1. Состояние вопроса Сушка желатинового студня.

Цель сушки желатинового студня - привести про­дукт в состояние, в котором он не загнивает и может длитель­но храниться. Желатиновый студень сушат преимущественно конвективным способом. Сушке предшествуют желатинизация бульонов и формовка студня в виде кубиков, «лапши» и т. д. Сушка бульонов без желатинизации в распылительных или вальцовых сушилках не получила значительного распростране­ния. В процессе сушки в качестве теплоносителя используют атмосферный воздух. Желатиновые студни представляют собой коллоидные продукты, в которых перемещение влаги происхо­дит по сложным закономерностям.

Переход влаги из желатинового студня в окружающий воз­дух совершается путем испарения с поверхности (внешняя диф­фузия) и перемещения влаги из внутренних слоев материала к поверхности (внутренняя диффузия). Воздух в процессе сушки выполняет двойную роль, являясь одновременно передатчиком тепла и влагоносителем. Растворяя и удерживая водяные пары, образовавшиеся вследствие испарения влаги, воздух подводит к материалу тепло, необходимое для испарения влаги. Из существующих режимов конвективной сушки удовлетворяет требованиям сушки студня противоточный способ, т.е. такой, при котором сырой материал в начале сушки соприка­сается с воздухом, имеющим низкую температуру. По мере обезвоживания студня температура воздуха постепенно повы­шается. В конце сушки высушенный материал омывается воз­духом с максимальной температурой.

Желатиновые студни целесообразно сушить при максималь­но высокой температуре, не оказывающей разрушающего воз­действия на степень плавления или разложения студня. С по­вышением температуры увеличивается скорость сушки. При чрезмерно высокой температуре студень размягчается и оседает на сетку, что ведет к потерям продукта и нарушению его формы. Температура на всем протяжении сушильного процесса должна быть несколько ниже температуры плавления студня. Она за­висит от физико-химических свойств, степени гидролиза, кон­центрации студня.

Неблагоприятные условия для сушки желатина создаются летом, особенно в южных районах, когда температура воздуха достигает 26-28°С при относительной влажности воздуха 70-75%. Влагоемкость такого воздуха низкая, и сушка почти пре­кращается или значительно замедляется вследствие плавления студня. Для повышения производительности процесса сушки повышают концентрацию студня и применяют кондиционирова­ние воздуха. Сухой желатин дробят и направляют на составле­ние товарных партий, а затем на фасование, упаковывание и реализацию.

Наиболее острая проблема, стоящая перед желатиновой от­раслью, это проблема желатинизации и сушки желатиновых бульонов. На отечественных предприятиях малой мощности же­латиновые бульоны обрабатывают в основном на оборудовании фирмы Weiss (ФРГ) периодического действия. Основным недо­статком этого оборудования является отсутствие кондициониро­вания воздуха, что ставит производство в жесткую зависимость от погодных условий.

Рис. 1. Сушильная установка периодическое действия (Q-5.СН)

1 - приемная емкость;

2 - мешалка;

3 - запорный шибер;

4 - запорный шибер;

5 - циркуляция холодной воды;

6 - нагнетательный вентилятор;

7 - смотровой люк;

8 - загрузочный патрубок;

9 - сушильный барабан;

10 - ходовой ролик;

11 - зубчатые колеса.

Охлажденная галлерта направляется от съемного валика желатинизатора непосредственно в реза­тельную машину для нарезания на пластинки. Пластинки гал­лерты при помощи транспортирующих шнеков, охлаждаемых водой, направляются в приемные емкости, снабженные мешалкой и охлаждающейся рубашкой. Емкость рассчитана на прием 1400 кг пластинок галлерты, после чего она автоматически помощью мешалки разгрушает продукт в барабанную сушилку Q-5 периодического действия. Пластины сушат горячим воздухом с автоматическим терморегулированием, нагнетаемым вентиляторами через калориферные батареи. В качестве конечной операции предусмотрена стерилизация желатиновых кубиков, по окончании которой сушилка приводится в наклонное положение и продукт выгружается в специальный бункер. Отработавший теплый воздух через циклон вытяжным вентиляттором выбрасывается в атмосферу. Сушильная установка (рис. 1), входящая в поточно-механизированную линию, состоит из сушильного барабана, циклона, двух центробежных вентиляторов (всасывающего и нагнетательного), калорифера, двух конденсационных горшков.

Подающие шнеки направляют размельченную галлерту в приемные емкости с двойной рубашкой для охлаждающей воды. С целью предотвращения слипания плиток следят за потоком охлаждающей воды. Емкость оборудована мешалкой с приво­дом. При заполнении емкости пластинками галлерты мешалка должна быть выключена. Как только приемная емкость полно­стью загрузится пластинками студня, открывают запорный шибер. Одновременно с этим посредством встроенного концевого выключателя автоматически включается мешалка для разгрузки емкости. По окончании выгрузки приемной емкости закрывают запорный шибер и одновременно автоматически останавливается мешалка. Емкость готова к приему новой порции студня. Во избежание прилипания новых порций пластинок студня к ее стенкам промывку емкости следует производить регулярно сначала теплой, затем горячей водой.

