Расчет распылительной сушильной установки прямоточного действия с дисковым распылением для получения сухого молока

      В условиях почти мгновенной сушки  температура поверхности частиц материала, несмотря на высокую температуру сушильного агента, лишь немного превышает температуру адиабатического испарения чистой жидкости. Таким образом, достигается быстрая сушка в мягких температурных условиях, позволяющих получить качественный порошкообразный продукт, хорошо растворимый и не требующий дальнейшего измельчения.

    Распыление  центробежными дисками пригодно для диспергирования суспензий и вязких жидкостей, но требует значительно большого расхода энергии, чем механическое распыление. Распыливание механическими форсунками, в которые жидкость подается насосом под давлением 30-200 аm, более экономично, но применяется только для жидкостей, не содержащих твердых взвесей, вследствие чувствительности этих форсунок к засорению.

      Распыление пневматическими форсунками, работающих при помощи сжатого воздуха под давлением около 6 ам, хотя и пригодно для загрязненных жидкостей, но наиболее дорого из-за большого расхода энергии; кроме того, его недостатком является неоднородность распыления.

      Для осаждения мелких частиц и уменьшения уноса скорость газов в камере, считается на ее полное сечение, обычно не превышает 0,3-0,5 м/сек. Но даже при таких скоростях унос значителен и требуется хорошее обеспыливание отработанных газов. Для более равномерного распределения сушильного агента по сечению камеры и хорошего смешивания с каплями высушиваемой жидкости используют ввод газа через штуцер, расположенный касательно к корпусу камеры, или через ряд щелей, по ее окружности.

      Вследствие  относительно низкого напряжения камеры по влаге распылительные сушилки представляют собой довольно громоздкие аппараты. Кроме того, оборудование для сушилок (распиливающие и пылеулавливающие устройства) являются довольно сложным и дорогим в эксплуатации.

 Способ сушки  распылением обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами сушки.

1. Процесс сушки протекает чрезвычайно быстро (обычно 13-15 сек) и частицы в зоне повышенных температур имеют насыщенную поверхность, температура которой близка к температуре адиабатного испарения чистой

жидкости. Благодаря мгновенной сушке и  не высоких температур не происходит денатурация белков, окисления, потерь витаминов.

2. легко регулировать и изменять в нужном направлении качественные показатели готового продукта в зависимости от условий сушки.

 3. Готовый продукт не требует дополнительного измельчения.

4. Можно достигнуть высокой производительности по высушиваему материалу.

5. Высушиваемый продукт не соприкасается с поверхностями сушилки до тех пор пока не высушится, что упрощает проблему коррозии материала высушиваемой камеры.

6. Сушка происходит в широких температурных пределах (60-120°С).

7. Не происходит вынос пыли высушиваемого продукта в помещении цеха,

что особенно важно при сушке вредных для человеческого организма веществ.

Метод сушки имеет и недостатки:

1. Большие удельные габариты сушильной установки при сушке с начальной

температурой  воздуха 100-150°С;

2. Сравнительно дорогое и сложное оборудование для распыления и выделения высушенного продукта из отработанных газов;

3. Повышенный расход электроэнергии, обусловленный увеличенным расходом воздуха. 
 
 
 
 

1.2. Принцип работы сушильной камеры

      Существующие  в настоящее время различные  типы распылительных сушилок можно классифицировать по принципу движения газа и частиц раствора в сушильной камере. Исходя из этого Признака, сушилки можно разделить на три типа: сушилки, работающие при параллельном, противоточном и смешенном токе газа и частиц раствора.

      Наибольшее  распространение в промышленности получили сушилки, работающие при параллельном токе газа и частиц раствора сверху вниз (а). В этом случае газ и раствор подается сверху сушильной камеры.

      Одним из основных достоинств параллельного  тока является возможность

применять для сушки высокую температуру  газа без перегрева, высушиваемого

раствора. Температура сухих частиц в основном определяется температурой газов на входе из сушилки. При этой схеме работы сушилки меньше вероятности попадания частиц на стенки камеры, что особенно важно при сумке термочувствительных растворов. Горячий готовый продукт получается однородным, в виде порошка, состоящего из частиц шарообразной формы. При сушке некоторых растворов с применением параллельного тока объемный вес порошка получается меньше, чем при сумке с противотоком. Иногда параллельный ток осуществляется при горизонтальном факеле распыла (б). Ввод газов и распыление раствора производится с одного из краев сушилки. Основная часть продукта осаждается в сушильной камере. Для улучшения смешения газа с распыленными частицами газовому потоку при входе в сушилку придается вращательное движение.

      Параллельной  ток газа и частиц материала можно осуществить также при подаче газа и раствора снизу сушильной камеры (в). В этом случае необходимо, чтобы скорость газов в сушильной камере была больше скорости витания наиболее крупных частиц. Только тогда все частицы распыленного раствора

будут подниматься вверх, и уноситься вместе с отработанным газом.

    Этот  принцип движения газа и раствора обладает всеми преимуществами параллельного тока, но в отличие от предыдущей схемы (а) сушка здесь происходит  более равномерно.

     Параллельный  ток снизу вверх особенно выгоден  при высокодисперсном и однородном распыле. Правда, в этих условиях несколько  усложняется проблема  выделения  сухих частиц из газового потока. 
 

1. З. Сравнительная характеристика сушилок различных конструкций

Конвективные сушилки с пневмотранспортом материала 

      Пневматические сушилки. Для сушки во взвешенном состоянии зернистых и кристаллических материалов применяют также пневматические сушилки. Сушка осуществляется в вертикальной трубе длиной до 20 м. Частицы материала движутся в потоке нагретого воздуха, скорость которого превышает скорость витания частиц и составляет 10-30 м/сек. В подобных трубах-сушилках процесс сушки длится секунды и за такое короткое время из материала удается испарить только часть свободной влаги.

