Использование распылительной сушилки

Описание проекта

За период 19902006 г.г. в Украине проведено резкое сокращение поголовья крупного рогатого скота, что привело уменьшению заготовок молока.

В свою очередь это отразилось на экономических показателях работы подавляющего большинства предприятий, сокративших объёмы переработки молока, что привело к снижению рентабельности производства.

Наряду с этим значительно повышены тарифы на энергоносители, что еще более повысило себестоимость выпускаемой продукции.

Особенно актуально стоит вопрос о сушке молока, которое летом не находит сбыта, а зимой его недостаточно. При сложившейся экономической ситуации на Украине происходит разукрупнение предприятий на сравнительно мелкие фермерские хозяйства. Таким образом сушильные установки должны быть рассчитаны на производительность по влаге 10 - 100 кг/ч.

Линия по производству сухого молока должна состоять из следующих основных компонентов:

сепаратор - для разделения цельного молока на сливки и обезжиренное молоко;

сушильная камера с распылительной форсункой;

вентилятор - для нагнетания воздуха в аппарат;

калорифер - подогревающий воздух до температуры, необходимой для сушки;

фильтр очистки отработанного воздуха - для предотвращения попадания в атмосферу готового продукта (сухого молока)

транспортирующие устройства.

Для уменьшения энергопотребления в состав линии может быть включен воздушный рекуператор, в котором происходит теплообмен между отработанным горячим воздухом и холодным приточным воздухом.

В качестве теплоносителей для подогревания воздуха может использоваться жидкое, твердое или газообразное органическое топливо, пар или электроэнергия.

В зависимости от типа используемой распылительной форсунки для обеспечения ее работоспособности могут понадобиться воздушный компрессор (пневматическая форсунка), высокооборотный привод (дисковый распылитель) или насос высокого давления (механическая форсунка).

Для очистки отработанного воздуха могут применяться тканевые фильтры, фильтры мокрой очистки или воздушные циклоны.

Введение

В пищеперерабатывающей промышленности распылительные сушилки используются главным образом в тех случаях, когда желателен кратковременный контакт продукта с теплоносителем-воздухом. Например, распылительные сушилки применяют для сушки жидких продуктов (молоко, кровь, бульоны, меланж и т.п.) с превращением жидкого продукта в сухой растворимый продукт.

При использовании этого метода, подаваемый на сушку специальными риспособлениями (форсунками и центробежными дисками) жидкий продукт распыляется в сушильной камере, через которую проходит нагретый газ-теплоноситель (воздух).

Под распылением подразумевают диспергированние струи жидкости, сопровождающееся образованием большого количества полидисперсных капель. Благодаря развитой поверхности диспергированных частиц проходит интенсивный тепло- и массообмен с агентом сушки, при этом распыленные частицы быстро отдают влагу. Весь процесс сушки занимает всего несколько секунд, причем максимальная температура частиц в процессе испарения влаги в зоне повышенных температур не превышает температуры, при которой продукт сохраняет основные физико-химические свойства, что особенно ценно при сушке материалов, чувствительных к действию высоких температур.

При сушке распылением можно изменять в определенных пределах некоторые показатели получаемых порошков: величину частиц, влажность, насыпную массу. При использовании сушки методом распыления получается готовый продукт, не требующий дальнейшего измельчения. Может быть сокращен и полностью механизирован технологический цикл получения сухого продукта.

Хорошая растворимость, образующегося при сушке мелкодисперсного порошка в ряде случаев имеет большое значение (например, при разведении водой сухого молока).

К недостаткам распылительных сушилок можно отнести: большие размеры сушильной камеры вследствие малой скорости сушильного агента и, соответственно, низкого напряжения камеры по влаге; значительный расход энергии и тепла; сложное оборудование сушильной установки (распылительные и пылеулавливающие устройства).

Целью данного проекта является разработка распылительной сушильной установки непрерывного действия для получения сухого обезжиренного молока

Технология процесса и описание машинно-аппаратурной схемы производства

Машинно-аппаратурная схема линии производства сухого молока приведена в графической части проекта (ОПП 02.06.01).

Цельное молоко по трубопроводу 1 подается в сепаратор 4 через фильтр для очистки молока 2. В сепараторе молоко разделяется на сливки и обрат (обезжиренное молоко). Сливки являются готовым продуктом и сливаются через патрубок 3.

