Способ нагрева воздуха, предназначенного для высушивания продуктов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(31) 755414 (33) США Госуаарствеииый комитет СССР ио делам июбретеиий и открытий(СЮА) Иностранная Фирм Ральстон Пьюрина 1:омпвни"(54) СПОСОБ НАГРЕВА ВОЗДУХА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ВЫСУМИВАНИЯ ПРОДУ 1(ТОВИзобретение относится к способу нагрева воздуха, предназначенного для высушивания продуктов, например белковых материалов, в соответствии с которым высушивающий воздух нагревается при непосредственном контакте с горелкой, функционирующей таким образом, что происходит значительное уменьшение попадания нежелательных продуктов горения горелки в белковые материалы, подвергаемые высушиванию.Высушенные пищевые материалы например такие, как белковые материалы, широко используются в качестве составных частей пищевых продуктов,Выоушивание белкового материала производится в силу того, что высушенный материал легче хранить, а так же более Удобно использовать в ка честве пищевого ингредиента.Нагретый воздух приносит тепло, которое тоебуется для испарения вла-, ги.при этом воздух становится носителем влаги. удаляемой из сушильной 25 камеры. Воздух, необходимый для высушивания, обычно фильтруется и нагревается перед тем, как пройти через распыленный белковый материал. Пропускание воздуха через камеру произ водится при помощи нагнетающей или же всасывающей системы.Нагревание воздуха, необходимое для высушивания, может быть осуществлено различными способами.Известен способ нагрева воздуха путем создания смеси горючего топлива и воздуха и подачи воздуха-в образующееся пламя 1,11. Однако при таком способе. продукты горения из пламени попадают в нагреваемый воздушный поток. Типичными продуктами горения,.которые попадают в нагреваемый воздушный поток, являются такие газы, как окислы углевода и азота. Появление окислов азота вызывает наибольшие трудности при высушивании пищевых ингредиентов, таких как белковые материалы, в силу того, что создаваемая при горении двуокись азота попадает в воздух, используемый в процессе высушивания, а так как в. высушиваемых прсдуктах присутствует вода, то укаэанная двуокись азота превращается в высушиваемых продуктах в азотистую кислоту НМО), В том случае, когда белковый материал еще остается несколько подкисленным, азотистая кислота, котораяобразчется в белковом продчкте., оказывается довольно стабильной и неподверженной легкой диссоциации илиокислению с образованием нитритов,обладающих способностью чдеоживатьсяв белковом продукте. Относительнаястабильность азотистой кислоты в кислой среде создает возможность для бопее легкого ее удаления из белковогОматериала вместе с водой, при этомпри высушивании белкового материалав кислой среде с рН меньше 6,0 образование нитритов, остающихся в белковом материале после его высушивания, снижается. Однако в том случае,когда среда не кислая, наблюдаетсятенденция азотистой кислоты к ионизации или диссоциации с образованиемв итоге читрита (ИО), который довольно трчдно удаляется иэ белкового материала с водой в пооцессе еговысушивания, что обусловлено ионнойформой нитрита. В результате в состав высушенного белкового материалавходит нежелательный нитритный остаток, Следовательно, возникает необходимость а разработке способа который бы обеспечивал удовлетворительное обезвоживание или высушиваниебелковых ингредиентов, включая и растительные белковые выделения,независимо от того кислая соеда или нетпри яа 1 реаании воздушного потокаеисполт зуемого а .,т,-.оцессе вучшиваниярнепосредственно пламенем горелки икоторый бы уменьшал образование нитритных остатков а высушенных белко" вцх ингредиентах, 35Целью изобретения является уменьшение образования продуктов сгорания,загрязняющих ьоздух, подаваемый насушку, путем увеличения степени сго" рания топлива. 