специальных диспергаторов в поток теплоносителя. В качестве диспергаторов применяются центробежные распылители, пневматические и механические форсунки.

При непосредственном контакте теплоносителя — воздуха с распыленным материалом почти мгновенно протекает тепло-массообменный процесс. Продолжительность пребывания материала в сушилке не превышает 50 с. Достоинством распылительных сушилок является возможность использования теплоносителей с высокой температурой даже для сушки термолабильных материалов. Однако распылительные сушилки имеют сравнительно небольшой удельный съем влаги в пределах до 20 кг/м³, большой расход теплоносителя и, как следствие, значительную материале- и энергоемкость.

При механическом методе распыления используются форсунки, в которые жидкость подается при давлениях 7,5—20 МПа.

Сублимационные сушилки применяются для сушки ценных пищевых продуктов, когда к высушенному продукту предъявляются высокие требования в отношении сохранения его биологических свойств при длительном хранении, например мяса в замороженном состоянии, овощей, фруктов и других продуктов. Сублимационная сушка проводится в глубоком вакууме при остаточном давлении 133,3—13,3 Па (1,0—0,1 мм рт. ст.) и при низких температурах.

При сублимационной сушке замо
роженных продуктов находящаяся в них
влага в виде льда переходит непос
редственно в пар, минуя жидкое состоя
ние. Перенос влаги в виде пара от по
верхности испарения происходит путем
эффузии, т. е. свободного движения
молекул пара без взаимных столк
новений друг с другом. Сублимационная
сушилка (Рис.3.34.) состоит из сушиль
ной камеры (сублиматора), в которой
расположены пустотелые плиты, и кон
денсатора — вымораживателя. В плитах
циркулирует горячая вода. Высу
шиваемый материал в противнях раз
мещается на плитах. Противни имеют
специальные бортики, которые обес
печивают воздушную прослойку между
плитами и противнями. Теплота от плит к
противням передается за счет радиации.
Образовавшаяся при сушке
паровоздушная смесь из сублиматора
поступает в конденсатор – выморажива

тель — кожухотрубчатый теплообменник, в межтрубчатом пространстве которого циркулирует хладагент — аммиак. Конденсатор - вымораживатель включается в циркуляционный контур с испарителем аммиачной холодильной установки и соединяется с вакуум-насосом, предназначенным для отсасывания несконденсировавшихся газов. В трубах конденсатора происходят конденсация и вымораживание водяных паров. Обычно сублимационные сушилки имеют два попеременно работающих конденсатора: в то время как в одном конденсаторе происходят конденсация и замораживание, другой размораживается для удаления льда. Удаление влаги из материала протекает в три стадии. На первой стадии при снижении давления в сушильной камере происходят самозамораживание влаги и сублимация льда за счет теплоты, отдаваемой материалом. При этом удаляется до 15 % всей влаги. Во второй стадии — сублимация, при которой удаляется основная часть влаги. На третьей стадии — тепловой сушки удаляется оставшаяся влага.

По энергоемкости сублимационная сушка приближается к сушке при атмосферном давлении.

Терморадиационная сушилка применяется, например, для термообработки зерновых материалов, таких, как фасоль, горох, ячмень и др. При сушке инфракрасными лучами теплота для испарения влаги подводится термоизлучением. Генератором, излучающим теплоту, являются специальные лампы или нагретые керамические или металлические поверхности.

При сушке термоизлучением на единицу поверхности материала в единицу времени приходится значительно больше теплоты, чем при сушке нагретыми газами или при контактной сушке. Процесс сушки значительно ускоряется. Так, продолжительность сушки инфракрасными лучами тонкослойных материалов сокращается в 30—100 раз.

На Рис.3.35. представлена схема радиационной сушилки с излучателями, обогреваемыми газами.

Рис.3.35. Радиационная сушилка: 1—конвейер; 2—газодувка; 3—газовые горелки; 4—-излучатель; 5—выхлопная труба

Газовые радиационные сушилки проще по конструкции и дешевле сушилок, оборудованных лампами. Излучатели нагреваются газом, сжигаемым непосредственно под излучателями, или же топочными газами, поступающими внутрь излучателей. Выбор излучателей определяется свойствами высушиваемого материала.

Для интенсификации сушки сушилки должны работать в осциллирующем режиме, чтобы термодиффузионный поток влаги, направленный за счет температурного градиента внутрь материала, не препятствовал диффузии влаги с поверхности (см. раздел «Кинетика сушки»).

Высокочастотные сушилки в последнее время нашли применение для выпечки толстослойных изделий, например тортов. При высокочастотной сушке возможно регулировать температуру и влажность не только на поверхности, но и по толщине материала.

СВЧ-сушилка (Рис.3.36.) состоит из лампового высокочастотного генератора и сушильной камеры, внутри которой находится ленточный конвейер. Переменный ток из сети 50 Гц поступает в выпрямитель, а затем в генератор, где преобразуется в переменный ток высокой частоты. Этот ток подво-

дится к пластинам конденсатора, которые расположены с обеих сторон ленточного конвейера. Под действием поля высокой частоты ионы и электроны материала меняют направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора. Дипольные молекулы получают вращательное движение, а неполярные поляризуются за счет смещения их электрических зарядов. За счет этих процессов в материале выделяется теплота и материал нагревается. Изменяя напряженность электрического поля, можно регулировать скорость сушки.

При высокочастотной сушке требуются высокие удельные расходы энергии (2,5—5 кВт • ч на 1 кг испаренной влаги). Конструкция сушилок является более сложной и дорогой, чем .конвективных и контактных. Поэтому высокочастотные сушилки целесообразно применять для термообработки дорогостоящих пищевых продуктов.

Контрольные вопросы

1. На что расходуется теплота при конвективной сушке?

2. Чем отличается идеальная сушка от реальной?

3. Как построить реальный процесс сушки в i-x диаграмме?

4. Какие известны конструкции конвективных сушилок?

5. Какие специальные виды сушки известны?

6. Чему равняется расход теплоты на удаление свободной влаги?

7. Чему равняется общий расход теплоты на сушку?

8. Почему процесс сушки разделяется на первый и второй периоды?

9. Какие факторы определяют скорость сушки в первом периоде?

10. Какие факторы определяют скорость сушки во втором периоде?

11. На что расходуется теплота при конвективной сушке?

12. Чем отличается идеальная сушка от реальной?

13. Как построить реальный процесс сушки в i-x диаграмме?

14. Какие известны конструкции конвективных сушилок?

15. Какие специальные виды сушки известны?