CC BY
72
i
i
!
H
2.0
игли-
яьтро-
ОВОГО
цери-
bi. CO" [ЮВЫ-
, под-
1КТИВ-
ia no-le ме-
1 СНИ-
э npe-еории
шов в триг-!ЛИЧИ-значе-штри-ульт-■воров
КТ мо-
:нии в гея на ;ии ла-золяет ми за-i сис-
щери-шение дыра-ж со-шение зласти про во-эбиро-хтост-ггвуют гсорис-ние. В
■16СК0Й
протеиновой мембраны и интенсивность массоперено-са растворителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. ДъпнерскийЮ.И. Баромембранные процессы. Теориям расчет. - М.: Химия, 1986. - 272 с.
2. Горбатова К.К, Биохимия молока и молочных продуктов. -М.: Легкая и пищевая пром-стъ, 1984. - 344 с.
3. Икихов Г.С., Брно Н.П. Методы анализа молока и молочных продуктов. -М.: Пищеваяпром-сть, 1971. - 422 с.
4. Измайлова В.Н., Ребиндер П.А. Структурообразование в
и^лгч.ОЬыл — лла.. наула. и /-г. — лио V.
5. ChudacekM.W., Fane A.G. // J. Membrane Sci. - 1984. -21. -№2. -P. 145-147.
6. Жужиков B.A. Фильтрование. ~ М.: Химия, 1980. - 378 о.
7. Русанов Д.И ., J!t'iui'-ii'K С-А., Жаров В=Т. Поверхное-тное разделение веществ. - Л.: Химия, 1981. - 184 с.
8. Вошцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия. 1976. 345 с.
9. Козлов С.В. Ультрафильтрация бутадиеп-стирольиого латекса •'/ Кол. журн. - 1996. - 58. - № 6. - С. 791-794.
Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств
[Joc/i’iynили 18 0 О'У '
(663.5+663.45)66.047
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА. СУШКИ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ СПИРТОВОГО И ПИВНОГО ПРОИЗВОДСТВ
тт ш л тггт',г<4иа11 тг» а л та г’^гтл грт’п ri.iv. лаЬл\.,ли/111,
Астраханский государственный технический университет
В настоящее время в связи с развитием и укрупнением спиртового и пивоваренного производств возникла необходимость утилизации их отходов - спиртовой барды и пивной дробины. На основе последних возможно производство кормовых продуктов с высоких содержанием белка и других ценных компонентов. Это помогает также кардинально решить экологическую проблему, появляющуюся при сбросе неутилизи-рованных отходов в окружающую среду.
Единственно надежным спосооом консервирования барды и дробины является обезвоживание. Существуют различные технологические схемы обезвоживания, однако их использование требует тщательного технико-экономического анализа.
Ценность послеспиртовой барды в значительной степени увеличивается, если на ней выращивать кормовые дрожжи [1]. По сравнению с растительными кормами (жмыхи, шроты и пр.) эффективность использования дрожжей на 12-15% выше, при этом расход кормов сокращается на 8-10% [1]. Применение кормовых дрожжей экономически выгодно как в рационах с недостатком животных белков, так и частично взамен рыбной муки, стоимость которой более чем в 2 раза выше стоимости дрожжей [2].
В технологическом процессе получения продуктов микробиологического синтеза, в частности кормовых дрожжей, одной из основных операций яв.ляется стадия концентрирования и сушки, которая в значительной степени определяет качество готового продукта, энерго- и материалоемкость производства и уровень загрязнения окружающей среды.
В промышленности для высушивания дрожжевой суспензии и пивной дробины наиболее часто применяют либо вальцовые, либо распылительные сушильные установки [3, 4].
Достоинствами вальцовых сушилок являклся непрерывная сушка при довольно высоком поверхностном испарении, экономичность сушки вследствие малых потерь тепла с отработавшим воздухом. Недостатки - это сравнительно высокая влажность высушенного продукта, возможность его перегрева из-за высокой температуры вальцов (140-150°С) в конце процесса сушки, что приводит к частичной инактивации белка и аминокислот в товарном проду кте (до 15%) [4].
Один из эффективных способов конвективной сушки дрожжевой суспензии и пивной дробины - сушка в распыленном состоянии |3]. Сущность ее заключается в том, что суспензию диспергируют с помощью специальных приспособлений - распиливающих устройств - и высушивают в потоке сушильного агента. При высокой степени дисперсности распыленного материала процесс протекает практически мгновенно. Это позволяет использовать высокотемпературный сушильный агент при сушке термолабильных материалов без снижения качества продукта.
