CC BY
48
664.8.036.536.001.2
КОМБИНИРОВАННАЯ ВАР О ЧНО-СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ И МЕТОДИКА ЕЕ РАСЧЕТА
Г.В. КАЛАШНИКОВ, А.Н. ОСТРИКОВ
Воронежская государственная технологическая академия
Одним из типов оборудования для влаготепловой обработки [1,2] являются комбинированные установки, позволяющие последовательно проводить варку и сушку круп. Они дают возможность устранить промежуточные транспортные и погрузочно-разгрузочные операции, снизить потери теплоты, способствуют снижению стоимости оборудования и сокращению эксплуатационных расходов [1].
Комбинированная установка для производства варено-сушеных круп непрерывного действия (рисунок) предназначена для предварительной гидротермической обработки (ПГТО), варки и сушки круп, зернобобовых и может быть использована для переработки других сыпучих пищевых растительных продуктов [3].
Отличительной особенностью конструкции является осуществление влаготепловой обработки сыпучих растительных продуктов при активных гидродинамических режимах слоя на основе кинетических закономерностей процессов переработки в зависимости от свойств исходного объекта переработки и требуемых технологических качеств готовой продукции [4].
Комбинированная установка состоит из корпуса 1, камер замачивания 5, варки 10, сушки 15, выгрузки готового продукта 16, вентилятора 20 с рециркуляционной трубой 21 и калорифером 22, вентилятора 2, бункера загрузки 3, перегрузочного бункера б, цепного транспортера 12 с закрепленными на нем копирами 8 треугольной формы и выравнивателями слоя 14.
Камера замачивания 5 представляет собой корпус желобообразной формы с расположенным в нем шнеком 4, выполненным с лопастями переменного шага. Корпус размещен с наклоном и соединен с бункером загрузки 3 и перегрузочным бункером 6. В бункере загрузки 10 размещен дозатор секторного типа. Корпус снабжен системой коммуникаций подачи и отвода воды, а также соединен отводами с нагнетательной линией вентилятора 2. На нагнетательной линии перед вентилятором 2 размещен обратный клапан, предотвращающий попадание воды из камеры замачивания 5 в вентилятор 2. В нижней части корпуса имеется патрубок 7, имеющий сетчатый фильтр для предотвращения попадания в него крупинок и слу жащий для поддержания требуемого уровня воды в камере замачивания 5.
Камера варки 10 имеет ступенчатые секции 11, обладающие сетчатым дном 26, двумя боковыми сплошными стенками 13 и штангой с роликом, установленным с возможностью свободного вращения на оси. Штанга с двумя боковыми стенками 13, задней стенкой, сетчатым дном 26 и осью 24 образуют варочные секции 11.
Сетчатое дно 26 и боковые сплошные стенки 13 жестко соединены с осью 24, вокруг которой секция И может совершать вращательные колебательные движения. Секции 11 расположены между ветвями цепного транспортера 12, на котором размещены с определенным шагом копиры 8 треугольной формы и выравниватели слоя 14.
Камера сушки 75 содержит сетчатую поверхность 23, которая жестко прикреплена к корпусу 1 со стороны загрузки. Сетчатая поверхность 23 имеет двусторонние пластины, через которые она соединена со штоком механизма 18 перемещения шарниров 17. По-
сяедние закреплены на сетчатой поверхности 23 и соединены с одной из пластин, размещенных в направляющих. Между7 пластинами закреплена пружина сжатия. Двусторонние пластины выполнены из упругого материала и зафиксированы на штоке механизма 18. Камера сушки соединена с блоком 19 подачи теплоносителя и с вентилятором 20 линии рециркуляции.
Сетчатая поверхность 23 расположена под наклоном с небольшим углом в сторону' выгрузки и имеет возможность вертикального перемещения с этой стороны за счет' механизма 18 перемещения шарниров 17.
Над холостой ветвью цепного транспортера расположена защитная пластина 25, предотвращающая попадание пересыпающегося из камеры варки в камеру сушки продукта. Над сетчатым дном 26 в начальных секциях камеры варки 10 имеются увлажнители 9, соединенные с линией подачи воды.
Комбинированная установка для производства варено-сушеных круп работает следующим образом. Перед началом работы установки задаются: частота вращения шнека 4 в камере замачивания 5, скорость перемещения цепного транспортера 12 в камере варки 10 и угол наклона сетчатой поверхности 23 в камере сушки 15 с помощью, соответственно, регулируемых приводов (на рисунке не показаны) и штока механизма 18 перемещения шарниров 17. Изменением линейной скорости перемещения копиров 8 цепного транспортера 12 и перемещением торца сетчатой поверхности 23 со стороны выгругзки в вертикальной плоскости выставляют заданную скорость перемещения частиц крупы по камере варки 10 и сушки 15. Таким образом, регулированием частоты вращения шнека 4, линейной скорости цепного транспортера 12 и угла наклона сетчатой поверхности 23 добиваются соблюдения наиболее рациональной продолжительности, соответственно, процессов ПГТО, варки и сушки.
