Опис установки, що проектується
Знежирене пастеризоване молоко, згущене до 48% сухих речовин, у вакуум випарній установці, з t=45˚С подається гвинтовим насосом-дозатором на розпилювальний диск. Розпилювальний диск обертається із швидкістю 12000 об/хв.
Повітря для сушіння подається нагнітальним вентилятором у калорифер при тиску пари 11‧105Па, нагрівається до температури 160˚С. Після цього нагнітаючим вентилятором високого тиску подається у сушильну камеру в напрямку протилежному раніше заданому напрямку руху частинок розпилювальної речовини.
Пневмотранспортування висушеного молочного порошку проводиться повітрям, яке відбирають допоміжним вентилятором із приміщення цеху і очищується змінними фільтрами.
Повітря з робочої камери і частинками сухого молока, відводиться через патрубок за допомогою вентилятора до батареї циклонів. Для остаточного очищення його подають до двох скруберів вологої очистки. Як змочувану рідину для скруберів використовують знежирене молоко, яке насосом з бака, через кран поступає до зрошувального пристрою скрубера. Після чого очищене повітря вентилятором виводиться в навколишнє середовище.
Висушений молочний порошок осипається по конічному днищу сушильної камери у пневмо-транспортну лінію нагнітаючого типу. Також у цю лінію потрапляє молочний порошок із батареї циклонів. По пневмо-транспорту молочний порошок поступає у розвантажувальний циклон, і потім у бункер накопичувач. Повітря із розвантажувального циклона повертається, через недостатній ступінь очистки, у повітропровід, по якому відпрацьоване повітря із сушильної камери подається до батареї циклонів.
Система подачі продукту.
Система складається із ємностей з мішалками, бака для води, насоса-дозатора, панелі управління та трубопроводів.
Система подачі служить для: створення запасу згущеного молока перед сушінням; нагрівання, перемішування та дозування подачі продукту на механізм розпилення.
Насос-дозатор призначений для безперебійного миття трубопроводів після закінчення процесу сушіння, шляхом циркуляції миючих розчинів по системі та промивання пристрою розпилення.
Ємність для згущеного продукту обладнана верхньою кришкою з вмонтованими датчиками рівня, термоперетворювачем температури та з мішалкою з приводом.
Швидкість подачі насосу регулюється частотою обертання електродвигуна за допомогою частотного перетворювача змінюючи частоту напруги. Частотний перетворювач регулює подачу. Залежно від температури продукту на виході із сушильної камери.
Комплекс продуктопроводів виготовлений із корозійностійкого матеріалу.
Теплогенераторна установка
Калорифер призначений для нагріву попередньо очищеного повітря і подачі його у сушильну камеру.
Установка складається з фільтру, нагнітального вентилятора. Теплогенератора, фільтра гарячого повітря, повітропроводів із механічним приводом та димової труби.
Принцип роботи: повітря що допомогою вентилятора, подається на очистку від пилу, у повітряний фільтр, після чого подається у калорифер для нагрівання до температури 160˚С. Після нагрівання повітря проходить через фільтр гарячого повітря і надходить у повітряний розподільник сушильної камери.
Кількість повітря, що подається у сушильну камеру, регулюється повітряною заслінкою з механічним приводом, встановлена заслінка на повітропроводі гарячого повітря.
Повітряний фільтр це прямокутний корпус на підставі, у якому встановлюється кишенькові фільтри.
Сушильна камера. Вона призначена для проведення процесу зневоднення розпиленого рідкого продукту гарячим повітрям та отримання сухого молока.
Складається з:
циліндричної сушильної камери із дверима з дахом та конічного дна;
відцентрового розпилювального диску;
огорож та опорних стійок, виконавчого пристрою магнітно-імпульсної установки;
сопел у середині камери для подачі гарячого повітря.
У результаті тепломасообміну, потоком гарячого повітря з розпорошеного продукту видаляється волога. Частинки продукту, осідаючи в нижній частині камери, отримують додатковий тангенціальний імпульс від гарячого повітря, що подається з сопел. Частина порошку несеться із потоком відпрацьованого повітря у циклон, а осілі на дно камери частинки досушуються у псевдозрідженому шарі і поступають у віброохолоджувач. Дах камери складається з трьох частин, виконаних як єдине ціле з розподільником повітря.
