Изучение оборудования производства сухих белковых кормовых продуктов

Цель работы: изучить устройство, принцип работы вакуум- выпарных аппаратов, вальцовой и распылительной сушилок, правила их эксплуатации, определить и рассчитать основные показатели оборудования, анализ работы оборудования.

Общие положения

Одним из основных процессов производства микробных белковых кормовых препаратов являются сгущение продукта выпариванием и его сушка.

Сгущение выпариванием осуществляется путем удаления влаги в виде пара при кипении продукта под вакуумом. Влажность готовых продуктов не должна превышать 10%. В целях снижения расхода пара на сушку сгущенную дрожжевую суспензию выпаривают до содержания сухих веществ 24…26% на вакуум-выпарных установках при температуре не более 80…85^оС, сохраняющей высокое качество продукта (витаминов и во избежание пригорания к поверхности кипятильных труб).

Сушильные установки, применяемые в биотехнологическом производстве, подразделяют на распылительные и вальцовые. Вальцовые сушилки применяют преимущественно при сушке пастообразных биомасс.

Содержание сухих веществ 12,5…25%. Сгущенная биомасса нагревается за несколько минут до 100⁰С. Влажность сухого продукта составляет 8…10%.

Для анализа работы вакуум-выпарной установки, представляющей собой теплообменник, в котором происходит кипение продукта и удаление вторичных паров, наибольший интерес представляет материальный баланс, расход греющего пара и коэффициент испарения.

Рассмотрение их позволяет оценить интенсивность и эффективность процессов сгущения микробных белковых кормовых препаратов и установить факторы, от которых они зависят.

Уравнение материального баланса при выпаривании имеет вид

где, G₁, G₂ – количество исходного и готового продукта, кг;

W – количество влаги, подлежащее выпариванию, кг;

S₁, S₂ – массовая доля сухих веществ в исходном и готовом продуктах, %;

Из уравнения можно определить количество испаренной влаги:

Концентрация сухих веществ S₂ в готовом продукте

.

Расход греющего пара (кг)

,

где i₁, i₂ – энтальпия греющего и вторичного пара, Дж/кг;

с₁, с₂ – удельная теплоемкость исходного продукта до и после процесса, Дж/(кг·К);

t₁, t₂ – начальная и конечная температуры продукта, ⁰С;

t_конд – температура конденсата, ⁰С;

c_конд – теплоемкость конденсата, Дж/(кг·К).

Коэффициент испарения ^α_u ^{показывает отношение количества теплоты, отдаваемой 1 кг греющего пара, к количеству теплоты, затрачиваемой на образование 1 кг вторичного пара:}

^{С увеличением α}_u ^{повышается эффективность работы} вакуум-аппарата.

Сушильные установки, применяемые в биотехнологическом производстве подразделяют на установки для сушки жидких препаратов на вальцовые и барабанные, распылительные дисковые и ленточные; для сушки твердых препаратов - барабанные и ленточные.

При эксплуатации вальцовых сушилок возникает необходимость в расчете их производительности по испаренной влаге и определение тепла и пара, продолжительности сушки и толщины пленки. При расчетах вальцевых сушилок необходимо знать температуру испарения продукта на вальцах, которую измерить сложно, особенно температуру сушки. В связи с этим для упрощения расчетов допускают, что температура кипения исходного продукта равна температуре испарения влаги из продукта.

Температуру готового продукта принимают на 5-6⁰С меньше температуры поверхности вальцов, которую считают на 5-8 ⁰С ниже температуры греющего пара.

Из уравнения материального баланса вальцовых сушилок определяют количество испаренной влаги, кг:

M₁S₁=(M_r – W)S₂ = M₂S₂,

где, М₁ – количество исходного продукта, кг;

М₂ - ^{количество готового продукта, кг;}

S₁ - ^{содержание сухих веществ в исходном продукте, %;}

S₂ - содержание сухих веществ в готовом продукте, %;

Один из основных показателей работы сушилки – _{напряженность по испаренной влаге определяют по формуле}

,

где Т- напряженность поверхности нагрева сушилки, (кг/м²);

F- рабочая поверхность нагрева сушилки, м²;

Z- продолжительность сушки, ч.

