Розділ 8. Переробêа êрові та продóêти з êрові

вплив внутрішньої дифузії на швидкість сушіння, що особливо важливо для запобігання денатурації білкових речовин крові, плазми та сироватки (невеликі розміри часточок практично уне- можливлюють затримувальний вплив термовологопровідності).

Сушіння розпиленням триває протягом кількох секунд. Це дає змогу організовувати безперервний процес сушіння і повністю ме- ханізувати і автоматизувати роботу сушильних установок.

При сушінні розпиленням хімічно вільна волога виділяється раніше, ніж матеріал нагрівається до межової температури дена- турації для білків крові. Перехід вологи в пару спричинює різке зниження температури повітря поблизу зневодненої частини, і білки та вітаміни практично не втрачають нативних властивостей навіть за високих температур сушіння (130 – 180 °С).

Висушений матеріал містить близько 85 % розчинних білків. За допомогою розпилення досягають виходу до 18 % від початкової маси фабрикату.

Недоліком сушіння розпиленням є контакт продукту в стані високої дисперсності з киснем повітря, що призводить до частково- го окиснення його складових.

Однак при використанні інертних газів сушіння розпиленням дає можливість отримати продукт, що не поступається його сушін- ню в умовах глибокого вакууму.

До недоліків розпилювальних сушарок за відносно невисоких температур повітря для сушіння (130 – 150 °С) належить висока витрата пари (2,5 – 3,0 кг/кг вологи), що випаровується внаслідок малого насичення відпрацьованого повітря (його відносна воло- гість при першому циклі близько 20 %) і низького коефіцієнта ви- користання об’єму сушарки.

Підвищення економічності сушіння досягають попереднім низь- котемпературним упарюванням розчинів, що зазнають сушіння, іви- користанням циркуляційного типу подавання нагрівального повітря.

8.8. СПОСОБИ РОЗПИЛЕННЯ КРОВІ

Унаслідок розпилення крові (плазми, сироватки) утворюється тонка полідисперсна система, що складається з часточок різного діаметра та повітряного сушильного агента. Серед цих часточок більшість становлять часточки з домінуючим розміром. Незалеж- но від способу і ступеня розпилення часточки відрізняються тіль- ки розмірами, вони досить однорідні за формою і складом.

Для сушіння має значення не тільки сам ступінь дисперсності, а й ступінь однорідності часточок: чим менше часточки відрізня- ються за розмірами, тим краще відбувається сушіння. Тому ефект розпилення оцінюють за ступенем дисперсності й однорідності ча- сточок. У технологічній практиці для спрощення визначення па- раметрів сушіння утворення розпилення розглядають як моно- дисперсну систему з часточками однакового розміру.

165

Частина ІІ. Забій і первинна переробêа хóдоби, птиці, êролів…

Середній розмір часточок, що утворюються при розпиленні, становить 20 – 50 мкм.

У м’ясній промисловості застосовують два способи розпилення: форсунковий і відцентровий.

Форсункове розпилення досягається в результаті витікання рідини з форсунки з великою швидкістю під дією високого тиску

(5 – 20) 105 Па.

При турбулентному проходженні струменя після виходу з фор- сунки часточки крові зазнають дії радіальної швидкості, утриму- ючи до визначеного моменту форму завдяки поверхневому натягу. Така статично нестійка форма струменя руйнується в найтонших ділянках з утворенням краплин.

Розпад на краплини залежить переважно від турбулентності струменя, яка зростає внаслідок виходу струменя з форсунки під час обертання.

У цьому разі рідина опиняється під дією осьової швидкості і швидкості закручування. Швидкість закручування істотно впли- ває на ступінь дисперсності. Тому гідравлічні форсунки конструю- ють з урахуванням необхідності надання струменю обертового руху.

Під час виходу з такої форсунки спочатку утворюється плівка, що розпадається на краплини. Якщо швидкість руху рідини до- сить велика, то розпилення відбувається безпосередньо на виході струменя. За великих швидкостей витікання краплини, що утво- рюються, розпадаються завдяки дії тиску, тертя рідини і повітря. Це пояснюється тим, що сили тертя, які виникають, перевищува- тимуть сили поверхневого натягу.

