Практическая работа № 10. Расчёт оборудования для производства сухих молочных продуктов.

Сушилки для молочных продуктов классифицируют следующим образом: пленочные, или вальцовые (контактные), распылительные, шкафные (камерные) и барабанные (воздушные). В основу их работы положены два способа сушки: контактный, при котором высушиваемый продукт соприкасается с нагретой поверхностью, и воздушный, когда влага из распыленного продукта поглощается проходящим воздухом.

Как правило, жидкие молочные продукты, подвергаемые сушке, предварительно сгущают в вакуум-выпарных установках. Поэтому содержание влаги в цельном молоке, подвергаемом сушке, обычно составляет 50...52 %, а в обезжиренном — 54...56 %. Содержание влаги в сухом продукте зависит от конструктивных особенностей сушильных установок и составляет 4... 12 %. Оборудование для сушки твердых молочных продуктов рассчитывают, исходя из вместимости сушилки и продолжительности технологического процесса (загрузки, сушки и выгрузки).

Определение количества влаги, удаляемой при сушке на вальцовой сушилке.

Вальцовые сушилки предназначены для сушки обезжиренного молока и пахты. Известны вальцовые сушилки атмосферные и вакуумные, по числу вальцов – одно- и двухвальцовые.

Количество влаги, удаляемой при сушке W (в кг/ч), рассчитывают по формуле

,

где G₁ – количество влажного сырья, поступающего на сушку, кг/ч; ω_1, ω₂ – содержание влаги соответственно во влажном сырье и сухом продукте, %.

Материальный баланс для вальцовых сушилок:

mC₁ = (m-W)C₂,

где: т — масса исходного продукта, кг; C_{1 ,} С₂ — концентрации сухих веществ в исходном и готовом продукте, %.

Напряженность поверхности нагрева [в кг/(м²∙ч)] вальцовой сушилки:

Т = W/S_нt,

где: S_н — рабочая поверхность нагрева, м²; t — продолжительность сушки, ч.

Расход пара (в кг) для вальцовых сушилок определяют по формуле:

Q_m,= [тс(θ_с – θ_н) + Wr + αS(θ_с – θ_в) + m_гс_г θ_г]/(h_п - h_k),

где: с - удельная теплоемкость высушиваемого продукта, Дж/(кг·К); θ_с, θ_н - температура сушки и начальная температура продукта, °С; r - теплота парообразования при температуре сушки, Дж/кг; α - коэффициент теплоотдачи от вальцов к воздуху, Вт/(м²∙K); θ_в -температура воздуха, °С; т_Г - количество готового продукта, кг; с_Г - теплоемкость готового продукта, Дж/(кг∙К); θ_г - температура готового продукта, °С; h_п, h_K - энтальпия греющего пара и конденсата, Дж/кг.

Продолжительность сушки (в с) определяют по формуле:

t = l/2πRw,

где: l - путь, пройденный высушиваемой частицей по окружности, м; R - радиус вальца, м; w - скорость вращения вальцов, с ^-1.

Определение производительности ленточной сушилки и скорости сушки.

Сушилки для твёрдых молочных продуктов бывают непрерывного и периодического действия. Сушилки непрерывного действия могут быть барабанные, ленточные, вибрационные и сублимационные.

Ленточные сушилки являются сушилками атмосферными с паровым калорифером. В пищевой промышленности применяют сушилки четырёх- и пятиярусные.

Производительность ленточной сушилки W (в кг/ч) определяют по формуле

,

где V – объём сушильной камеры (определяется по размерам камеры), м³; n - напряжение объёма сушильной камеры, кг/(м³·ч).

При расчёте ленточных сушилок, зная ширину ленты b (в м) , толщину слоя материала δ (в м), массу сырья, поступающего на ленту q (в кг/мин), плотность сырья ρ (в кг/м³), можно определить скорость движения ленты из зависимости

bδυ = q/ρ; υ = q/bδρ.

Количество теплоты (в кДж) для сушилок с продуктом, загруженным на рамах, рассчитывают по уравнению:

Q = m_п ^. с₁^. (θ_ср – θ₁) + W ^. r + n ^. (m_р ^. с_р) ^. (θ_ср – θ₁)+ S_с ^. К ^. Δθ_ср ^. t,

где: m_п – масса продукта, кг; с₁, с_р – теплоемкость продукта и рам, Дж/(кг ^. К); θ_ср, θ₁ - средняя температура продукта и рам, °С; r - теплота испарения, Дж/кг; п - количество рам; т_р - масса рам, кг; S_с - рабочая площадь сушилки, м²; К. - коэффициент теплопередачи от сушилки к окружающему воздуху, Вт/(м^{2 .} К); Δθ_ср - средняя разность температур между сушилкой и воздухом, °С.

Распылительные сушилки.

Распылительные сушилки в зависимости от движения воздуха и частиц молока можно разделить на три основных типа:

прямоточные – движение воздуха и частиц параллельное;

противоточные - движение воздуха и частиц противоположное;

со смешенным потоком – прямоток и противоток.

Количество влаги W (в кг), испаряемой из продукта в распылительных сушилках, определяют по формуле

,

где - масса влажного (сгущенного) продукта, кг; - масса сухого продукта, кг; - содержание влаги во влажном продукте, %; - содержание влаги в сухом продукте, %.