Решение экологических проблем при производстве растворимого чая

Большую отраслевую значимость и экологическую роль в настоящее время по-прежнему принадлежит проблеме увеличения эффективности очистки выбросов промышленных предприятий. Выброс пылевидных продуктов в окружающую среду ухудшает общее экологическое состояние, увеличивает взрывопо-жароопасность производства и приводит к потерям дорогостоящего готового продукта.

Поэтому необходимость исследовать и реализовать возможности для повышения эффективности основных способов очистки воздушных выбросов соответствующего производства, а также обосновать необходимый уровень очистки отработанного воздуха с учетом существующих экологических требований.

Однако существующий опыт показал, что механический перенос очистного оборудования, хорошо проявившего себя в определенных условиях, может дать неприемлиемый результат в условиях другого производства [1, 2].

А значит, для повышения эффективности работы оборудования необходимы полноценные сведения о структурно-механических и физикохимических свойствах улавливаемых пылевидных пищевых продуктов и режимных параметрах отработанных воздушных выбросов. Это поможет выбору оптимальной схемы очистки для конкретных условий производства.

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

Нами были выявлены места пы-левыделения в цехе сушки, при производстве растворимых пищевых порошков, определены параметры отработанного теплоносителя сушилки, проанализированы физические и структурномеханические свойства полученного продукта, а также определена эффективность работы существующих на предприятии средств очистки.

На предприятии атмосферный воздух проходит фильтр грубой очистки, затем подается вентилятором сначала в паровые калориферы, затем в электрические, где он нагревается и затем подается в газоподводящее устройство распылительной сушилки.

Поступившее на предприятие сырье проходит следующие этапы: разведение его до требуемой концентрации, предварительное нагревание и перемешивание в чугунном аппарате.

Подлежащий сушке подготовленный рабочий раствор, подается насосом на одну из пневматических форсунок. В рабочем объеме сушилки РС-250 распыленный исходный продукт смешивается с теплоносителем и высушивается, а отработанный теплоноситель поступает в циклон на очистку вместе с частью неуловленного пищевого продукта.

В воздухе рабочей зоны цеха при сушке порошков значительные потери сухого продукта наблюдаются в результате неплотного соединения элементов сушильной камеры и отводящего трубопровода.

Следующей причиной пылевыделения является необходимость периодических остановок технологического процесса и разгерметизации сушильной камеры. К участкам повышенной запыленности относятся операции разгрузки, развеса сухого продукта, а также затаривания его в бумажные мешки.

Все это приводит к попаданию в рабочую зону производственного помещения мелкодисперсной пыли, которая свободно перемещается с потоками воздуха из одного помещения цеха в другое, а затем выбрасывается в атмосферу из системы вытяжной общеобменной вентиляции предприятия.

Осевшая пыль убирается из помещения, как правило, сухим способом при помощи метел. Согласно проведенным замерам, концентрация мелкодисперсной пыли в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимую концентрацию при выгрузке сухого пищевого продукта и уборки производственного помещения.

Но первостепенной причиной потерь готового пищевого продукта и, как следствие, загрязнения атмосферного воздуха вокруг предприятия является недостаточно эффективная работа пылеочистного оборудования.

Изначально, на предприятии использовалась двухступенчатая система очистки. При этом в качестве сухой очистки был использован конический циклон, а в качестве второй ступени был установлен рукавный фильтр.

Нами проводился ряд исследований с мелкодисперсной чайной пылью.

Сушка этих порошков происходила при расходе исходного продукта около 1000 дм3/час. Величина расхода воздуха, подаваемого в циклон колебалась в пределах 8500-8747 м3/час. Температура на входе в циклон составляла 92-97 0С.

Среднестатистическое значение улавливания циклоном находилось в интервале 7276 %. Это связано с тем, что для этой пыли характерно наличие большого процента тонкой фракции, которая плохо улавливается сухим центробежным аппаратом очистки.

Дисперсный состав пылевидного продукта определяли микроскопически, а также с использованием струйного сепаратора– импактора, предложенного НИИОГАЗ.

