Сушильно-дробильного агрегат марки СДА-250

19

              Содержание                                 стр

Введение                        4

1. Назначение и классификация. Основные элементы и принцип действия. Описание конструктивной схемы сушильно-дробильного агрегата марки СДА-250                                                                                                                    5

1.1 Назначение и классификация                                                                           5

1.2 Основные элементы и принцип действия                                                     11

1.3 Описание конструктивной схемы сушильно-дробильного агрегата марки СДА-250                                                                                                                  13

2. Модернизация                                                                                                    19

3. Патентный поиск                                                                                               21

3.1 Сушильный агрегат                                                                                         21

3.2 Сушилка                                                                                                            23

3.3 Вальцы для вальцевания пресс-порошков                                                    26

3.4 Привод к вальцовому станку с парными вальцами                                      27

4. Расчетная часть                                                                                                  28

5. Описание конструктивной схемы с учетом изобретения                              32                                             

6. Обслуживание, ремонт, техника безопасности                                              33

Заключение                                                                                                             35

Список используемой литературы                                                                       36

Приложения                                                                                                           37

Введение

В новых экономических условиях предприятия по переработке сырья животного происхождения и торговые предприятия находятся в стадии становления и совершенствования технологических процессов, что негативно отражается на качестве молочных продуктов питания.

Поэтому важным условием при производстве сухих молочных продуктов является качество сырья, соблюдение технологии их производства и условий хранения, использование надежной тары.

Консервирование сушкой широко применяют в молочной промышленности: сушат цельное и обезжиренное молоко, пахту, молочную сыворотку, смеси цельного молока с обезжиренным молоком, пахтой или сливками, без добавок или с добавками. Ассортимент сухих молочных продуктов довольно обширный: коровье цельное сухое молоко 20%-ной и 25%-ной жирности, сухое молоко «Домашнее», сухие сливки, сухие высокожирные сливки, сухие молочные продукты, сухие молочные продукты повышенной растворимости (сухое молоко «Смоленское», сухое быстрорастворимое молоко), сухие многокомпонентные смеси (сухие смеси для мороженого, для пудинга). Эти продукты получают методом распылительной сушки. При производстве всех видов сухих молочных продуктов удаление свободной воды осуществляется в две ступени - сгущением и сушкой предварительно сгущенного продукта. Сгущение выпариванием осуществляется до такой общей массовой доли сухих веществ, при которой массовая доля ККФК в воде не превышает 18…20% и продукт не утрачивает текучести (при температуре выпаривания).

Сгущенные смеси высушивают до конечной влажности, устанавливаемой в зависимости от формы связи воды с составными частями сухого вещества. В конце сушки того или иного продукта должно быть обеспечено равновесие между величиной заданной массовой доли влаги в нем и относительной влажностью воздуха, окружающего его.

1 Назначение и классификация. Основные элементы и принцип действия. Описание конструктивной схемы сушильно-дробильного агрегата марки СДА-250

1.1 Назначение и классификация

    Оборудование для сушки предназначено для получения сухих молочных продуктов. В зависимости от агрегатного состояния исходного продукта сушильные установки можно разделить на две основные группы: для сушки молока и жидких молочных продуктов и для сушки твердых молочных продуктов. Кроме того, эти основные группы сушильного оборудования можно классифицировать:

- по конструктивным отличиям:

1) камерные (камерная сушилка предназначена для сушки изделий большой толщины. Камерные сушилки относятся к сушилкам периодического действия. Цикл сушки в них состоит из загрузки сырца, собственно сушки и разгрузки. В период загрузки и разгрузки сырца камеры не работают. Система рециркуляции/регулируемой вытяжки встроена под камерой. Она позволяет постоянно контролировать влажностный режим воздуха. Система состоит из модулирующей заслонки с механическим приводом, которая позволяет дозировать, в соответствии с параметрами влажности, количество влажного воздуха, на вывод из сушилки и на повторное использование в процессе сушки. Вентилятор подачи горячего воздуха на канале рециркуляции, расположенный выше горелки воздушного потока, подает горячий воздух в воздушный шлюз, расположенный в глубине камеры.
Осевые вентиляторы смешивания, установленные в разделительную перегородку воздушного шлюза, обеспечивают прохождение воздуха сквозь изделия. Горелка типа «воздушный поток», установленная на канале подачи воздуха/рециркуляции, дополняет тепловой поток из системы рекуперации тоннельной печи. Настройки горелки можно менять в зависимости от заданных параметров температуры, в течение всего цикла);