Исходный продукт из загрузочного бункера 3 через секционный дозатор направляется в камеру замачивания 5 для ПГТО. Камера замачивания 5, наклоненная с возрастанием в сторону выгрузки, заполняется водой до уровня патрубка 7, ограничивающего попадание воды в перегрузочный бункер 6. Дополнительно в нижней части днища камеры замачивания 5 предусмотрен патрубок, обеспечивающий удаление использованной (грязной) воды. Крупа, насыщаемая жидкостью, перемещается шнеком 4 по камере замачивания 5 к перегрузочному бункеру 6 на выгрузку' в камеру варки 10. Отработанная после ПГТО вода отводится через патрубок в наиболее нижней точке камеры замачивания 5. Вентилятором 2 часть потока теплоносителя из камеры варки 10 направляется в камеру замачивания 5 для подогрева воды. Обратный вентиль нагнетательной линии вентилятора 2 препятствует попаданию жидко-сти в тзініію подзчи тетпоносителя.
Крупа, после достижения требуемой влажности, направляется через перегрузочный бункер 6 в начальную секцию 11 камеры варки 10. Высота слоя продукта задается регулируемыми выравнивателями слоя 14.
Крупа, находящаяся на сетчатом днище 26 секции 11, пронизывается восходящим потоком теплоносителя (пара) и периодически увлажняется, поочередно проходя под увлажнителями 9. В камере варки 10 перемещение продукта по секциям достигается за счет поворота секции 11 относительно оси 24 и обеспечения колебательного движения секции вследствие взаимодействия копира 8 цепного транспортера 12с роликом штанги секции 11. Для обеспечения равномерной обработки продукта в секциях 11 выравниватель слоя 14 перемещается по ступенчатым пазам в корпусе 1. Наличие двух симметрично расположенных гильз относительно цепи транспортера 12 позволяет ликвидировать перекосы пластины и достигнуть заданной высоты слоя по всей секции, что способствует равномерной обработке круп и получению готового продукта высокого качества.
Сваренный продукт пересыпается с последней секции 11 камеры варки 10 по криволинейной пластине в камеру сушки 15 на сетчатую поверхность 23, где он, псевдоожижаясь под действием сушильного агента (в качестве которого используется перегретый пар), перемещается к камере выгрузки 16. Кру пинки соприкасаются с теплоносителем в «кипящем» слое, что обеспечивает переменную относительную скорость движения твердой и газообразной фаз, способствуя повышению тепло- и массообмена и снижению продолжительности сушки дисперсного продукта.
Отработанный перегретый пар, насыщенный влагой, испаряемой из высушиваемой крупы, используется по двум направлениям. Часть его отбирается вентилятором 20 и засасывается в рециркуляционный трубопровод 21, где он с помощью калорифера 22 перегревается до требуемой температуры и снова используется для сушки крупы. Другая часть пара пронизывает слой влажной крупы вышерасположенной камеры варки 10 и, таким образом, используется для варки продукта.
Для регулирования скорости частиц по сетчатой поверхности и, следовательно, продолжительности сушки продукта осуществляют изменение угла наклона сетчатой поверхности 23 за счет вертикального перемещения ее торца со стороны камеры выгрузки 16 с помощью штока механизма 18 перемещения шарниров 17.
Готовый высушенный продукт направляется в камеру выгрузки 16 и далее на последующие технологические стадии производства крупяных концентратов.
Преимуществами предлагаемой комбинированной варочно-сушильной установки непрерывного действия являются сокращение продолжительности процессов; обеспечение равномерной варки и сушки, что повышает качество готового продукта; снижение потерь теплоты и повышение степени использования теплоносителя благодаря применению пара, отработанного после сушки, для дальнейшей варки и ПГТО; надежность и безопасность эксплуатации; возможность автоматизации процесса управления.
Для проектирования варочно-сушильного оборудования непрерывного действия необходимо создание методики расчета тепло- и влагозатрат на каждом из блоков оборудования. Предлагаемая методика составлена для энергосберегающей технологической схемы производства варено-сушеных круп с замкнутым циклом использования теплоносителя.
