Способ нагрева воздуха,предназначенного для высушивания продуктов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 151277 (21) 2555299/28-13 (51М

F 26 В 3/00 (23) Приоритет — (32) 29.12.76 (31) 755414 (33) США

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.1181.Бюллетень Ио 42

Дата опубликования описания 15.11.81 з УД)(66. 047 (088. 8) Инес=ранцы

Рональд Леон Мадл, Фрэнк Джозеф аймон; Джерри

Томас Оптино (СЫА) Иностранная фирмф

„Ральстон Пьюрина 1;омпвни (С!ЛА) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ НАГРЕВА ВОЗДУХА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО для высжяивАния пРОдуктов

Изобретение относится к способу нагрева воздуха, предназначенного для высушивания продуктов, например белковых материалов, в соответствии с которым высушивающий воздух нагревается при непосредственном контакте с горелкой, функционирующей таким образом, что происходит значительное уменьшение попадания нежелательных продуктов горения горелки в белковые материалы, подвергаемые высушиванию.

Высушенные пищевые материалы„ наптзимер такие, как белковые материалы, широко используются в качестве составных частей пищевых продуктов, Выоушивание белкового материала производится в силу того, что высушенный материал легче хранить, а так же более удобно использовать в ка- 2() честве пищевого ингредиента.

Нагретый воздух приносит тепло, которое тоебуется для испарения вла- . ги.при этом воздух становится носителем влаги. удаляемой из сушильной 25 камеры. Воздух, необходимый для высушивания, обычно фильтруется и нагревается перед тем, как пройти через распыленный белковый материал. Пропускание воздуха через камеру произ- 3р водится при помощи нагнетающей или .же всасывающей системы.

Нагревание воздуха, необходимое для высушивания, может быть осуществлено различными способами.

Известен способ нагрева воздуха путем создания смеси горючего топлива и воздуха и подачи воздуха-в образующееся пламя 1,1).

Однако IIDH таком способе. продукты горения из пламени попадают- в нагреваемый воздушный поток. Типичными продуктами горения,.которые попадают в нагреваемый воздушный поток, являются такие газы, как окислы углетзода и азота. Появление окислов азота вызывает наибольшие трудности при высушивании пищевых ингредиентов, таких как белковые материалы, в силу того, что создаваемая при горении двуокись азота попадает в воздух,,используемый в процессе высушивания, а так как в. высушиваемых прсдуктах присутствует вода, то укаэанная двуокись азота превращается в высушиваемых продуктах в азотистую кислоту (НМО ), В том случае, когда белковый материал еще остается несколько подкисленным, азотистая кислота, которая

882474 образчется в белковом продчкте., оказынается довольно стабильной и не подверженной легкой диссоциации или окислению с образованием нитритов, обладающих способностью чдеоживаться в белковом продукте. Относительная стабильность азотистой кислоты в кислой среде создает возможность для бопее легкого ее удаления из белковогО материала вместе с водой, при этом при высушивании белкового материала в кислой среде с рН меньше 6,0 образование нитрктов, остающихся в белковом матеоиале после его высушквания, снижается. Однако в том случае, когда среда не кислая, наблюдается тенденция азотистой кислоты к иониза- 15 ции кли диссоциации с образованием в итоге читрита (ИО ), который довольно трчдно удаляется иэ белкового материала с водой в.процессе его высушквания, TQ Обусловлено HQHHQA QQ формой нитрита. В результате в состав высушенного белкового материала входит нежелательный нитритный остаток. Следовательно, возникает необходимость в вазраба ке способа кото- 25 рый бы обе печквал удовлетворительное обезвоживание или высушивание белкОвых кк pe+i(Кентоном включая к o2c тктельные белковые выделения, незавкснмО От ТОГО, кислая соеда или нет, прн HeгpeBаккк воздушного пОтока кспольз :емого в,т оцессе» нысушинанкя непосредственно йяаменем Горелки и который бы уменьшал ОбраэОвание ни трктных ОстаткОв в высушенчих белкО вых ингредиентах. З5

Це ью кзоб ег к я явчяется у у ну шение абра=-оваккя продуктов сгорания, загрязняпщих воздух, подаваемый на сушку, путем увеличения степени сгорания топлива. 46

Эта цель достигается тем, что согласно способу нагрева воздуха, предназначенного для высушиваиия продуктов, путем создания смеси горючего топлива и воздуха и подачи воэдчха в щ

Образующееся пламя, для образования смеси берут стехкометрическое количество воздчха, при этом смесь подают в количестве 80% воздуха, обеспечивающем выход горелки 288000 — 50

768000 BT/ì, с последующим экраниоованием пламени, при этом воздух, подаваемый на сушку, имеет скорость

10,2 — 25,4 м/с к последний нагревают до 166 — 3160C.

