Содержание

стр.

Введение ..………………………………………...………………………..….....
1	Состояние вопроса ……………………………………..………………...…
2	Технические описания и расчёты ………………..…………………….….
	2.1.	Описание принципа работы технологической схемы ………………
	2.2.	Описание принципа работы проектируемого аппарата …….………
	2.3.	Материальный расчёт установки ………………..…………………...
	2.4.	Тепловой расчёт установки ………….……………………………….
	2.5.	Конструктивный расчёт сушилки с псевдоожиженным слоем ..…...
	2.6.	Расчёт и подбор комплектующего оборудования ……….…………..
		2.6.1.	Расчёт и подбор калориферов ….……………………………...
		2.6.2.	Расчёт и подбор циклона ………….…………………………...
	2.7.	Гидравлический расчёт линии воздуха и подбор вентилятора ….....
Заключение ……………………………………..………………………………..
Литература …………………………………………………………………….…

1. Состояние вопроса

Производство желатина.

Желатин, получаемый при переработке коллагенсодержащего сырья мясной и кожевенной промышленности, явля­ется ценным пищевым белковым продуктом и незаменимым техническим сырьем многих отраслей народного хозяйства.

Все виды желатина отличаются друг от друга своими каче­ственными характеристиками.

Товарный желатин представляет собой почти бесцветное или слегка желтоватое прозрачное аморфное вещество. Плот­ность воздушно-сухого желатина при 13%-ной влажности 1368 кг/м³, молекулярная масса колеблется от 10 000 до 80 000. содержание влаги не превышает 16%. Желатин не имеет запа­ха, вкуса, при плавлении разлагается, нерастворим в большин­стве органических растворителей, при нагревании размягчается и вспучивается, при нагревании с кислотами или щелочами пол­ностью разрушается, при сжигании распространяет запах жже­ных перьев и выделяет аммиак, амиламин, а также большое ко­личество пиридиновых оснований. Желатин горит сильно коптя­щим пламенем, образуя твердый, пористый остаток трудносжигаемого угля.

Желатин представляет собой гидролизированный раствор коллагена. Он обладает большой желирующей способностью и высокой вязкостью. В холодной воде желатин не растворяется, но набухает, поглощая большое количество (10—12 объемов) влаги с образованием прочного, упругого студня, при нагрева­нии переходящего в раствор.

Водные растворы желатина при охлаждении до 10—15ºС образуют плотный студень (желе). Студень 10%-ной концент­рации выдерживает нагрузки до 2 кг на 1 см² поверхности. Растворы высших сортов желатина уже при 4—5%-ной кон­центрации образуют плотный студень, выдерживающий до 500 г/см². Температура плавления студня 10%-ной концентра­ции 23—34 °С (в зависимости от сорта).

Желатин имеет малую клеящую способность, хотя его час­тицы обладают высокой способностью склеивания друг с дру­гом. Это объясняется тем, что раствор желатина застудневает.

раньше, чем его крупные малоподвижные частицы успеют про­никнуть в склеиваемый материал на достаточную глубину и прочно связаться (склеиться) с ним.

АССОРТИМЕНТ

В зависимости от назначения выпускают следующие виды желатина: пищевой, кондитерский, медицинский, фотогра­фический, полиграфический и технический.

На пищевой желатин приходится около 55% всего производ­ства, на медицинский — 25%, на фотографический — около 15% и около 5% приходится на технический желатин. В зависимости от качественных показателей (желирующей способности, кре­пости студня, температуры плавления, прозрачности, вязкости и др.) различают пищевой желатин I, II и III сортов. Кондитерский желатин выпускают марок 9, 11 и 13, фотографический — высокоактивный и малоактивный. По продолжительности созре­вания (до максимальной светочувствительности) желатин раз­деляют на три группы: быстрый, средний и медленный. Высоко­активный желатин бывает только одной марки. Малоактивный желатин в зависимости от его физико-химических показателей разделяют на В — высоковязкий и Н — низковязкий. Полигра­фический желатин разделяют на твердый, средний и мягкий. Технический желатин выпускают I и II сортов.