46Эта цель достигается тем что согласно способу нагрева воздуха, предназначенного для высушиааиия продуктов, путем создания смеси горючеготоплива и воздуха и подачи воздуха в щ образующееся пламя, для образования смеси берут стехиометрическое количество воздуха, при этом смесь пода" ют в количестве 80 воздуха, обеспечивающем выход горелки 288000 - 50 768000 Вт/м, с последующим зкраиированием пламени, при этом воздух, подаваемый на сушку, имеет скорость 10,2 - 25,4 м/с и последний нагревают до 166 - 3160 С.55В соответствии с изобретением оазработан способ высушивания пищевых материалов, в частности, белковых ма" териалов, основанный на непосредственном контакте пламени, или горелки с воздухом, используемым для высушива О иия, в котором загрязнение высушенного материала нитритами или другими остаточными продуктами горения пламе. ни уменьшено. В соответствии с изобретением разработан такой способ, в 65 котором нагревание высушивающего воз - духа осуществляется путем непосредственного контакта с горелкой (или с пламенем), действующей на горючем газе или топливной смеси, при этом данный способ включает в себя создание горючего газа или топливной смеси путем смешивания горючего, газа с воздухом в стехиометрическом соотношении для обеспечения практически полного сгорания укаэанного газа или топлива; подведение указанной топливной смеси к горелке, используемой для нагревания высушивающего воздуха, обеспечивающей достаточно высокую скорость сгорания топливной смеси, при которой выделяется такое количество тепла, которого достаточно для высушивания. белкового материала (количество указанного тепла лежит в диапазоне 288000 - 768000 Вт/м). Скорость воздушного потока, который используется для высушивания, должна быть не менее 10,2 м/с, наиболее предпочтительное ее значение должно лежать в диапазоне 10,2 - 25,4 м/с. Кроме того, пламя зкранируется от указанного потока высушивающего воз - духа таким образом, чтобы практически исключить явление аэрации указанного пламени от высушивающего воздуха при горении.Выполнение укаэанных мер в про- цессе работы горелки, использчемой для нагревания высчшивающего воздуха, сводит к.минимуму или, по крайней мере, уменьшает попадание продуктов горения в воздушный поток. Это, в свою очередь, приводит к снижению количества образующихся в высушиваемом белковом материале остаточных продуктов горения горелки, таких как нитриты. укаэанное действие горелки для нагревания используемого в процессе высушивания воздушного потока практически может быть использовано для распылительного высушивания пищерых материалов, которое является наиболее широко поименяемой формой высу" шивания, однако рассмотренное действие горелки в равной степени может быть применено и к дрчгим способам высчшивания для нагревания воздушного потока, используемого для удаления влаги. Таким образом, изобретение конкоетиэировано применительно к распылительиому высушиванию белковых материалов и может быть использовано для осчществлеиия нагревания высчшивавхаего воздуха в оаспылительных высушивающих установках различного типа, включая высушиваиие чстаиовки с горизонтальной и вертикальной камерами, в которых имеет место как протекание воздушного потока, так н чдаление влаги иэ белковогоматериала под действием чказанного образование продуктов сгорания, пО- воздушного потока. падающих в высушивающий воздух, мини"В число рассмотренных мер входит мально, в соответствии с изобретенисоответствующее упоавление пламенем ем составляет величину порялка или горелкой, которая используется Я 88000 Вт/м,а наиболее предпочтительв процессе нагревания высушивающего, 5 ное значение данной величины равняетвоэдуха. Белью такого управления яв- ся 576000. Вт/м,Эначение минимального ляется сведение к минимуму попадания теплового выхода, которое может быть продчктов горения, обоаэчющнхся при использовано, нельзя рассматривать горении горелки, в высушивающий воэ- из чсловия только лишь обеспечения ду х. Необходимое сочетание чказан- . низких уровней окислов азота, попадаю.10ных мер, в первую очеоедь, зависит щих в воздчшный пдток, так как при от образования топливной или газо- чоезмерно малых значениях теплового вой смеси, которая используется в выхода горелки выделяющегося тепла процессе гооения. При этом