tepeln Á zaŘÍzenÍ

TEPELNÁ ZAŘÍZENÍ TZ8

Sušárny

Sušárny konvekční, kontaktní, rozprašovací

Rudolf Žitný, Ústav procesní a zpracovatelské techniky ČVUT FS 2010

Odparky – var v kapalině

Sušárny – jako pára ohřevem látky (tuhé nebo pastovité)

Mechanicky – odstřeďováním nebo lisováním

Osmoticky – rozdílem osmotických tlaků

sůl/cukr

Jak se dá odstranit voda? TZ8

Sušárny TZ8

Sušárny jsou aparáty, v nichž se přívodem tepla odstraňuje z materiálu vlhkost vypařovánímnebo sublimací. Procesy, které se při sušení odehrávají, jsou tedy kombinací přenosu tepla(přívod tepla sušenému materiálu) a přenosu hmoty (odvádění vlhkosti). Sušárny lzeklasifikovat dle různých kritérií:

- dle způsobu přívodu tepla (konvekcí, kondukcí, sáláním, mikrovlny)- dle sušícího media kam se odvádí vlhkost (vzduch, spaliny, inerty, vakuum)- dle charakteru kontaktu proudění sušícího prostředí (fluidní lože, proudové, ....)- dle pohybu sušeného materiálu (v klidu, mechanické či pneumatické přesouvání...)- kontinuální/ diskontinuální provoz.

Při výběru vhodného typu sušárny mohou pomoci expertní systémy, vycházející zinformací o sušené látce, požadované kapacitě, tepelném výkonu a režimu provozu sušárny(Schultz 1993). Základní kvalitativní informace tohoto druhu použijeme v následujícíchpřehledových tabulkách a s tímto významem symbolů:

S-suspenze, P-pastovité materiály, R-partikulární materiályML-nízká kapacita, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas)QL-nízký tepelný výkon, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon K-kontinuální provoz, B-periodický provoz.

Hodnocení + znamená, že sušárna danému kriteriu vyhovuje, - nevyhovuje, O záleží naokolnostech.

Výběr sušárny S-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-

vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická

TZ8

Konvekční sušárny – p řenos tepla a hmoty (vlhkosti) je zabezpečen sušícím prost ředím (teplým vzduchemspalinami). Prakticky vždy lze použít recirkulaci sušícího media. S P R M

L M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

O + + + O - + - - - + Ofukovaná nehybná vrstva

Komorové (diskontinuální), pásové (kontinuální souproud nebo protiproud média). Obr. APV Mitchell

S P R M L

M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

- O + + + O + + O - + Profukovaná nehybná vrstva

Hrubší zrna, napr. obilí, krystaly, granulky, ovoce, zelenina Odpařovací výkon cca 10 až 100 kgm-2h-1. Spotřeba tepla 4-5 MJkg-1.

Vhodné pro sušení, kde převládá vnitřní difúzní odpor, tj. především u kusových látek: ovoce, bobuloviny, zelenina, maso

Malý odpařovací výkon cca 1 kg.m-2.h-1

Komorové nebo pásové (kontinuální) sušárny. Příčné proudění sušícího media (např. zdola u vlhkého /kypření/ a shora u částečně vysušeného materiálu). Rychlost sušícího vzduchu < 5 m.s-1.



TZ8

Konvekční sušárny – p řenos tepla a hmoty (vlhkosti) je zabezpečen sušícím prost ředím (teplým vzduchem,spalinami). Prakticky vždy lze použít recirkulaci sušícího media. S P R M

L M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

Impaktní (tryskové) sušárny

Textilie, papír, fólie, filmy

+ + - + O - + O - + + Pěnové sušení

Zeleninové a ovocné šťávy, instantní produkty (protlaky, džúsy)

Jsou to vlastně sušárny s ofukovanou vrstvou, ale dosti specifické - jde o sušení pásů otryskávaných horkým vzduchem (štěrbiny, kruhové trysky). Ofukování může být i oboustranné (pás, pohybující se na vzduchovém polštáři).

Obr. Langbein Engelbracht

Zahuštěná šťáva se zpěňuje (přísady esterů mastných kyselin) a nanáší na perforované desky. Kráterování pěny profukováním vzduchem (nebo N2 pro snížení oxidace). Sušení v komorové nebo tunelové sušárně a seškrabování produktu. Existují i varianty rozprašovacího a vakuového pěnového sušení.



TZ8

Konvekční sušárny

S P R M L

M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

- - + O + + O + + + -

. - - + + + + + + + + +

Bubnová sušárna

(mechan.-gravitační přesypávání)

Rotující buben má vestavby, které přesypávají sušený materiál a zvyšují kontaktní plochu se sušícím mediem. Používá se souproud (teplotně citlivé materiály) i protiproud (pro maximální dosušení, třeba i odstranění chemicky vázané vody /kalcinace/)

Polydisperzní materiály (100 μm až 0.1 m) s požadavkem na delší doby zdržení. Krystalické i drobně kusové materiály (chemikálie, keramické materiály, ale např. i zrněné maso). Odpařovací výkon se vztahuje na jednotku objemu bubnu, cca 10 až 100 kg.m-3.h-1

Spotřeba tepla 4 až 8 MJ.kg-1

Šachtová sesypná sušárna

(gravitační přemísťování sušeného materiálu)

Proudění sušícího media (např. spalin) je v obvykle příčné (zmenšení tlakových ztrát a zvýšení rychlosti sušení než kdyby plyn proudil zdola). Vestavby zajišťují lepší promíchávání materiálu. Provoz je typicky kontinuální.

Sypké materiály, obilí, drcené uhlí



TZ8

Konvekční sušárny – p řenos tepla a hmoty (vlhkosti) je zabezpečen suš ícím prost ředím (teplým vzduchem,spalinami). Prakticky vždy lze použít recirkulaci sušícího media .

S P R M L

M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

- O + + + + + + + + +

Fluidní sušárny (gravitační přesun fluidujícího sušeného materiálu)

- - + O + + O + + + - Vibrofludní sušárny (přesun materiálu vibracemi)

Obr. Escher Wyss

Bublající cirkulační nebo fontánující fluidní lože. Sušícím i fluidním mediem mohou být vzduch nebo spaliny. Nevýhodné RTD lze zlepšit vestavbami. Někdy se využívá cyklické ohřívání a chlazení.

Vhodné především pro víceméně monodispersní materiály.

Chemikálie, vláknité materiály, obilí, ovoce, zelenina, cukr krystal, glukóza.

Chlazení nebo dosušování meziproduktu např. z rozprašovacích sušáren.Mléčné produkty, sole, kyselina citronová, aj.

Odpařovací výkon cca 90 kg.m-3.h-1, spotřeba tepla 3.3 až 3.5 MJ.kg-1



TZ8

Konvekční sušárny

S P R M L

M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

- - + - + + O + + + - Proudové sušárny

. + O - + + + + + + + -

Rozprašovací-sušárny

Rychlost sušícího vzduchu musí být vyšší než pádová rychlost sušených částic (8 až 40 m.s-1). Souproudý režim, značné nároky na odlučovače.

Obr. Barr Murphy.

Práškovité, zrnité nebo vláknité materiály, pokud nejsou citlivé na mechanické poškození a pokud nejsou příliš abrazivní (škrob, mláto, lepky, kvasinky, kostní moučka, polévky, polymery /PVC, polypropylen, polystyren/, kaolin). Velmi krátké doby zdržení (sekundy) umožňují odstranění pouze volné vody. Odpařovací výkon 4 až 300 kg.m-3.h-1, spotřeba tepla 3.7 až 8.8 MJ.kg-1

Sušení disperze rozprášené tryskami nebo rotujícím diskem. Většinou souproud (přívod horkého vzduchu shora), ale vyskytují se i jiné varianty. Rychlosti kapek cca 150 m.s-1, průměry kapek 10-100 μm.

Obr. Niro Atomizer

Šetrné sušení mléka, vajec, zmrzlinových směsí, dětská výživa, ovocné šťávy, škrob, glukóza, masové extrakty, káva, kakao (instantní potraviny), dále barviva, plasty (PVC), léčiva, mycí prášky. Odpařovací výkon 1.5 až 48 kg.m-3.h-1 Spotřeba tepla 4.6 až 11 MJ.kg-1



TZ8

Kontaktní sušárny Přenos tepla kondukcí - přímým kontaktem sušeného materiálu s vyhřívanou plochou (tepelný odpor je podstatně nižší než u konvektivních sušáren). Úkolem sušícího media je jen odvádění vlhkosti, proto lze využívat šetrné sušení termolabilních látek při nízkých teplotách za podtlaku (i při vysoké relativní vlhkosti sušícího media může být dostatečný rozdíl parciálních tlaků vodní páry mezi povrchem materiálu a v sušícím mediu). S P R M

L M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

O + + + O - + - - - + Valcové sušárny

- O + + + O + + O + + Bu bnová sušiareň

Sušený materiál je nanášen na topný buben např. nanášecími válečky, rozstřikem. U dvouválcové sušárny se suspenze může lít přímo do prostoru mezi válci. Rozvod páry i odvod kondenzátu osou bubnu.Válcové sušárny jsou obvykle atmosférické, i když existují i podtlaková provedení. Doby sušení 2-10 s. Tloušťka vrstvy < 0.5 mm. Obr. Büttner

Vhodné pro pastovité či kapalné látky (u dvouválcové sušárny též třeba pařené brambory), kvasnice, dětská výživa, ovocné a zeleninové vločky, krmiva.