2)  вальцовые (Сушка продукта осуществляется с помощью, изнутри нагревающихся и постоянно вращающихся барабанов. Продукт с помощью специальных вальцов наносится тонким слоем на внешнюю сторону барабана. После одного оборота барабанов уже высушенный продукт в виде плёнки снимается с помощью специальных ножей. Вальцовая сушилка основана на кондуктивном методе сушки, который в противовес конвективному методу не требует нагретый воздух, и тем самым не создаёт пыли. Исходя из этого коэффициент полезного действия контактной сушки намного выше, чем у других методов), барабанные (сушильной камерой в барабанной сушилке служит внутренняя полость барабана, внутри которого по всей длине расположены различного типа лопасти или полки (зависит от назначения сушилки). В процессе сушки фракция попадает через загрузочную камеру в барабанную сушилку. Лопасти за счет вращения барабана перемешивают и пересыпают фракцию равномерно распределяя ее по барабану, пересыпаясь с лопасти на лопасть и высушиваются под действием горячего воздуха (непрямой нагрев) или смеси воздуха с топочными газами (прямой нагрев), который забирается из теплогенератора через барабан с помощью вентилятора путем создания разряжения внутри барабана или из за перепада температуры. Пересыпаясь с лопасти на лопасть и высушиваются под действием горячего воздуха (непрямой нагрев) или смеси воздуха с топочными газами (прямой нагрев), который забирается из теплогенератора через барабан с помощью вентилятора путем создания разряжения внутри барабана или из за перепада температуры. Высушенный материал удаляется через разгрузочную камеру);

3) ленточные (Ленточные сушилки представляют из себя туннельную конструкцию, состоящую из промежуточных секций. По всей длине вентиляционного коридора проходит канал подачи горячего сушильного агента, распределяемого в каждой промежуточной секции. Возможна регулировка объема подачи сушильного агента заслонками. В нижней части вентиляционного коридора ленточной сушилки расположен канал отвода отработанного сушильного агента. Объем удаляемого сушильного агента также регулируется заслонками. Все промежуточные секции сушилки оснащены циркуляционными вентиляторами с охлаждаемыми водой подшипниками.

Материал, подвергаемый воздействию сушильного агента, движется внутри коридора ленточной сушилки посредством транспортерной ленты. Лента представляет из себя набор шарнирно скрепленных между собой перфорированных лотков, установленных на тяговых цепях);

4) скребковые (На дымоходе укладываются металлические плиты, и по ним параллельно с направлением газов в борове при помощи скребков передвигается материал. В зависимости от местных условий сушилки эти могут выполняться открытыми или с вытяжной камерой. Строятся такие сушилки шириной от 900 до 2400 мм и длиной от 6 до 30 м. Для материалов, легко отдающих влагу (например, концентраты с начальной влажностью 25%), среднее напряжение поверхности нагрева может быть 84-12 кгм-час. Подобное устройство поверхности нагрева применяется иногда и в форме тарельчатой сушилки, то есть с вращательным движением скребков.
Для материалов, не допускающих высоких температур сушки или при наличии дешевого отработанного пара, - у сушилок с поступательным движением скребков, металлические плиты и топка под ними заменяются паровыми плитами. Напряжение поверхности нагрева тогда нужно считать примерно на 20% ниже, чем в паровых тарельчатых сушилках за счет отсутствия перемешивания, которое имеет место при Ссыпании материала с тарелки на тарелку);

- по направлению движения сушильного агента и продукта:

1) прямоточные ( продукт и сушильный агент движутся параллельно) ;

2)противоточные;

3) смешанного типа ( сушка протекает при такой скорости воздуха, когда более крупные частицы оседают на дно камеры, а мелкие уносятся с отработавшим воздухом, что позволяет избежать перегрева мелких частиц и поддерживать более высокую температуру сушки, чем при противотоке. Достигается более высокая влажность отходящего воздуха, но готовый продукт получается менее однородным по влажности);