Воронка емкости непосредственно соединена с загрузочным отверстием сушильного барабана в его торцевой части. Сушилку загружают при вращении барабана, находящегося в горизональном положении, а также при включенном всасывающем вентиляторе.

Сушильный барабан оборудован съемными крышками, смотровыми окнами, ходовыми роликами, сквозными валиками, конттрольно-измерительной аппаратурой и автоматикой. Все части, оприкасающиеся с желатином, выполнены из нержавеющей стали. В сушильный барабан вмонтированы крестовины из вы­сококачественной проволоки с алюминиемой сердцевиной твердого завальцевания и алюминиевым обрамлением.

Пластинки галлерты сушат горячим воздухом, нагнетаемым вентилятором через шахту калорифера из оцинкованных стальных ребристых труб. Всасывающий вентилятор отсасывает отработавший влажный воздух из сушилки и удаляет его через циклон в атмосферу. Циклон необходим при работе сушильной установки для очистки отработавшего воздуха от желатиновой пыли.

Перед каждым началом работы сушильной установки необходимо следить за тем, чтобы разгрузочный шибер у циклона был открыт. Как только будет наполнен мешок у разгрузочного шбера циклона, его заменяют на новый во избежание скопления желатина в циклоне (это может уменьшить количество рздуха, проходящего через сушильную установку).

Температура сушилки регулируется автоматически посредством программного регулятора температуры. Распределительный шкаф с программным регулятором необходимо устанавливать на совершенно свободном от вибрации месте.

Скорость сушки зависит от влагоемкости поступающего на сушку воздуха, скорости его движения и влагопроницаемости. Во избежание плавления галлерты процесс сушки начинается при 30°С. По мере обезвоживания температура плавления студ­ня повышается и сушка заканчивается при температуре 70°С.

Высушенный продукт представляет собой сухие гранулы аморфной формы с влажностью 10-16%.

После выключения вентилятора сушилка приводится в свое крайнее наклонное положение посредством пристроенной под опорной рамой гидравлики. Открывается выпускная крышка, и высушенные кубики желатина высыпаются в емкость. На­клонное положение сушилки обеспечивает разгрузку в короткое время. Во время ее разгрузки приемную емкость необходимо вновь наполнить кубиками галлерты и можно начинать сушку следующей партии. При этом сушилка должна быть охлаждена перед каждым новым наполнением порции, чтобы предохранить ее от расплавления. Для этого включается на несколько минут всасывающий вентилятор, и сушилка быстро охлаждается за­сасываемым снаружи воздухом.

Техническая характеристика сушильного барабана (Q-5.СН (ФРГ))

Производительность, кг/ч 50 Электродвигатель барабана

мощность, кВт 2,2

частота вращения ротора, мин^-1 1450 Масса студня при одной загрузке сушилки, кг 1400 Расход пара, т/ч 1,5 Рабочее давление пара, МПа 0,3-0,35 Расход воды, м³/ч

холодной (18°С) и горячей (80-90°С) По 0,5

промывной охлаждающей воды (10°С) 2 Габаритные размеры, мм

диаметр 2000

длина 1800

Масса, кг 2200

Благодаря осевому смещению разгрузочного отверстия вы­сушенный желатин высыпается из барабана в течение коротко­го времени и через перфорацию поступает в приемник, верхняя часть которого представляет собой воронку для приема жела­тина. Приемник имеет выгрузочное отверстие диаметром 80 мм и оборудован запорным шибером для регулирования подачи желатина в пневматическую линию.

Для выработки желатина высших сортов применяют оборудование фирмы “Johnson” (Швеция).

Ленточная сушилка представляет собой закрытый канал, разделенный на восемь температурных зон, на границах разде­ления которых смонтированы подогревающие паровые калори­феры и четыре промежуточных зонных вентилятора. На выходе из последней, восьмой зоны установлен вытяжной вентилятор. Лента-сетка сушилки, секции которой закреплены на звеньях несущих цепей, выполнена из нержавеющей стали и проходит по всей длине сушилки.

Сушка студня осуществляется следующим образом. Воздух с начальной температурой 18±2°С многократно пронизывает пористой слой студня при продвижении его в зонах сушилки. При этом температура воздуха ступенчато повышается в ре­зультате подогрева зонным калорифером и к концу процесса составляет 60-65°С. Поддержание заданной температуры суш­ки по зонам осуществляется автоматически. Схема автоматиче­ского регулирования температуры выполнена на базе термомет­ров сопротивления, командных приборов и регулирующих кла­панов с электроприводом.

