В настоящее время основными мировыми производителями оборудования для получения сухих пищевых продуктов, в том числе и молочных, являются датские фирмы APV и Niro Atomizer.Накопленный огромный опыт за более чем 70 летнее время работы в сфере создания указанного оборудования, наличие мощной машиностроительной и научно-исследовательской базы позволило этим фирмам не только занять лидирующее положение на мировом рынке, но также либо поглотить, либо полностью вытеснить других производителей аналогичного оборудования. Начиная с конца 60-х годов ХХ века, оборудованием по производству сухих молочных продуктов указанных фирм были оснащены ряд молочно-консервных комбинатов на территории СССР.Анализируя предлагаемый фирмами ассортимент вырабатываемых сухих молочных продуктов, технологии их получения, аппаратурное оформление этих технологий, а также конструктивные особенности оборудования, можно отметить их практически полное сходство. Таким образом, основная конкуренция между фирмами APV и Niro Atomizer ведется в основном за счет гибкой ценовой политике при продаже ноу-хау и оборудования.
1. Основные схемы распылительных сушильных установок. Модернизация сушильной техники, предназначенной для производства сухих молочных продуктов, может быть условно разбита на следующие три основные этапа: этап 1 - создание сушильных установок первого поколения с применением одностадийной схемы сушки;этап 2 - создание сушильных установок второго поколения с применением многостадийной сушки с использованием на второй и третьей стадии сушки аппаратов виброкипящего слоя;этап 3 - создание сушильных установок третьего поколения с применением многостадийной сушки с использованием на второй и третьей стадиях соответственно аппаратов стационарного и виброкипящего слоя.
1.1 Распылительные сушильные установки первого поколения.Сушильные установки для распылительной сушки молочных продуктов впервые были созданы и нашли промышленное применение в начале ХХ века.К отличительным особенностям этих установок можно отнести осуществление сушки сгущенного продукта до заданного влагосодержания в сушильной башне, т. е. проведение процесса в одну стадию.Установка подобного типа приведена на рис. 1 и включает в себя вертикальную цилиндрическую сушильную башню 8, оснащенную форсуночным или дисковым распылителем, а также системы подготовки и подачи сушильного агента, очистки отработанного воздуха и подачи сгущенного продукта.Система подготовки и подачи сушильного агента, как правило, состоит из тканевого или сетчатого фильтра 2 и калорифера 4, обеспечивающих соответственно очистку и подогрев технологического воздуха, а также нагнетательного вентилятора 3, пред-назначенного для его подачи в сушильную башню.Для очистки отработанного воздуха, отсасываемого из башни вентилятором, используются циклон 7 или матерчатые фильтры.В систему подачи сгущенного продукта входит накопительный резервуар для хранения сгущенного продукта, емкость для воды, предназначенной для запуска и остановки установки, а также насос 1, обеспечивающий подачу продукта к распылителю.
Сбор готового продукта из сушильной башни и циклона, а также его подача на фасовку осуществляется с помощью системы пневмотранспорта 9 или транспортерами различных видов (винтовыми или вибрационными). Для отсева из готового продукта некондиции (комков), как правило, используется сито 6. Можно отметить, что совершенствование конструкций распылительных сушильных установок первого поколения шло непрерывно с момента их создания.
Это касалось:
конструкционных особенностей сушильных башен, включая оптимизацию геометрических соотношений их размеров, многочисленные модернизации узлов воздухораспределения технологического воздуха и т.д.;
отработки комплектующих изделий, входящих в состав установок, таких как распылителей, гомогенизаторов, шлюзовых питателей, систем нагрева и очистки технологического воздуха, арматуры, моечных систем, систем контроля и управления. К началу 60-х годов прошлого века практически все вышеперечисленное оборудование было в достаточной степени отработано, и дальнейшая модернизация осуществлялась в основном в области систем контроля и управления из-за быстрой смены элементной базы.Благодаря высокой надежности и относительной простоте оборудования указанные сушильные установки продолжают выпускаться для производства в основном традиционных молочных продуктов, таких как сухое цельное и обезжиренное молоко.
1.2 Многостадийные cушильные установки. С середины 60-х годов ХХ века ряд факторов, таких как возрастание цен на энергоносители, необходимость снижения себестоимости готовой продукции, новыми потребностями рынка, связанными с расширением ассортимента сухих молочных продуктов и улучшения качества готовой продукции, потребовало от ведущих фирм-разработчиков сушильного оборудования пересмотреть концепцию всего технологического процесса сушки, что в свою очередь повлекло необходимость модернизацию старого или создания новое оборудования.
Необходимо было решить следующие задачи:
повысить экономические показатели сушильных установок;
усовершенствовать технологические параметры процесса для улучшения качественных показателей традиционных молочных продуктов;
обеспечить возможность получения новых продуктов с заданными характеристиками;
обеспечить многофункциональность и гибкость оборудования, входящего в сушильные установки, с целью выработки на нем различных продуктов;
обеспечить выполнение новых ужесточенных требований по микробиологическим показателям готового продукта, а также требований по защите окружающей среды.