Потребителями желатина являются более 30 отраслей на­родного хозяйства. Пищевая промышленность использует жела­тин в производстве мороженого как стабилизатор, предотвра­щающий образование больших ледяных кристаллов, и как сред­ство для увеличения вязкости смеси и температуры плавления мороженого, при приготовлении заливных мясных и рыбных блюд, студней, зельцев, консервов, варенья, десертных блюд в виде желе, где желатин является желирующим средством; в качестве стабилизатора эмульсий при изготовлении салатных кремов, муссов, майонезов и других кулинарных блюд. В кон­дитерской промышленности используют кондитерский желатин для производства некоторых хлебобулочных изделий, повыше­ния стойкости мармелада, зефира и т. д.

Пищевой желатин применяют также для осветления вино­градных, плодово-ягодных соков, вин, пива и минеральных вод, для приготовления сухого фруктового желе.

Медицинский желатин широко применяют в фармацевтиче­ской промышленности: для изготовления твердых и мягких пи­щевых капсул, различных лечебных препаратов, лечебных сы­вороток, искусственных сосудов, препаратов для консервирова­ния костного мозга и выделения лейкоцитов из донорской кро­ви, биологических растворов для внутривенного вливания. Кроме того, он является хорошей питательной средой для развития микроорганизмов. Желатин используют для бактериологиче­ских анализов. Медицинский желатин используют при изготов­лении косметических препаратов.

Желатин для медицинских целей должен быть без запаха, бесцветным, образовывать крепкие студни при желатинизации 2—3%-них растворов, а также быть стерильным.

В фотографической промышленности применяют фотографи­ческий желатин в производстве фотобумаги, пластинок, кино­пленки, рентгеновской пленки, фотопленки и т. д.

Светочузствительные материалы состоят из двух основных слоев — нижнего (подложка) и верхнего светочувствительного (эмульсия). При изготовлении светочувствительной эмульсии желатин как защитный коллоид способствует образованию бро­мида серебра в виде отдельных зерен — мельчайших кристал­лов.

Если реакция между бромидом натрия и нитратом серебра происходит без желатина, то образовавшийся бромид серебра оседает на дно сосуда в виде хлопьев. При наличии желатина отдельные зерна бромида серебра находятся в эмульсии во взвешенном состоянии и распределяются равномерно.

Фотографическая активность желатина зависит от наличия: в нем сенсибилизаторов — веществ, повышающих светочувстви­тельность эмульсии. К фотографическому желатину предъявля­ют особые требования: он должен быть абсолютно чистым (без взвешенных частиц, загрязнений и т. д.), бесцветным и быстро­растворимым. Вязкость должна быть не менее 8°Е, температу­ра плавления — не менее 30 °С.

Полиграфический и технический желатин применяют при изготовлении денежных знаков и ценных бумаг, печатных вали­ков, как составную часть красок при издании художественно оформленных книг, журналов, репродукций.

Полиграфический желатин в смеси с белыми красителями используют в качестве проклеивающего материала в производ­стве фотобумаги.

В текстильной и легкой промышленности технический жела­тин применяют для шлихтов — основ тканей из штапельного во­локна, вискозного шелка, хлопчатобумажных и шерстяных тка­ней, а также для склеивания кожевенных товаров и музыкаль­ных инструментов.

Промышленность строительных материалов использует же­латин в качестве связующего вещества при проведении гипсовых лепных работ.

Радиотехническая промышленность применяет желатин для склеивания корпусов радиоприемников и телевизоров.

Технический желатин предназначен также для производства текстиля, абразивной и высококачественной бумаги, спичек и других видов продукции.

Все виды желатина отличаются друг от друга своими каче­ственными характеристиками.

Одной из стадий производства желатина является его сушка.

Неблагоприятные условия для сушки желатина создаются летом, особенно в южных районах, когда температура воздуха достигает 26-28°С при относительной влажности воздуха 70-75%. Влагоемкость такого воздуха низкая, и сушка почти пре­кращается или значительно замедляется вследствие плавления студня. Для повышения производительности процесса сушки повышают концентрацию студня и применяют кондиционирова­ние воздуха. Сухой желатин дробят и направляют на составле­ние товарных партий, а затем на фасование, упаковывание и реализацию.