для прак- может оказаться недостаточно для не- тически полного сгорания топливной обходимого высушивания белкового масмеси перед подачей топлива или га-теоиала, Исходя нз этого, изобретеза в гооелки необходимо произвести ние имеет огоаничение в смысле обесего смешивание с воздухом в стехио- печения необходимого теплового выхометрическом соотношении. Пругой оп- аа,:позволяющего достигнуть уаовлетределяющей мерОй оаботы горелки явля- вооительное высчшивание пищевого мается скорость сгорания, а следова теоиала пои условии, чтобы тепловой тельно, и тепловой выход, которые выход гооелки не превышал 576000 Вт/м должны быть такими, чтобы обеспечить Упоавление тепловым выходом в лиапавыделение достаточного количестватепла, необходимого для пооцесса него поедела, позволяет избежать обвысушивания. Однако скооость сгорания,25 оазования нежелател ных количеств а следовательно, тепловой выход недолжны поевышать некоторого значения ный поток, котсоый .используется для при котором происходит значительное высчшивания белкового материала. увеличение попадания продуктов сго- управление потоком высушивающего рания из пламени в высушнвающий воз- Зо воздуха также имеет важное значение, дчх. В состав укаэанных опоеделяющих хотя оно в меньшей степени влияет меР входит также чправление пламенем на образование нежелательных окислов или горелкой с целью свести к миниму- азота, попадающих в высушивающий возму аэрацию пламени в процессе гоРения аух, по сравнению с дрчгими, оассмотвозникшую под действием высушивающе- З 5 ренными выше фактооами. Пои этом го воздуха, Все названные фактоРы скорость воздчшного потока. который (меры) оказывают существенное влия- используется для высушивания пищевых ние на удовлетворительное высушива- продуктов, необходимо подаерживать ние белковых материалов без образова- на уоовне не ниже 10,2 м/с. а наибония в этих материалах нежелательных лее поедпсчтительное ее значение долостатков, обусловленных непосредст- жно лежать в диапазоне 10,2 м/сек40веиным соприкосновением пламени или 25,4 м/с. При этом скорость возаушгорелки с высушивающим воздухом. ного потока излеояется на выхолныхконцах смешивающихся пластин горелки.Важное значение для изобретения Пои поддержании скорости воздушного имеет то обстоятельство, что, когда 45 потока в указанных поеделах Достигапламя экранировано, скорость горения, ется необходимый баланс межау управа следовательно, и тепловой выход лением пламенем, тепловым выходом горелки таковы, что обеспечивается горелки и скоростью воздчшного пото- достижение температуры, необходимой ка, что в итоге приводит к получению для удаления влаги из высушиваемого 5 О оптимальных условий для эффективного материала и его высушивания, при высушивания пищевых матеоиалов в выэтом было установлено, что тепловой сушивающей камеое с откоытым пламевыход горелки не должен превышать нем, используемым аля нагбевания воэ - величины 768000 Вт/м, так как в про- дчшного потока, пса действием которотивном случае количество попадающих го пройсходит высушивание, пои оанов высушивающий воздух окислов азота55временном сущес в ут енном меньшении поп евысит допустимый чровень. Таким падания в высуш ющивающий воздух нежелапревобразом, необходимо обеспечить такой тельных продуктов сг р , р уго ания образ ющихтепловой выход горелки, при котором ся в процессе ри о ессе аботы горелки. воздух нагревается до 166 - 316 С взависимости от объема и скорости про количества (уровни) окислов азота по- пускания высушивающего воздуха, при лучаптс Рл чаптся в различных потоках высуши- этом минимальный тепловой выход го- го воз ха я высушивающей камерелки, при котором обеспечивается ры с открытым пламенем. Уровень двуовлетворительное высчшивание высу- окиси азота в потоке высушивающего удовлетворите ьное в сшиваюшего материала и одновременно 65 возауха дл к дя каж ого из примеров опре882424 делется в соответствии с методикой, рписание которой приведено в работе Способы взятия пооб воздуха и их анализ", Американская ассоциация общественного здооовья, 1972, с, 340.