По мере прохождения зон «лапша» постепенно обезвоживается и на выходе из сушилки образуется так называемый сухой «пирог», который затем после прохождения изгиба ленты на выходе из сушилки предварительно измельчается в дробилке, состоящей из двух валков, вращающихся с разными скоростя­ми. Верхний вал служит для подачи слоя желатина. Его привод осуществляется от ведущего вала ленты сушилки, а нижний, дробящий желатин, приводится от мотора-редуктора мощностью 735,5 Вт. Предварительно измельченный желатин подается на повторное дробление в дробилку молоткового типа производи­тельностью 2 т/ч (N=4,5 кВт, n=1500 мин^-1). Повторно из­мельченный желатин пневмотранспортом направляется на сме­шивание, приготовление товарных партий, фасование и упако­вывание желатина.

Для обеспечения нормального процесса сушки предусмотре­на аварийная световая сигнализация. В случае перегрузки электродвигателей, установленных на сушилке, отключаются тепловые реле соответствующего двигателя, включается табло, сигнализирующее о нормальной работе двигателя, и загорается табло аварийного отключения.

Техническая характеристика линии фирмы “Johnson” (Швеция) для сушки желатина

Производительность, кг/ч 150-165

Конечное влагосодержание, % 11-13

Объем сухого воздуха, м³/ч 38000 Продолжительность сушки, ч Около 2,5

Оборудование по производству пищевого желатина фирмы «Марубени» (Япония) имеет ряд преимуществ по сравнению с оборудованием шведской фирмы “Johnson”.

Сушку желатиновой «лапши» производят сушилками с ис­пользованием для осушения воздуха катабара. Сетчатые ленты изготовлены из нержавеющей стали.

Ширина ленты 2240 мм, длина 32 м; скорость движения ленты переменная от 0,075 до 0,3 м/мин. Расход воздуха для сушки 625 м³/мин, а при охлаждении желатинового раствора в I зоне—15 м³/мин. Производительность сушилки 200 кг/ч при концентрации раствора 25% для одной линии.

Для сутки желатина при использовании этой сушилки по­казатель абсолютной влажности 0,005 кг/кг является наиболее эффективным. В случае увеличения показателя влажности суш­ка становится неэффективной, а производительность понижает­ся. Если показатель влажности становится очень малым, внеш­няя корка желейной массы пересушивается и препятствует диффузии воды, находящейся внутри желейной массы, которая не поддается сушке.

Зимой профильтрованный наружный воздух автоматически нагревается до 15°С (если его температура недостаточно высо­ка) и увлажняется автоматически до 0,005 кг/кг абсолютной влажности (если она слишком мала). Воздух проходит через камеру катабар, но жидкость катен при этом не используется. Воздушный фильтр, извлекаемый время от времени для очист­ки, промывают вручную или обрабатывают сильным потоком воздуха.

Летом профильтрованный наружный воздух осушается при прохождении через катабар с использованием жидкости катен, и направляется к первой зоне сушилки. Жидкость катен, впи­тавшая в себя влагу наружного воздуха и превратившаяся в разжиженное состояние, перекачивается в регенератор, нагре­вается с помощью пара, осушается и охлаждается. После этого ее используют снова.

Желатин «лапша» последовательно проходит все зоны су­шилки с первой по девятую. Воздух также проходит через эти зоны. В каждой очередной зоне воздух поглощает влагу и его температура понижается. Затем он нагревается с помощью нагревательного прибора и поступает в следующую зону.

Продолжительность сушки зависит от скорости движения сетчатой ленты (от 0,075 до 0,3 м/мин) Продолжительность прохождения всего пути от входа до выхода от 2 до 7 ч.

После сушки высушенный желатин размельчают с помощью дробилки для грубого дробления на частицы диаметром меньше 25 мм и перемещается воздушным потоком для превращения в порошок в дробилках тонкого помола.

Полуавтоматическая линия по производству пищевого жела­тина производительностью 200 кг/ч включает в себя следующие технологические операции: фильтрацию, стерилизацию, концент­рацию и желатинизацию желатиновых бульонов; сушку и кон­диционирование воздуха; дробление, составление товарных партий, фасование и упаковывание готовой продукции.

Желатиновая лапша выходит из вотатора и рас­пределяется равномерно на сетчатой ленте при помощи качаю- щегося конвейера сушилки. Слой желатина попадает на основ­ной конвейер и проходит зону просушивания длиной 30,3 м. В это время желатин находится под воздействием высокоско­ростного воздушного потока, уровни температуры и влажности которого регулируются. Скорость движения конвейера изменя­ется от 0,075 до 0,3 м/мин. Конвейер оснащен загородками из листов нержавеющей стали с обоих краев для предотвращения выпадания желатина вниз.

