Анализ пылеочистного оборудования, используемого при производстве растворимых порошков

На предприятиях пищевой промышленности большое число технологических процессов сопровождается выделением пыли. Это снижает безопасность производства, является актуальной проблемой, решение которой важно как с экологической, так, и с экономической точки зрения.

Проблема снижения потерь готового продукта на стадии распылительной сушки имеет важное экономическое значение. Величина уноса продукта с отработанным воздухом из-за несовершенства методов и аппаратов очистки достигает значительных размеров.

Рудыка Е. А., Батурина Е. В.Анализ пылеочистного оборудования, используемого при производстве растворимых порошков // Вестник

Основным мероприятием по защите атмосферы от промышленных выбросов является применение технических средств. При этом выбор необходимой системы очистки связан с физико-химическими характеристиками выбросов. Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время проводится работа по разработке высокоэффективных пылеулавливающих устройств, учитывающих особенности конкретного производства.

Вредность пылевых выбросов зависит не только от агрессивности и химического состава частиц, но и от их дисперсного состава. Особенно опасными для здоровья человека являются мелкодисперсные частицы, размером менее 5 мкм, которые не задерживаются в верхних дыхательных путях. Они и попадают в организм человека, нанося вред органам дыхания.

На пищевых предприятиях широко используются аппараты сухой очистки, обладающие рядом преимуществ и недостатков, ограничивающих их применение в качестве единственной степени очистки. В первую очередь этим фактором является недостаточная эффективность очистки воздуха от мелкодисперсной пыли. Поэтому рекомендуется применять комбинированные способы очистки.

При ведении многих технологических процессов, в том числе при эксплуатации сушильного оборудования в отраслях пищевой промышленности, хорошо зарекомендовала себя двухступенчатая схема очистки теплоносителя.

В настоящее время в качестве второй ступени очистки нередко используются фильтры или аппараты мокрой очистки. Применение каждого из этих пылеуловителей также имеет свои особенности. Используемые аппараты должны обладать высокой эффективностью пылеулавливания, иметь небольшое гидравлическое сопротивление, минимальный расход рабочей жидкости.

Перечисленным требованиям, предъявляемым к очистным устройствам, в значительной мере соответствуют мокрые пылеуловители с внутренней циркуляцией жидкости. Поэтому эти аппараты получают широкое распространение при очистке воздушных выбросов.

Нами проводилась разработка системы очистки на линии сушки растворимых пищевых порошков. Сырье, поступившее на предприятие, разводится водой до требуемой концентрации, перемешивается и предварительно нагревается, затем подаётся насосом на одну из пневматических форсунок распылительной сушилки РС-250.

В рабочем объёме сушилки распылённый исходный продукт смешивается с теплоносителем и высушивается, а отработанный теплоноситель поступает в циклон на очистку вместе с частью не уловленного пищевого продукта.

Представленный технологический процесс сопровождается потерей ценного пищевого продукта. Анализ полученных ранее результатов показывает, что в среднем потери сухого продукта составляют около 4% при сушке цикория, 3% при сушке концентрата квасного сусла, 9% при сушке порошка чая от производительности сушилки.

Причинами этих потерь являются неплотности соединения элементов сушильной камеры и отводящего трубопровода, разгерметизации сушильной камеры вследствие необходимости периодических остановок технологического процесса.

Участки повышенной запылённости воздуха возникают при проведении операций по разгрузке сухого продукта, его развеса и упаковки в бумажные мешки. Осевшая пыль периодически убирается из помещения, но происходит это, как правило, сухим способом, что приводит к взмучиванию мелкодисперсной пыли в воздухе рабочей зоны.

Но все же основной причиной потери готового пищевого продукта, а также дополнительного загрязнения воздуха в санитарной зоне предприятия является недостаточно эффективная работа используемого очистного оборудования.

Сушка пищевых порошков происходила при расходе исходного продукта около 1000 дм3/час. Расход воздуха, который подавался в циклон, находится в интервале 8500–8750 м3/час. Температура измерялась на входе в циклон и колебалась в пределе 92–97 0С.

На предприятии была предложена для использования двухступенчатая система очистки. В качестве первой ступени очистки установлен конический циклон.

После этого был проведён ряд исследований с мелкодисперсной пищевой пылью. Эффективность улавливания в циклоне составляла от 68% (пыль чая) до 92% (пыль концентрата квасного сусла).

