CC BY
61
ПРОДОВОЛЬСТВЕННОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ
УДК 664.8.047:536.24
Профессор И.Ю. Алексанян, доцент Ю.А. Максименко, аспирант O.E. Губа (Астраханский гос. техн. ун-т), кафедра технологических машин и оборудования, тел. 8-937-123-77-52
Исследование кинетики и совершенствование процесса распылительной сушки меланжа
Установлена зависимость удельной производительности сушилки от параметров, определяющих интенсивность тепломассообменных процессов при распылительной конвективной сушке меланжа. Разработаны рациональные режимные параметры и рекомендации для организации процесса сушки меланжа.
Dependence of the specific capacity of the dryer on the parameters that determine the intensity of the heat and mass transfer processes in spray-term convective drying of melange. Developed rational regime parameters and recommendations for the process of drying of melange.
Ключевые слова: тепломассообмен, распылительная сушка, меланж, кинетика процесса сушки, процессы и аппараты пищевых производств.
Значительное место в структуре питания занимают разнообразные яйцепро-дукты, которые используются при производстве всевозможных соусов, майонезов, мясных, колбасных, хлебобулочных и кондитерских изделий и других продуктов питания массового потребления. Использование нативных яичных продуктов значительно усложняет технологию и организацию выпуска продукции, увеличивает микробиологическую опасность производства. Применение в качестве сырья сухих яичных продуктов, в том числе меланжа, технологически рационально, что особенно актуально для пищевых предприятий малой и средней мощности.
В технологии сухого меланжа-порошка наиболее энергоемкой и в то же время определяющей качественные показатели конечного продукта стадией является конвективная распылительная сушка.
Исследования с целью совершенствования тепломассообменных процессов при производстве меланжа актуальны, а их результаты представляют значительный практический интерес. Исследование кинетики процесса сушки позволяет осуществлять математическую постановку задач выбора оптимального/рационального способа и режима сушки. Исследования конвективной распылительной сушки меланжа проводились на установке распылительной сушки Ohkawara Kakohki OL/OC-L8.
(С) Алексанян И.Ю., Максименко Ю.А., Губа O.E., 2014
К факторам, влияющим на интенсивность и удельную производительность процесса распылительной сушки, традиционно относятся: расходы и температура сушильного агента и продукта; параметры факела распыления; начальная влажность высушиваемого продукта и др. [1].
В качестве варьируемых параметров приняты (табл. 1): начальная температура меланжа Город, К; температура сушильного агента Гс.а., К и массовый расход продукта С?Прод, кг/ч. Остальные факторы установлены в результате серии предварительных постановочных экспериментов и аналитических расчетов и приняты постоянными.
Конечная влажность меланжа-порошка WK = 0,085 кг/кг принята на основании требований к физико-химическим показателям продуктов, регламентированных в ГОСТ 30363-96 «Продукты яичные. Общие технические условия».
Верхний предел варьирования температуры продукта ТПрод = 298 К соответствует температуре в производственных помещениях. Нижний предел Т = 278 К - температуре хранения жидких яичных продуктов и принят на основании результатов анализа технологии сухих яичных продуктов.
Таблица 1
Факторы и уровни их варьирования
Уровни Факторы
Q: ■ кг/ч Гпрод, К Тс.а., К
1 1,5 278 423
2 2,0 288 473
3 2,5 298 523
Производительность по сухому меланжу-порошку, кг/ч:
0 = <2пРод. (1-УУн) т
В качестве целевой функции выбрана удельная производительность установки, соответствующая съему сухого продукта с единицы объема камеры в единицу времени П, кг/(м3-ч) [2]:
1 = у ~ ' (2)
ксуш.камеры
где Усуш. камеры - рабочий объем сушильной камеры, м3.
При непрерывном процессе распылительной сушки длина пробега высушиваемых частиц, а следовательно, и продолжительность процесса определяется объемом сушильной камеры, т.е. фактически рабочий объем камеры является функцией времени сушки.
Зависимость объема сушильной камеры для установки ОЬкашага КакоЫа ОЬ/ОС-Ь8 от времени сушки при среднем характерном размере распыленных частиц 20 - 30 мкм была установлена экспериментально:
Куш. камеры 0,1286 Т^щ, (3)
где гсуш - экспериментальное время сушки, с.
По экспериментальным данным определения текущей влажности высушиваемых частиц продукта (по высоте установки) были построены кривые сушки меланжа (рис. 1). Кривые сушки применяли для определения удельной производительности.
W, кг кг
0.1 о t 0.6 0.5 0.4 0.3 О 2 0.1 О
V
ч
>
х V
хУ \ , \
__
Г, С
Рис. 1. Кривые сушки меланжа при Тпрод. = 278 К и Тса. =423 К: 1 - при Qnpod =1,5 кг/ч; 2 - при Q,4.....= 2 кг/ч
На основе обработки результатов экспериментальных исследований получены адекватные математические линейно-степенные зависимости удельной производительности сушилки от влияющих факторов (4)-(6).