Обрат по патрубку 6 через фильтр очистки 7 сливается в емкость для сбора обрата 8. из этой емкости обрат поступает во всасывающий трубопровод 9 плунжерного насоса 10. Плунжерный насос обеспечивает давление в нагнетательном трубопроводе 11 до 160 атм., что необходимо для нормальной работы распылительной форсунки. Для сглаживания пульсаций давления, обусловленных характером работы плунжерного насоса, обрат, находящийся под высоким давлением, поступает в ресивер 13. Пульсации давления демпфируются воздушной подушкой ресивера, манометр 12 служит для контроля давления в ресивере, а также может служить прибором автоматики управления плунжерным насосом.

Из ресивера обрат под высоким давлением поступает на распылительную форсунку 14, при помощи которой распыляется на дисперсные капли и выбрасывается в корпус сушильной камеры 15.

Горячий воздух (с температурой 150 оС) тангенциально подается в сушильную камеру из калорифера. Внутри камеры горячий воздух движется по нисходящей спирали и омывает капли распыленной жидкости. Благодаря большой поверхности контакта капель с горячим воздухом, влага практически мгновенно испаряется, а воздух охлаждается до температуры 80 оС.

Сухая частичка под действием силы тяжести опускается на дно камеры где скребками 20 и винтовым конвейером 23 транспортируется к разгрузочному бункеру 24.

Отработанный воздух вместе с захваченными им частичками сухого молока поступает в матерчатый фильтр 16, где из воздуха выделяются эти частички и поступают в разгрузочный бункер. Очищенный отработанный воздух подается на пластинчатый рекуператор 17 где отдает большую часть тепла холодному внешнему воздуху, нагнетаемому вентилятором 25, внешний воздух, соответственно, за счет этого подогревается.

Из рекуператора очищенный и охлажденный отработанный воздух через патрубок 26 выходит в атмосферу.

Внешний воздух, прошедший подогрев в рекуператоре, окончательно нагревается до необходимой температуры (150 оС) в калорифере 18, откуда поступает в сушильную камеру.

Современное состояние и перспективы развития распылительных сушильных установок

2.1. Энергопотребление.

В настоящее время значительно повышены тарифы на энергоносители, что привело к повышению себестоимости выпускаемой продукции. Особенно остро это отразилось на предприятиях молочно-консервной промышленности, эксплуатирующих выпарное и сушильное оборудование - одно из самых энергоемких в отрасли.

Наиболее энергозатратны сушильные установки, в которых удельный расход энергии в 810 раз превышает ее потребление при выпаривании.

Самым эффективным способом сокращения энергопотребления на процесс сушки является замена парового или электрического калорифера на огневой теплогенератор, например, косвенного нагрева, работающий как на газообразном, так и на жидком топливе, которое обеспечивает сокращение расхода топлива (газ, мазут) до 30%.

Однако по простоте конструкции, возможностям автоматизации, простоте обслуживания и безопасной эксплуатации предпочтительными остаются электрические калориферы.

Значительным недостатком сушильных установок является выброс отработанного воздуха в атмосферу, имеющего теплосодержание всего лишь на 1015% меньше, чем горячий воздух, подаваемый в сушильную камеру.

Снизить энергопотребление сушилки возможно за счет повышения начальной температуры воздуха перед калорифером, например, при его нагревании за счет теплоты отработанного в сушилке теплоносителя (смесь воздуха и водяного пара, образовавшегося в процессе испарения воды из молока при его сушке).

В настоящее время в сушильных установках применяются различные типы рекуператоров:

Пластинчатые рекуператоры

Удаляемый и приточный воздух проходят с обеих сторон целого ряда платин. Удаляемый и приточный воздух обычно не контактируют друг с другом, но практика показала, что некоторая утечка все-таки может происходить. В пластинчатых рекуператорах на пластинах может образовываться некоторое количество конденсата, а потому они должны быть оборудованы отводами для конденсата. Конденсатосборники должны иметь водяной затвор не позволяющий вентилятору захватывать и подавать воду в канал. В пластинчатом рекуператоре отсутствуют подвижные части. Он характеризуется высокой эффективностью (50 - 90%).

Рекуператоры с промежуточным теплоносителем

Вода или водногликолиевый раствор, циркулирует между двух теплообменников, один из которых расположен в вытяжном канале, а другой в приточном . Теплоноситель нагревается удаляемым воздухом, а затем передает тепло приточному воздуху. Теплоноситель циркулирует в замкнутой системе. Передача тепла может регулироваться изменением скорости циркуляции теплоносителя. Эти рекуператоры не имеют подвижных частей, но имеют низкую эффективность (4560%).