Вначале подготавливается цветной оеагент путем добавления в 860 мл дистиллиоованной воды 140 мл ледяной чксчсной кислоты. Затем в данной смеси оаствоояется 5,5 г сульфамид-, ной кислоты с последующим добавлением 0,22 г й в (1-нафтил)зтилен"аиаминдигидрохлооида. Полученный оеагент хранится в геометично закрытом контейнере.Цветной реагент в количестве, кратном 10 мл, помещается в 2-литровую колбу, объем которой таоирован. В данкой колбе затем создается частичное разрежение, а возникающее при этом давление измеряется манометоом. Путем снятия оазоежения в колбе производится взятие пообы газа, по поошествии 30 мин с момента установления оавновесия в колбе между пробой воздуха и цветным оеагентом лроизводится повтооное измерение давления в колбе, а поглощение отсчитывается по калориметоу на длине волны550 ммкМ П р и м е о 3, Дпя иллюстрацииуменьшения чровня остаточных продук.тов сгорания, попадающих в высушиваемый пищевой материал, была дриго" товлена белковая вытяжка пчтем экст оагирования 90 кг соевой чешчи, наУровень двчокиси азота в воздушном потоке отсчитывается по следующей формчле: Ь Рвор 298,2Ч(Ч -Ч )9 1 2 30-32,5 с+273,2 1 где Ч - объем пробного газа при темпеоатчре 25 С;Ч - тарированный объем колбы(2050 мл)3Ч 2 - объем цветного реагента(10 мл);ЬР - измеренная величина давления при частичном оаэоеже 1нии( -- бар) - измеренная32,5величина давления в чстановившемся состоянии (1/32бар);Ф - температчра колбы в чстановившемся состоянии, ф С.Если предположить, что 1 = 25 С,ото фоомула упрощается:Ч .67 р 91 ЬР.624 47 "и 16я О ю - -- мг/л фХ 46чгде 24,47 - молекчляоный объем притемператуое 25 оС;ю - концентрация й 02 в растворе цветного оеагента,мг/л;46 - молекулярный вес НО.Так как 0,3 мг/л И 020,34 единицпоглощения, то .Формула упрощается: 69 1 единиц поглощения 2 ЬР(для 550 ммк) . В приводимых ниже.примерах уровеньдвуокиси азота в высушивающем воздухе для удобства сравнения выражаетсяв единицах, которые учитывают размеры горелки и скорость горения: 5 0 измеренная величина МО,2 " д скорость горения горелки мг/л х 10в Фю шщш 7,9.10 б мЗ/с) О, 305 м1 ф П р и м е Р 1. Стандартная секция длиной в 0,915 м из серии 66 линейных горелок с воздушным потокомтипа АЬ - 5, выпускаемая корпора- .цией "Махоп" (г. Манкай, шт. Индиана), имеет скорость сгорания 1.14.10 2 мЗ/с при давлении на всасывании0,0442 бар, что создает тепловой выход гоРелки в 464000 Вт/м.Скоростьпотока высчшивающего воздуха составляет 13,2 м/с, а темпеоатчра высчшивающего воздчха достигает 221 С. 1"аэперед поступлением на горелкч смешивается с 97 Ъ воэдчха. необходимогодля обеспечения процесса гооения.Пламя, создаваемое горелкой, узкое 25 и экранирчется от потока высушивающего воздуха смешивающими пластинами,входящими в состав гооелки типа НЕ.Пои этом измеренный выход двуокисиазота в высушивающем воздчхе состав -ляет 0.84. П р и м е о 2. Горелка, такаяже, как и в примере 1, действчетобычным способом, используя в процес се гооения топливной смеси некоторуючасть высчшиваюшего воздуха. В данном случае для создания теплового выхода горелки. равного 64000 Вт/м использу ется скорость сгорания топлива 40 15.8 10м/с и давление на всасывании 0.107 бао, Гаэ перед поступлением на горелкч смешивается с 23 воэдчха, необходимого для обеспеченияпроцесса горения. Скорость потокавысчшиваюшего воздуха составляет18,3 м/с, что дает в итоге температуру высчшивающего воздуха 249 ОС. Пламя, создаваемое гооелкой. полностьюзаполняет смешивающие пластины горелки и, таким образом. вовлекает в 50 пооцесс горения высушивающий воздух,Пои этом измеренный выход двуокисиазота в внсумиваюшем воздчхе составляет 1,95. Из этого следчет. что использование высчшиваюшего воздуха 55 в процессе горения привдит к существенному увеличению продуктов сгооания, попадающих в высчшивающий воэ -дух.882424 10 Формула изобретения 60 ВНИИПИ Заказ 10017/89 Тираж 743 Подписное Филиал ППП "Патент",г.ужгород, ул. Проектная, 4 холящейся в щелочном растворе.