Основные сушильные установки

Одноступенчатая сушка

Наиболее простая установка для производства обычного сухого молока представляет собой распылительную сушилку с пневматической конвейерной системой.

Эта система работает по принципу одноэтапного высушивания, что означает удаление всей влаги до требуемого содержания из концентрата в камере распылительной сушилки (1). Пневматическая система служит только для сбора сухого молока, которое собирается в конической части башни, и сухого продукта, отделенного от отработанного воздуха в главном циклоне (6), его охлаждения и подачи в последний циклон, с помощью которого осуществляется расфасовка по мешкам.

Двухступенчатая сушка

В двухступенчатой системе сушки, производящей тот же тип сухого молока, что и описанная выше установка, пневматическая конвейерная система заменена на сушилку с псевдоожиженным слоем, принцип работы которой описан ниже под заголовком "Принцип работы распылительной сушки".

Трехступенчатая сушка

Трехступенчатая сушка является расширенной моделью двухступенчатого варианта сушки, которая разработана для дополнительного снижения затрат на производство.

Принцип работы распылительной сушки

Одноступенчатая сушка

Конструкция установки одноступенчатой сушки. Молочный концентрат подается в камеру сушилки (1) с помощью насоса высокого давления (4), а затем подается в распылитель (5). В смесительной камере распыленные мелкие капли смешиваются с горячим воздухом. Воздух подается в установку через фильтр с помощью вентилятора, снабженного нагревателем, где его температура повышается до 150–250ºС.

Горячий воздух через распределитель попадает в смесительную камеру.

В смесительной камере распыленное молоко смешивается с горячим воздухом, и вода из молока выпаривается. Главным образом сушка протекает в момент торможения высвобожденных из распылителя капель молока с большой скоростью при трении о воздух. Свободная вода испаряется непрерывно. Вода, которая находится в порах и капиллярах твердых частиц, должна сначала диффундировать к поверхности, а уже потом испариться. Это происходит, пока частицы молока медленно оседают в сушильной башне. Молоко нагревается только до 70–80ºС, поскольку теплоотдача воздуха расходуется на испарение воды. Удаление воды из капель приводит к значительному уменьшению массы, объема и диаметра. При идеальных условиях сушки вес уменьшится примерно на 50%, объем – до 40%, а диаметр до 75% от размера первоначальной капли .

Сухое молоко в процессе сушки оседает в сушильной камере и выгружается в нижней части башни. Далее транспортируется в секцию упаковки охлажденным воздухом, подаваемым с помощью вентилятора. После охлаждения смесь охлаждающего воздуха и порошка попадает в разгрузочный блок (7), где перед упаковкой порошок отделяется от воздуха. Некоторая часть маленьких легких частиц может смешаться с воздухом, выходящим из сушильной камеры. Этот порошок отделяется с помощью одного или более циклонов (6,7). Отделенный порошок возвращается в основной поток сухого молока, транспортируемого в секцию упаковки. Очищенный высушивающий воздух удаляется из установки с помощью вентилятора.

Распыление молока

Чем меньше размер молочных капель, тем больше будет их суммарная площадь и тем более эффективной будет их сушка. Один литр молока имеет площадь поверхности около 0,05 м². Если это количество молока распыляется в сушильной башне, каждая из маленьких капель будет иметь площадь поверхности 0,05–0,15 мм².

Общая площадь молочных капель, полученных из исходного литра молока, составит около 35м ². Таким образом, при распылении площадь увеличивается примерно в 700 раз.

Конструкция распылительного оборудования зависит от размеров капель и характеристик конечного продукта, которые необходимо получить. Этими характеристиками могут быть размер гранул, текстура, растворимость, плотность и смачиваемость. Некоторые сушилки снабжены неподвижными соплами. Установка используется в низких сушильных башнях и располагается таким образом, чтобы относительно крупные капли выбрасывались против потока высушивающего воздуха. Неподвижные сопла, которые распыляют молоко в одном направлении с потоком высушивающего воздуха. В этом случае давление подачи молока определяет размер капель. При высоких давлениях (до 30 МПа или 300 бар) сухие частицы будут очень мелкими и образуют плотную массу. При низких давлениях (20–5 МПа или 200–50 бар) размер частиц будет больше, поскольку пылеобразные частицы не будут образовываться.

Другой часто используемый тип распылителя, состоящий из вращающегося диска, из каналов которого молоко выбрасывается с очень большой скоростью. В этом случае свойства продукта зависят от скорости вращения диска. Она может варьироваться от 5000 до 25 000 оборотов в минуту.

Двухступенчатая сушка

Удалить остатки влаги из сухого молока труднее всего, если только не применять высокие температуры сушки готового порошка. Поскольку при увеличении температуры сушки может произойти ухудшение качества, для обработки молочных продуктов рекомендуется использовать низкие температуры. Если остаточное содержание влаги в конечном продукте все еще слишком высокое, в технологический процесс добавляется дополнительная стадия сушки – двухступенчатая обработка молока.

Двухступенчатые методы высушивания при производстве сухого молока сочетают в себе распылительное высушивание на первой стадии и высушивание в кипящем слое на второй стадии. Содержание влаги в сухом продукте после первой стадии на 2–3% выше, чем содержание влаги в конечном продукте. В сушилке с кипящим слоем происходит удаление лишней влаги и конечное охлаждение продукта.

