CC BY
22
Пахомов А.Н.1, Волостных С.Г.2, Ельцов А.Г.2, Шуваев А.С.2 @
1 К.т.н., доцент; 2студент, 1,2кафедра «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность», Тамбовский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СУШИЛЬНОГО АГЕНТА НА КИНЕТИКУ СУШКИ СУСПЕНЗИЙ И КРИСТАЛЛООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ В КИПЯЩЕМ СЛОЕ
БИНАРНОГО ИНЕРТА
Аннотация
Статья посвящена исследованию задач моделирования температурной и влажностной кинетики, усадки и тепло-диффузионного взаимодействия между высушиваемым материалом и подложкой.
Ключевые слова: моделирование, температура, влажность, сушка, подложка.
Keywords: modeling, temperature, humidity, drying, substrate.
В качестве исследуемых продуктов для сушки нами был выбран белковый концентрат, как характерная суспензия, и раствор поваренной соли, как характерный кристаллообразующий раствор.
Белковый концентрат - продукт, получаемый путем ферментной обработки отфильтрованных сточных вод молочного производства [1].
Исходный продукт представляет собой дисперсную систему (водную суспензию) влажностью до 90%. Плотность исходного продукта - 960- 980 кг/м3. Удельная теплоемкость - 3800-4000 Дж/(кг К). Классический способ переработки: фильтрование -сушка на вальцовых сушилках - помол. Ориентировочные затраты на проведение процесса -0,5-0,7 кВт/тонну влажного материала.
Требуемое качество готового продукта:
1) Содержание в порошке частиц диаметром от 100 до 150 мкм - не менее 60% (диаметр частиц составляющих не менее 50% массы продукта не более 105мкм).
2) Влажность продукта - не более 15 %.
Пищевой состав сухого продукта (на 100 гр.):
белки- 21 г.
жиры- 3,6г.
углеводы- 23г.
Витамины: А, В1, В2, В6.
3
Насыпная плотность - 650 ^ 720 кг/м
Натрия хлорид, хлористый натрий, поваренная соль, NaCl. Представляет собой бесцветные кристаллы, плотность 2,161 г/см , tra = 801 °С. В воде является истинным раствором. Растворимость (%): 26,28 (0 °С), 26,43 (25°C), 28,12 (100 °С); в присутствии других солей растворимость хлорида натрия в воде сильно снижается. Для исследования процесса сушки нами приготовлялся 20% водный раствор.
Кристаллы NaCl имеют ровную кубическую форму и их довольно трудно вырастить. Обычно кристаллы растут хаотически, и даже если удаётся вырастить одиночный кристалл, то даже он начинает быстро распадаться. Соль при растворении поглощает много тепла. Часто на двух соседних рёбрах кристалла появляются "надрезы", которые свидетельствуют о недостаточной чистоте раствора и приводят к разрушению кристалла [1, 3].
Для исследования процесса сушки суспензий и растворов в кипящем слое инертных частиц в качестве параметров, влияющих на качество получаемого готового продукта, были
® Пахомов А.Н., Волостных С.Г., Ельцов А.Г., Шуваев А.С., 2015 г.
выбраны: температура сушильного агента Тса, скорость потока w, подача исходного продукта в аппарат (производительность) P, а также исходя из качественного исследования поведения кипящего слоя - высота сепарационной части колонки [5].
Диаметр колонки был выбран равным 100мм.
Рецептура инерта: 50% алюминия на 50% фторопласта по массе
Размеры частиц инерта: фторопласт-параллелепипед 1х1х2 мм, алюминий -цилиндр 1,5х0,5мм.
Высота неподвижного слоя инертных частиц 70 мм.
Необходимо исследовать влияние выбранных параметров на качество получаемого продукта. Критериями качества готового продукта были выбраны (исходя из требований) фракционный состав (диаметр частиц составляющих не менее 50% общей массы продукта) и влажность готового продукта.