Наиболее острая проблема, стоящая перед желатиновой от­раслью, это проблема желатинизации и сушки желатиновых бульонов. На отечественных предприятиях малой мощности же­латиновые бульоны обрабатывают в основном на оборудовании фирмы Weiss (ФРГ) периодического действия. Основным недо­статком этого оборудования является отсутствие кондициониро­вания воздуха, что ставит производство в жесткую зависимость от погодных условий.

Рис. 1. Сушильная установка периодическое действия (Q-5.СН)

1 - приемная емкость;

2 - мешалка;

3 - запорный шибер;

4 - запорный шибер;

5 - циркуляция холодной воды;

6 - нагнетательный вентилятор;

7 - смотровой люк;

8 - загрузочный патрубок;

9 - сушильный барабан;

10 - ходовой ролик;

11 - зубчатые колеса.

Охлажденная галлерта направляется от съемного валика желатинизатора непосредственно в реза­тельную машину для нарезания на пластинки. Пластинки гал­лерты при помощи транспортирующих шнеков, охлаждаемых водой, направляются в приемные емкости, снабженные мешалкой и охлаждающейся рубашкой. Емкость рассчитана на прием 1400 кг пластинок галлерты, после чего она автоматически помощью мешалки разгрушает продукт в барабанную сушилку Q-5 периодического действия. Пластины сушат горячим воздухом с автоматическим терморегулированием, нагнетаемым вентиляторами через калориферные батареи. В качестве конечной операции предусмотрена стерилизация желатиновых кубиков, по окончании которой сушилка приводится в наклонное положение и продукт выгружается в специальный бункер. Отработавший теплый воздух через циклон вытяжным вентиляттором выбрасывается в атмосферу. Сушильная установка (рис. 1), входящая в поточно-механизированную линию, состоит из сушильного барабана, циклона, двух центробежных вентиляторов (всасывающего и нагнетательного), калорифера, двух конденсационных горшков.

Подающие шнеки направляют размельченную галлерту в приемные емкости с двойной рубашкой для охлаждающей воды. С целью предотвращения слипания плиток следят за потоком охлаждающей воды. Емкость оборудована мешалкой с приво­дом. При заполнении емкости пластинками галлерты мешалка должна быть выключена. Как только приемная емкость полно­стью загрузится пластинками студня, открывают запорный шибер. Одновременно с этим посредством встроенного концевого выключателя автоматически включается мешалка для разгрузки емкости. По окончании выгрузки приемной емкости закрывают запорный шибер и одновременно автоматически останавливается мешалка. Емкость готова к приему новой порции студня. Во избежание прилипания новых порций пластинок студня к ее стенкам промывку емкости следует производить регулярно сначала теплой, затем горячей водой.

Воронка емкости непосредственно соединена с загрузочным отверстием сушильного барабана в его торцевой части. Сушилку загружают при вращении барабана, находящегося в горизональном положении, а также при включенном всасывающем вентиляторе.

Сушильный барабан оборудован съемными крышками, смотровыми окнами, ходовыми роликами, сквозными валиками, конттрольно-измерительной аппаратурой и автоматикой. Все части, оприкасающиеся с желатином, выполнены из нержавеющей стали. В сушильный барабан вмонтированы крестовины из вы­сококачественной проволоки с алюминиемой сердцевиной твердого завальцевания и алюминиевым обрамлением.

Пластинки галлерты сушат горячим воздухом, нагнетаемым вентилятором через шахту калорифера из оцинкованных стальных ребристых труб. Всасывающий вентилятор отсасывает отработавший влажный воздух из сушилки и удаляет его через циклон в атмосферу. Циклон необходим при работе сушильной установки для очистки отработавшего воздуха от желатиновой пыли.

Перед каждым началом работы сушильной установки необходимо следить за тем, чтобы разгрузочный шибер у циклона был открыт. Как только будет наполнен мешок у разгрузочного шбера циклона, его заменяют на новый во избежание скопления желатина в циклоне (это может уменьшить количество рздуха, проходящего через сушильную установку).