В соответствии с изобретением оазработан способ высушивания пищевых материалов, в частности, белковых ма" териалов, основанный на непосредственном контакте пламени, или горелки с воздухом, используемым для высушива- 6О иия, в котором загрязнение высушенного материала нитритами или другими остаточными продуктами горения пламени уменьшено. В соотнетствии с изобретением разработан такой способ, н 65 котором нагревание высушиваюшего воз духа осуществляется пчтем непосредственного контакта с горелкой (или с пламенем), действующей на горючем газе нли топливной смеси, при этом данный способ включает в себя создание горючего газа или топливной смеси путем смешивания горючего, газа с воздухом в стехиометрическом соотношении для обеспечения практически полного сгорания укаэанного газа или топлива; подведение указанной топливной смеси к горелке, используемой для нагревания высушивающего воздуха, обеспечивающей достаточно высокую скорость сгорания топливной смеси, при которой выделяется такое коли— честно тепла, которого достаточно для нысушинания. белкового материала (количество указанного тепла лежит в диапазоне 288000 — 768000 Вт/м).

Скорость воздушного потока, который используется для высушивания, должна быть не менее 10,2 м/с, наиболее предпочтительное ее значение должно лежать в диапазоне 10,2 — 28,4 м/с.

Кроме того, пламя зкранируется от указанного потока высушивающего воз— духа таким образом, чтобы практически исключить явление аэрации чказанного пламени от высушивающего воздуха при горении.

Выполнение укаэанных мер в про цессе работы горелки, использчемой для нагренания высчшивающего воздуха, сводит к.минимуму или, по крайней мере, уменьшает попадание продуктов горения в воздушный поток. Это, в свою очередь, приводит к снижению количества образующихся в высушиваемом белковом материале остаточных продчктов горения горелки, таких как нитоиты. укаэанное действие горелки для нагревания используемого в процессе высушивания воздушного потока практически может быть использонано для распылительного высушивания пищерых материалов, которое является наибоЛЕЕ ШИРОКО ПОИМЕКЯЕМОй фОРМОй ВЫСУшивания. однако рассмотренное действие горелки в равной степени может быть поименено и к дрчгим способам высчшкнания для нагревания воздушного потока, используемого для удаления влаги. Таким образом, изобретение конкоетиэиоовано применительно к распылительиому высушиваиию белковых материалов и может быть использовано для осчществлеиия нагревания высчшиваихаего воздуха в оаспылительных высушивающих установках различного типа, включая высушиваиие чстаиовки с горизонтальной и вертикальной камерами, н которых имеет место как протекание воздушного потока, так и чдалеиие влаги иэ белкового

882424 материала под аействием чказанного образование продуктов сгорания, повоздушного потока. падающих в высушивающий воздух, миниВ число рассмотренных мер входит мально, в соответствии с изобретенисоответствующее упоавление пламенем ем составляет величину порялка или горелкой, которая используется Q8800Q Вт/м,а наиболее предпочтительв процессе нагревания высушивающего, 5 ное значение аанной величины равняетвоэдуха. Белью такого управления яв-. ся 576000 Вт/м.Значение минимального ляется сведение к минимуму попадания теплового выхода, которое может быть продчктов горения, обоазчющнхся при использовано, нельзя рассматривать горении горелки, в высушивающий воз- из чсловия только лишь обеспечения