Odpařovací výkon 7-30 kg.m-2.h-1

Spotřeba tepla 2.9 až 5.7 MJ.kg-1

Uspořádání je prakticky totožné s bubnovou konvektivní sušárnou. Topným mediem je ale pára, vyhřívající trubky vedené vnitřkem bubnu. Protože tyto parní trubky rotují spolu s bubnem, je třeba páru i kondenzát vést rotačními rozvaděči

Relativně křehké krystalické materiály a polymery.

Spotřeba tepla 3.8 až 6.3 MJ.kg-1



TZ8

Kontaktní sušárny

S P R M L

M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

O + + + + - + O - - +

O + + + O - + + - O +

Typická vakuová sušárna, lopatky slouží k promísení sušeného materiálu. Topí se vnější plášť sušárny

Lopatková sušárna

Sušení barev, práškových kovů, acetátu celulózy, škroby. Odpařovací výkon 10-15 kg.m-2.h-1, spotřeba tepla 2.9 až 4.2 MJ.kg-1.Při dosušování je odpar 0.5 kg.m-2.h-1, spotřeba tepla až 10 MJ.kg-1

1) Sušený materiál se zmrazí (vysoká rychlost zmrazování vytváří malé ledové krystalky, které nepoškozují strukturu buněk). Zmrazuje se buď proudem vzduchu, chlazením kontaktních ploch, kapalnými plyny nebo vakuovým chlazením (obr.Krauss Maffei - kontinuální talířová sušárna).

2) Sublimace ledu v komorách nebo tunelech, zpravidla za sníženého tlaku 10 až 100 Pa. Během sublimace se přivádí teplo z kontaktních ploch (existují i varianty s infra- nebo mikrovlnným ohřevem). Při zahřívání nesmí dojít k překročení teploty tání ledu.

Energeticky i investičně nejnáročnější sušení (to už je dáno principem - součet energie potřebné na zmrazení a sublimaci je vždy větší než na pouhé odpaření).

Vhodné při extrémních nárocích na kvalitu zpracování: čaj, káva, krevní plasma, ovoce, zelenina, luštěniny, zeleninové šťávy, žampiony.

Sublimační sušárny



TZ8

Radiační sušárny

S P R M L

M M

M H

Q L

Q M

Q H

K B

O + + + O - + - - - +

Infračervený ohřev

- O + + + O + + O + +

Dielektrický ohřev

+ + - + O - + O - + +

Mikrovlnné sušárny

Záření je emitováno buď klasickými žárovkami, nebo topnými tělísky či pórézními keramickými deskami na nichž probíhá katalytické spalování plynu. Sušárny se často kombinují s tryskovým konvektivním sušením.

Frekvence elmag. pole cca 1 až 200 MHz.

Mikrovlny generované magnetronem na frekvenci 900 nebo 2450 MHz. Ohřev zevnitř vypuzuje vodu k povrchu sušeného materiálu.

Materiály s nízkou vlhkostí (<20% - dosušování). Mikrovlny ohřívají především polární látky - vodu, tuky, některé plasty. Vhodné pro nátěry, lepidla, papír, kůže, textilie, léky, keramiku, PVC, PP, polyamidy, potrav. látky (zelenina, ovoce, rýže, brambůrky, těstoviny, tabák).

Dřevo, papír, plasty, termolabilní potraviny.

Spotřeba energie cca 3 MJ.kg-1.

Nátěry, automobily, papír, textil, ovoce, zelenina, kakaové boby, zrní

Odpařovací výkon až 35 kg.m-2.h-1

Příklady sušáren GEA, APVTZ8

GEA Group (Process Engineering Inc.) znamená Global Engineering Alliance

Je to nadnárodní společnost, pod kterou se skrývá většina značek, s jejichž produkty jsme se v předmětu tepelných zařízení setkávali, Wiegand, Kestner, Alfa Laval, Niro, … vývojová a výrobní centra jsou rozeseta po celém světě.

Upřímně řečeno, nevím už přesně, kdo je kdo, kdo komu patří… možná trochu pomůže následující seznam firem.

Například u sprejových sušáren bylo možné místo GEA Niro, zvolit APV Anhydro (stejně jsou to všichni dánové). Uvádím alespoň odkaz na APV Dryer Handbook.