- по способу распыления (диспергирования) высушиваемого продукта:

1)с центробежное дисковое ( высушиваемый продукт самотеком поступает внутрь диска, вращающегося с большой скоростью, приобретает вращательное движение и под действием центробежной силы выбрасывается в сушильную камеру, превращаясь при этом в мельчайшие капли. Для достижения однородного распыления необходимы равномерная подача продукта на диск и отсутствие его вибрации. Размер капель при распылении дисков тем меньше, чем больше окружная скорость и диаметр диска. Чем выше скорость вращения диска, тем однороднее распыление);

2)форсуночное ( высушиваемый проходит по канавкам корпуса форсунки, сохраняя полученную под действием гидравлического давления поступательную скорость. При выходе продукта из отверстия форсунки образуется пленка, которая затем распадается на отдельные капли);

- по способу нагревания сушильного агента:

1) с паровыми калориферами;

2) с огневыми (газ, мазут) теплогенераторами;

                                -по кратности использования теплоносителя:

1) прямоточные;

2) рециркуляционные;    

- по типу гидродинамического режима:

1) с неподвижным слоем в виде пленки;

2) с распылением в потоке сушильного агента;

3) взвешенным и псевдоожиженным слоем.

                   -по виду транспортирования высушиваемого продукта:

1)с механическим перемещением;

2) пневмотранспортом;

3) импульсным пневмотранспортом при высокой плотности продукта.

                            - по способу очистки отработавшего воздуха:

1) с циклонной одно- и двухступенчатой очисткой;

2) с очисткой в тканевых  фильтрах;

3) с одно- и двухстадийной смешанной (циклон-фильтр).

              -установки с использованием рекуператоров теплоты выходяего из сушилки газа и без них.

        Кондуктивные сушилки классифицируются по следующим признакам:

- по конструкции они подразделяются на:

1) вальцовые ;

2) ленточные

- по величине давления, при котором осуществляется процесс сушки:    1)атмосферные;

2)вакуумные.

- по числу вальцов – на одно и двухвальцовые;

- по способу нанесения высушиваемого продукта на вальцы:

1)распылительные

2)коллекторные (подачу на ванну). [1,4]

Вальцовая сушилка основана на кондуктивном методе сушки, то есть сушка материала происходит посредством передачи тепла, необходимого для испарения влаги и нагревания продукта от нагретой поверхности барабана.
           Первые вальцовые сушилки появились в конце девятнадцатого века и использовались в основном для сушки молока. В середине двадцатого века приходится пик внедрения технологий вальцовых сушилок, связанный прежде всего с увеличением спроса на сухое молоко и началом производства сухих каш для детей. На сегодняшний день, в результате перехода основных производителей сухого молока на распылительные сушилки и небольшого спроса на вальцовые сушилки, многие производители данного оборудования закрылись или были вынуждены перейти на производство другого оборудования. Сегодня вальцовые сушилки производятся немногими производителями: Duprat, GMF Gouda, Dietzel, Escher Wyss и другие.
         Вальцовые сушилки применяются в пищевой и химической промышленности и используются для сушки множества разнообразных продуктов, от крахмалов, детского питания, фруктового пюре и картофельных хлопьев до сушки всевозможных химикатов. В зависимости от характеристик высушиваемого продукта применяются различные типы вальцовых сушилок (одновальцовые, двухвальцовые). Продукт с помощью специальных валков наносится тонким слоем на внешнюю стенку барабана. Барабан сушилки обогревается изнутри с помощью насыщенного пара. Обычно барабан изготовлен из специального сплава чугуна, обеспечивающего одновременно оптимальную теплопередачу, высокую устойчивость формы при высоком давлении и отличные параметры поверхности, необходимые для наилучшего снятия продукта с поверхности. В некоторых случаях барабан покрывается специальным покрытием обычно хромом. После одного оборота барабана уже высушенный продукт в виде плёнки снимается с помощью специального ножа.
         При теплопередаче часть насыщенного пара конденсируется на стенках барабана. Образовавшийся конденсат непрерывно выводится с помощью специальной трубки, чтобы обеспечить максимально свободную поверхность для конденсации пара. Система нагрева барабана полностью закрыта, чтобы предотвратить соприкосновения теплоносителя с продуктом.[2,3]
          В зависимости от исполнения вальцовой сушилки возможно нанесение продукта на барабан сверху или снизу. В то время как барабан нагревается изнутри насыщенным паром, продукт во время вращения сушится на внешней стороне установки. Короткое время воздействия на продукт высоких температур снижает риск, связанный с повреждением продукта. Выделяющиеся при сушке испарения отводятся сверху установки. При необходимости устанавливается дополнительная установка отвода испарений. Высушенный продукт в виде плёнки срезается ножом.

