CC BY
86
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания, № 3, 2015
УДК 664.8.047:536.24
Профессор И.Ю. Алексанян, доцент Ю.А. Максименко, аспирант Ю.С. Феклунова, аспирант Н.Э. Пшеничная (Астраханский гос. техн. ун-т) кафедра технологических машин и оборудования, тел. (8512)614-191 E-mail: [email protected]
Professor I.Y. Aleksanyan, Associate Professor Y.A. Maksimenko, Graduate Student Y.S. Feklunova, Graduate Student N.E. Pshenichnaya
(Astrakhan state technical university) chair technological machines and equipment, tel. (8512)614-191 E-mail: [email protected]
Конвективно-радиационная распылительная сушилка для жидких и пастообразных пищевых материалов
Convective-radiation spray dryer for liquid and paste-like food material
Реферат. Представлена рациональная конструкция распылительной сушилки с конвективно-радиационным энергоподводом для жидких и пастообразных пищевых материалов. При разработке распылительной сушилки приняты во внимание результаты многочисленных экспериментально-аналитических исследований, в том числе анализа научно-технической и патентной литературы. Отличительной особенностью предложенного решения является дополнительный радиационный инфракрасный энергоподвод при конвективной распылительной сушке пищевых материалов. Конвективная составляющая позволяет обеспечить высушивание частиц при активном аэродинамическом контакте с сушильным агентом. Также конвективный подвод энергии необходим для организации распыления исходного продукта, пневмотранспорта высохших частиц и их отделения от потока отработавшего сушильного агента. Радиационная составляющая позволит смягчить температурные режимы сушки. Взаимодействие контактирующих потоков продукта и сушильного агента осуществляется при активном вихревом аэродинамическом режиме. Спиралевидная траектория движения частиц определяет большее время контакта продукта с сушильным агентом в сушильной камере по сравнению с традиционным прямолинейным движением вниз, что позволяет либо уменьшить высоту сушильной камеры при заданной производительности, либо увеличить интенсивность процесса и производительность установки. Таким образом достигается увеличение интенсивности процесса сушки, снижение температуры сушильного агента и, как следствие, температуры высушиваемого продукта для обеспечения его качества. Предложенный принцип организации сушки может быть реализован при конструктивной модернизации действующих установок распылительной сушки. Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет усовершенствования конструкции сушилки. Комбинирование способов энергоподвода при распылительной сушке обусловливает расширение области использования распылительной технологии сушки для получения качественных сухих дисперсных растительных материалов.
© Алексанян И.Ю., Максименко Ю.А., Феклунова Ю.С., Пшеничная Н.Э., 2015
57
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания, № 3, 2015
Summary. Presents rational design of a spray dryer with convective-radiative energy input for liquid and paste-like food material. During the development of spray dryer taken into account the results of numerous experimental and analytical studies, including analysis of scientific-technical and patent literature. A distinctive feature of the proposed solution is an additional infrared radiation energy input during convective spray drying of food materials. The convective component helps to ensure the drying of the particles with the active aerodynamic contact with a drying agent. Also the convective supply of energy required for the spraying of the raw product, pneumatic dried particles and their separation from the stream of spent drying agent. Radiation component will mitigate temperature regimes of drying. The interaction of contacting product streams and a drying agent active aerodynamic vortex mode. Spiral trajectory of the particles determines a greater time of contact of the product with a drying agent in the drying chamber, compared with the traditional straight-down motion, allowing you to either reduce the height of the drying chamber for a given capacity, or increase the intensity of the process and performance of the installation. Thus, an increase in the intensity of the drying process, the temperature drop of the drying agent and, as a consequence, the temperature of the dried product to ensure its quality. The proposed principle of drying can be implemented in a constructive modernization of existing units spray drying. The positive effect of the proposed device is achieved by improving the design of the dryer. Combining methods of energy release during spray drying causes expansion of the use of spray drying technology to obtain high-quality dried particulate plant material.
Ключевые слова: сушильная техника, процессы и аппараты пищевых производств, распылительная сушка.
Keywords: drying technology, processes and equipment for food production, spray drying.