Ступінь дисперсності та рівномірність розпилення при гідрав- лічному розпиленні залежать від швидкості витікання й фізичних властивостей рідини і середовища (поверхні натягу, густини, в’язкості). В’язкість менше, ніж поверхневий натяг, впливає на процес. Однак при розпиленні в’язких рідин її вплив більш ваго- мий, оскільки з віддаленням краплин від форсунки сили диспер- гування послаблюються, а в’язкість зневодненого матеріалу зрос- тає.

Максимальний діаметр краплин D, м, при гідравлічному роз- пиленні визначають за формулою

де K — коефіцієнт, що залежить від властивостей рідини; α — по- верхневий натяг, Н/м; ρп — густина повітря, кг/м3; v — швидкість

виходу струменя з форсунки, м/с; g — прискорення вільного па- діння, м2/с.

За інших однакових умов ступінь розпилення є функцією швидкості струменя, яка визначається гідравлічним тиском пода-

166

Розділ 8. Переробêа êрові та продóêти з êрові

вання рідини у форсунку. У табл. 8.2 наведено дані, що характе- ризують вплив тиску на розмір часточок крові.

Таблиця 8.2. Розподілення краплин крові залежно від тиску

При гідравлічному розпиленні сухий продукт отримують, як правило, у вигляді часточок, форма яких наближається до сфе- ричної.

Гідравлічні форсунки компактні й прості за конструкцією. При гідравлічному розпиленні можна отримати факел потрібної кон- фігурації з незначними змінами конструкції. Гідравлічні фор- сунки мають продуктивність 100 – 150 л/год. У сушарках великої продуктивності їх влаштовують по кілька штук: у пристроях з нерухомими форсунками по 2 – 3, у пристроях обертового типу —

4, 6 і 8.

Проте внаслідок невеликої площі вихідного отвору (діаметр 1,0 – 1,4 мм) гідравлічні форсунки не придатні для розпилення в’язких і забруднених (засмічених) рідин. Регулювати продуктив- ність форсунок неможливо, оскільки у разі зміни швидкості стру- меня змінюється і дисперсність. Вихідні отвори форсунок швидко спрацьовуються у результаті шліфувальної дії струменя.

Відцентрове розпилення відбувається в диску, що оберта- ється з внутрішнім радіальним розміщенням каналів, за якого діють досить великі відцентрові сили при течії рідини з каналів до периферії. Це зумовлює розпилення крові на дрібні краплини за рахунок турбулентності потоку і сил тиску, що виникають у ре- зультаті тертя об повітря.

Розпад під дією турбулентності призводить до утворення крап- лин, розмір яких обернено пропорційний квадратному кореню з відцентрової сили або першому ступеню частоти обертання. Роз- пад у результаті тертя може супроводжуватися виникненням нит- коподібної структури висушеного матеріалу, якщо процес розпи- лення і сушіння в’язкого розчину відбувається інтенсивно. Розмір краплин при цьому обернено пропорційний квадрату частоти обертання.

Рівномірніше розпилення струменя утворюється при застосу- ванні першого механізму.

Рівномірність розпилення залежить також від продуктивності, що впливає на товщину плівки, яка утворюється на периферії дис-

167

Частина ІІ. Забій і первинна переробêа хóдоби, птиці, êролів…

ка. Для досягнення однорідного розпилення потрібно зменшити вібрацію диска і рівномірно подавати рідину в його середину.

Вплив відцентрового прискорення на ступінь розпилення (діа- метр краплин), м, можна визначити за рівнянням

де n — частота обертання диска, хв–1; R — радіус диска, м. Колова швидкість диска 120 – 150 м/с, діаметр 180 – 350 мм,

мінімальна частота обертання диска 8000 – 10 000 хв–1.

За цих умов діаметр часточок розпиленої крові становить 20 – 100 мкм. Максимальна частота обертання диска може досяга- ти 30 000 хв–1. При цьому кількість часточок діаметром менш як 40 – 50 мкм перевищує 70 %.

Потрібної частоти обертання досягають застосуванням спеціа- льних пристроїв: парових турбін, механічних редукторів, пристро- їв швидкісних електродвигунів з водяним охолодженням, які пра- цюють при струмі підвищеної частоти (до 200 Гц). Останній спосіб виявився найбільш надійним. Він забезпечує стабільність розпи- лення і при цьому утворюється продукт, що містить понад 90 % розчинних білків і не більш як 7 – 8 % вологи.