Рассмотрим последовательность расчета комбинированного варочно-сушильного оборудования непрерывного действия с использованием пара, отработанного после сушки, на ГЕТТО и варке [1]. Производительность по крупе, кг/ч: после ПГТО
0"1Г=С'1В=01(1+й"1Г)/(1 + й'1н); (1)
после варки
е'ів =(^'іс = &"іг С1 + «ів)/(і+иіг); (2)
после сушки
=<3"1В (1+мїк)/(1+ив). (3)
Количество поглощаемой влаги после преобразований формул (1)—(3):
в общем виде по исходному продукту
^2/= Сїі (“і” -и{.)/ (1+мік);
при ПГТО
Д£2г ^ 1Г ~^-7\ " (^іг “М1Г "Н 11и, ) ~
= С1«-<г)/(100-О; (4)
при варке
аі2В =с"ів-с"г («їв -«;)/(і+и;г)= (5)
=0"г«в-<)/(юо-^)
или по исходному продукту при (іУ'ІТ =
Л^7В — ^1 (М1В — М1В ) 1 ^ ^Ін ) — ^1 («1В _ «ІГ ^ І
(1+Иі;)=Є1(^і; -^)(100-Ж'ІН)/ (6)
(100-<)(100-ж;).
Количество испаряемой влаги при сушке
^ ж(5"и,-<5",с = °"» («"п.-“» )/(1+ “"»)= (7)
= С- (IV''1Е - Г )(100 - )/(100 - И* XI00 - ),
или ПО ИСХОДНОМ}7 продукту7 Л£зс =С1(м"в -ии )/(1 + м'н)-Определим расход перегретого пара при сушке крупы, приняв следующие обозначения: у і и у2 - удельные доли содержания в крупе сухих веществ и влаги соответственно, доли ед.; с1 - средняя теплоемкость сухих веществ слоя крупы между начальным Г1ни конечным Т]к состояниями, кДж/'(кг • К); с2 - средняя теплоемкость воды между ее начальным Т2ки конечным 7’2к состояниями, кДж/(кг • К) ; с, - средняя теплоемкость перегретого пара между его начальным и конечным 7’3ксостояниями, кДж/(кг-К);//и(и,. ,Тп ),К!(Тп ), 1р(Т), 1п(Тп) - энтальпии продукта, воды, перегретого пара, отработанного после сушки, и насыщенного пара приварке, соответственно, кДж/кг; 1р{Т’,с )и 1р(Т"~с ) - энтальпии перегретого пара до и после калорифера, соответственно, кДж/кг; Ір(Т"ІС ),1п(7’'зв ) - энтальпии перегретого пара, отработанного после сушки, и
насыщенного пара при варке, соответственно, кДж/кг; Д/\'(Т2В) - приращение энтальпии воды между ее конечным и начальным состояниями, кДж/кг; 1у(Т'2В ),1р(Т'№ ),1п{7’",б ) - соответственно энтальпии воды, перегретого, поступающего после сушки на варку, и насыщенного, отработанного после варки, пара, кДж/кг; индексы: н, к - начальный и конечный, / -технологический процесс (1-ПГТО, 2-варка, 3 - сушка), у - компонент (1 - продукт, 2 - вода, 3 - пар).
Удельный расход теплоты, затрачиваемой на испарение 1 кг (кДж/кг)
д = г+(1р(Т"к)-1р(Т')с )) + [у,(с2(7’2к -Т2н)+ ^ +Сз(Пк-'Л„))+7^1(^-^)]-
Общее количество теплоты, расходуемое на испарение влаги:
Ос=с(М,ус. (9)
Расход перегретого пара Ст'~с при сушке крупы из теплового баланса, с учетом потерь в окружающую среду7:
а, = + °"\с 1п>и"'к.и"ш) * 0 - О<з',сМ^'.С.“'.с) МО)
30 ..........(Г7)......................'
где АЬ = Ст\с-0'\с - количество испаренной влаги в процессе сушки, кг/ч; и - влагосодержание, кг/кг; Т - температура. К; С - кпд процесса.
Количество теплоты, выделяемое паром при его до-у'влажнении до состояния насыщения
бз = С'зс(/р(Г'зс)-/«(Гзв)). (11)
Расход воды, распыляемой в камере варки:
02В=^2К/С"1Г)СУхт, (12)
где (£2К / 0"1Г ) - удельное количество воды, необходимое для варки.
Количество теплоты, затрачиваемое на подогрев распыляемой воды:
£2 =С2ВА1\’(Т2В). (13)
Расход воды, дополнительно подводимой для доув-лажнения пара в процессе варки:
0 АЬ)С(1п(Т",в )-1р(Т',в ))
Ыг2в)-щт",в)
Расход пара С'зг, необходимого для подогрева продукта Ди воды А<22, определяем по уравнению теплового баланса процесса ПГТО
^б) +Дбг +бо =бз- (15)
Необходимое количество пара для подогрева воды и продукта бзг определяется
а. [МТ\) - (1 - С)1у(Т\т)] - А^гМГ» г) + А 6) (1-С )1п{Т'ж)-ЩТ"гт) ’■
где А =Сг",Г1т(Т"!Г,и'\г)- (1 - СуЭ'1Г1т(Т'1Г ,и\г); ц- кпд процесса пгто.