При 7с.а. = 423 К:
П{тпроф0про)= (0,0009483 • OnpJ - 0,5515358 • Опроо + 79,9619852)- TnpJ +
+ (- 0,0038319 • OnpJ + 2,2212084 • Onpoo - 321,006915б)- Tnpo0 + (4)
+ (о,00385665 • OnpJ - 2,2200269 • + 319,512009б)
При 7с.а. = 473 К:
П(ТПРОО, 0„pJ = (- 0,0050695 ■ OnpJ + 2,88938 • Onpoo - 411,907072)- TnJ +
+ (0,02166455 ■ OnpJ 12,3496553 • Onpoo + 1760,3712612)- Tnpo0 + (5)
+ (- 0,0212245 ■ OnpJ + 12,114601 ■ Onpu0 -1727,589 is)
При Тс. a. = 523 К:
п{Тпроо,Опро)= (- 0,00515025 .Q„pJ +2,9435955-0,^-421,071408). TnpJ + + (о,01856005 • OnpJ -10,6544693 • Onpoo + 1530,4948012)- T,pnn + (6)
+ (- 0,0151592 • Onp J + 8,8056532 • Onpoo - 1277,535336s)
На рис. 2 в качестве примера представлено поле значений удельной производительности при 7с.а. = 523 К.
Рис. 2. Поле значений удельной производительности при Тс а. = 523 К
Рациональные значения варьируемых параметров (Гс.а. = 523 К; ТЦХ1Л = 298 К; дьрод = 1,5 кг/ч) и максимум целевой функции П = 3,062 кг/(м3-ч) определены с помощью зависимостей (1)-(3) и опции «maximize» в среде Mathcad Professional.
Увеличение удельной производительности при увеличении начальной температуры продукта (рис. 2) очевидно, т.к. сокращаются затраты на прогрев а следовательно, и продолжительность процесса сушки, однако верхний предел начальной температуры ограничен (Гпр0д = 298 К) для исключения перегрева продукта при обезвоживании.
При возрастании температуры сушильного агента производительность установки существенно увеличивается (рис. 2), однако при этом повышается температура продукта. Общеизвестно, что при обезвоживании для исключения денатурации белков температура яичной массы не должна превышать 328 - 338 °С. Термовоздействие при температуре ТПрод ^ 328 К резко снижает качество меланжа вследствие термического разложения ценных компонентов. Анализ качественных показателей меланжа-порошка в ходе комплекса исследований позволил рекомендовать верхний предел температуры сушильного агента Тс.а. = 523 К.
Зависимость удельной производительности от массового расхода меланжа С?прод носит экстремальный характер (рис. 2), что объясняется неоднозначным влиянием на целевую функцию массового расхода. С одной стороны, увеличение расхода определяет увеличение выхода сухого продукта, а с другой - приводит к росту продолжительности процесса, а соответственно увеличению рабочего объема сушильной камеры. Верхний предел С?проД = 2,5 кг/ч ограничен и определен в результате предварительных экспериментальных исследований исходя из обеспечения надежной работы механического дискового распылителя для достижения номинальных режимов процесса распыливания и устойчивых параметров факела распыла.
Максимальное значение удельной производительности по меланжу-порошку П = 3,06 кг/(м3-ч) достигается при следующем рациональном режиме: Гс.а. = 523 К; Гпрод = 298 К; <?прод = 1,5 кг/ч.
Рекомендованные режимные параметры позволяют использовать типовые конструкции распылительных сушильных установок, в частности РС-10Ф, РС-20 и т.д. Данные конструкции отличаются небольшими габаритами, что позволяет применять их на предприятиях средней и малой мощности, удобны в эксплуатации, обслуживании и, кроме того, позволяют контролировать режимные параметры и оперативно управлять процессом.
Полученная зависимость удельной производительности позволяет делать пересчет производительности по готовой продукции установок. В случае использования более габаритной сушильной установки необходима корректировка режимных параметров с учетом удельного съема и объема камеры.
С целью увеличения мощности предприятий по выпуску сухого меланжа вместо сушильной камеры большего объема целесообразно использовать несколько параллельно работающих малогабаритных сушильных установок, что позволяет исключить потери в случае непроизводственных простоев оборудования ввиду ремонта и обслуживания.
Дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования комплекса физико-химических характеристик объекта исследования, статики процесса сушки позволят выработать рекомендации по рациональному проектированию конструкции сушильного аппарата, а также разработать физико-математические модели тепломассопереноса для оперативного управления процессом обезвоживания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Губа, О.Е. Разработка рациональных способа конвективной сушки для жидких продуктов в диспергированном состоянии и конструкции для его осуществления [Текст] / О.Е. Губа, Ю.А. Максименко, С.А. Терешонков // Пищевая промышленность.- 2010.- № 10. - С. 24-25.
2. Максименко, Ю.А. Моделирование и совершенствование тепломассообмен-ных процессов при конвективной сушке растительного сырья в диспергированном состоянии [Текст] / Ю.А. Максименко // Вестник АГТУ.- 2013. - № 2.- С. 19-24.
3. Губа, О.Е. Исследование кинетики распылительной сушки меланжа с учетом влияния основных факторов на интенсивность тепломассообмена [Текст] / О.Е. Губа, Ю.А. Максименко // Естественные и технические науки.- 2014.- № 7 (75). -С. 72 - 74.
REFERENCES
1. Guba, О.Е. Development rational a way of convective drying for liquid products in the dispersed state and a design for its implementation [Text] / O.E. Guba, Yu.A. Maksimenko, S.A. Tereshonkov // The Food industry. - 2010. - № 10. - P. 24-25.
2. Maksimenko, YU.A. Modeling and improvement the teplomassoobmennykh of processes at convective drying of vegetable raw materials in the dispersed condition of [Text] / Yu.A. Maksimenko // AGTU Bulletin. - 2013. № 2. - P. 19-24.
3. Guba, O.E. Research of kinetics of raspylitelny drying of melange taking into account influence of major factors on intensity of a heatmass exchange [Text] / O.E. Guba, Yu.A. Maksimenko // Natural and technical science. - 2014. - № 7 (75). - P. 72 - 74.