Рационализации операции сушки жидких и пастообразных пищевых материалов уделяется значительное внимание, так как обезвоживание в большей степени определяет стоимость готового продукта и, кроме того, оказывает влияние на качественные показатели товарной продукции [1, 2]. Распылительные сушильные установки широко применяются в пищевых технологиях при производстве сухих дисперсных материалов. Практический интерес представляют результаты исследований по разработке и внедрению рациональных конструкций распылительных сушилок позволяющих реализовать на практике нестационарные аэродинамические режимы при сушке [3, 4, 5]. Для ряда жидких пищевых растительных материалов (экстракты, плодоовщные соки и т.п.) технология сушки распылением применяется ограниченно, так как не обеспечивает надежное, эффективное и качественное высушивание [1]-
На основе анализа научно-технической и патентной литературы, результатов комплекса экспериментальных исследований сделан вывод, что перспективным направлением является разработка конструкторского решения для организации процесса распылительной сушки пищевых материалов (рис. 1 и 2) за счет комбинирования конвективного и радиационного энергоподвода при активном вихревом аэродинамическом контакте продукта и сушильного агента, что позволяет увеличить интенсивность процесса, снизить температуру сушильного агента и, как следствие, температуру продукта для обеспечения качества сухих дисперсных материалов.
58
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания, № 3, 2015
Устройство работает следующим образом. Исходный продукт, подвергаемый сушке, подается распылителем 3 в объем сушильной камеры 1. Ввод сушильного агента осуществляется по патрубкам 2 и 4. В сушильной камере 1 комбинируется прямоток и перекрестный ток при контакте сушильного агента и продукта за счет дополнительной перекрестной подачи сушильного агента в щелевые зазоры между перегородками 8. Распыленные частицы продукта при контакте с сушильным агентом и инфракрасным излучением высыхают, отбираются через систему отсоса 5, отделяются от потока отработавшего сушильного агента в циклоне 6 и отбираются через сборники сухого продукта 7.
Благодаря вводу сушильного агента через патрубок 4 по касательной к окружности сушильной камеры 1 и наличию в ней вертикальных прямоугольных перегородок 8 осуществляется дополнительная равномерная подача сушильного агента в щелевые зазоры между перегородками, при этом распыленные частицы продукта, увлекаемые потоками теплоносителя, начинают вращаться относительно оси сушильной камеры и совершают движения по нисходящей спиралевидной траектории. Таким образом достигается активный вихревой аэродинамический контакт продукта и сушильного агента в сушильной камере, что позволяет увеличить время пребывания распыленных частиц продукта в сушильной камере.
Спиралевидная траектория движения частиц определяет большее время контакта продукта с сушильным агентом в сушильной камере по сравнению с традиционным прямолинейным движением вниз, что позволяет либо уменьшить высоту сушильной камеры при заданной производительности, либо увеличить интенсивность процесса и производительность установки.
1-4 Б-Б
Рис. 1. Установка конвективно-радиационной распылительной сушки: 1 - сушильная камера; 2, 4 - патрубок для ввода сушильного агента; 3 - распылитель; 5 - система отсоса; б - циклон; 7 - сборник сухого продукта; 8 - прямоугольные перегородки; 9, 10, 14 - крепления; 11 - стержневые крепежные элементы; 12 - инфракрасные излучатели; 13 - отражатели
59
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания, № 3, 2015
Д]_
Д -Д(увеличено)
Рис. 2. Схема распределения потоков в установке конвективно-радиационной распылительной сушки: I - исходный продукт; II - сушильный агент; III - инфракрасное излучение; IV - сухой продукт; V - отработавший сушильный агент
Вертикальные прямоугольные перегородки 8 и сушильная камера 1 выполнены одинаковыми по высоте для равномерного подвода сушильного агента и выравнивания температуры сушильного агента в сушильной камере 1, в результате чего достигается увеличение интенсивности процесса сушки. Сушильный агент, проходя через пространство между перегородками 8, разделяется на несколько перекрещивающихся потоков, которые отталкивают распыленные частицы от поверхности перегородок и, следовательно, от стенок сушильной камеры. Перекрещивающиеся потоки сушильного агента компенсируют центробежную силу, действующую на частицы в процессе их спиралевидного движения. Таким образом исключается налипание частиц продукта на внутреннюю поверхность большого цилиндра сушильной камеры, обеспечивается интенсивное обтекание частиц сушильным агентом и увеличивается интенсивность процесса сушки.
Положительный эффект предлагаемого устройства обеспечивается за счет усовершенствования конструкции сушилки. Дальнейшее развитие получает проведение исследований по учету при проектировании сушильной техники кинетических закономерностей и комплекса свойств объектов сушки, в том числе термодинамических, структурно-механических и теплофизических. Кроме того, необходима разработка математических моделей [6] для оперативного управления процессом и качеством продукции, а также автоматизации работы сушильной установки [7].