V Ćeské republice jsou některé filiálky nadnárodních společností, které se alespoň výrobou sušáren zabývají, např. HB Krako (patřicí do HB Group) – klasické a adsorpční sušárny (nehledejte za tím žádný zázrak – odvlhčování sušícího vzduchu na rotačních adsorbérech).

Čestnou výjimkou je brněnská firma ROMILL – vyrábí a dokonce i navrhuje mikrovlnné sušárny.

http://docnav.grasso-global.com/DocNav_Eng/Sources_e/DBo_e/GEA%20brochure.pdf

http://www.foodprocessing-technology.com/contractors/indexAtoZ.html

http://www.che.utexas.edu/cache/trc/dryer.pdf



GEA vymražovací sušárnyTZ8

Kontinuální systém CONRAD zmražený materiál prochází

vzduchotěsnou vstupní komorou

Kondenzátor a odledovač jsou přímo uvnitř sušícího tubusu.

Sušený produkt (káva, čaj, zelenina, farmaceutika, enzymy…) se nejprve zmrazí (CAB-kontinuální vzduchový pásový zmrazovač), drtí, prosévá a dávkuje na palety, které jsou zaváženy do vymrazovacího vakuového tunelu CONRAD.

GEA Barr-Rosin Inc. Fluidní sušárnyTZ8

Vibrační fluidní lože pro sušení zrní

Vysokoteplotní fluidní lože (např. čištění formovacího písku) integrované s chladičem

Otevřený systémObvyklý systém pro sušení (odstraňování vody). Dmychadla na vstupu i výstupu zajišťují mírný podtlak v prostoru nad fluidním ložem. Používá se přímý i nepřímý ohřev. Odcházející vzduch se čistí v kombinaci cyklonových odlučovačů, vypírky (scrubbers) a rukávových filtrů.

Uzavřený systémPoužívá se tehdy, když jde o odstranění těkavých látek (rozpouštědel) nebo když nemá být sušená látka v kontaktu s kyslíkem (recirkulují inertní plyny). Rozpouštědla se odstraní v mokré vypírce.

Fluidní sušárny jsou obvykle dvoukomorové, oddělené distribučním sítem, kterým se přívádí předehřátý vzduch (vzduchem se obvykle dodává jen zhruba třetina potřebného tepla, většina z topných panelů, které jsou vložené přímo do fluidujícího materiálu, viz obr).

Průtok vzduchu musí být takový, aby bylo lože udržována ve vznosu (tj. tlaková ztráta při průtoku pevným ložem musí být větší než váha sušeného materiálu), ale zase ne tak vysoký, že by docházelo k úletu velkého množství materiálu.

Patentované distribuční síto Niro, navržené tak, aby příliš velké částice byly odfoukávány stranou a odváděny pryč.

GEA Niro – rozprašovací sušárnyTZ8

A

B

C

D

E

F

Atomizer (disk nebo tryska)

Rozvaděč vzduchu

Kalorifer (ohřev parou nebo elektricky)

Válcová sušicí komora s fluidním ložem v konickém dnu

Odlučovače

Pneumatické nebo vibrační dopravníky sušeného prášku

GEA Niro TZ8

Různé varianty uspořádání toku sušicího vzduchu i sušené látky v komorách rozprašovacích sušáren GEA Niro A/S

GEA Niro atomizeryTZ8

Tryska Disk

Poznámka: sprejové sušárny se dělají i tak, aby bylo možné zaměňovat trysku za rotující disk dle typu právě zpracovávaného produktu.

Příklady aplikacíTZ8

Estes

GEA Niro Instantní mléko TZ8

Pokud Vás zajímá technologie zpracování mléka a výroba instantního prášku mohu snad doporučit knihu

Vagn Vestergaard: Milk Powder Technology. Niro A/S, 2004 (páté vydání).

Kniha má 337 stran, ale je tam hodně o tom, jak navrhovat sprejové sušárny a o technologii mléka.

Zde jen krátce k následujícím schematům sprejových a fluidních sušáren Niro MSD a k vícestupňovému sušení. Zpracování mléka probíhá v následujících krocích

-Zahušťění mléka v odparkách s klesajícím filmem a mechanickou rekompresí brýd.

-Mléko zahuštěné na 50% je ohřáto v trubkovém výměníku

-Rozprašovací sušárna s tryskami typu MSD (dvoustupňová). Sušicí vzduch je předehřát kondenzátem odparky a parou. Vysušení až na měrnou vlhkost 10% v komoře sušárny a dosušení ve fluidním loži, které je integrované s rozprašovací sušárnou.

-Dosušení a zchlazení prášku ve vibrofluidním dopravníku VIBRO-FLUIDISER

GEA Niro Instantní mléko TZ8

GEA Niro Instantní káva TZ8

tepeln Á zaŘÍzenÍ

Documents