Расход пара, поступающего на варку:
С'х=0'х+ Д£зс. (17)
Расход пара, поступающего после варки в рециркуляционный трубопровод:
Ь — С/ зв “(А^2В ”^-72В )~^ ЗГ- 0^)
Количество избыточного пара в процессе ПГТО-варка-сушка
= ® ЗВ + (^2д + °2В ) ~1® ЗГ _А^2В > (19)
где = (в''в -О'1В )= - приращение влаги продук-
том в процессе варки.
Расчет камеры ПГТО, секций камер варки и сушки, увлажнителей, а также мощности вентилятора контура рециркуляции, приводов оборудования, элементов констру-кций для обеспечения перемещений секций камер варки и сушки приведен в примерах в работе [5].
Данная методика позволяет определить расход теплоты и влагозатраты при проектировании как комби-
нированного варочно-сушильного оборудования непрерывного действия с замкнутым циклом использования теплоносителя, так. и отдельных блоков ПГТО, варки, сушки сыпучих пищевых растительных продуктов и оборудования периодического действия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калашников Г.В., Остриков А.Н., Калабухов В.М. Концептуальные основы достижения рациональных влаготопловых процессов // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», 6-7 июня 2001 г. - СПб.. 2001. -С. 151-152.
2. Калашников Г.В., Острнков А.Н. Ресурсосберегающие технологии пищевых концентратов. - Воронеж: ВГУ, 2001. - 355 с.
3. Пат. 2182805, МПК7 А23 Ъ 1/10, № 2000105729/13. Комбинированная установка для производства варено-сушеных круп / Остриков А.Н., Шевцов С.А., Глотова Е.В., Калашников Г.В. - Опубл. в БИПМ. -2002.-№ 15.
4. Калашников Г.В., Острнков А.Н., Калабухов В.М. Кинетика процесса влаготепловой обработки круп при производстве пищевых концешратов /У Докл. РАСХН. * 2003. - № 1. - С. 51-55.
5. Острнков А.Н., Калашников Г.В. Состояние и перспективы развития технологического оборудования для влаготепловой обработки круп/'/Хранение и переработка сельхозсырья. - 2002. -№ 10. -С. 57-62.
Кафедра процессов и аппаратов химических и пищевых производств
Поступила 22.05.03 г.
532.5:621.928.9:664.001.2
ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ ВИХРЕВОГО СПИРАЛЬНО-КОНИЧЕСКОГО ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ
ГТ 4 Г~\ У~\ Т~Г~Г Г У 1 1
115
А.В. АКУЛИЧ, В.М. ЛУСТЕНКОВ
Могилевский государственный университет продовольствия
Многообразие промышленных пылегазовых выбросов пищевых производств с различными физико-химическими свойствами обусловило создание широкой номенклатуры пылеулавливающего оборудования с использованием различных способов улавливания взвешенных частиц: осаждения под действием центробежных и гравитационных сил, сил инерции, фильтрования и т. д.
Наибольшее распространение в промышленности находит принцип сухой центробежной сепарации газового потока, реализуемый в циклонах. Аппараты данного типа просты по конструкции и не имеют движущихся частей, характеризуются достаточно высокой производительностью, небольшой удельной металлоемкостью и габаритами. Недостатком их работы является снижение эффективности улавливания при выделении мелкодисперсных взвешенных частиц из пылегазового потока. Широко применяются циклоны типа ЦН, СКЦН, СДК-ЦН, ВЦНИИОТ, СИОТ и др. [1]. В производстве хлебопродуктов достаточно часто встречаются циклоны У Ц, ЦОЛ, БЦШ, ОТИ [2].
В настоящее время возможности повышения эффективности обеспыливания промышленных газов в традиционных циклонах за счет их режимной и конструктивной оптимизации практически исчерпаны. Поэтому целесообразна разработка пылеулавливающего оборудования для выделения взвешенных частиц из воздуха во встречных закрученных потоках [3-5]. Аппараты этого класса обладают рядом преимуществ по сравнению с циклонами и используются для тонкой очистки газов. Пылеуловители со встречными закрученными потоками имеют два входных патрубка, отличаются более четкой организацией крутки в зоне се-парационной камеры, так как в нижней части аппарата крутка поддерживается за счет центрального закрученного потока газа [6].
На кафедре теплохладотехники МГУП разработана принципиально новая конструкция вихревого спирально-конического пылеуловителя [7, 8]. Отличительной особенностью аппарата является цилинд-ро-коническая форма корпуса. Пылеуловитель (рис. 1) состоит из цилиндро-конической сепарационной камеры 1, выполненной на базе циклон;) СКЦН-34 как наиболее эффективного из существующих, периферийного тангенциального входного патрубка 2, завихрителя
