Сушка и сушильное оборудование
Сушка - процесс удаления влаги из продукта путем ее испарения в газовую фазу, т.е. тепло-массообменный процесс. Является одной из конечных операция МБ производств. Продукты, поступающие на сушку, обычно имеют влажность порядка 30-60%, а после сушки она понижается до 5-12%.
При сушке продукты МБС делятся на 2 основные группы:
1. Продукты, для которых не требуется сохранения жизнеспособности микроорганизмов или высокой активности препаратов, и которые используются как источник питательных веществ (кормовые дрожжи, аминокислоты, водоросли). Для них допустимы более жесткие тепловые режимы.
2. Продукты, в которых после сушки требуется сохранить жизнеспособность и высокую активность (антибиотики, ряд бактерий и ферментов, хлебопекарные дрожжи и т.п.). Требуют применения щадящего низкотемпературного и непродолжительного режима сушки.
Выбор способа сушки и аппаратурного оформления тесно связан с характеристиками высушиваемых продуктов. Необходимо знать влажность исходного и конечного продукта, вязкость и поверхностное натяжение, капиллярную структуру материала и дисперсность, коэффициенты теплоемкости и теплопроводности, термолабильность, хим. состав и др.
В связи с разнообразием продуктов, подвергаемых сушке, существуют разнообразные способы сушки и конструкции сушилок и нередко для сушки одного и того же продукта используют различные аппараты.
При выборе способа сушки и аппаратурного оформления процесса руководствуются следующими принципами:
1. Минимальная стоимость сушки (сумма кап. затрат и текущих расходов).
2. Полная безопасность процесса (для персонала и окружающей среды).
3. Технологичность процесса. (Это требования к организации движения потоков в системе, простоты обслуживания и ремонта, получения продукта с заданными свойствами, например, дисперсность, гранулометрический состав, плотность и прочность частиц, активность продукта и т.д.).
Сушилки классифицируют по следующим признакам:
1. По способу подвода тепла - контактные и конвективные.
2. По виду теплоносителя - воздушные, газовые и паровые.
3. По величине давления в сушильной камере - работающие при атмосферном давлении и вакуумные.
4. По способу действия - периодические и непрерывные.
5. По взаимному движению материала и теплоносителя в сушилке - прямоточные, противоточные и с перекрестным током.
6. По конструкции - камерные, туннельные, ленточные, шахтные, распылительные, СКС (кипящего слоя), циклонные, вихревые, пневматические (трубы и спиральные сушилки), контактные, барабанные, сублимационные и т.д.
Основные конструкции сушилок для сушки продуктов мбс
Сушилки кипящего слоя (рис.37) - используют принцип КС для сушки гранулированных материалов. Возможна многокамерная (по горизонтали или вертикали) конструкция, позволяющая создавать различные температурные условия по зонам (рис.37б). Горизонтальное движение материала по решетке возможно за счет наклонной перфорации, за счет жалюзи или наклона самой решетки. Возможно наличие теплообменников в зоне КС. Основные недостатки - высокое гидравлическое сопротивление и неодинаковое время пребывания материала в проточных сушилках.
Рис. 37: а) - сушилка кипящего слоя: 1 - воздуходувка; 2 - калорифер; 3 - шнековый дозатор; 4 - шлюзовый затвор; 5 - решетка; 6 - корпус сушилка; б) - сушилка кипящего слоя секционированная.
Пневматические сушилки.
Рис. 38. а) - пневматическая сушилка: 1 - воздуходувка; 2 - калорифер; 3 - шнековый дозатор; 4 - корпус сушилки; 5 - циклон-разделитель; 6 - шлюзовый затвор; б) - пневматическая спиральная сушилка; в) - циклонная сушилка.
Спиральная пневматическая сушилка - плоский спиральный канал с циклоном для разгрузки внутри спирали (рис.38б); достоинство - малые габариты, недостаток - разрушение материала при трении о стенки.
Циклонные (рис.38в) - отличаются от обычного циклона высотой аппарата и бόльшим числом крутки, для поддержания которой ниже патрубка ввода смеси есть патрубок ввода газа; возможен обогрев корпуса - рубашка. Недостаток - абразивный износ материала.
Вихревые - цилиндрическая вихревая камера с тангенсальным вводом материала и центральным нижним патрубком выгрузки материала. Воздух вращает материал в камере, одновременно сепарируя его: высушенный материал, как более легкий, располагается в слое сверху и ближе к центру камеры и за счет естественного откоса ссыпается через порог центрального нижнего патрубка. Недостатки - неодинаковое время пребывания материала в аппарате и абразивное истирание.
Распылительные (рис.39а) - сушка ведется горячим воздухом или топочными газами с температурой до 300-350 0С; распыл суспензии - гидравлический, пневматический или центробежный; габариты сушилок - до 15 м в диаметре и 25 м в высоту.
Аэрофонтанные (рис.39б, 39в)- для сушки гранул - могут быть с решеткой и без решетки; с инертным носителем - шарами - для сушки суспензий.
Рис. 39. Сушилки для сушки суспензии: а - распылительная сушилка; б - сушилка кипящего слоя с инертным носителем; в - аэрофонтанная сушилка; г - вальцовая сушилка (1 - ороситель; 2 - обогреваемые вальцы; 3 - нож)
Вальцовые (контактные) - для выпаривания-сушки суспензии на поверхности обогреваемых паром вальцов. Высушенный материал срезается ножом.
Барабанные (рис.40а) - для сушки разнообразных сыпучих материалов. Вращающийся барабан чуть наклонен от входа к выходу, материал пересыпается по радиальным полкам. Направление движения воздуха - любое.
Ленточные или камерные конвейерные сушилки - для сушки гранулированного материала, который подается с гранулятора сверху в камеру, где расположены несколько конвейерных лент одна над другой. Материал пересыпается с одной ленты на другую нижележащую и сушится горячим газом.