Температура сушильного агента Тса варьировалась в диапазоне от 80 до 120 оС. Ограничение на верхний предел изменения температуры обусловлено тем, что при нагревании белкового концентрата до температуры 130 оС происходит его деструкция и потеря пищевой ценности [2, 4].
Скорость потока w варьировалась в диапазоне от 1,1 скорости начала псевдоожижения частиц бинарного инерта до скорости, при которой начинался значительный выброс частиц инерта из слоя.
Подача исходного продукта в аппарат (производительность) P должна обеспечивать устойчивую работу аппарата. Как показали исследования, резкие колебания подачи (особенно резкое увеличение) приводит к организации агломератов и появлению в слое т.н. «козла». Зачастую это приводит к проскоку некоторых частиц инерта в пылеулавливающую аппаратуру. Величина подачи варьировалась от некоторого минимального значения до начала нарушения активного кипения в слое.
Высота сепарационной части колонки изменялась от конструктивно минимальной до максимальной высоты выбросов частиц инерта из слоя при максимальной скорости потока.
Влияние температуры сушильного агента на средний размер частиц высушенного продукта d50 (d50- средний (медианный) диаметр частиц, соответствующий диаметру частиц, по массе равной 50% от общей массы), при фиксированной скорости потока и подаче влажного продукта, обеспечивающего устойчивую работу аппарата, представлено на рис. 1. (БК - суспензия белкового концентрата, NaCl - раствор поваренной соли)
Рис.1 - Влияние температуры сушильного агента на средний размер частиц высушенного
продукта.
Нсеп=100 мм. Р= 0,02 мл/с. w= 21 м/с.
Фракционный состав высушенного продукта определялся просеиванием отобранной пробы на специальном классификаторе с набором сит от 400 до 100 мэш (от 40 до 150 мкм). Также для оценки формы и размеров просеянных частиц использовалось наблюдение их в микроскоп.
Для раствора NaCl и суспензии белкового концентрата увеличение температуры сушильного агента в исследуемых диапазонах приводит к уменьшению размеров частиц готового продукта. Исходя из общих исследований, для сушки раствора поваренной слои в кипящем слое инертных тел рекомендуем использовать наибольшую возможную температуру (в условиях нашей сушилки 120 оС). Предельная температура сушильного агента для белкового концентрата зависит от времени пребывания высушиваемых частиц в аппарате. Ее можно оценить исходя из влияния скорости сушильного агента на средний размер частиц высушенного продукта, при фиксированной температуре и подаче влажного продукта, обеспечивающего устойчивую работу аппарата. Однако конкретная рекомендация для такого рода продукта, возможна только при комплексном анализе влияния исследуемых параметров на качественные показатели продукта [5]. Эта задача является перспективной на ближайшие исследования.
Литература
1. Гатапова, Н.Ц. Теплофизические и кинетические особенности сушки дисперсий и кристаллообразующих растворов/Н.Ц. Гатапова, В.И. Коновалов, А.Н. Шикунов, А.Н. Пахомов, Д.в. Козлов// Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2003. Т. 9. № 2. С. 210-229.
2. Пахомов, А.Н. Типы кинетических кривых, получаемых при сушке капель жидких дисперсных продуктов/ А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова // Химическая технология. 2014. № 10. С. 620-623.
3. Пахомов, А.Н. Расчет кинетики сушки капли жидкости на подложке / А.Н. Пахомов, Б.Ш.Д. Аль Саиди, Е.А. Ильин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - Т.19, № 2, - С. 339 - 345.
4. Пахомов, А.Н. Алгоритм расчета кинетики испарения капли с диффузионно-непроницаемой подложки / А.Н. Пахомов, Е.А. Ильин // «Вопросы современной науки и практики». -Университет им. В.И. Вернадского, № 2(45), 2013 г. - С. 292-296.
5. Пахомов, А.Н. Интенсификация процесса сушки жидкой послеспиртовой барды в аппарате с кипящим слоем инертных тел / А.Н. Пахомов, Н.С. Сорокина, А.В. Баландина // Инженерный вестник Дона, 2014, №4. [Электронный ресурс]. — Режим доступа. — URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2727