Аппараты для промывки ленты расположены в нижней части выхода из сушилки. Ленты конвейеров опрыскивают горячей водой (около 80°С). Для очистки сетчатой ленты применяют также щеточное оборудование.

Вода после промывки стекает в лоток. Пар, образующийся при опрыскивании горячей водой, удаляют с помощью вытяж­ного вентилятора. При вводе в сушилку 800 кг (25% всего объ­ема продукции) желейной массы желатина, плотность частиц которого составляет 22,75%, обеспечивается выход 200 кг/ч су­хого желатина с влажностью 9-14% при условии, что крепость массы превышает 160 блюмов.

Сушилка состоит из туннеля, разделенного на девять зон сушки, и одной зоны охлаждения. Поток воздуха движется сни­зу вверх в зонах сушки 1, 2, 4 и 6 и сверху вниз в зонах сушки 3, 5, 7, 8, 9 к в зоне охлаждения.

Воздух, поступающий в сушилку, фильтруется, предвари­тельно нагревается, увлажняется зимой и осушается летом с помощью катабара, в котором в качестве поглотителя исполь­зуют раствор хлорида лития. Использование хлорида лития способствует сведению к минимуму количества микроорганиз­мов в воздухе.

После входа в сушилку осушенный воздух проходит сниз вверх через открытую сетчатую ленту конвейера и пористый слой желатина в первой зоне сушки. Во второй зоне поток воздуха снова движется снизу вверх. Затем направление движения по­тока воздуха будет попеременно изменяться вниз и вверх по мере прохождения им зон сушки. С помощью спиралей парово­го обогрева регулируется температура потока воздуха во время его прохождения через сушилку. В целях предотвращения ка­кого-либо ухудшения качества желатина температура горячего воздуха регулируется автоматически с помощью парораспреде­лительного клапана.

Для устранения из состава наружного воздуха, поступающе­го в сушилку, посторонних примесей и капелек влаги сушилка оснащена фильтром.

После выхода из сушилки желатин представляет собой по­ристую массу «высушенного желатина». Эта масса охлаждает­ся в зоне охлаждения, длина которой составляет 1,8 м, а затем измельчается на мелкие частицы с помощью дробилки грубого дробления.

Дробилки расположены со стороны выхода конвейера. Измельченный желатин собирается в бункере.

Для сушки желатина при использовании описываемой су­шильной установки наиболее эффективной является абсолютная влажность воздуха 0,005 кг/кг. В случае повышения влагосодержания степень эффективности сушки и производительность установки понижаются. Если влагосодержание становится слишком низким, внешняя корка желейной массы пересушива­ется и препятствует диффузии влаги внутри желейной массы,, которая не высушивается.

Зимой профильтрованный наружный воздух подогревается автоматически до 15 °С, если его температура слишком низкая, и увлажняется автоматически до 0,005 кг/кг абсолютной влаж­ности, если уровень его влагосодержания очень низкий. Воздух проходит через катабар без использования жид­кости катен.

Летом профильтрованный наружный воздух осушается в катабаре с использованием жидкости катен и направляется в зону сушки. Жидкость катен, которая поглощает влагу, со­держащуюся в поступающем воздухе, разжижается. Она отка­чивается с помощью насоса и подогревается паром. Таким об­разом, жидкость катен циркулируется и используется вторично. Летом, если температура подаваемого воздуха на выходе из катабара превысит 20°С, паронагреватель зоны сушки следует выключить, а подаваемый воздух охлаждать с помощью вто­ричного холодильника.

Если температура точки росы наружного воздуха становится ниже 4°С, необходимость в осушении с помощью устройства катабар отпадает.

2. Технические описания и расчёты.

2.1. Описание принципа работы технологической схемы.

Исходный продукт – кубики желатина, размером 4х4 мм с содержанием влаги W_н = 45 % и температурой θ₁=30°С, при помощи шнека Ш подается в сушильную камеру С. Снизу в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ. Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t₀=23.7°С и относительную влажность φ₀=67 % [ ]. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t₁=70°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего температуру 99,1 при давлении 1 атм. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t₂=45°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон СК-ЦН-34 и далее в скруббер “Вентури”. Из скруббера “Вентури” воздух выбрасывается в атмосферу. Шлам из скруббера собирается в емкости Е. Орошение отработанного воздуха в скруббере осуществляется водой, подаваемой под давлением 300 кПа.

Сухой продукт с содержанием сухих веществ 85% и имеющий температуру θ₂=40°С из нижней части сушильной камеры поступает в бункер высушенного материала Б₁ и далее на ленточный транспортёр, а из циклона СК-ЦН-34 – прямо на ленточный транспортёр.