Конвективная составляющая позволяет обеспечить высушивание частиц при активном аэродинамическом контакте с сушильным агентом. Также конвективный подвод энергии необходим для организации распыления исходного продукта, пневмотранспорта высохших частиц и их отделения от потока отработавшего сушильного агента. Радиационная составляющая позволит смягчить температурные режимы сушки. Конструктивные особенности предлагаемого устройства запатентованы (заявки на патенты на полезную модель № 2014148752/06(078440) РФ и № 2015120308). Предложенный принцип организации сушки может быть реализован при конструктивной модернизации действующих установок распылительной сушки. Комбинирование способов энергоподвода при распылительной сушке обусловливает расширение области использования распылительной технологии сушки для получения сухих дисперсных растительных материалов.
60
Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания, № 3, 2015
ЛИТЕРАТУРА
1. Алексанян, И.Ю. Распылительная сушка растительных экстрактов Теория. Практика. Моделирование [Текст]: монография / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, О.А. Петровичев. - Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011. - 162 c.
2. Алексанян, И.Ю. Инновационные технологии переработки сырья растительного происхождения [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, Л.М. Титова // Инновационные технологии АПК России - 2014: материалы II конференции в рамках Международного научно-технологического форума «Биоиндустрия - основа зеленой экономики, качества жизни и активного долголетия». - М., 2014.- С. 12-18.
3. Алексанян, И.Ю. Распылительная сушилка [Текст] / И.Ю. Алексанян, Ю.А. Максименко, О.Е. Губа, Ю.С. Феклунова // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК - продукты здорового питания.- 2015.- № 1 (5).
4. Губа, О.Е. Разработка рациональных способов конвективной сушки для жидких продуктов [Текст] / О.Е. Губа, Ю.А. Максименко, С.А Терешонков // Пищевая промышленность. - 2010. - № 10. - С. 24-25.
5. Максименко, Ю.А. Сушильная установка для получения порошков из жидких продуктов [Текст] / Ю.А. Максименко, Н.А. Подледнева, О.Е. Губа // Вестник АГТУ. - 2011. -№ 2 (52). - С. 41-44.
6. Максименко, Ю.А. Моделирование и совершенствование тепломассообменных процессов при конвективной сушке растительного сырья в диспергированном состоянии [Текст] / Ю.А. Максименко // Вестник АГТУ. Серия: управление, вычислительная техника и информатика. - 2013. - № 2.- С. 19-24.
7. Максименко, Ю.А. Автоматизация технологических процессов при переработке сырья растительного происхождения / Ю.А. Максименко, Э.П. Дьяченко, Ю.С. Феклунова, Э.Р. Теличкина // Вестник АГТУ. Серия: управление, вычислительная техника и информатика. - 2014. - № 3 . - С. 21 - 29.
1. Aleksanyan, I.Yu. Spray drying of plant extracts. Theory. Practice. Modelling [Text]: monograph / I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, O.A. Petrovichev.- Germany, Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing GmbH & Co.KG, 2011. - 162 p. 2.
Aleksanyan, I.Yu. Innovative technology for the processing of raw materials of plant origin [Text] / I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, L.M. Titova // Innovative technologies APK Russia - 2014: Materials II Conference of the International Science and Technology Forum «Bioindustry - the basis of the green economy, quality of life and active aging.» - Moscow, 2014.- P. 12-18.
3. Aleksanyan, I.Yu. Spray Dryer [Text] / I.Yu. Aleksanyan, Yu.A. Maksimenko, O.E. Guba, Yu.S. Feklunova // Technology and food processing industry APK - healthy food.- 2015. -№ 1 (5). - P. 61-66.
4. Guba, O.E. The development of rational methods for convective drying liquid products [Text] / O.E. Guba, Yu.A. Maksimenko, S.A. Tereshonkov // Food industry.-2010.- № 10. -P. 24-25.
5. Maksimenko, Yu.A. Dryer to obtain powders of liquid products [Text] / Yu.A. Maksimenko, N.A. Podledneva, O.E. Guba // Vestnik ASTU. Science Magazine.
- 2011. - № 2 (52). - P. 41-44.
6. Maksimenko, Yu.A. Modeling and improvement of heat and mass transfer processes in convective drying of vegetable raw materials in a dispersed state [Text] / Yu.A. Maksimenko // Vestnik ASTU. Series: The Office, Computer Science and Informatics.- 2013.- № 2. - P. 19-24.
7. Maksimenko, Yu.A. Process automation in the processing of raw materials of vegetable origin / Yu.A. Maksimenko, E.P. Dyachenko, Yu.S. Feklunova, E.R. Telichkina // Vestnik ASTU. Series: The Office, Computer Science and Informatics. - 2014. - № 3.
- P. 21-29.
-C. 61-66.
REFERENCE
61