Принцип работы кондуктивных сушилок основан на передаче тепла продукту при непосредственном соприкосновении с теплопередающей поверхностью. Коэффициент теплопередачи при кондуктивной сушке значительно выше, чем при конвективной, и составляет 170-180 Вт/м²×К. воздух служит только для удаления испаряемой влаги из продукта. Особое внимание необходимо обращать на хороший контакт продукта с теплопередающей поверхностью. Они используются для сушки жидких и пастообразных пищевых продуктов и применяются в молочной, пищеконцентратной, мясной отраслях пищевой промышленности, при производстве дрожжей и витаминов.

Температура в разных слоях материала различна: наибольшая – у слоя, который контактирует с греющей поверхностью, наименьшая – у наружного слоя. Влагосодержание в процессе кондуктивной сушки постепенно увеличивается от слоев, соприкасающихся с нагретой поверхностью, к наружным слоям. Горячая поверхность чаще всего обогревается водяным паром, температура которого выше 100˚С, поэтому слои материала, контактирующие с горячей поверхностью, могут достичь этой температуры и происходят местные перегревы. Из-за этого степень растворимости сухих продуктов, полученных по данному способу, составляет 80-85 %. Обязательное условие при кондуктивной сушке – хороший контакт материала с греющей поверхностью. [2]

Кондуктивная сушка происходит в вальцовых сушильных установках. Продолжительность сушки определяется одним поворотом вальцов.

1.2 Основные элементы и принцип действия

Основные элементы сушильно-дробильной установки СДА-250:

-два барабана, вращающихся в противоположных направлениях. Барабаны выполнены из специального сплава чугуна и имеют хромированную поверхностью. Чугун обеспечивает стабильную, жёсткую конструкцию и имеет оптимальную теплопроводность. Частички графита имеющиеся в сплаве чугуна обеспечивают смазываемый процесс работы ножа на поверхности барабана;

- вальцы подачи и нанесения продукта на барабаны;

-механизмы среза высушенного продукта на жестком креплении.                   Специально сконструированное крепление ножа обеспечивает равномерное распределение усилия по всей длине барабана. Применение особого материала позволяет избегнуть вибрации, возникающие при снятии продукта. Применяемое крепление просто в обслуживании и не требует дополнительной регулировки при смене ножа;

-шнеки подачи срезанного осадка;

- системы отвода конденсата;

- рамы;

- приводная часть из четырех электродвигателей, клиновидных приводных ремней с защитой, гидравлической пусковой муфты;

- дробильное устройство.

Обезжиренное молоко или пахта с помощью коллектора наносится на поверхность вальцов. Между вальцами, вращающимися навстречу один другому, образуется ванна жидкого кипящего продукта, ограниченная с торцов деревянными клиньями. На выходе из межзазорного пространства продукт на поверхность вальцов нанесен тонким слоем. Высушенная на вальцах пленка продукта снимается с них специальными ножами и по наклонным щитам поступает в продольные шнеки. Из продольных шнеков пленка поперечными шнеками транспортируется в нижнюю часть дробилки, откуда ковшами цепного элеватора забрасывается для размола на просеиватель.

Подвод пара к вальцам и отвод конденсата в конденсационную сеть осуществляется с помощью паропроводов, оснащенных запорными вентелями, манометром, предохранительным клапаном, конденсационным горшками и сальниками. Отсос водяных паров, образующихся при сушке продукта, производится с помощью системы вытяжки, состоящей из зонта боковых щитов, трубопроводов и вытяжного электровентилятора.

Температура подаваемого на сушку продукта не менее 55 ºС. На сушку продукт подается молочным насосом или самотеком из бака с теплоизолированными стенками, расположенными выше коллектора сушилки не менее чем на 1 м.

Для увеличения производительности агрегата на нем сушат предварительно сгущенное обезжиренное молоко или пахту. Оптимальная степень сгущения от 2,8:1 до 3:1

Преимущества способа: особенности кондуктивной сушки позволяют достаточно интенсивно испарять влагу (из-за  высокого коэффициента теплопередачи между греющей поверхностью и материалом), благодаря этому продукт быстро обезвоживается; невысокие затраты энергии; простота; невысокая стоимость оборудования.

Недостатки способа: продукт подвергается механическому воздействию – его срезают ножами, затем размалывают в порошок, поэтому качество ниже, чем при распылительной сушке. При соприкосновении продукта с нагретыми вальцами происходит необратимая тепловая коагуляция белков; термическое разложение сахаров и изменение цвета. [1,6]

1.3 Описание конструктивной схемы сушильно-дробильного агрегата марки  СДА-250

Схема двухвальцовой сушильной установки приведена на рисунке 1 и 2:

Рисунок 1 – Двухвальцовая сушилка СДА-250

Условные обозначения:1–диски; 2–желоба; 3-ножи; 4-вытяжной зонт; 5-сушильные вальцы;  6-8 – цапфы; 9 – сифонная трубка.

   Рисунок 2 – Двухвальцовая сушилка СДА-250

   Условные обозначения: 1 — станина; 2, 5 — воздуховоды; 3 — электродвигатель вентилятора; 4 — электродвигатель вальцов; 6 — приводной механизм; 7 — вытяжной зонт; 8 — устройство для отвода паров; 9 — вальцы; 10 — патрубок для входа пара; 11 — элеватор; 12 — электродвигатель дробилки; 13 — дробилки;  14 — шнек;  15 — конденсатоотводчик;  16 — патрубок для отвода конденсата

Сушилка СДА-250 непрерывного действия. Ее производительность составляет 250-500 кг испаренной влаги в час. Имеет два полых цилиндрических вальца (5). Наружная поверхность вальцов шлифуется и полируется. С торца вальцы закрыты съемными крышками и цапфами. Одни цапфы (6) сплошные для привода, другие (8) полые, через них вводится пар и отводится конденсат (по сифонной трубке 9, которая соединяется с конденсатоотводчиком). Давление пара в вальцах 0,3-0,5 МПа. Зазор между вальцами регулируется от 0 до 6 мм (в рабочем положении зазор равен 1-2 мм). Над вальцами расположен вытяжной зонт (4) для удаления испаренной влаги. Вальцы вращаются с одинаковой частотой (4-24 мин-1) навстречу друг другу. Продукт для сушки поступает либо в специальные желоба (2), которые расположены снаружи посередине обоих вальцов, это позволяет увеличить полезную площадь их поверхности до 85-87 %. В желобах на горизонтальных валах закреплены диски (1). При вращении валов они погружаются в продукт и покрываются его слоем. Для снятия сухого продукта устанавливаются ножи (3). Продукт высушивается в виде тонкой пленки за один оборот вальцов. Продолжительность сушки (одного оборота) составляет от 2,5 до 15 с.

Размалывающее устройство дробилки состоит из вращающегося била и просеивателя. Молотый продукт высыпается из бункера дробилки в бочки или мешки. Водяные пары, образующиеся при сушке продукта, отсасываются через систему вытяжки, состоящую из зонта, воздуховода и вентилятора.

Технические характеристики сушильно-дробильного устройства СДА-250 приведены в таблице 1:

Таблица 1-Техническая характеристика сушильно-дробильного устройства СДА-250

Продолжение таблицы 1

Установка имеет небольшие габаритные размеры и высокую производительность по высушиваемому продукту.