гашенной извести,. пои этом получен щелочной экстракт белкового матеоиала. Затем белковый экстоакт процеживают и белок осаждают Фосфорной кислотой (рН 4,5). Величина рН в осажденном белковом материале находится в пределах 7,0-7,1. Нейтрализованная суспензия затем подвеогается нагреванию в.печи до 154 ОГ. Пои данной температуре и пои давлении 0,075 бар она выдерживается 8 с,после чего высушивается с помощью распылительного сушильного устройства, которое оборудовано секцией горелки А 1. - 5 длиной 0,61 м, аналогичной указанной в примере 1.Одна часть нейтрализованной суспензий высушивается согласно условиям, соответствующим изобретению.При этом расход воздуха, проходящего через распылительное сушильное устройство, соответствует 0,65 м 9/с, а горелка имеет скорость сгорания 0,49.10 м/с, что создает тепловой выход горелки 297000 Вт/м. Скорость потока высушивающего воздуха, измеренная на внешней (выходной) стороне смешиваюцих пластин, составляет 12,7 м/с. Распылительное сушильное устройство работает при температуре поступающего воздуха 249 С и темпео ратуре выходящего воздуха 104 С.о Давление, под которым в распылительное сушильное устройство подается нейтрализованная суспензия, имеющая рН 7,1 и концентрацию твердых частиц 9,85, составляет 84 кгс/см 2.Непосредственно в горелку поступает топливная смесь,в состав которой входит необходимый для горения воздух в стехиометрическом количестве, при этом воздух смешивается с горючим газом заранее перед поступлением в горелку. Создаваемое горелкой пламя экранируется от высушивающего воздуха смешиваюцими пластинами, входящими в состав горелки А 1. - 5. Измеренное содержание двуокиси азота в высушивающем воздухе составляет 0,52 мг/л. В высушенной путем распыливания соевой белковой вытяжке, как показали измерения, содержится 5,1 влаги и 6,4 мг/л нитритов.Вторая часть нейтрализованной суспензии высушивается при помощи такой же аппаратуры, как и первая часть, однако горелка в данном случае работает в режиме, соответствующем известному способу высушивания.При этом расход воздуха, проходящего через распылительное сушильное устройство, соответствует 0,635 м/с,а горелка имеет скорость сгорания О, 4 7. 10 2. м 9/с, что создает тепловой выход горелки 286000 Вт/м, Скорость потока высушивающего воздуха, измеренная на внешней (выходной) стороне смешивающих пластин, соответствует 11,7 м/сРаспылительное сушильное устройство работает при температуре поступающего воздуха 249 С и температуре выходящего воздуха 104 фС. Давление, под которым в распылительное сушильное устройство подается нейтоализованная суспензия, имеющая рН 7,1 и концентрацию твердых частиц 10,1, составляет 84 кгс/см 2-.Непосредственно в горелку поступает топливная смесь в.состав которой входит необходимый для горения воздух в стехиометрическом количестве, при этом воздух смешивается с горючим газом заранее перед поступлением 20 в горелку. Создаваемое горелкой пламя полностью заполняет пространство между смешивающими пластинами горелки, благодаря чему в процесс горения вовлекается значительная часть высу - шивающего воздуха. При этом измеренное содержание двуокиси азота в высушивающем воздухе составляет 0,90 мг/л.В высушенной таким образом соевой белковой вытяжке, как показали измерения,содержится 5,1 влаги и 66 мг/л нитритов. 35 1. Способ нагрева воздуха, предназначенного для высушивания продух"тов, путем создания смеси горючеготоплива и воздуха и подачи воздуха вобразующееся пламя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьше. ния образования продуктов сгорания,загрязняющих воздух, подаваемый. насушку, путем увеличения степени сжигания топлива, для образования смесиберут стехиометрическое количество45 воздуха, при этом смесь подают в количестве 80 воздуха, обеспечивающемвыход горелки 288000 - 768000 Вт/м,с,последующим экранированием пламени,при этом воздух, подаваемый на сушку,5 О имеет скорость 10,2 - 25,4 м/с.2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что воздух, подаваемый на сушку, нагревают до 166316 С.55 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Метакса В.А. Топки на жидкоми газообразном топливе. ЦНИИПИ, М.,1965, с. 8-9.