Тепловые трубы

Данный рекуператор состоит из закрытой системы трубок, заполненных фреоном, который испаряется при нагревании удаляемым воздухом. Когда приточный воздух проходит вдоль трубок, пар конденсируется и вновь превращается в жидкость. Рекуператор не имеет подвижных частей, но имеет низкую эффективностью (5070%).

Сравнительная оценка различных способов возврата (рекуперации) теплоты из отработанного теплоносителя в воздух перед его нагревом показала, что самым эффективным методом является применение термосифонов, способных передать теплоту с удельной мощностью 3-6 кВт/м2 теплопередающей поверхности.

Промышленный термосифон - это оребренная труба высотой 1,55 м с диаметром цилиндрической части 3035 мм, заполненная легкокипящим теплоносителем. Нижняя часть термосифона помещается в воздуховод с отработанным теплоносителем, а верхняя - в воздуховод с приточным атмосферным воздухом.

2.3. Очистка отработанного воздуха.

Воздух, выходящий из сушильной камеры, содержит большое количество сухого продукта во взвешенном состоянии. Для его очистки применяются различные аспирационные устройства: тканевые фильтры, циклоны, системы мокрого пылеулавливания.

Тканевые фильтры способны задерживать частички диаметром от 1 мкм, однако ткань фильтра требует периодической очистки (встряхивание или продувка в обратном направлении).

Циклоны не требуют обслуживания, могут работать непрерывно, однако обеспечивают задержание частиц диаметром не менее 150 мкм, что неприемлемо для производства сухого молока.

Наиболее эффективны для очистки воздуха системы мокрого пылеулавливания (скрубберы), обеспечивающие очистку до остаточного содержания пылевых частиц в воздухе 515 мг/мЗ. Очистка отработанного воздуха в мокром пылеуловителе (скруббере) обеспечивает получение сухого молока в количестве 1015 т/год и более. Дополнительная экономия достигается также за счет испарения из молока в процессе мокрого пылеулавливания воды до 200400 кг/ч. Конструкция систем мокрого пылеулавливания разрабатывается с учетом специфики каждого типа сушилки и условий размещения оборудования в цехе.

Устройство и принцип действия разработанной конструкции

Разрабатываемая распылительная сушилка содержит следующие элементы: сушильную камеру (корпус) с транспортирующими механизмами, распылительную форсунку, фильтр очистки воздуха, рекуператор и калорифер.

Сушильная камера имеет цилиндрическую форму с плоским дном. Со дна сушильной камеры готовый сухой продукт (сухое молоко) транспортными скребками перемещается к загрузочному отверстию винтового конвейера. Транспортные скребки расположены на горизонтальной вращающейся штанге и совершают вращательное движение относительно оси симметрии камеры. Углы крепления и радиальное расположение скребков подобраны таким образом, чтобы направлять готовый продукт к винтовому конвейеру, не оставляя «мертвых» зон на дне сушильной камеры. Винтовой конвейер перемещает сухое молоко к разгрузочному бункеру.

Приводом транспортных устройств (скребков и конвейера) является последовательно соединенные мотор-редуктор и открытый редуктор, состоящий из двух конических передач. Так как скорости вращения валов транспортного устройства и открытого редуктора незначительные, в качестве подшипников выбираю подшипники скольжения сухого трения, не требующие смазки.

Из соображений простоты конструкции и экономичности выбираю распылительную форсунку механического типа.

Так как частицы сухого молока имеют размер от 20 мкм. в качестве фильтра очистки воздуха принимаю тканевой рукавный фильтр. Для периодической очистки ткани фильтра принимаю встряхивающее устройство.

В качестве рекуператора принимаю пластинчатый рекуператор с перекрестным ходом потоков воздуха. Так как выброс отработанного воздуха производиться по патрубку, направленному горизонтально вниз, нет необходимости в применении конденсатоотводчика, однако его необходимо предусмотреть на трубопроводе выброса воздуха в атмосферу, если этот трубопровод будет иметь подъемные участки.

Заключение

В результате выполнения проекта была разработана распылительная сушильная установка обеспечивающая производительность 100 кг/ч сырого обезжиренного молока.

Общее энергопотребление установки (нагрев воздуха, вентилятор, механические устройства, плунжерный насос) - 140 кВт. Энергоноситель - электроэнергия.

Эксплуатационные затраты установки составляют 257055 грн. в год.

Выполнен расчет основных узлов и механизмов установки, который приведен в пояснительной записке объемом 31 стр.

Графическая часть проекта состоит из трех листов формата А1, на которых приведены: машинно-аппаратурная схема линии по производству сухого молока, общий вид сушильной установки, рабочие чертежи распылительной форсунки и сушильной камеры.