Специфика процесса обусловливает ряд характер-
ш:г¥ 11 1ЛП'г:( - г п г~ гл 11 г т-и пи
1 I иI I ( ^п :. ! ) 1Ц01.1 Л VV ) 1-1-1 ]\ И |11 Ы^ Г| I-1 :VI . от V'.'
кое качество сухих кормовых дрожжей, высокая интенсивность тепломассопереноса между' диспергируемым материалом и газом-теплоносителем, возможность управления процессом, непрерывность сушки.
К недостаткам метода следует отнести низкую вла-гонапряженность сушильного объема, что приводит к увеличению габаритных размеров распылительных сушилок [3].
Конструктивное оформление распылительных сушильных камер многообразно. Помимо отличий, обу-словленных методом распыла жидкости (дисковые иди форсуночные камеры), на конструкцию влияет способ газоподвода: с нижним газоподводом, верхним газоподводом и коническим днищем, верхним газоподводом и плоским днищем.
\_2Р \.д? \.Л8
Рис. 1
Для производства дрожжей используют противо-точные распылительные сушилки. Необходимость полного уничтожения жизнеспособных микроорганизмов при сушке кормовых дрожжей предопределяет возможность использования более жестких температурных режимов (температура газа на входе в сушильную камеру до 500°С). В связи с этим целесообразны противоточное движение жидкости и газа-теплоносителя, а также нагрев сушильного агента посредством сжигания природного газа или мазута в топках [1, 2].
Сочетание высоких показателей качества сухого продукта и высоких технико-экономический характеристик процесса обезвоживания представляет собой оптимальный вариант технологии сушки.
В области сушки отходов спиртового и пивного производств, а также микробиологических материалов недостаточно литературных данных по физическим характеристикам, что делает затруднительным научное обоснование и расчет технологического процесса сушки, а следовательно, и отыскание путей его интенсификации [3].
Таким образом, целесообразность создания научно-практического обеспечения процессов сушки спиртовой барды, пивной дробины и кормовых дрожжей, разработка рациональных способов и методов расчета поодсссов высоко интенсив ной сушки, эффективного сушильного оборудования представляет научный и практический интерес.
Исследование проводили на экспериментальном стецде для изучения процесса сушки в псевдоожижен-ном слое и распылительной сушки (рис. 1: 1 - ресивер фирмы ЛАНГ; 2 - манометр; 3 - щит управления работой ресивера: 4 - компрессор фирмы ЛАНГ: 5 - электродвигатель; б, 12- психрометры; 7 - вентиль регулировки расхода воздуха; 8 - реле давления РД-8Т,9 - газоход для измерения расхода; 10- потенциометр; 11 -анемометр цифровой переносной АП 1 ТУ 25; 13 -пробоотборники: 14 - стеклянная царга; 15 - устройство ввода сырья; 16- газораспределительная решетка; 17- калорифер \ 18- газоход для измерения температуры (термопара медь-константант); 19 - рама: 20- микроманометр ММН -240:21 - пьезометрические трубки. Потоки: I, II - подвод и отвод охлаждающей воды; III, IV - лоток воздуха в ресивер и в калорифер; V - поток
нагретого воздуха; VI - подвод сырья: VII - выход га-зо во го потока в рукавный фильтр).
Ресивер фирмы ЛАНГ / наполняют воздухом до определенного давления, контролируемого манометром 2, с помощью компрессора 4, приводимого в действие электродвигателем 5. Управление процессом заполнения ресивера осуществляется с помощью реле давления РД-8Т 8, которое связано соединительными проводами с щитом 3 пуска и остановки компрессора.
Сушку дрожжевой суспензии или пивной дробины производят во взвешенном (псевдоожиженном) состоянии, которое достигается в стеклянной царге 14 подачей нагретого воздуха под решетку 16, служащую для равномерного распределения потока сушильного агента по сечению. Подача продукта на сушку в полость стеклянной царги осуществляется через секцию ввода сырья 15. Для отбора витающих частиц с целью определения степени обезвоживания применяют специально разработанную конструкцию пробоотборников 13, установленных по высоте царги. Перепад давлений в слое материала измеряется с помощью пьезометрических трубок 21, присоединенных к микроманометру ММН -240 20. Подачу потока воздуха и регулировку его расхода выполняют вентилем 7. Для измерения скорости воздушного потока используют анемометр цифровой переносной 11 марки АП 1 ТУ 25. крыльчатку которого устанавливают в газоход 9. Далее воздушный поток нагревается до требуемой температуры в калорифере 17. Определение температуры производят по показаниям потенциометра 10, для этого в газоходе 18 устанавливается термопара медь-кон-стантант.