Двухступенчатая сушка молока была изначально разработана для получения сухого молока с агломерированными частицами в ходе обычного процесса, но в начале 70-х гг. была адаптирована для производства неагломерированного продукта так, что улучшение качества продукта комбинируется с более экономным процессом двухступенчатой обработки.

Сухое молоко, полученное как после одноступенчатой, так и двухступенчатой сушки, содержит большое количество отдельных частиц. Продукт похож на пыль, и из него трудно делать восстановленное молоко. Тем не менее, существуют некоторые различия. Сухое молоко двухступенчатой сушки имеет более грубую структуру, поскольку имеет больший начальный размер частиц, и в нем присутствуют агломерированные частицы. Соответственно продукт содержит меньше мелких частиц и лучше растворяется в воде. Наибольшее различие наблюдается между свойствами растворимости и содержанием воздуха внутри частиц, значение которых должно быть как можно ниже, а также насыпная плотность, значение которой должно быть как можно выше. Температура капель сразу после распыления низкая, немногим выше точки росы высушивающего воздуха. Температура капли постепенно увеличивается в процессе удаления воды и в конце концов достигает температуры несколько ниже температуры выходящего воздуха – разница температур определяется содержанием влаги в частице.

Одноступенчатая и двухступенчатая системы сравниваются в таблице 17.3.

Молоко

Теплоноситель

Сухой продукт

Трехступенчатая сушка

Трехступенчатая сушка включает вторую стадию сушки в нижней части сушильной башни, а конечное высушивание и охлаждение происходит в отдельной сушилке на третьей стадии.

Существуют два основных типа трехступенчатых сушилок:

1Распылительные сушки с псевдоожиженным кипящим слоем

2Ленточные распылительные сушки.

Принцип работы сушилок второго типа будет описан ниже.

Сушилка типа Фильтермат. Она состоит из основной сушильной камеры (3) и трех кристаллизационных камер меньшего размера (когда требуется, например, для производства сухой сыворотки), конечной сушки и охлаждения (8,9,10). Продукт распыляется соплами, расположенными в верхней части камеры сушилки. Жидкость подается в сопла с помощью насоса высокого давления. Давление распыления достигает 200 бар. В основном осушающий воздух подается в сушильную камеру вокруг отдельных сопел при температуре до 280ºС. Первоначальная сушка капель происходит во время их падения из сопел на движущийся ремень (7), расположенный в нижней части камеры. На поверхности ремня образуется агломерированный, пористый слой порошка.

Вторая стадия сушки происходит при откачивании осушающего воздуха сквозь слой порошка.

Таблица 17.3

Сравнение одноступенчатой и двухступенчатой систем сушки

Система сушки Одноступенчатая, Двухступенчатая, Температура

температура температура на входе 230ºС

на входе 200ºС на входе 200ºС

Распылительная сушка (первая ступень)

Испарение в камере, кг/час 1150 1400 1720

Порошок из камеры:

влажность 6%, кг/час – 1460 1790

влажность 3,5%, кг/час 1140 – –

Потребление энергии,

распылительная сушка, всего, Мкал 1818 1823 2120

Энергия/кг потребление сухого продукта, ккал 1595 1250 1184

Кипящий слой (вторая ступень)

Высушивающий воздух, кг/час – 3430 4290

Температура входящего воздуха, ºС – 100 100

Испарение в кипящем слое, кг/час – 40 45

Порошок, полученный в кипящем слое, влажность 3,5%, кг/час – 1420 1745

Потребление энергии, кВт – 20 22

Общее потребление энергии – 951 15

в кипящем слое, Мкал

Вся установка

Общее потребление энергии, Мкал 1818 1918 2235

Общее потребление энергии/кг сухого продукта, ккал 1595 1350 1280

Отношение энергий 100 8580

Базовое устройство: сушильные камеры одинакового размера с подачей воздуха 31 500 кг/час.

Продукт: обезжиренное молоко, содержание в концентратетвердых веществ 48%

Содержание влаги в порошке, который оседает на ремне (7), составляет 12–20% в зависимости от типа продукта. Во второй стадии сушки на ремне содержание влаги снижается до 8–10%. Содержание влаги является крайне важным показателем для получения нужной степени агломерации продукта и пористости слоя порошка. Третья, последняя стадия сушки обезжиренного и цельного молока происходит в двух камерах (8,9), где горячий воздух при входной температуре до 130ºС всасывается сквозь слой порошка и ремень, так же как и в главной камере. Порошок охлаждается в последней камере (10). Камера (8) используется, если требуется кристаллизация лактозы (сухая сыворотка). В этом случае воздух не подается в камеру, поэтому содержание влаги остается на высоком уровне (до 10%). Третья стадия сушки происходит в камере (9), а охлаждающий воздух подается в камеру (10).

С охлаждающим и высушивающим воздухом из установки уходит только незначительное количество сухого молока. Эти частицы отделяются от воздуха в циклонной батарее (12). После этого порошок возвращается либо в основную камеру, либо в соответствующую точку в установке, согласно типу продукта и степени агломерации. После сушки агломераты, имеющиеся в порошке, разрушаются с помощью сита или мельницы, в зависимости от типа продукта.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: