Способ сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов

(я) Р 26 В 3/1 ОП Е 70 УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ленинградский ордена ТрудовогоКрасного Знамени технологический институт холодильной промышленности(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 418700, кл, Р 26 В 11/04, 1972.2. Авторское свидетельство СССР9 448336, кл. Г 26 В 3/10, 1972,3. Авторское свидетельство СССР9 528433, кл. Р 26 В 3/10, 1974,4. Романков П.Г. и Рашковская Н.БСушка во взвешенном состоянии, Л.,Химия 1, 1979, с.222-237,1 (54) (57) СПОСОБ СУШКИ РАСТВОРОВ, СУСПЕНЗИЙ И ПАСТООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ, преимущественно белковых и древесных гидролизатов,путем их продувки теплоносителем на сферических телах диаметром 1-3 мм с образованием взвешенного слоя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации тепломассообмена путем повышения энергии соударений сферических тел и улучшения условий скола с их поверхности материалов с различной адгезионной способностью, сферические тела выполняют из материала с коэффициентом теплопроводности, равным 6-8 Вт/мК и выше, и с плотнос- . тью (3,5-8,0) 10 кг/мэ, причем твердость поверхности тел выбирают превышающей твердость высушенного материала и равной твердости рабочей поверхности сушильного объема.Изобретение относится к способайсушки жидких и пастообразных материалов (в том числе растворов,эмульсий, суспензий) на инертныхтелах, может быть .использовано вразличных отраслях народного хозяйства, например в пищевой и химической промышленностях, и предусматривает преимущественно обработку ма.териалов с различной адгеэионнойспособностью пленки высушенного продукта, например белковых и древесных гидролизатов.Известен способ сушки сыпучихматериалов путем их контакта с твердым сыпучим теплоносителем при их 15вращательном перемещении с дальнейшим отделением высушенного материала от теплоносителя (.1).Данный способ требует сложногооборудования и к тому же малоэффективен при обработке материалов свысокой влажностью.Известен также способ сушки растворов,.суспенэий и паст в вихревойкамере путем подачи,их в кольцеобразный слой частиц инертного материала, приводимого во вращательное движение направленными потоками теплоносителя, причем слой инертного материала Формируют из нескольких расположенных концеитричио прослоек, скорости витания частиц в смежных из:.которых увеличиваются в 1,5-5 раз внаправлении от центра к периферии,а подачу высушиваемого материала про- З 5изводят на поверхность внутреннейпрослойки, например, с помощью Фильер 2.Этот способ характеризуется высокой интенсивностью тепломассообмена однако он требует еще болеесложного оборудования и весьма трудоемкой технологии, включающей многие автоматические и вычислительныесис темы.Известен способ сушки комкукщих" 45ся материалов в восходящем потокетеплоносителя с измельчением провала образующихся комков в Фонтанирующем слое, причем этот процесс ведут в слое инертных тел, предварительно помещенных в фонтанирукщий слой,а загрузку высушиваемого материалаосуществляют в периферийную зону (3.Данный способ более прост в технологическом отношении, обладает достаточно высокой интенсивностью тепломассообмена, но ввиду малой экспозиции сушки в восходящем потокемалоприемлем для материалов с высокой влажностью. 60Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ сушки растворов, суспензийи пастообразных материалов путем ихпродувки теплоносителем на сферичес ких телах диаметром )-3 мй с образованием взвешенного слоя. При этом в качестве сферических инертных тел используют самые различные материалы: стеклянные шарики, капроновую крошку, кварцевый песок различной крупности, фарфоровые и электрокорундовые шарики, кубики, цилиндрики и шарики из Фторопласта размером 2,6- 8-12 мм 4.Недостатком известного способа является то, что ввиду низкой теплопроводности названных материалов сушка идет в основном за счет конвективного теплообмена между потоком теплоносителя и пленкой материала на поверхности частиц. Доля кон" тактного теплообмена незначительна. Это снижает интенсивность процесса сушки.Малая плотность материала инертных тел (инерта) является причиной низкой энергии их соударений, что приводит к неудовлетворительному скалыванию высушенного продукта, вынуждает пересушивать его ниже требуемой конечной влажности, что не всегда приемлемо, и к тому же снижает КПД сушилок. Малые скорости витания частиц инерта с малой плотностью накладывают ограничения на скорость теплоносителя и, следовательно, на интенсивность тепломассообмена. Увеличение геометрических размеров частиц инерта, с целью повышения их скоростей витания и энергии соударений (при той же весовой загрузке сушилок), резко снижает их общую тепло- обменную поверхность, ухудшает удельные показатели сушилок.1Некоторые из перечисленных инертных тел не могут применяться при больших теплонапряженностях в сушил" ках, так как имеют место довольно низкие температуры плавления и разложения материала, из которого они изготовлены (капрон, полиэтилен - 80-120 ОС, фторопласт - 250-280 С). В зависимости от свойств используемого материала низкая твердость поверхности инертных частиц приводит либо к плохому истиранию и неудовлет" ворительному сколу продукталибо к износу самого ииерта, слишком высокая твердость инерта в свою очередь приводит к истираиию и износу стенок су-. шилки.ЦелЬ изобретения - интенсификация тепломас(;ообмена путем повышения энергии соударений сферических тел и улучшения условий скола с их поверхности материалов с различной адгезионной способностью.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сушки растворов, суспензий и пастообразных материалов путем их продувки теплоносителемИсходя из условия отсутствия ис" тирания частиц инерта и рабочихпо,верхностей, сушильного объема необходимо подбирать твердость поверх-, ности инертных частиц, обеспечивающую хорошее истирание (или скалывание) продукта без заметного износа шариков и стенок сушилки.Результаты исследования представлены в виде примеров расчета процесса сушки на инертных частицах.На.чертеже изображен график зависимости 68 от 1 и, составленный на основании следующего расчета.Рассматриваем единичную инертную частицу, пребывающую в аэрофонна сферических телах диаметром 1-3 ммс образованием взвешенного слоя, сфе-рические тела выполняют из материала с коэффициентом теплопроводности,равным 6-8 Вт/мК и выше и с плотностью (3,5-8,0) 10 кг/м , причем5твердость йоверхности сферическихтел выбирают превышающей твердостьвысушенного материала и равной твер.дости рабочей поверхности сушильногообъема. 10Подбор материала инертных телведется по следующим характеристикам:теплопроводность, плотность, твер-.дость поверхности частиц инерта. Приэтом полагается, что оптимальной фор мой частицы инерта является сфера,поскольку сферические частицы вовзвешенном слое имеют наименьшую скорость псевдоожижения, От размера частиц инерта зависят размеры частиц 20сколовшегося продукта.При одинаковой объемной загрузкесушильного объема инертными теламиясно видна зависимость: чем меньше диаметр, тем больше суммарная 25теплообменная поверхность и вышеудельные показатели сушилки. Однакочем меньше частицы, тем при той жеих плотности и геометрической формениже скорость их витания и допустимая скорость теплоносителя. Повышение плотности материала инертныхтел позволяет повысить их скорость, витания и в результате поднять предельно допустимую скорость теплоносителя в сушилке. Кроме того, тела одного диаметра при большей плотноетиматериала и одинаковой скоростиимеют большую энергию соударений.Это улучшает условия скола высушенного продукта с поверхности инертных тел. Повышение скорости витания последних улучшает условия сепарации готового продукта,Однако здесь существуют некоторыеограничения, так как с ростом плотности инерта (при одинаковой объемной загрузке) увеличивается аэродинамическое сопротивление взвешенногослоя, Плотность материала инертадолжна подбиратьсяр исходя из заданной по условиям теплообмена скорости теплоносителя, скорости витания высушенного продукта, условийскалывания его с поверхности частициверта.