ЯУ х. Необходимое сочетание чказан- . низких уровней окислов азота, попадаюi0 ных MeD, в первую очеоедь, зависит щих в воздчшный поток, так как при от образования топливной или газо- чоезмерно малых значениях теплового вой смеси, которая используется в выхода горелки выделяющегося тепла процессе гооения. При этом для прак- может оказаться недостаточно для нетически полного сгорания топливной обходимого высушивания белкового масмеси перед подачей топлива или га- 1> теоиала. Исходя из этого, изобретеза в гооелки необходимо произвести ние имеет огоаничение в смысле обесего смешивание с воздухом в стехио- печения необходимого теплового выхометрическом соотношении. Пругой оп- аа,:позволяющего достигнуть уаовлетределяющей мерОй работы горелки явля- вооительное высчшивание пищевого мается скорость сгорания, а следова- 20 теоиала пои условии. чтобы тепловой тельно, и тепловой выход, которые выхоа горелки не превышал 576000 Вт/м.. должны быть такими, чтобы обеспечить Упоавление тепловым выходом в лиапавыделение достаточного количества тепла, необходимого для пооцесса него поедела. позволяет избежать обвысушивания. Однако cKDDocTb сгорания,25 оаэования нежелателг-ныл количеств а следовательно, тепловой выход не . должны превышать некоторого значения, ный поток, котОоый .используется пля при котором происходит значительное высчшивания белкового материала.

Увеличение попаДаниЯ проауктов сго- Управлени потоком высушивающего рания из пламени в высушивающий Во3 0 возауха также имеет важное значение, дчх. В состав укаэанных опоеделяющих хотя оно в меньшей степени влияет мер входит также чправление пламенем на образование нежелательных окислов или горелкой с целью свести к «»му азота, попадающих в высушивающий возму аэрацию пламени в процессе горения аух, по сравнению с дрчгими, оассмотвозникшую под действием высушивающе З5 ренными выше фактооами. Пои этом го воздуха. Все названные факторы скорость воздчшного потока. который (меры) оказывают существенное влия используется для высушивания пищевых ние на удовлетворительное высушива продуктов, необходимо подаерживать ние белковых материалов без образова на уоовне не ниже 10,2 м/с. а наибония в этих материалах нежелательных лее поедпг.чтительное ее значение долостатков, обусловленных непосредст- жно лежать в аиапазоне 10,2 м/сек

40 веиным соприкосновением пламени или 25,4 м/с. При этом скорость возаушгорелки с высушивающим воздухом . ного потока и зглеояетс я на выхолных концах смешивающихся пластин горелки.

Важное значение для изобретения Пои поддержан ии скорости воздушного имеет то обстоятельство, что, когда g5 потока в указанных пределах Достигапламя экранировано, скорость горения, ется необходимый баланс межау управа следовательно, и тепловой выход лением пламенем, тепловым выходом горелки таковы, что обеспечивается горелки и скоростью воздчшного потодостижение температуры, необходимой ка, что в итоге приводит к получению для удаления влаги из высушиваемого 50 оптимальных условий для эффективного материала и его высушивания, при высушивания пищевых матеоиалов в выэтом было установлено, что тепловой сушивающей камеDe с откоытым пламевыход горелки не должен превышать нем, используемым аля нагбевания воэ— величины 768000 Вт/м, так как в про-, дчшного потока. пса действием которотивном случае количество попадающих го пройсходит высушивание, пои Оанов высушивающий воздух окислов азота

55 временном сущес в у т енном меньшении поп евысит допустимый чровень. Таким падания в высуш ющ

° ивающий воздух нежелапрев образом, необходимо обеспечить такой тельных продуктов сг р, р у го ания образ ющихтепловой выход горелки, при котором ся в процессе р и о ессе аботы горелки. воздух нагревается до 166 — 316©С в зависимости от объема и скорости про- 60 количества (уровни) окислов азота попускания высушивающего воздуха, при лучаптс Р л чаптся в различных потоках высушиэтом минимальный тепловой выход го- го воз ха я высушивающей камерелки, при котором обеспечивается ры с открытым пламенем. Уровень двуовлетворительное высчшивание высу- окиси азота в потоке высушивающего удовлетворите ьное в с шиваюшего материала и одновременно 65 возауха дл к д я каж ого из примеров опре882424 делается в соответствии с методикой, рписЬние которой приведено в работе Способы взятия пооб возлуха и их анализ", Амеоиканская ассоциация общественного здооовья, 1972, с. 340.

Вначале подготавливается цветной оеагент путем лабавления в 860 мл дистиллиоованной воды 140 мл ледяной чксчсной кислоты. Затем в данной смеси оаствоояется 5,5 r сульфамил-. ной кислоты с последующим добавлением 0,22 г N-(1-нафтил)этилен-лиаминдигидрохлооида. Полученный оеагент хранится в геометично закрытом контейнере.