Анализируя полученные данные можно отметить, что эффективность очистки отработанного теплоносителя в большой степени зависит от дисперсного состава пищевой пыли, и для частиц размером менее 10 мкм является недостаточной. Это доказывает, что производству требуется более эффективное средство очистки, способное улавливать мелкодисперсные фракции пыли, составляющие основную массу пищевого продукта, теряемого в процессе сушки.

Для определения дисперсного состава исследуемого пылевидного продукта мы использовали струйный сепаратор – импактор.

В качестве второй ступени очистки нами был предложен исследуемый пылеуловитель с внутренней циркуляцией жидкости.

Но использование данного вида аппаратов также имеет свои особенности. Вопросом особой важности в данном случае является выполнение необходимых требований к качеству используемой воды, которая затем возвращается в технологический процесс и смешивается с суспензией поступившего продукта.

А значит необходимо выполнение следующих необходимых условий:

─ используемая вода не должна ухудшать качество получаемого продукта;

─ должна быть обеспечена безаварийная работа оборудования;

─ оно не должно разрушаться вследствие коррозии, на стенках не должны появляться отложения;

─ не должно быть негативного влияния на здоровье пользователей за счёт изменения токсикологических или эпидемиологических характеристик воды.

Таким образом, использование замкнутой системы водообеспечения не только уменьшает объем циркулирующей воды и, соответственно, снижает затраты на очистку выбросов, но и предполагает постоянный контроль за качественным составом используемой воды.

Процесс очистки выбросов в аппаратах с внутренней циркуляцией жидкости и самооро-шением заключается в переходе частиц пыли из воздушного потока в жидкую фазу аппарата.

Поэтому большое значение имеет исследование процесса поглощения выделяющегося пылевидного продукта очищающей жидкостью.

Целью дальнейших исследований являлось определение закономерностей изменения концентрации сухих веществ в очищающей жидкости, её вязкости (µ) и поверхностного натяжения (s) с увеличением времени работы пылеуловителя с момента пуска.

Изучено влияние концентрации сухих веществ на коэффициент динамической вязкости и поверхностное натяжение жидкости. Установлено, что увеличение концентрации сухих веществ в очищающей жидкости с увеличением времени работы аппарата с момента пуска приводит к изменению поверхностного натяжения и вязкости этой жидкости (таблица 1). Это оказывает влияние на эффективность очистки воздуха в этом аппарате.

Таблица 1

Определение вязкости и поверхностного натяжения очищающей жидкости пылеуловителя с увеличением времени работы аппарата

Table 1

Determination of the viscosity and surface tension of the cleaning liquid scrubber with increasing time of the apparatus

Время работы аппарата с момента пуска, ч Device operating time (since the start), h	Поверхностное натяжение Surface tension 6×103, Н/м N/m (при М=0,001 м3/ч m3/h)			Коэффициент динамической вязкости, Dynamic viscosity coefficient µ×103, Па/с Pa/s (при М=0,001 м3/ч m3/h)
	при температуре жидкости, t оС at a liquid temperature, t оС			при температуре жидкости, t оС at a liquid temperature, t оС
	20	40	60	20	40	60
14	73,6	67,9	64,5	-	-	-
28	74,5	68,8	65,6	1,30	0,81	0,57
34	75,1	69,5	66,3	1,55	0,97	0,67
48	75,6	70,2	67,0	1,96	1,18	0,79
76	76,5	71,5	67,7	3,20	1,84	1,20
112	77,3	-	69,0	6,18	3,39	2,15

Опыты проводились при концентрации пыли цикория в отработанном воздухе 150 мг/м3 на входе в рассматриваемый пылеуловитель. Расход очищающей жидкости составлял 0,01 м3/ч и 0,001 м3/ч.

Анализируя полученные данные можно отметить, что увеличение продолжительности взаимодействия запылённого потока с очищающей жидкостью сопровождается ростом поверхностного натяжения и динамической вязкости.

Установлено, что кинематическую вязкость водно-цикориевого раствора можно определить по следующему уравнению:

np = ne / А7 С , где nр и nв – коэффициент кинематической вязкости (м2/с) соответственно раствора и воды при данной температуре t 0C; C – массовая концентрация раствора,% безводного цикория;

А = 2,29840 4 + 0,0465 690 4 ( t - 20 ) .

Для вычисления поверхностного натяжения водно-цикориевых растворов на основании экспериментальных данных при температуре 20 оC предложено эмпирическое уравнение:

520 = 50 (1 + 0,00192 ■ С), где s20 – поверхностное натяжение воды при температуре 20 оC.

При других температурах s можно рассчитать по уравнению: