Установка распылительной сушки для жидких биополимерных систем в технологиях рыбных продуктов

УДК 664.144 ББК 36.814.4

Ю. А. Максименко

УСТАНОВКА РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ СУШКИ ДЛЯ ЖИДКИХ БИОПОЛИМЕРНЫ1Х СИСТЕМ В ТЕХНОЛОГИЯХ РЫ1БНЫ1Х ПРОДУКТОВ

Yu. А. Maksimenko

INSTALLATION OF THE SPRAY DRIER FOR LIQUID BIOPOLYMER SYSTEMS IN FISH PRODUCTS TECHNOLOGY

Предложен рациональный метод распылительной сушки для жидких биополимерных систем в технологиях рыбных продуктов. Разработанная рациональная конструкция распылительной сушильной установки позволяет увеличить интенсивность процесса и осуществлять циркуляционное перемешивание, предварительный нагрев и струйную подачу продукта при сушке. Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет увеличения интенсивности и качества процесса сушки. Предложена принципиально новая схема организации процесса распылительной сушки и ее конструкторское решение для минимизации и устранения недостатков, присущих традиционным конструкциям. Результаты исследований могут быть использованы при организации процессов комплексной переработки рыбного сырья.

Ключевые слова: тепломассообмен, сушка, распылительная сушка, переработка рыбного сырья, тепломассоперенос.

A rational method of spray drying for liquid biopolymer systems in technologies of fish products is presented. The designed rational construction of spray drying installation allows us to increase the intensity of the process and implement the circulation mixing, preheating and ink supply of the product while drying. The positive effect of the proposed device is provided due to increase in intensity and quality of the drying process. A new scheme for the spray drying process and its designing solution to minimize and eliminate the drawbacks inherent to traditional designs are offered. The results of the researches can be used at the organization of the processes of complex fish raw processing.

Key words: heat and mass transfer, drying, spray drying, processing fish raw materials, heat and mass transfer.

Введение

Распылительные сушильные установки традиционно используются для обезвоживания жидких биополимерных систем в технологиях рыбных продуктов при производстве сухих дисперсных материалов. Распылительная технология широко применяется для сушки рыбных бульонов и гидролизатов, овариальной и семенной жидкости рыб и др.

Современные объемы перерабатываемой рыбной продукции определяют актуальность исследований в области энергосбережения и совершенствования отдельных технологических стадий технологий рыбопереработки.

Специфические особенности сушки в распыленном состоянии обусловливают ряд характерных достоинств этого способа: высушиваемый продукт отличается высоким качеством, т. к. отсутствует его перегрев; готовый продукт не требует дополнительного измельчения и обладает высокой растворимостью; из технологии возможно исключить энергоемкую стадию предварительного выпаривания. Наряду с достоинствами следует отметить некоторые недостатки распылительной сушки: сложность оборудования для распыливания и улавливания сухих частиц; сложность управления процессом и контроля качественных показателей продукта при переработке; значительные удельные габариты установок, работающих при мягких режимах и др. Недостатки обусловливают значительные энергетические и материальные затраты при эксплуатации.

На основе анализа современного состояния техники и технологии сушки предложен рациональный метод, позволяющий увеличить интенсивность процесса и дополнительно осуще-

ствлять циркуляционное перемешивание, предварительный нагрев и струйную подачу продукта при сушке. Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет увеличения эффективности и качества процесса сушки.

На рис. 1 изображено предлагаемое устройство, в состав которого входят: вертикальная сушильная камера, образованная двумя усеченными конусами 1, 2 и цилиндром 3; газоход для подачи теплоносителя 4; трубчатый кольцевой питатель 5, оснащенный по периферии гидравлическими форсунками 6; переливные перегородки 7 и 14; насос 8; газораспределительная решетка 9, выполненная в виде пластины круглого сечения с отверстиями, по периметру которых жестко закреплены отрезки труб, накрытые сверху колпачками 15; газоход отработавшего теплоносителя 10; циклон 11; трубопровод 12; вентиль 13.

Рис. 1. Сушильная установка: 1, 2 - усеченные конусы; 3 - цилиндр;

4 - газоход для подачи теплоносителя; 5 - трубчатый кольцевой питатель;

6 - гидравлические форсунки; 7, 14 - переливные перегородки; 8 - насос;

9 - газораспределительная решетка; 10 - газоход отработавшего теплоносителя; 11 - циклон;

12 - трубопровод; 13 - вентиль; 15 - колпачки

Устройство работает следующим образом (рис. 1, 2). Полый цилиндр сушильной камеры 3 от трубопровода 12 через трубчатый кольцевой питатель 5 и гидравлические форсунки 6 предварительно заполняется подлежащим сушке продуктом с помощью насоса 8, после чего по газоходу 4 производится подача сушильного агента в рабочий объем сушилки, образованный двумя усеченными конусами 1 и 2. Далее производится открытие вентиля 13. Вентиль 13 позволяет непрерывно осуществлять посредством питателя 5 и гидравлических форсунок 6 циркуляционное перемешивание продукта, подлежащего сушке, его дополнительный подвод от трубопровода 12 и предварительный нагрев за счет теплоносителя.

Поток теплоносителя при поступлении в слой жидкого продукта через перфорации колпачков 15 газораспределительной решетки 9 разбивается на струи, которые с большой скоростью входят в жидкий продукт. В пространстве между смежными колпачками газовые и жидкостные струи сталкиваются, деформируясь и образуя слой газожидкостной системы (пены) с сильно развитой поверхностью контакта продукта и теплоносителя, при этом образуется псевдокипящий слой распыленных частиц продукта.