2        Модернизация

В сушильно-дробильном агрегате СДА-250 можно изменить систему высушивания продукта для интенсификации процесса сушки. Сушилка содержит сушильную камеру, образованную стенками и наклонным днищем, системы подачи и удаления теплоносителя, загрузочное и разгрузочное устройство. Интенсифицировать процесс сушки можно путем замены вальцов на цилиндры с установленными в них реверсионными барабанами, на которые намотаны эластичные рукава различного диаметра с конца вывернутыми наизнанку и герметично закрепленными в цилиндрах, при этом рукав меньшего диаметра частично расположен в рукаве большего диаметра, а цилиндр, в котором закреплен рукав меньшего диаметра, сообщен только с системой подвода и отвода теплоносителя.

Вальцовая сушилка содержит валец с трубопроводом подачи пара, устройства вывода и срыва пленки конденсата, узлы нанесения и снятия материала. Недостатком сушилки являются низкий теплообмен из-за неравномерности прогрева вальца, то есть возможны кольцевые прогревы в зоне впрыска пара высокого давления из-за сложной конструкции устройства для срыва пленки конденсата с внутренней греющей поверхности вальцов, возможность его закупорки окалиной и продуктами окисления, а также возможность закручивания образующегося в результате конденсата. Для интенсификации теплообмена и упрощения конструкции устройство срыва пленки конденсата выполнить в виде цилиндрического отбойника с нанесенным на него покрытием, это позволит увеличить частоту вращения вальца и исключить наличие слоя конденсата на внутренней стенке греющей поверхности вальца.

Привод к вальцовому станку имеет парные вальцы, которые вращаются с различной скоростью, содержащие индивидуальные электродвигатели для сообщения вращения быстро вращающимся вальцам и упругие муфты для соединения электродвигатель к вальцам. Данный привод  имеет сложную конструкцию. Для упрощения конструкции привода его можно оснасти индивидуальными электродвигателями для сообщения вращения медленно вращающимся вальцам. Для соединения электродвигателя с медленно вращающимся вальцом служит крестово-кулисная муфта с плавающим промежуточным звеном или двойной универсальный передаточный шарнир.
          Вальцы для вальцевания состоят из двух валков с приводами и ножами для поджима и снятия материала допускают большие потери при производстве сухого продукта. Для устранения этого недостатка, а также регулирования скорости нагрева и охлаждения вальцуемой массы один из валков выполнить в виде транспортирующего барабана, внутри которого расположить малый валок (дополнительно снабженный ножом для поджима вальцуемой массы), а на одном радиусе с ним относительно центра транспортирующего барабана насадить опорный валок. 

1        Патентный поиск

Для модернизации сушильно-дробильного агрегата СДА-250 был проведен патентный поиск, в результате которого было просмотрено около 10 патентов периода 1962 – 2011 годов, из которых наибольший интерес представили 4 патента, направленных на использование в пищевой, химической и микробиологической промышленности, которые можно классифицировать по цели внедрения следующим образом:

- упрощение замены износившихся деталей ( 3 патента);

- интенсификации степени измельчения высушиваемого продукта (1 патент).

Наибольший интерес вызвали патенты направленные на модернизацию режущих ножей и дробилки в области интенсификации степени измельчения продукта, потому что данная модернизация позволит добиться значительного экономического эффекта с незначительными затратами на модернизацию.

Исходя из этого, выбраны патенты, имеющие сходные цели и задачи, и представляющие интерес для модернизации сушильно-дробильного агрегата СДА-250.

1.1   Сушильный агрегат

Сущность изобретения первого патента: в вальце имеется устройство срыва пленки конденсата, выполненное в виде цилиндрического отбойника, снабженного фторопластовым покрытием. Изобретение относится к установкам для сушки жидких материалов, паст, концентратов и может быть использовано в молочной, пищевой, химической и других отраслях народного хозяйства. Известна вальцовая сушилка, содержащая валец с трубопроводом подачи пара, устройства вывода и срыва пленки конденсата, узлы нанесения и снятия материала. Недостатками сушилки являются низкий теплообмен из-за неравномерности прогрева вальца, то есть возможны кольцевые прогревы в зоне впрыска пара высокого давления из-за сложной конструкции устройства для срыва пленки конденсата с внутренней греющей поверхности вальцов, возможность его закупорки окалиной и продуктами окисления, а также возможность закручивания образующегося в результате конденсата.
        Цель изобретения - интенсификация теплообмена и упрощение конструкции.