Цветной реагент в количестве, кратном 10 мл, помещается в 2-литровую колбу. объем которой таоирован. В данной колбе затем создается частичное разрежение, а возникающее при этом давление измеряется манометоом.

Путем снятия оазоежения в колбе производится взятие пообы газа. по поошествии 30 мин с момента установления оавновясия в колбе между пробой возлуха и цветным оеагентом произво— дится повтооное измерение давления в колбе. а поглощение отсчитывается по калориметоу на длине волны

550 ммк.

40 П р и м е о 3. для иллюстрации уменьшения чровня остаточных продуктов сгорания, попалаюших в высушиваемый пищевой материал, была приготовлена белковая вытяжка пчтем экст65,оагирования 90 кг соевой чешчи, наУровень двчокиси азота в воэлушном потоке отсчитывается по следующей формчле:

>P p 298,2

Ч ° (Ч -V ) ьо ф 2 30-325 t+2732 где Ч вЂ” объем пробного газа при темпеоатчре 25 С;

V — тарированный объем колбы (2050 мл);

V2 — объем цветного реагента (10 мл);

hP — измеренная величина лавления при частичном оаэоеже1 нии(— — бар) — измеренная

32,5 величина давления в чстановившемся состоянии (1/32 бар); — температчра колбы в чстановившемся состоянии, С.

Если предположить, что t = 25 С, о то фоомула упрощается:

V . w 67,91 hp.

24 47 "и 16

NO -- - — — — — мг/л, 2 46 ° v где 24,47 - молекчляоный объем при температуое 25оС;

w — концентрация NO> в растворе цветного оеагента, мг/л;

46 — молекулярный вес N02 .

Так как 0,3 мг/л И02 0,34 единиц поглощения, то .Формула упоощается:

69 1 единиц поглощения

2 hp (для 550 ммк) .

В приводимых ниже.поимерах уровень двуокиси азота в высушивающем воздухе для удобства сравнения выоажается в единицах, которые учитывают размеры горелки и скорость гооения: измеренная величина МО

" д скорость гооения горелки мг/л х 10

«Ф (7,9.106 мЗ/c) О, 305 м

1р П р и м е о 1. Стандаотная секция длиной в 0,915 м из серии 66 линейных горелок с воздушным потоком типа AL — 5, выпускаемая корпора-цией "Иахоп" (r. Манкай, шт. Индиана), имеет скорость сгорания 1.14.

10 2 мЗ/с при давлении на всасывании

0,0442 бар, что создает тепловой выход гооелки в 464000 Вт/м.Скорость потока высчшивающего воздуха составляет 13,2 м/с, а темпеоатчра высчшивающего воэдчха достигает 221 С. 1 аэ перел поступлением на горелкч смешивается с 97% воэдчха. необходимого для обеспечения процесса гооения.

Пламя, r.oçлаваемое горелкой, узкое

25 и экранирчется от потока высушивающего воэпухя смешивающими пластинами, вхолящими в состав гооелки типа AL-5.

Пои этом измеренный выход лвуокиси азота в высушивающем воздчхе составgp ляет 0.84.

П р и м е о 2. Горелка, такая же, как и в примере 1, лействчет обычным способом, используя в процес-

35 се гооения топливной смеси некоторую часть высчшиваюшего воздуха. В данном случае для создания теплового выхола горелки. равного 64000 Вт/м использу ется скорость сгорания топлива

4() 15.8 .10 м/с и давление на всасывании 0.107 Gao. Гаэ перел поступлением на горелкч смешивается с 23% воэдчха, необходимого для обеспечения процесса горения. Скорость потока

4 высчшиваюшего воздуха составляет

18,3 м/с, что дает s итоге температуру высчшиваюшего воздуха 249ОС. Пламя, создаваемое гооелкой. полностью заполняет смешивающие пластины горелки и, таким образом. вовлекает в пооцесс горения высушивающий воздух.

Пои этом измеренный выход двуокиси азота в высут иваюшем воздчхе составляет 1,95. Из этого следчет. что использование высчшиваюшего воздуха

И в процессе горения прив аудит к существенному увеличению пролуктов сгооания, попадающих в высчшивающий воэлух.