Температура сушилки регулируется автоматически посредством программного регулятора температуры. Распределительный шкаф с программным регулятором необходимо устанавливать на совершенно свободном от вибрации месте.

Скорость сушки зависит от влагоемкости поступающего на сушку воздуха, скорости его движения и влагопроницаемости. Во избежание плавления галлерты процесс сушки начинается при 30°С. По мере обезвоживания температура плавления студ­ня повышается и сушка заканчивается при температуре 70°С.

Высушенный продукт представляет собой сухие гранулы аморфной формы с влажностью 10-16%.

После выключения вентилятора сушилка приводится в свое крайнее наклонное положение посредством пристроенной под опорной рамой гидравлики. Открывается выпускная крышка, и высушенные кубики желатина высыпаются в емкость. На­клонное положение сушилки обеспечивает разгрузку в короткое время. Во время ее разгрузки приемную емкость необходимо вновь наполнить кубиками галлерты и можно начинать сушку следующей партии. При этом сушилка должна быть охлаждена перед каждым новым наполнением порции, чтобы предохранить ее от расплавления. Для этого включается на несколько минут всасывающий вентилятор, и сушилка быстро охлаждается за­сасываемым снаружи воздухом.

Техническая характеристика сушильного барабана (Q-5.СН (ФРГ))

Производительность, кг/ч 50 Электродвигатель барабана

мощность, кВт 2,2

частота вращения ротора, мин^-1 1450 Масса студня при одной загрузке сушилки, кг 1400 Расход пара, т/ч 1,5 Рабочее давление пара, МПа 0,3-0,35 Расход воды, м³/ч

холодной (18°С) и горячей (80-90°С) По 0,5

промывной охлаждающей воды (10°С) 2 Габаритные размеры, мм

диаметр 2000

длина 1800

Масса, кг 2200

Благодаря осевому смещению разгрузочного отверстия вы­сушенный желатин высыпается из барабана в течение коротко­го времени и через перфорацию поступает в приемник, верхняя часть которого представляет собой воронку для приема жела­тина. Приемник имеет выгрузочное отверстие диаметром 80 мм и оборудован запорным шибером для регулирования подачи желатина в пневматическую линию.

Для выработки желатина высших сортов применяют оборудование фирмы “Johnson” (Швеция).

Ленточная сушилка представляет собой закрытый канал, разделенный на восемь температурных зон, на границах разде­ления которых смонтированы подогревающие паровые калори­феры и четыре промежуточных зонных вентилятора. На выходе из последней, восьмой зоны установлен вытяжной вентилятор. Лента-сетка сушилки, секции которой закреплены на звеньях несущих цепей, выполнена из нержавеющей стали и проходит по всей длине сушилки.

Сушка студня осуществляется следующим образом. Воздух с начальной температурой 18±2°С многократно пронизывает пористой слой студня при продвижении его в зонах сушилки. При этом температура воздуха ступенчато повышается в ре­зультате подогрева зонным калорифером и к концу процесса составляет 60-65°С. Поддержание заданной температуры суш­ки по зонам осуществляется автоматически. Схема автоматиче­ского регулирования температуры выполнена на базе термомет­ров сопротивления, командных приборов и регулирующих кла­панов с электроприводом.

По мере прохождения зон «лапша» постепенно обезвоживается и на выходе из сушилки образуется так называемый сухой «пирог», который затем после прохождения изгиба ленты на выходе из сушилки предварительно измельчается в дробилке, состоящей из двух валков, вращающихся с разными скоростя­ми. Верхний вал служит для подачи слоя желатина. Его привод осуществляется от ведущего вала ленты сушилки, а нижний, дробящий желатин, приводится от мотора-редуктора мощностью 735,5 Вт. Предварительно измельченный желатин подается на повторное дробление в дробилку молоткового типа производи­тельностью 2 т/ч (N=4,5 кВт, n=1500 мин^-1). Повторно из­мельченный желатин пневмотранспортом направляется на сме­шивание, приготовление товарных партий, фасование и упако­вывание желатина.