Следукщим параметром, по которомуподбирается материал инерта, является теплопроводиость. Теплопроводностьчастицы инерта определяет ее способность воспринимать тепло от потокатеплоносителя и коидуктивным путем 60передавать его пленке высушиваемогопродукта. Исследование влияния теплопроводности материала инертныхтел на интенсивность теплообменапоказало, что рост коэффициента теп лопроводности материала инерта ведет к значительной интенсификации тепломассообмена за счет увеличения кондуктивной составляющей теплового потока. Например, при работе аэрофонтанных сушилок, где в качестве инертных тел используются стеклянные шарики (коэффициент теплопроводности .0,74 Вт/мК), максимальный съем влзаги в сушилке достигает 234,5 кг/м ч, при работе в тех же гидродинамических условиях, но с инертными телами из материала с теплопроводностью 6-8 Вт/мК съем влаги составляет 450-470 кг/матч при начальной температуре теплоносителя 100-120 С.Конечно, и в первом, случае кондуктивная теплопередача имеет место, но, ввиду низкой теплопроводности материала инерта, она идет значитель" но медленнее, и количество тепла, переданное за время сушки продукта кондуктивным теплообменом, невелико по сравнению с количеством тепла,. переданного эа счет конвективной составляющей теплового потока. Во втором случае конвективная и кондуктивная составляющие теплового потока становятся соизмеримыми.Однако увеличение коэффициента теплопроводности материала инерта свыше 6-8 Вт/мК приводит к заметному уменьшению темпа наращивания производительности сушилки, хотя и улучшает условия теплообмена. Это объясняется тем, что указанный коэффициент теплопроводности обеспечивает те скорости теплообмена, при которых пленка напыленного продукта успевает высохнуть и сколоться за один цикл циркуляции частицы инерта. В этом случае дальнейшее повышение производительности сушилки может быть достигнуто лишь путем повышения скорости циркуляции части инерта. За время цикла циркуляции принято время в течение которого частица инерта из области подачи теплоносителя перемещается в верхнюю часть взвешенного слоя и возвращается обратно.Заказ 4015/28 Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 По формуле (4) .определяем Ни и д:В(; щ 42,5; о( =2,9 10 Дж/м с град.По формуле (3) определяем В 1 и Ро;В 1 = 6,9; Ро 0,0123,По диаграмме Г.Гребера определя-ется отнршение Я/Я = 0,15.Яа находится по формуле (2):Яр 61,3 Дж Я 0,15 Я= 9,2 Дж.По формулам (7) и (8) определяемс( 200 Дж/м с град;По формуле (6) определяем Яф 2,80 Дж.По Формуле (9) определяем Н =8,2 ф 10+.По формуле (1) определяем производительность сушилки по испареннойвлаге 6 = 51,3 кг/ч.П р и м е р 2. Сушка на стеклянных шарах диаметром б мм,Исходные, данные: Й = 6 10 м;я = 2,710 кг/му С = 0,84"10 Дж/кгпв град 3, =1,05 Вт/м град.Аг = 8,2410; Ке=4,7 10,(ц= 22,7 м/с.Нц= 46 с(,= 314 10 Дж/м с град.йВ 3. = 1,8; Ро = 0,051.Я/О =0,22Я 0= 61,6 дж, О = 13,6 Дж,с(.= 200 Дж/м.с" град,О= 2,8 Дж,Б = бр 5104.бал = 55,6 кг/ч,П р и м е р 3. Сушка на шарах изалюминиевого сплава диаметром б мм.Исходны данные: й= 6 10Я,= 2,7110 кг/м. С,= 0,88 10 Дж/кгград; и= 10 Вт/м град,Аг = 8,24106, Ве .= 4,7 10,0 = 22,71 м/с,Ъц= 46, ОС= 3,14 10 Дж/м с .л град.В 1 = 0,19", Ро = 0,47,О/О, = 0,30.Оо=, 64,5 Дж; О = 19,4 Дж.с( = 200 Дж/м с" град.Ос = 2,8 ДУ;Н =,6,5 10.ОА= 75,3 кг/ч.П р и м е р 4. Сушка на алюминиевых шарах диаметром 6 юе.Исходныеуанные: й = б 10 мм2,710 кг/м , Сп=0,88 10 Дж/кгград; п= 175 Вт/мград. Ах щ 8,24 10 ь, йе ев 4,710Л)у = 22,71 м/с.ЫЧ= 46,0(.=3,1410 Дж/м с град.В 5. =. 0,011, Ро = 8.,225.5Я/( = 0,32.Яо щ 646 Дж: Я фф 20 ф 6 Джс(,с. = 200 Дж/мфс" град.Яс = 2 ф 8 Дж.Я = 6,510,1008 = 79,4 кг/ч.П р и м е р 5. Сушка на стальНых шарах диаметром 2 мм.= 541 Дж/мф сград.Я = 0,27 Дж.Н = 6,11025 а А = 109 кг/ч.Как видно из графика, построенногопо результатам расчетов, теплопроводность материала инерта должна бытьв пределах 6,8 Вт/мК. Оптимальными30 параметрами инерта для сушки вязких,а также обладакших высокой адгезионной способностью растворов и паст,например белкового и древесного гйдролизата, костного клея., желатина яв-.35 ляются плотность (75-8,0) 10 кг/м,а твердость поверхности должна бытьравна или близка по твердости твер-.дой рабочей поверхности сушильногообъема.,И) Для сушки материалов, имекщихнизкую адгеэионную способность, может быть применен инерт с более низкой плотностью. Так, например, длятаких продуктов как жиросодержащие.45 эмульсии, жидкое картоФельное пюре,растворы минеральных солей, оптаеальная плотность материала инерта придиаметре частиц 1-3 мм находится вщ 5 еделах (3,5-5,0)109 кг/М ,При использовании инертных тел50 с такими свойствами производительность сушилки по испаряемой влагеувеличщвается в 1,5-2 раза.