Распыленные частицы продукта при контакте с сушильным агентом высыхают и транспортируются потоком теплоносителя по газоходу 10 в циклон 11, где за счет возникающей центробежной силы происходит отделение сухого продукта от отработавшего теплоносителя. При циркуляционном перемешивании продукт непрерывно подается гидравлическими форсунками 6 на стенки сушильной камеры, омывая их, за счет чего исключается налипание и контакт распыленных частиц продукта со стенками сушильной камеры и, следовательно, нарастающее загрязнение стенок в процессе распылительной сушки.

Теплоноситель

Рис. 2. Принцип работы сушильной установки

При работе устройства, с целью непрерывного и качественного высушивания продукта, необходимо согласование расходов вновь подводимого по трубопроводу 12 продукта и продукта, диспергируемого на поверхности газораспределительной решетки 9. Количество гидравлических форсунок 6 в кольцевом питателе 5 определяется из условия полного омывания стенок сушильной камеры струями продукта без его диспергирования в зависимости от расхода продукта и размеров сушильной камеры. В рабочий объем сушилки при диспергировании попадают частицы продукта различных размеров. Мелкие частицы, скорость движения которых меньше скорости движения теплоносителя в рабочем объеме сушильной камеры, транспортируются потоком теплоносителя в циклон 11, при этом происходит их досушка. Крупные, вследствие того, что скорость теплоносителя меньше скорости их движения, под действием силы тяжести вновь возвращаются на газораспределительную решетку 9, благодаря чему обеспечивается надежная работа устройства при возможных технологических колебаниях режимов распыления и сушки продукта ввиду изменения расходных параметров процесса и физико-химических характеристик продукта.

Скорость теплоносителя, подаваемого под газораспределительную решетку 9, должна соответствовать режиму уноса частиц продукта с поверхности решетки.

Все пространство между смежными колпачками 15 может быть разбито на следующие основные зоны (рис. 2): небарботируемой жидкости (зона А); недеформируемых струй (зона Б), деформируемых струй - пены (зона В), взвешенных частиц продукта (зона Д). Для зоны пены (зона В) характерны наиболее развитая поверхность массообменного контакта продукта с теплоносителем. Высота зоны пены возрастает с увеличением слоя жидкого продукта на газораспределительной решетке и скорости потока теплоносителя. Высота слоя жидкого продукта на газораспределительной решетке устанавливается и регулируется с помощью переливных перегородок 7 и 14. Вместе с тем необходимо иметь в виду, что при увеличении высоты слоя пены увеличивается гидравлическое сопротивление движению потока теплоносителя. Переливная перегородка 14 образует с поверхностью сушильной камеры щелевой сектор для возврата части продукта в цилиндр 3 при циркуляционном перемешивании.

Благодаря предложенному методу дальнейшее развитие получают исследования по учету при проектировании сушильной техники кинетических закономерностей процесса [1] и комплекса свойств объектов сушки, в том числе термодинамических [2], структурно-механических и теплофизических. Кроме того, необходима разработка математических моделей для оперативного управления процессом и качеством продукции, а также автоматизации работы сушильной установки.

Заключение

Предложенный рациональный метод позволяет увеличить интенсивность процесса и осуществлять циркуляционное перемешивание, предварительный нагрев и струйную подачу продукта при сушке. Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет увеличения интенсивности и качества процесса сушки. Предложена принципиально новая схема организации процесса распылительной сушки и ее конструкторское решение для минимизации/устранения недостатков, присущих традиционным конструкциям, а также для расширения перспектив использования сушильной техники при организации процессов комплексной переработки рыбного сырья.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Максименко Ю. А. Исследование кинетики процесса распылительной сушки овариальной жидкости рыб осетровых пород в технологии икорного золя / Ю. А. Максименко // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. 2011. № 2. С. 162-166.

2. Харенко Е. Н. Исследование статики процесса сушки овариальной жидкости рыб осетровых пород для совершенствования технологии икорного золя // Е. Н. Харенко, Ю. А. Максименко, С. А. Терешонков, Е. А. Дмитриева // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Рыбное хозяйство. 2012. № 2. С. 178-181.

REFERENCES

1. Maksimenko Iu. A. Issledovanie kinetiki protsessa raspylitel'noi sushki ovarial'noi zhidkosti ryb osetrovykh porod v tekhnologii ikornogo zolia [Study of kinetics of the spray drying processes of ovarian liquid of sturgeon in caviar production technology]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Rybnoe khoziaistvo, 2011, no. 2, pp. 162-166.

2. Kharenko E. N., Maksimenko Iu. A., Tereshonkov S. A., Dmitrieva E. A. Issledovanie statiki protsessa sushki ovarial'noi zhidkosti ryb osetrovykh porod dlia sovershenstvovaniia tekhnologii ikornogo zolia [Study of the static of the process of sturgeon ovarian liquid drying for improvement of caviar technology]. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriia: Rybnoe khoziaistvo, 2012, no. 2 (noiabr'), pp. 178-181.

Статья поступила в редакцию 20.06.2013

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ

Максименко Юрий Александрович - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук; доцент кафедры «Технологические машины и оборудование»; amxs1@yandex.ru.

Maksimenko Yuriy Aleksandrovich - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department 'Technological Machines and Machinery"; amxs1@yandex.ru.