Продолжительность нахождения продукта на вальцах или длительность сушки на вальцовых сушилках

,

где Z- длительность сушки, с;

φ- угол, пройденный частицей высушиваемого продукта за время сушки на вальцах, рад;

ω- угловая скорость движения вальцов, рад/с;

ℓ- путь, пройденный высушиваемой частицей по окружности, м;

n_в- частота вращения вальцов, мин ^{- 1} (с^-1);

R- радиус барабана, м.

Необходимую частоту вращения вальцов сушилки (с ^{- 1}) устанавливают по формуле

Потребляемая мощность при работе вальцовой сушилки определяют:

где N_в– мощность, потребная на вращение вальцов,кВт;

ν- окружная скорость вращения вальцов, м/с;

Р - сила, необходимая для снятия пленки шириной 1см (для микробных белковых препаратов Р=3,64 - 4,5 кг/см);

L - суммарная длина ножей, см;

μ - коэффициент трения между ножами и поверхностью вальцов (μ=0,1…0,2);

α - угол наклона ножа (угол между ножом и касательной к окружности вальца, проведенной в точке прикосновения ножа к вальцу);

η_м - коэффициент полезного действия приводного механизма (η_м=0,8…0,85).

При распылительной сушке продукт распыляется и высушивается в атмосфере горячего воздуха. Обезвоживание продукта происходит в результате испарения влаги с поверхности в виде мельчайших капель. Основные расчеты и анализ устройств для распыления продукта в сушильной башне включают определение диаметра и количества капелек при распылении, скорость движения воздуха и мощность, затрачиваемую на работу диска.

Диаметр капелек d (м) определяют:

,

где, n- частота вращения диска, мин^-1;

α- поверхностное натяжение продукта, кг/м;

R- радиус диска, м;

ρ- плотность жидкости, кг/м³.

Количество капелек К (шт), образовавшихся в процессе распыления, при условии, что они одинакового диаметра, определяют по формуле

,

где М- производительность сушилки по исходному продукту, кг/ч;

Скорость движения воздуха ν_в(м/с) в сушильной башне определяют по формуле

_,

где W_и- производительность сушилки по испаренной влаге, кг/ч.

При дисковом распылении мощность, затрачиваемую на работу диска, определяют:

,

где, N- мощность, кВт;

ν_окр- окружная скорость вращения диска, м/с;

d- диаметр диска, м;

G- производительность сушилки по исходному продукту, кг/ч.

Ход выполнения работы

1 Изучить правила эксплуатации вакуум-аппаратов и вальцовых распылительных сушилок.

2 Ознакомиться с конструкцией аппаратов и сушилок.

3 Установить конструктивные и технологические параметры оборудования.

4 Выполнить расчеты и сделать анализ.

Методические указания по выполнению работы

1 Работу начинают с изучения конструкции и принципа работы и правил эксплуатации вакуум-выпарных аппаратов и сушилок.

2 После этого выполняют эскизы оборудования с указанием основных узлов и деталей.

3 По техническим паспортам, измерениям устанавливают конструктивные и технологические параметры вакуум-выпарных аппаратов и сушилок, по которым производят расчеты.

Полученные данные и результаты расчетов оформляют в таблицах 4.1, 4.2, 4.3.

Таблица 4.1 - Параметры вакуум-выпарного аппарата

Количество продукта, кг		Температура продукта, оС		Температура конденсата tконд, 0С	Количество испаренной влаги W, кг	Расход греющего пара D, кг	Коэффициент испарения αи
исходного G1	готового G2	начальная t1	конечная t2

Таблица 4.2 - Параметры вальцовой сушилки

Количество продукта, кг		Содержание сухих веществ,% %		Рабочая поверх- ность сушилки F,м	Продолжитель- ность сушки Z,ч	Угол, пройенный частицей φ,град	Путь частицы l,м
исходного, М1	готового, М2	в исходном продукте S1	в готовом продукте S2

Таблица 6 - Параметры распылительной сушилки

Частота вращения диска n, об/мин	Радиус диска R, м	Производительность сушилки, кг/ч		Диаметркапелекd,м	Количество капелек К	Скорость воздуха νв,м/с	Мощность диска N,кВт
		по исх. продукту М	по испар. влагеW