Для обеспечения нормального процесса сушки предусмотре­на аварийная световая сигнализация. В случае перегрузки электродвигателей, установленных на сушилке, отключаются тепловые реле соответствующего двигателя, включается табло, сигнализирующее о нормальной работе двигателя, и загорается табло аварийного отключения.

Техническая характеристика линии фирмы “Johnson” (Швеция) для сушки желатина

Производительность, кг/ч 150-165

Конечное влагосодержание, % 11-13

Объем сухого воздуха, м³/ч 38000 Продолжительность сушки, ч Около 2,5

Оборудование по производству пищевого желатина фирмы «Марубени» (Япония) имеет ряд преимуществ по сравнению с оборудованием шведской фирмы “Johnson”.

Сушку желатиновой «лапши» производят сушилками с ис­пользованием для осушения воздуха катабара. Сетчатые ленты изготовлены из нержавеющей стали.

Ширина ленты 2240 мм, длина 32 м; скорость движения ленты переменная от 0,075 до 0,3 м/мин. Расход воздуха для сушки 625 м³/мин, а при охлаждении желатинового раствора в I зоне—15 м³/мин. Производительность сушилки 200 кг/ч при концентрации раствора 25% для одной линии.

Для сутки желатина при использовании этой сушилки по­казатель абсолютной влажности 0,005 кг/кг является наиболее эффективным. В случае увеличения показателя влажности суш­ка становится неэффективной, а производительность понижает­ся. Если показатель влажности становится очень малым, внеш­няя корка желейной массы пересушивается и препятствует диффузии воды, находящейся внутри желейной массы, которая не поддается сушке.

Зимой профильтрованный наружный воздух автоматически нагревается до 15°С (если его температура недостаточно высо­ка) и увлажняется автоматически до 0,005 кг/кг абсолютной влажности (если она слишком мала). Воздух проходит через камеру катабар, но жидкость катен при этом не используется. Воздушный фильтр, извлекаемый время от времени для очист­ки, промывают вручную или обрабатывают сильным потоком воздуха.

Летом профильтрованный наружный воздух осушается при прохождении через катабар с использованием жидкости катен, и направляется к первой зоне сушилки. Жидкость катен, впи­тавшая в себя влагу наружного воздуха и превратившаяся в разжиженное состояние, перекачивается в регенератор, нагре­вается с помощью пара, осушается и охлаждается. После этого ее используют снова.

Желатин «лапша» последовательно проходит все зоны су­шилки с первой по девятую. Воздух также проходит через эти зоны. В каждой очередной зоне воздух поглощает влагу и его температура понижается. Затем он нагревается с помощью нагревательного прибора и поступает в следующую зону.

Продолжительность сушки зависит от скорости движения сетчатой ленты (от 0,075 до 0,3 м/мин) Продолжительность прохождения всего пути от входа до выхода от 2 до 7 ч.

После сушки высушенный желатин размельчают с помощью дробилки для грубого дробления на частицы диаметром меньше 25 мм и перемещается воздушным потоком для превращения в порошок в дробилках тонкого помола.

Полуавтоматическая линия по производству пищевого жела­тина производительностью 200 кг/ч включает в себя следующие технологические операции: фильтрацию, стерилизацию, концент­рацию и желатинизацию желатиновых бульонов; сушку и кон­диционирование воздуха; дробление, составление товарных партий, фасование и упаковывание готовой продукции.

Желатиновая лапша выходит из вотатора и рас­пределяется равномерно на сетчатой ленте при помощи качаю- щегося конвейера сушилки. Слой желатина попадает на основ­ной конвейер и проходит зону просушивания длиной 30,3 м. В это время желатин находится под воздействием высокоско­ростного воздушного потока, уровни температуры и влажности которого регулируются. Скорость движения конвейера изменя­ется от 0,075 до 0,3 м/мин. Конвейер оснащен загородками из листов нержавеющей стали с обоих краев для предотвращения выпадания желатина вниз.

Аппараты для промывки ленты расположены в нижней части выхода из сушилки. Ленты конвейеров опрыскивают горячей водой (около 80°С). Для очистки сетчатой ленты применяют также щеточное оборудование.