Повітророзподільник являє собою теплоізольований канал. У центральній частині даху є два люки для підсвічування камери. частина сушильної камери складається з шести секцій, зібраних встик на болтові з'єднання. Внутрішні шви обшивки проварені. Одна із секцій забезпечена дверима і оглядовим люком. Внутрішня обшивка секцій виконується з листової корозійностійкої сталі, зовнішня обшивка - з нержавіючої. Внутрішній простір секцій заповнений теплоізоляцією. У верхній частині камери встановлено трубопровід системи подачі пари в камеру. Відведення порошку здійснюється з дна сушильної камери. Сушильна камера встановлюється на фундамент підлоги цеху на чотирьох опорах-стійках. Прилади контролю камери: датчики температури повітря, датчик тиску повітря в камері, кінцевий вимикач двері, світильник небезпеки над дверима.
Система відводу відпрацьованого повітря.
Складається вона із системи повітропроводів, батареї циклонів та установки відсмоктуючого вентилятора для відводу відпрацьованого повітря та сухого продукту із сушильної камери, віброохолоджувача, їх розподіл відбувається у батареї циклонів та виведення очищеного повітря у атмосферу. Повітря з сушильної камери і віброохолоджувача, що містить завислі частинки сухого продукту, по повітропроводам надходить у циклон де відбувається їх поділ. Сухий порошок з циклонів через живильник поступає в пневмотранспорт, а очищене повітря пиловідвідним вентилятором виводиться в атмосферу. Повітряна магістраль, по якій відводиться повітря із віброохолоджувача оснащена шиберною заслінкою, що регулює ступінь розрідження в повітряній магістралі.
Циклони виготовлені із корозійностійкої листової сталі. У нижній частині циклонів розміщені пристрої магнітно-імпульсної установки. Миття циклонів і повітропроводів здійснюється безперебійним автоматизованим способом за допомогою форсунок.
Найефективнішим способом очищення сильно запиленого повітря є очищення рукавними фільтрами. Рукавні фільтри – це пиловловлююче обладнання «сухого» типу. Застосовують їх у зв’язку із посиленням вимог охорони навколишнього середовища, та для зменшення втрат готового продукту, що виходить із сушильної камери. Рукавні фільтри, у розпилювальній установці, встановлюють після циклонів для очистки або доочистки повітря.
Рукавний фільтр працює таким чином: запилене повітря проходить через фільтрувальну тканину уловлюючи пил. Відфільтрований порошок продукту повертається у технологічний цикл.
По мірі збільшення шару пилу на поверхні рукава і відповідно зниження пропускної здатності, вмикається імпульсна продувка системи стисненим повітрям. Для відновлення запилених рукавів використовується вбудована система для прання рукавів та мийки корпусу.
Віброохолоджувач.
Він призначений для досушування і охолоджування сухого молока при транспортуванні його в умовах віброкиплячого шару порошку.
Віброохолоджувач є закритою камерою що має вигляд короба, з пружною підвіскою, встановленій на рамі, обладнана люками і оглядовими вікнами.
Усередині камера розділена перфорованим листом із отворами особливого перетину на два відділи:
- знизу – для повітря;
- зверху – для порошку.
Під камерою розміщується електровібратор, який забезпечує просування і підтримку молочного порошку у підвішеному стані.
Під час роботи віброохолоджувача камера вібрує, а молочний порошок у зваженому положенні рухається крізь холодні зони, досушуючись і охолоджуючись.
Інтегроване флюїдне дно віброохолоджувача виготовлене із перфорованого листа. Переріз отворів у листі розрахований для кількості повітря, що забезпечить кипіння продукту.
Система обування.
Система застосовується для обдування камери та дня киплячого шару. Подача повітря із певною температурою у нижню частину сушильної камери та дно киплячого шару, проводиться це з метою запобігання налипання молочного порошку на поверхні.
Основними елементами цієї системи є вентилятор, збірний фільтр, повітропровід із вбудованими у них механічними і ручними шиберами, гнучкі повітропроводи, камери змішувачі.
Гаряче повітря із теплогенератора регулюють заслінкою з приводом, керується системою, що автоматично регулює задану температуру на виході з вентилятора. Тиск же регулюється ручним шибером.
Система для обдування віброохолоджувача. Для подачі повітря під тиском у зону для охолодження віброохолоджувача.
Принцип роботи цієї системи.
Фільтр використовують для очищення повітря та розділення потоку на дві магістралі. Охолоджувач осушує та охолоджує повітря, що надходить у зону охолодження віброохолоджувача.
Система нагріву використовується для підігріву повітря, яке надходить у зону для досушки - це перший ступінь віброохолоджувача. На боковій поверхні охолоджувача є патрубки калорифера які слугують для подачі та відведення крижаної води. Перед підігрівачем розташований крапле віддільник для вловлювання крапель води, що утворились під час конденсації пари повітря на пластинах калорифера, що являє собою набір вертикальних зигзагоподібних пластин.
Система для транспортування та упакування продукту.
Система використовується для просіювання та транспортування сухого молочного порошку висушеним повітрям у режимі його пневмотранспортування, надходження продукту у проміжний бункер перед його фасуванням та упакуванням.
Принцип роботи системи.
У вібросепараторі АМСК, грудочки продукту та інші механічні домішки відділяються від основної маси порошку. Відібрані частинки збираються у спеціальну ємність для відходів, а кондиційний молочний порошок направляється у проміжний забірний пристрій вакуумного пневмотранспорту та накопичується у проміжному бункері, звідки подається на лінію для упакування DREWMAX. Повітряне транспортування продукту після його очистки на батареї циклонів здійснюють повітродувкою, а подача продукту на фасування здійснюється вакуум транспортером. Вакуумний насос оснащений фільтрами, які очищають повітря та розвантажувальний клапан. При припиненні подачі повітря у насос, розвантажувальний клапан відкривається, а матеріал висипається у приймальний бункер. Одночасно відбувається продування та очищення фільтрів стисненим повітрям.
Лінія упакування DREWMAX забезпечує дозування та упакування сухого дрібнодисперсного молочного продукту у готову споживчу тару у напівавтоматичному режимі роботи.
Як пакувальний матеріал використовують паперові мішки із відкритою горловиною із 4 шарів, з поліетиленовим вкладишем або покриттям.
Принципи ХАССП, що використовують при розробленні та виготовленні установок для сушіння молочних продуктів.
ХАССП – це аналіз ризику та критичних контрольних точок.
ХАССП являється комплексом заходів, які запобігають попаданню у харчовий продукт хімічних, механічних, біологічних та інших включень шкідливих для здоров’я, шляхом контролю в усіх критичних точках, на усіх етапах виробництва продукції.
Основною характеристикою харчової продукції, що забезпечує ХАССП є безпека. Щоб забезпечити безпеку та високу якість готового продукту, в сушильних установках розпилювального типу передбаченні такі елементи:
1) Система автоматизації. Автоматичне регулювання процесу сушіння засновано на підтримці постійної вихідний температури з сушильної камери за рахунок регулювання подачі вихідного продукту насосом-дозатором. Система збору та відображення інформації з висновком всіх параметрів на монітор комп'ютера дозволяє здійснити контроль за роботою установки і зберігати архів показників роботи сушильної установки, а саме: температури вхідного і вихідного повітря, температури вихідного і сухого продукту, рівень продукту в ємностях, навантаження на двигунах установки , в тому числі на розпилювачі та інші показники роботи установки. Всі дії, необхідні для управління процесом з оптимальною ефективністю, виконуються системою управління відповідно до інструкцій, закладеними в програму. Безпека забезпечується тим, що система управління діє безперервно і відстежує процеси в режимі реального часу. Процес виконується аналогічним чином - кінцевий продукт буде відрізнятися незмінно високою якістю, оскільки виключаються будь-які відхилення від заданого процесу. Завдяки точному керуванню процесом втрати продукції і витрата сервісних середовищ і енергії мінімальні. Програмне забезпечення дозволяє зберігати і обробляти інформацію по роботі сушильної установки.
2) Фільтрування повітря, яке подається у сушильній камері. Щоб не допустити влучення в продукт механічних включень і інших можливих забруднень, забірник повітря теплогенераторної установки, змішувального пристрою для подачі повітря на обдув стін камери і флюїдне дно - комплектується повітряним фільтром тонкого очищення повітря (за європейським стандартом ЕN779-96) -F7; забірник повітря системи охолодження і транспортування продукту комплектується двоступеневої системою фільтрації - F9.
3) Система мийки установки. Система мийки укомплектована орбітальними, для мийки сушильної камери і циклонів, і висувними, для мийки повітропроводів, миючими головками, забезпечує якісну мийку миючими розчинами під високим тиском складових частин установки за мінімально короткий час.
4)Система очищення стін камери і циклонів. Для запобігання утворенню і попадання в готовий продукт пригорілих частинок продукту, на стінках сушильної камери і циклонів встановлюються виконавчі пристрої імпульсно-динамічної системи очищення, що перешкоджають осіданню порошку на стінках обладнання.
Мета та задачі курсового проекту
Розробити конструкцію сушарки дискову розпилювального типу для знежиреного молока продуктивністю 500кг/год., випареної вологи. Температура повітря на вході у сушарку 160˚С, а на виході 95˚. Вакуум в установці 5 мм.рт.ст.. Молоко згущене до 45% сухих речовин.
Розрахувати втрати матеріальні, енергетичні, теплові. Та провести конструктивний розрахунок розмірів сушильної камери, розпилювального диску, скрубера Вентурі, ізоляцію сушильної камери.
Розрахункова частина
2.1. Матеріальний баланс
Вихідні дані:
Кількість випареної вологи 500кг/год (W)
Температура повітря t0=20°C
Температура нагрітого повітря до входу в сушильну камеру t1=160°C
Температура після виходу з сушильної камери t2=95°C
Молоко згущене до 48% сухих речовин
Вміст вологи в продукті до сушіння 55% (φn)
Вміст вологи в продукті після сушіння 5% (φk)
Вологість повітря 70% (φ)
Процес випаровування (сушіння) проходить при постійній ентальпії Н = const до перетину з температурою 95°С.
Визначаємо масу молока, яке поступає на сушку
Знаючи продуктивність сушильної установки по сирому молоці та вологості ꞷ155% ꞷ25%;знаходимо продуктивність сушильної установки по висушеному матеріалу, кг/год:
Кількість видаленої вологи при цьому буде, кг/год
З урахуванням ККД установки який може бути в межах 80 – 85%, приймаємо
ККД – 84%, перераховуємо продуктивність установки з урахуванням ККД
Щоб знайти ентальпію та вологовміст повітря необхідно побудуємо процес сушки в h-d діаграмі , для цього спочатку знаходимо два основних параметри повітря, яке береться для сушки.
За температури та відносній вологості повітря знайдемо точку, що характеризує основні параметри повітря перед забором у калорифер сушильної установки. При температурі повітря 20°С та відносній вологості φ=70%, на перетині цих ліній отримаємо точку А, по якій знайдемо вологовміст d0=10г/кг сухого повітря та ентальпію h0=46 кДж/кг. Після цього повітря поступає в калорифер, де повітря нагрівається при постійному вологовмісті до 160°С. На перетині ліній d0=10г/кг сухого повітря з ізотермою t=160°C отримаємо точку В, що характеризує параметри повітря на виході з калорифера і вході в сушильну камеру d1=10 г/кг сухого повітря, h1=193кДж/кг сухого повітря.
При теоретичному розрахунку процесу сушки повітря, що поступає в сушильну камеру віддає тепло для випаровування вологи з матеріалу і сприймає його назад разом із випареною вологою. У процесі сушки ентальпія повітря залишається незмінною. Знаючи кінцеву температуру повітря, що виходить із сушильної камери, можемо отримати на перетині ліній h1= кДж/кг сухого повітря і ліній t2=95°С точку С, яка характеризує параметри повітря на виході із сушарки d2=36 г/кг сухого повітря, h2=193кДж/кг.
Отримані дані для знаходження теоретичної витрати повітря і теплоти для нагрівання повітря. При цьому процес сушки супроводжується втратами теплоти, розраховані аналітично.
Дійсні втрати тепла на 15-20% більші від теоретичного.
Кількість теплоти, витраченої для сушіння визначаємо за кількістю теплоти Q, потрібної для нагріву повітря в калорифері кДж:
де, h0, h1 – ентальпія повітря калорифера на вході і на виході з нього, кДж/кг
Gn – кількість повітря для висушування, кг
Кількість повітря знайдемо за формулою:
де, W – кількість випареної вологи в сушильній камері. кг/год
d2, d1 – вологість повітря, що виходить і входить в сушильну камеру, 1 г вологи на 1 кг сухого повітря.
Втрати пари D при нагріві повітря розраховуємо по формулі, кг/год:
де,hг.п., hк – ентальпія гріючої пари і конденсата, кДж/кг;
𝜼=0,95 – ККД калорифера;
За температурою конденсату tk=146 °С і його теплоємністю с=4,2кДж/кг·К знаходимо ентальпію конденсату, кДж/кг:
За температурою гріючої пари tг.п = 247 ºС і її теплоємністю с=5,5кДж/кг знаходимо ентальпію гріючої пари кДж/кг:
Звідси втрати пари:
Термічний коефіцієнт розпилювальної сушильної установки знаходимо за формулою:
Важливими показниками процесу сушіння є кількість вологи, що виходить з продукту Ввид. і розраховується за формулою, %:
де В1– початкова вологість згущеного молока %, В1 = 55% ;
Вр– рівноважна вологість сухого молока, % і розраховується за формулою:
де, φП – відносна вологість повітря, %, φП 70%;
t – температура повітря, °С; t=20°С
1 2 3 4 5