В качестве основного пути повышения экономических показателей сушилки является оптимизация основного параметра, характеризующего процесс сушки - термического КПД. Увеличение термического КПД может быть достигнуто путем повышения температуры подаваемого сушильного агента и (или) снижения температуры отработанного воздуха, отсасываемого из сушилки.Длительный опыт эксплуатации сушилок первого поколения показал, что при сушке молочных продуктов температура подаваемого сушильного агента не должна превышать 180-200 0С. Дальнейшее увеличение этого параметра приводило к ухудшению свойств получаемого продукта, а также к высокому риску возгорания осевшего на стенках сушильной башни порошка.Таким образом, для увеличения термического КПД необходимо снизить температуру отводимого из сушилки воздуха.При одностадийном процессе такой способ не представлялся возможным, так как при этом возрастало влагосодержание готового продукта выше требуемого диапазона, составляющего обычно 2-4%. В результате в начале 60-х годов было принято принципиально новое решение, заключающееся в последовательном использовании двух различных способов сушки в едином цикле обезвоживания продукта.
В этом случае технологический процесс осуществляется следующим образом:
первой стадией процесса является распылительная сушка, протекающая в очень короткий промежуток времени. Данный период характеризуется высокой скоростью сушки, высокой интенсивностью диффузии влаги из частиц порошка, а также повышенным влагосодержанием (6-8%) выгружаемого из распылительной сушилки продукта;
вторая стадия процесса (досушка продукта до заданного влагосодержания и его последующее охлаждение) вынесена в отдельный аппарат, в котором протекает при более мягких режимах термообработки (сушка - при 1200С и охлаждение при 15 0С) и растянута во времени.
Для проведения второй стадии были разработаны вибрационные конвективные сушилки (т.н. инстантайзеры или виброфлюидизаторы), в которых молочный порошок переводится в псевдоожиженное состояние с помощью вибрации, а также потока горячего или холодного воздуха, при этом воздух является одновременно теплоносителем, обеспечивающим необходимую термообработку продукта до требуемых параметров. Схема двухстадийной сушильной установки представлена на рис. 2.
Попытки дальнейшего увеличения термического КПД при двухстадийной схеме сушки за счет еще большего снижения температуры отходящего воздуха не увенчались успехом из-за возникших трудностей, связанных с разгрузкой продукта повышенной влажности из сушильной башни.Данная проблема была решена в середине 80-х годов путем создания нового оборудования – т. н. аппарата встроенного кипящего слоя.Аппарат представляет собой цилиндрическую стационарную конвективную сушилку, устанавливаемую в нижней части сушильной башни.Можно отметить, что использование данного аппарата позволило также увеличить и температуру теплоносителя, подаваемого в сушильную башню до 2200С.Это объясняется тем, что при снижении температуры отходящего воздуха соответственно повышается и его влагосодержание, в результате чего первая стадия процесса (распылительная сушка) проходит при более мягких режимах без ухудшения качества продукта и риска его возгорания.Аппаратурное оформление двухстадийной сушильной установки с использованием аппарата встроенного кипящего слоя приведено на рис. 3.
В данной схеме продукт поступает в указанный аппарат при влагосодержании 8-10%, досушивается в нем до заданного влагосодержания и затем охлаждается в системе пневмотранспорта. При необходимости возможно применение для охлаждения продукта вместо пневмотранспорта инстантайзера. Следующим этапом развития технологического процесса на пути увеличения термического КПД явилось создание в 90-х годах установки, в которой сушка продукта осуществлялась по трехстадийной схеме при одновременном повышении температуры теплоносителя, подаваемого в сушильную башню до 2600С, а также снижении температуры отходящего из нее воздуха. Аппаратурное оформление высокотемпературной трехстадийной сушильной установки приведено на рис. 4.
В указанной установке первая стадия сушки осуществляется в сушильной башне, а вторая и третья стадии - соответственно в аппарате встроенного кипящего слоя и в первой секции инстантайзера. Вторая секция инстантайзера используется для охлаждения продукта.
2. Основные параметры работы сушильных установок. Основные технологические параметры работы установок при применении одностадийной и многостадийной схем процесса, а также сравнительная характеристика эффективности их работы на основе данных фирмы Niro Atomizer приведены в табл. 1. За базу для сравнения приняты следующие установки данной фирмы:
А – одноступечатая сушильная установка «CDP» с системой пневмотранспорта (см. рис.1);
Б – двухступечатая сушильная установка «CDI» с инстантайзером (см. рис.2);
В – двухступечатая сушильная установка «Компакт» с аппаратом встроенного кипящего слоя и пневмотранспортом (см. рис.3);
Г – трехступечатая высокотемпературная сушильная установка «MSD» с аппаратом встроенного кипящего слоя и инстантайзером (см. рис.4).
Система подогрева теплоносителя у перечисленных установок одинаковая и включает в себя калорифер косвенного нагрева, работающий на жидком топливе (мазуте) и предназначенныйдля нагрева воздуха, подаваемого в сушильную башню, а также паровые калориферы для нагрева воздуха, подаваемого в аппарат встроенного кипящего слоя и (или) в инстантайзер. Снижение температуры продукта до заданной величины осуществляется с помощью воздуха, охлажденного в теплообменнике ледяной водой и подаваемого в систему пневмотранспорта или в инстантайзер.
|