Вода после промывки стекает в лоток. Пар, образующийся при опрыскивании горячей водой, удаляют с помощью вытяж­ного вентилятора. При вводе в сушилку 800 кг (25% всего объ­ема продукции) желейной массы желатина, плотность частиц которого составляет 22,75%, обеспечивается выход 200 кг/ч су­хого желатина с влажностью 9-14% при условии, что крепость массы превышает 160 блюмов.

Сушилка состоит из туннеля, разделенного на девять зон сушки, и одной зоны охлаждения. Поток воздуха движется сни­зу вверх в зонах сушки 1, 2, 4 и 6 и сверху вниз в зонах сушки 3, 5, 7, 8, 9 к в зоне охлаждения.

Воздух, поступающий в сушилку, фильтруется, предвари­тельно нагревается, увлажняется зимой и осушается летом с помощью катабара, в котором в качестве поглотителя исполь­зуют раствор хлорида лития. Использование хлорида лития способствует сведению к минимуму количества микроорганиз­мов в воздухе.

После входа в сушилку осушенный воздух проходит сниз вверх через открытую сетчатую ленту конвейера и пористый слой желатина в первой зоне сушки. Во второй зоне поток воздуха снова движется снизу вверх. Затем направление движения по­тока воздуха будет попеременно изменяться вниз и вверх по мере прохождения им зон сушки. С помощью спиралей парово­го обогрева регулируется температура потока воздуха во время его прохождения через сушилку. В целях предотвращения ка­кого-либо ухудшения качества желатина температура горячего воздуха регулируется автоматически с помощью парораспреде­лительного клапана.

Для устранения из состава наружного воздуха, поступающе­го в сушилку, посторонних примесей и капелек влаги сушилка оснащена фильтром.

После выхода из сушилки желатин представляет собой по­ристую массу «высушенного желатина». Эта масса охлаждает­ся в зоне охлаждения, длина которой составляет 1,8 м, а затем измельчается на мелкие частицы с помощью дробилки грубого дробления.

Дробилки расположены со стороны выхода конвейера. Измельченный желатин собирается в бункере.

Для сушки желатина при использовании описываемой су­шильной установки наиболее эффективной является абсолютная влажность воздуха 0,005 кг/кг. В случае повышения влагосодержания степень эффективности сушки и производительность установки понижаются. Если влагосодержание становится слишком низким, внешняя корка желейной массы пересушива­ется и препятствует диффузии влаги внутри желейной массы,, которая не высушивается.

Зимой профильтрованный наружный воздух подогревается автоматически до 15 °С, если его температура слишком низкая, и увлажняется автоматически до 0,005 кг/кг абсолютной влаж­ности, если уровень его влагосодержания очень низкий. Воздух проходит через катабар без использования жид­кости катен.

Летом профильтрованный наружный воздух осушается в катабаре с использованием жидкости катен и направляется в зону сушки. Жидкость катен, которая поглощает влагу, со­держащуюся в поступающем воздухе, разжижается. Она отка­чивается с помощью насоса и подогревается паром. Таким об­разом, жидкость катен циркулируется и используется вторично. Летом, если температура подаваемого воздуха на выходе из катабара превысит 20°С, паронагреватель зоны сушки следует выключить, а подаваемый воздух охлаждать с помощью вто­ричного холодильника.

Если температура точки росы наружного воздуха становится ниже 4°С, необходимость в осушении с помощью устройства катабар отпадает.

2. Технические описания и расчёты.

2.1. Описание принципа работы технологической схемы.

Исходный продукт – кубики желатина, размером 4х4 мм с содержанием влаги W_н=40% и температурой θ₁=35°С, при помощи шнека Ш подается в сушильную камеру С. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t₀=18,7°С и относительную влажность φ₀=59 % [ ]. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t₁=65°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 164,2 при давлении 7 атм. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t₂=50°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон СК-ЦН-34 и далее выбрасывается в атмосферу.

Сухой продукт с содержанием сухих веществ 88% и имеющий температуру θ₂=65°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б₁ и далее на ленточный транспортёр, а из циклона СК-ЦН-34 – прямо на ленточный транспортёр.