882424

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 10017/89 Тираж 743 Подписное

Филиал ППП, "Патент",г.ужгород, ул. Проектная, 4 холящейся в щелочном растворе.гашенной извести,. пои этом получен щелочной экстракт белкового матеоиала. Затем белковый экстоакт процежи— вают и белок осаждают Фосфорной кислотой (pH 4,5). Величина рН в осажденном белковом материале находится в пределах 7,0-7,1. Нейтрализованная суспензия затем подвергается нагреванию в. печи до 154О C. Пои данной температуре и пои давлении

0,О75 бар она выдерживается 8 c,ïoñле чего высушивается с помощью распылительного сушильного устройства, которое оборудовано секцией горелки

AL — 5 длиной 0,61 м, аналогичной указанной в примере 1.

Одна часть нейтрализованной суспензий высушивается согласно условиям, соответствующим изобретению.При этом расход воздуха, проходящего через распылительное сушильное устройство, соответствует 0,65 м9/с, à горелка имеет скорость сгорания 0,49.

10 м /с, что создает тепловой выход горелки 297000 Вт/м. Скорость потока высушивающего воздуха, измеренная на внешней (выходной) стороне смешивающих пластин, составляет

12,7 м/с. Распылительное сушильное устройство работает при температуре поступающего воздуха 249 С и темпео ратуре выходящего воздуха 104 С. о

Давление, под которым в распылительное сушильное устройство подается нейтрализованная суспензия, имеющая рН 7,1 и концентрацию твердых частиц

9,85%, составляет 84 кгс/см2.

Непосредственно в горелку поступает топливная смесь, в состав которой входит необходимый для горения воздух в стехиометрическом количестве, при этом воздух смешивается с горючим газом заранее перед поступлением. в горелку. Создаваемое горелкой пламя экранируется от высушивающего воздуха смешивающими пластинами, входящими в состав горелки AL - 5.

Измеренное содержание двуокиси азота в высушивающем воздухе составляет

0,52 мг/л. В высушенной путем распыливания соевой белковой вытяжке, как показали измерения, содержится 5,1Ъ влаги и 6,4 мг/л нитритов.

Вторая часть нейтрализованной суспензии высушивается при помощи такой же аппаратуры, как и первая часть, однако горелка в данном случае работает в режиме, соответствующем известному способу высушивания.

При этом расход воздуха, проходящего через распылительное сушильное устройство, соответствует 0,635 м/с, а горелка имеет скорость. сгорания

0,47.10 2- м /c, что создает тепловой выход горелки 286000 Вт/м, Скорость потока высушивающего воздуха, измеренная на внешней (выходной) стороне смешивающих пластин,.соответствует

11,7 м/с..Распылительное сушильное устройство работает при температуре поступающего воздуха 249 С и температуре выходящего воздуха 104 С. Давление, под которым в распылительное сушильное устройство подается нейтоализованная суспензия, имеющая рН 7,1 и концентрацию твердых частиц 10,1%, составляет 84 кгс/см2-.

Непосредственно в горелку поступает топливная смесь, в.состав которой входит необходимый для горения воздух в стехиометрическом количестве, при этом воздух смешивается с горючим газом заранее перед поступлением

20 в горелку. Создаваемое горелкой пламя полностью заполняет пространство . между смешивающими пластинами горелки, благодаря чему в процесс горения вовлекается 3начительная часть высу— шивающего воздуха. При этом измеренное содержание двуокиси азота в высушивающем воздухе составляет 0,90 мг/л.

В высушенной таким образом соевой белковой вытяжке, как показали измерения,содержится 5,1Ъ влаги и 66 мг/л нитритов.

35 1. Способ нагрева воздуха, предназначенного для высушивания продуктов, путем создания смеси горючего топлива и воздуха и подачи воздуха в образующееся пламя, о т л и ч а ю40 щ H A c a TeM, zTo, c целью уменьше . ния образования продуктов сгорания, . загрязняющих воздух, подаваемый. на сушку, путем увеличения степени сжигания топлива, для образования смеси берут стехиометрическое количество

45 воздуха, при этом смесь подают в количестве 80% воздуха, обеспечивающем выход горелки 288000 — 768000 gT/м,c ,последующим экранированием пламени, при этом воздух, подаваемый на сушку, з0 имеет скорость 10,2 — 25,4 м/с.

2. Способ по п. 1. о т л и ч а ю— шийся тем, что воздух, подаваемый на сушку, нагревают до 166

316 С.

55 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Метакса В.A. Топки на жидком и газообразном топливе. ЦНИИПИ, М., 1965, с. 8-9.