При відцентровому розпиленні факел розпилу розташований горизонтально. Його діаметр визначається горизонтальною дов- жиною польоту краплини (практично — діаметр кола, в середині якого осідає 95 % краплин). Горизонтальна довжина польоту тим більша, чим більший розмір краплини. Тому діаметр факела зрос- тає зі збільшенням неоднорідності розпилення. З підвищенням продуктивності він збільшується, з підвищенням частоти обертан- ня диска зменшується. Щоб зменшити діаметр факела розпилу і збільшити однорідність краплин, використовують багатоярусні диски. Це дає змогу збільшити також коефіцієнт використання об’єму сушарки та коефіцієнт корисної дії витрати теплоти (віднос- на вологість повітря на виході з сушарки збільшується до 40 % за- мість звичайних 20 – 25 %).

Відцентрове розпилення — уніфікований метод сушіння як для рідин, так і для грубих суспензій та пастоподібних матеріалів. При цьому диски не засмічуються і забезпечують відносно рівно- мірне розпилення. Продуктивність диска може змінюватись у ме- жах 25 % без істотного впливу на дисперсність і факел розпилу.

8.9. ВИБІР РЕЖИМУ СУШІННЯ

На ефективність сушіння розпиленням крім перелічених фак- торів впливають концентрація і температура розчину, що подаєть- ся в сушарку, температура повітря на вході і виході з сушарки.

168

Розділ 8. Переробêа êрові та продóêти з êрові

Витрата теплоти і коефіцієнт використання об’єму сушарки значною мірою залежать від початкової концентрації розчину. Тому на практиці висушують попередньо сконцентровану (упаре- ну) рідину.

При сушінні крові, плазми і сироватки рекомендується попе- реднє упарювання до вмісту вологи близько 50 %. Це дає змогу провести сушіння в помірних теплових режимах і збільшити еко- номічність процесу.

У двоступеневих сушарках, призначених для сушіння медпрепа- ратів у стерильних умовах, зневоднення відбувається за два етапи:

випаровування розчину (крові) від початкової вологи до 250 – 300 % (1 кг вологи на 1 кг абсолютно сухих речовин);

сушіння розчину від 250 – 300 % до потрібної вологості. Двоступеневу випарну сушарку наведено на рис. 8.3. Підви-

щення температур розчину, що подається на сушіння, зменшує його в’язкість. Таким чином поліпшується їх розпилення і збіль- шується об’єм сухого продукту.

Попереднє підігрівання підвищує економічність сушіння, хоча підвищення температури рідини при сушінні крові обмежується через можливу теплову коагуляцію.

Повітря температурою 15 – 25 °С перед використанням стери- лізується при 200 °С і надходить у камеру випаровування. На вхо- ді в сушильну камеру воно має температуру 165 – 170 °С, а від- працьоване — 102 – 106 °С. Через «сухий» циклон відпрацьоване повітря надходить у камеру випаровування і змішується зі свіжим підігрітим повітрям.

Рис. 8.3. Двоступенева випарна сушарка:

1 — вентилятор; 2 — бактеріологічний фільтр для повітря; 3, 6 — засувки; 4 — паровий калорифер; 5 — витяжний повітропровід; 7 — електрокалори- фер; 8 — камера випаровування; 9 — пристрій для розпилювання; 10 — повітропровід; 11, 13, 14 —

циклони; 12 — сушильна камера

169

Температура повітря, що подається в сушарку, впливає пере- важно на економічність сушіння: чим вона вища, тим менша ви- трата теплоти і більший коефіцієнт використання об’єму сушарки. Верхня межа температури визначається вибухонебезпечністю і чутливістю матеріалу до нагрівання.

Для матеріалів, що містять білок, верхня межа температури за вибухонебезпечністю становить 175 – 180 °С. При сушінні очище- ним топковим або інертними газами (азот, вуглекислота) вона не має значення.

Застосування інертних газів запобігає окисненню білкових ре- човин матеріалу під впливом кисню повітря.

На виході із сушарки температура повітря впливає насамперед на хід сушіння. Чим вища кінцева температура повітря, тим вища

170