2.2 Распылительная сушка

Конвективная сушка жидких продуктов в тонкодиспергированном (распыленном) состоянии – один из современных высокоинтенсивных способов. В пищевой промышленности эта сушка используется для обезвоживания овощных и фруктовых паст, пюре, соков.

При обезвоживании распылением жидкие продукты диспергируют на капли малых размеров (5-500 мкм). Это увеличивает поверхность испарения (площадь поверхности 1 кг раствора составляет 600 м²) и продолжительность сушки измеряется секундами (от 5 до 30 с). Очень малый размер частиц устраняет тормозящее действие термовлагопроводности. При этом скорость внутренней диффузии практически не влияет на скорость сушки, в результате чего с огромной поверхности диспергированных частиц удаляется, в основном, поверхностная влага. Это позволяет применять при сушке термолабильных продуктов повышенные температуры сушильного агента (до 180-200 ⁰С).

Максимальный размер капель (D_max,м) определяется по формуле 1.22:

D_max = к* (1.22)

где: к – коэффициент, зависящий от свойств распыляемого вещества;

σ – поверхностное натяжение, Н/м;

g – ускорение силы тяжести, м²/с;

ρ_в – плотность воздуха, кг/м³;

υ – скорость выхода струи, м/с

Скорость движения воздуха в таких установках составляет 0,2-0,4 м/с. Размеры сушильной камеры определяются производительностью установки и факелом распыления и составляют в диаметре 2,6-12,5 м, а высота от 3 до 25 м и более. Чаще всего сушильная камера имеет форму цилиндра с плоским или коническим основанием, реже – форму прямоугольника. Для удаления высушенного продукта на полу камеры (если форма цилиндрическая) или на стенках (при цилиндроконической форме) установлены скребки, которые вращаются с частотой 50 мин^-1 и препятствуют прилипанию продукта к стенкам сушилки. Распылительные устройства в сушилках могут быть в виде форсунок или центробежных дисков.

Преимуществом форсуночного распыления является небольшой расход электроэнергии (на 1 т раствора 2-4 кВт/ч); бесшумность работы; простота конструкции. К недостаткам можно отнести засорение выходных отверстий из-за малого сечения; при увеличении производительности ухудшается качество распыления, поэтому в установках большой производительности устанавливают много форсунок (до 35 шт.).

Дисковой распыление наиболее распространено, так как с помощью быстровращающихся дисков (частота вращения 7500-12000 мин^-1) можно распылять продукты с высоким содержанием сухих веществ (до 50 % и выше). Это возможно потому, что в них нет отверстий для прохода раствора, они не забиваются и обеспечивают однородное распыление. Один диск обеспечивает работу одной сушильной установки любой производительности. К недостаткам дискового распыления можно отнести высокая стоимость устройства; необходимость делать сушильную камеру большего диаметра из-за широкого факела распыления.

Движение распыленных частиц и воздуха в камере может быть прямоточным, противоточным и смешанным. Прямоточное используется при сушке термолабильных продуктов, так как это дает возможность использовать более высокие температуры без опасности перегрева продукта.

Размеры сушильной камеры можно определить, исходя из ее объема, который рассчитывается по уравнению 1.23:

V = (1.23)

где: W – количество испаренной влаги, кг/с (определяется на основании уравнения материального баланса процесса сушки);

τ – продолжительность сушки, с;

А_w – коэффициент напряжения (для форсуночных распылительных установок он равен 2,2-2,4 кг/(м³*ч); для дисковых – 3,1-3,5 кг/(м³*ч).

По объему камеры определяют диаметр (d) и высоту (h), соотношение между ними зависит от способа распыления: для форсуночных сушильных установок d:h = 1: (1,5-2,5); для дисковых распылительных сушилок d:h = 1: (0,8-1,0).

В зависимости от формы и размеров сушильной камеры количество осевшего и уносимого после сушки продукта различно: в цилиндрических камерах остается 65-70 % продукта, а 30-35 % уносится с воздухом; в камерах цилиндроконической формы оседает 30-35 % сухого продукта и 65-70 % уносится с воздухом. Поэтому за сушильной камерой монтируют устройства для выделения сухого продукта из отходящего воздуха (рукавные фильтры, циклоны, мокрые пылеуловители - скрубберы и т.д.).

Из-за высокой скорости испарения влаги температура высушиваемого продукта остается невысокой. Продукты получаются высокого качества с хорошей растворимостью. При этом способе сушки можно регулировать величину частиц, объемную массу, конечную влажность и температуру порошка. По качеству получаемые продукты сравнимы с продуктами сублимационной сушки, но стоимость их на 25-30 % ниже.

К недостаткам распылительной сушки можно отнести большие габариты сушильных установок, недостаточное использование объема сушильной камеры, повышенные расходы теплоты (на 1 кг испаренной влаги затрачивается 2,5-4,0 кг пара).