Из проведенного анализа следует, что при сушке этих порошков в выбросах содержится большая доля мелкодисперсной фракции пыли. В исследованном отработанном теплоносителе присутствуют около 80 % частиц размером менее 20 мкм. В отработанном воздухе после очистки в циклоне содержится в основном пыль размером менее 10 мкм. Она составляет около 90 % по массе.

Использование рукавного фильтра в качестве второй ступени очистки дает хорошие результаты, доля мелкодисперсной фракции пыли уменьшается. Среднестатистическое значение улавливания фильтром находилось в интервале 95-98 %. Однако использование этого пылеуловителя при производстве растворимого чая весьма затруднено и нецелесообразно.

Это связано со специфическими свойствами этой пыли и доказывает, что при улавливании, хранении и транспортировке пылевидных продуктов важно учитывать структурно-механические свойства соответствующих пылей и порошков.

Нами определялась объемная масса полученной чайной пыли и были получены уравнения, которые связывают величины объемной массы чайной пыли без уплотнения образца М 0 и объемной массой образца с уплотнением М 01 с учетом размера пыли частиц d. Полученные уравнения представлены ниже:

М 0 = 789,6112 - 0,3872 d+ 0,0001 d² (1) M 01 = 976, 8914 - 0,6769 d + 0,0001 d² (2)

Эти уравнения характеризуют зависимость M 0 и M 01 от размера частиц d в диапазоне 20-246 мкм. Коэффициенты корреляции для выборки XY 1 = 0,9942, XY 2 = 0,9933. Размер выборки - 8 точек. По результатам исследований выявлено, что величина M 0 повышается с уменьшением размера частиц порошка, при этом максимальным значениям объемной массой M 0 и M 01 соответствует наличие фракций в очищенном в циклоне воздухе. По нашему заключению, мелкие частицы пыли заполняют промежутки между более крупными частицами, увеличивая значения M 0 и M 01 . Полученные уравнения рекомендуется использовать при проектировании используемого в промышленности технологического оборудования.

Нами также проводились исследования коэффициента текучести Кт, скорости истечения пыли V и угла естественного откоса α для продукта, полученного при помощи распылительной сушилки.

Согласно результатам исследования, в заявленном диапазоне размеров частиц 20-246 мкм, увеличение частиц пыли приводит к уменьшению величины К т и увеличению величины V. При этом исследования фракций с размерами частиц пыли менее 60 мкм результаты измерения зафиксированы только при влажности W = 1,0 %. При увеличении влажности пылевидные фракции без вибрации из воронки не высыпались.

Для частиц размером менее 250 мкм средние значения величины угла естественного откоса α после сушки (влажность около 2,5 %) составляют 35-38 0С.

После анализа эффективности работы существующей системы очистки, можно сделать вывод о нецелесообразности ее использования на предприятии при пыли, данного дисперсного состава и необходимости разработки другого, более совершенного и эффективного варианта.

Используемый конический циклон не является достаточно эффективным аппаратом для очистки теплоносителя от мелкодисперсной пыли, поэтому его использование возможно лишь в качестве первой ступени двухступенчатой очистки воздуха.

В качестве второй ступени в данном случае, с учетом специфических особенностей данного вида пыли, целесообразно применять мокрые виды очистки.

Они могут обеспечить высокую эффективность улавливания мелкодисперсной и гигроскопичной чайной пыли. Скрубберы надежны в эксплуатации и высокоэффективны. Кроме того, мокрый пылеуловитель центробежноинерционного действия позволит обеспечить дополнительную экономию готовой продукции. Поэтому нами была разработана установка для мокрой очистки теплоносителя, которая обладает явными преимуществами и дает высокую эффективность очистки воздуха от мелкодисперсной пыли, обладающей представленными выше свойствами.

Из полученных результатов следует, что имеющаяся на предприятии система очистки воздуха не обеспечивала необходимой эффективности. Для обеспечения необходимого уровня очистки отработанного воздуха следует учитывать особые свойства пылей конкретного производства.

С учетом специфики данного промышленного объекта тому нами была разработана установка для мокрой очистки теплоносителя, которая обладает явными преимуществами и дает высокую эффективность очистки воздуха от мелкодисперсной пыли, обладающей представленными выше свойствами.

Вестник ВГУИТ, №2, 2015