Кинетику обезвоживания исследовали с помощью вероятностно-статистических методов планирования и обработки экспериментальных данных. В качестве целевой функции выбран съем сухого продукта с единицы площади рабочей поверхности (объема камеры) в единицу времени Г, кг/м2 • ч.
Проведены исследования радиационной, радиаци-онно-кондуктивной, радиационно-конвективной, кон-вективной двухсторонней и на подложке (пластина, сетка и т. д.) сушки в атмосфере и в вакууме при различных способах подачи продукта на рабочую поверхность сушилок
Установлено, что к основным факторам, влияющим на интенсивность процесса сушки относятся: исходная концентрация сухих веществ С, кг/кг. толщина слоя И, м (условная толщина слоя, м3/м"), или масса напыляемого продукта на единицу площади О. кг/м~ диаметр гранул 4 м; остаточное давление в вакуумной камере Р. Торр; плотность теплового потока Е, кВт/м": длина волны А,пах, мкм, соответствующая максимальной интенсивности излучения; температура греющей поверхности, начальная /, К; температура подаваемого раствора или продукта /сы. К; концентрация пенообразующей добавки Сдо6, кг/кг: температура Т или гс. К, и скорость сушильного агента, м/с, при конвективной сушке. Границы варьирования факторов выбраны ис-
ходя из технологических ограничений и возможностей технического осуществления процесса сушки.
Диапазоны варьируемых факторов: С = ОД.. .0,6%; С** =0...0,25 кг/кг;Е- 1 ...11 кВт/м2;Р=0...760Торр; для жидких продуктов И = (0,5.. .4)-10~3 м; для кусковых продуктов /? = (2... 5) • 10'' м; и = 80.. .220 В; 1= 313...473К; 4М = 293...353К; 4 = 333 ...443К; О = 0,09...0,2 кг/м2; = 0,004...0,01м.
Эксперименты проводили по многоуровневому' многофакторному план}', составленном)' на основе ортогональных квадратов, по полном)' многоуровневому много факторно му план)' и по однофакгорному многоуровневому плану.Фиксировали все побочные параметры для уточнения влияния отдельных факторов на эффективность обезвоживания, составления полной формализованной математической модели и окончательной отработки режимов.
Компьютерная обработка информации и многомерный статистический анатиз данных позволили получить адекватные математические линейно-степенные зависимости. Оценка достоверности аппроксимации В? зависимости критерия оптимизации от варьируемых параметров для всех зависимостей не менее 0,85. Увеличение показателя степени параметров в полиноме не влияло на величин)' Кс.
Пивная дробина:
¥ =(261,86855° -90,55628- 106)/г2 +
+(-884,2Т + 3.0439' 105)/г +
+0,84257"- 283,4365 ..
средняя относительная погрешность ± 0,5%.
На рис. 2 представлены кривые скорости конвективной сушки пивной барды (а: Т = 373 К; Х*, м: 1 -0,0005; 2-0,001; 3-0,002; 4-0,003; б: Хк = 0,0005 м;
ГГ ТГ. Л ОТ'). О
i , IV. I — Э {3^ £ — ЭJЗ).
Для пивной дробины (конвективная сушка):
границы действия уравнений Т = 323... 573 К, толщина слоя / = 0,0005-0,002 м.
Граница первой зоны: 0,8 > И7 > £Г!кр = 0,7 .
Уравнение скорости сушки в первой зоне
с11¥
Л
--а
Кинетические коэффициенты скорости сушки & первой зоне
А1 =С1И2 +ё1И + е1:В] ~ /,/?2 +
с 1 + =п;г+ = срТ + .у,;
Л =«17’ + у1;^1 ~Г\Т + *.; к] = у,Т + г1.
Граница второй зоны: IV; к„ > IV > И-72кр = 0,55 . Уравнение скорости сушки во второй зоне
сі\У
ей
-\Л2 +Вг№-)°
Кинетические коэффициенты скорости сушки В(; второй зоне
А2 = с2И2 +с12Ь + е2;В2 = /2И2 +g2h+k
сг - +пЧ '• ^2 = 11 гТ + Рг • е, = д2Т +.?,; /2 ~ и2Т + у2 ; g, =к,Т +*,;£, ~у1Т + х1.
Граница третьей зоны: №2кр > И/>И/Зкр = 0,41. Уравнение скорости сушки в третьей зоне %
Кинетические коэффициенты скорости сушки Е третьей зоне
Ач = с,Аг + с1Л + е3; Въ = /Ь7 +£,/» + £,; с, = КТ + ту; - /7,7 + ; е, = срТ + л\;
/, = м,7 + V,; = кТ + х,; к, = у, Т + г3.
Граница четвертой зоны: > IV > 1¥4кр = 0,21 .
Уравнение скорости сушки в четвёртой зоне
сШ
■(Л,-В}уу
Кинетические коэффициенты скорости сушки в четвёртой зоне
А, =с4А2 + с1,И + <?4; ВА = /4/г2 +gih+k4:
С4 = 1АТ + ША ; ^ = ПАТ + Р, ; = <?/ + ‘У4
/а =и4Т + Ч,;«?4 = ГЛТ + х4 ;А'4 =уйТ + 2А.
Граница пятой зоны: IV < Ц/4хр = 0,2\ .
Рис. 2
Уравнение скорости сушки в пятой зоне ~=(А,+В51¥)°’5 .
Ш
Кинетические коэффициенты скорости сушки в пятой зоне
А 5 =с5к2 +ё5к + е5',В5 = /5/г2 + £5й + &5; с5 =15Т + т5',с15 =п5Т + />5;е3 + 5,;
= и^Т + у,;£5 =г5Т + х,;к5 =у5Т + г5.
ЛИТЕРАТУРА
1. Технология спирта / В.А. Маринчеико, В.А. Смирнов, Б.А. Устинников йдр.; Под. ред. В.А. Смирнова. -М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1981. - 416 е.
2. Переработка мелассы на спирт и другие продукты по безотходной технологии / В.Г. Артюхов, В.Г. Г арбаренко, Я.С. Г айворонский и др. -М.: Агропромиздат, 1985. -287 с.
3. Тутова Э.Г., Куц П.С, Сушка продуктов микробиологического производства. - М.: Агропромиздат, 1987,- 303 с.
4. Оборудование микробиологических производств/ Л.И. Голгер, В.Е. Балашов. - М.: Агропромиздат, 1987, - 398 с.
Кафедра технологических машин и оборудования
Поступила 05.12.03 г.
635.8.631.563.2
ИССЛЕДОВАНИЕ УСАДКИ ПРИ СУШКЕ ГРИБОВ ПЕРЕГРЕТЫМ ПАРОМ
А.Н. ОСТРИКОВ, С.А. ШЕВЦОВ
Воронежская государственная технологическая академия
Для правильной организации процесса сушки необходимо знание гидродинамической обстановки в слое высушиваемого материала. Одним из факторов, ухудшающих качество грибов при сушке перегретым паром атмосферного давления, является растрескивание. Оно происходит вследствие развития объемно-напряженного состояния выше предельно допустимого. Это напряженное состояние обусловлено недопустимой усадкой, которая возникает в результате неравномерного распределения полей влагосодержания и температуры внутри продукта [1,2]. После сушки частицы грибов должны сохранить свой объем и пористую структуру. Именно такая структура будет способствовать более быстрому восстановлению грибов при их приготовлении.
Цель данной работы - количественная оценка величины усадки грибов при их сушке перегретым паром атмосферного давления.
В качестве объекта исследования использовали грибы Вешенка, которые предварительно очищали, сортировали и разрезали на кубики 5x5x5...8x8x8. Процесс сушки грибов «» перегретым паром атмосферного давления исследовали в импульсном псевдо-ожиженном слое в следующих диапазонах изменения технологических параметров: температура пара
403-43 3 К; скорость потока пара на входе в слой -0,8-8,0 м/с; удельная нагрузка продукта на решетку -15-30 кг/м2
В результате проведенных исследований выявлено значительное изменение высоты слоя грибов в течение процесса сушки за счет их усадки: от 60 мм в начале процесса до 5-13 мм в конце сушки.
Если относительную усадку обозначить через 5:
8 = (УН-К)/К, (1)
где Кн, Ук - начальный и конечный объем слоя грибов, м3;
то коэффициент объемной усадки [1, 2]
5
(Ьи -«к )-Й«н
(2)
где ин. «к - начальное и конечное влагосодержание грибов, кг/кг.
Грибы Вешенка, высушенные при оптимальных технологических режимах, имели коэффициент объемной усадки р = 2,38. Коэффициент объемной усадки зависел от структуры материала и вида связи влаги с ним.
С повышением температуры перегретого пара относительная усадка уменьшалась (рис. 1: Т, К: 1 -403, 2 - 423, 3 - 433), что объясняется увеличением градиента влагосодержания внутри материала, которое обусловлено достижением продуктом более высокой температуры при су шке перегретым паром.
Если построить зависимость относительной усадки
6 от влагосодержания IIпри различных значениях тем-
Рис. 1