      Недостатки: расход энергии в пневматических сушилках значителен, причем он снижается с уменьшением размера частиц материала, который не должен превышать 8-10 мм. Для сушки материалов с крупными частицами, а также для удаления из материала связанной влаги пневматические сушилки комбинируют с сушилками других типов. Таким образом, несмотря на компактность и простоту устройства, область применения пневматических сушилок ограничена условиями, указанными выше. 

 Контактные  сушилки. 

      Вакуум-сушильные  шкафы. Простейшими контактными сушилками периодического действия являются вакуум-сушильные шкафы, которые в настоящее время используются для сушки малотоннажных продуктов в производствах с разнообразным ассортиментом продукции, где применение высокопроизводительных механизированных сушилок непрерывного действия экономически не оправдано.

      Такие сушилки пригодны для сушки легкоокисляющихся, взрывоопасных и выделяющих вредные или ценные пары веществ.

Однако они малопроизводительны и малоэффективны, поскольку сушка в них происходит в неподвижном слое при наличии плохо проводящих тепло зазоров между противнями и греющими плитами.

      Гребковые вакуум-сушилки. В этих контактных сушилках периодического действия скорость сушки несколько увеличивается за счет перемешивания материала медленно вращающейся горизонтальной мешалкой с гребками; вместе с тем, они не требуют ручной загрузки и выгрузки материала подобно вакуум-сушильным шкафам.

      Производительность  сушилки зависит от температуры греющего пара, величины разряжения и начальной влажности материала. Такой тип сушилок имеют высокую стоимость и сложную конструкцию, по сравнению с атмосферными сушилками. Но технологически такие сушилки пригодны для сушки чувствительных к высоким температурам, а также для токсичных и взрывоопасных веществ, для получения высушенных продуктов повышенной чистоты.

      Вальцовые сушилки. В этих сушилках осуществляется непрерывная сушка жидкостей и текучих пастообразных материалов при атмосферном давлении или при разряжении. 
 

2. Вспомогательное  оборудование

2.1.  Центробежные   пылеотделители - циклоны 

      Более интенсивное и эффективное осаждение  твердых частиц, взвешенных в газе, реализуется в центробежных аппаратах-циклонах. Действие центробежной силы, развиваемой газовыми потоком, позволяет удалить из потока частицы диаметром до 5 мкм.

      Сущность  метода центробежного отделения  частиц заключается в создании потока, двигающегося со значительными скоростями, изменяющегося со значительными скоростями, изменяющего направление движения. Обладая значительной инерцией, частицы не успевают за изменениями направления движения потока. Они продолжают движение в первоначальном направлении и оседают на стенках циклона. Поток газа, содержащего частицы, вводятся по касательной в цилиндрическую часть аппарата. Газ проходит вдоль стенок аппарата по спиралям, а затем, описывая малые спирали, выходит вверх по центральной трубе. Частицы оседают на внутренней стенке циклона и падают в суженную конусообразную часть, откуда могут быть удалены.

      Для улавливания уноса в сушильных  установках наибольшее распространении ввиду простоты и дешевизны получили центробежные циклоны. Степень очистки газов в циклонах составляет 70-90%. Обычно циклон представляет собой цилиндр, к нижней части которого пристраивается конус с углом наклона не менее 60°.

Очищенные газы выводятся по центральной выкидной трубе. 
 
 

     Скорость газов  во входном патрубке циклона составляет обычно 10-20 м/сек. Скорость движения в выходной трубе - от 3-8 м/сек.

    Степень очистки газа от пыли в циклонах зависит от свойств пыли и газа, от скорости движения запыленного газового потока,  а также от абсолютных размеров и конструктивных особенностей циклонных аппаратов. Дисперсный состав пыли и его плотность  в значительной степени определяет эффект работы циклонов. Чем крупнее частицы пыли, тем  полнее они улавливаются циклоном.

    На  графике приводится зависимость  коэффициента очистки газов от диаметра  частиц для циклона системы НИИОГАЗ  ЦН -15.

    В настоящее  время в промышленности распространены различные конструкции центробежных пылеотделителей. 

 
 
 

2.2. Вентилятор

    Центробежные  вентиляторы условно делятся на вентиляторы низкого давления (р<10³ н/м²), среднего давления (р=10³-3*10³ н/м²) и высокого давления (р=3*10³- 10⁴ н/м²).

    В спиралеобразном корпусе вентилятора  вращается рабочее колесо (барабан) с большим количеством лопаток. Отношение ширины лопатки к ее длине зависит от развиваемого давления и является наименьшим для вентиляторов высокого давления. Газ поступает по оси вентилятора через патрубок и удаляется из корпуса через нагнетательный патрубок. Форму и размеры корпуса вентилятора, рабочего колеса, лопаток и патрубков выбирают такими, чтобы гидравлические потери были наименьшими. Рабочие колеса вентиляторов низкого давления имеют лопатки, загнутые назад. У некоторых типов вентиляторов высокого давления лопатки загнуты вперед для создания большого напора.

    Характеристики  центробежных вентиляторов, как и  других центробежных машин для размещения и сжатие газов, подобны характеристикам центробежных насосов, а изменение производительности, напора и мощности от числа оборотов выражается зависимостями. Рабочий режим устанавливается по точке пересечения характеристики центробежной машины с характеристикой сети.