8.8. Способи розпилення крові

Унаслідок розпилення крові (плазми, сироватки) утворюється тонка полідисперсна система, що складається з часточок різного діаметра та повітряного сушильного агента. Серед цих часточок більшість становлять часточки з домінуючим розміром. Незалеж­но від способу і ступеня розпилення часточки відрізняються тіль­ки розмірами, вони досить однорідні за формою і складом.

Для сушіння має значення не тільки сам ступінь дисперсності, а й ступінь однорідності часточок: чим менше часточки відрізня­ються за розмірами, тим краще відбувається сушіння. Тому ефект розпилення оцінюють за ступенем дисперсності й однорідності ча­сточок. У технологічній практиці для спрощення визначення па­раметрів сушіння утворення розпилення розглядають як моно- дисперсну систему з часточками однакового розміру.

Середній розмір часточок, що утворюються при розпиленні, становить 20 — 50 мкм.

У м’ясній промисловості застосовують два способи розпилення: форсунковий і відцентровий.

Форсункове розпилення досягається в результаті витікання рідини з форсунки з великою швидкістю під дією високого тиску (5 - 20)-10⁵ Па.

При турбулентному проходженні струменя після виходу з фор­сунки часточки крові зазнають дії радіальної швидкості, утриму­ючи до визначеного моменту форму завдяки поверхневому натягу. Така статично нестійка форма струменя руйнується в найтонших ділянках з утворенням краплин.

Розпад на краплини залежить переважно від турбулентності струменя, яка зростає внаслідок виходу струменя з форсунки під час обертання.

У цьому разі рідина опиняється під дією осьової швидкості і швидкості закручування. Швидкість закручування істотно впли­ває на ступінь дисперсності. Тому гідравлічні форсунки конструю­ють з урахуванням необхідності надання струменю обертового руху.

Під час виходу з такої форсунки спочатку утворюється плівка, що розпадається на краплини. Якщо швидкість руху рідини до­сить велика, то розпилення відбувається безпосередньо на виході струменя. За великих швидкостей витікання краплини, що утво­рюються, розпадаються завдяки дії тиску, тертя рідини і повітря. Це пояснюється тим, що сили тертя, які виникають, перевищува­тимуть сили поверхневого натягу.

Ступінь дисперсності та рівномірність розпилення при гідрав­лічному розпиленні залежать від швидкості витікання й фізичних властивостей рідини і середовища (поверхні натягу, густини, в’язкості). В’язкість менше, ніж поверхневий натяг, впливає на процес. Однак при розпиленні в’язких рідин її вплив більш ваго­мий, оскільки з віддаленням краплин від форсунки сили диспер­гування послаблюються, а в’язкість зневодненого матеріалу зрос­тає.

Максимальний діаметр краплин _0, м, при гідравлічному роз­пиленні визначають за формулою

де К — коефіцієнт, що залежить від властивостей рідини; а — по­верхневий натяг, Н/м; р_п — густина повітря, кг/м³; V — швидкість виходу струменя з форсунки, м/с; g — прискорення вільного па­діння, м²/с.

За інших однакових умов ступінь розпилення є функцією швидкості струменя, яка визначається гідравлічним тиском пода-

При гідравлічному розпиленні сухий продукт отримують, як правило, у вигляді часточок, форма яких наближається до сфе­ричної.

Гідравлічні форсунки компактні й прості за конструкцією. При гідравлічному розпиленні можна отримати факел потрібної кон­фігурації з незначними змінами конструкції. Гідравлічні фор­сунки мають продуктивність 100 — 150 л/год. У сушарках великої продуктивності їх влаштовують по кілька штук: у пристроях з нерухомими форсунками по 2 — 3, у пристроях обертового типу — 4, 6 і 8.

Проте внаслідок невеликої площі вихідного отвору (діаметр

1,0 — 1,4 мм) гідравлічні форсунки не придатні для розпилення в’язких і забруднених (засмічених) рідин. Регулювати продуктив­ність форсунок неможливо, оскільки у разі зміни швидкості стру­меня змінюється і дисперсність. Вихідні отвори форсунок швидко спрацьовуються у результаті шліфувальної дії струменя.

Відцентрове розпилення відбувається в диску, що оберта­ється з внутрішнім радіальним розміщенням каналів, за якого діють досить великі відцентрові сили при течії рідини з каналів до периферії. Це зумовлює розпилення крові на дрібні краплини за рахунок турбулентності потоку і сил тиску, що виникають у ре­зультаті тертя об повітря.

Розпад під дією турбулентності призводить до утворення крап­лин, розмір яких обернено пропорційний квадратному кореню з відцентрової сили або першому ступеню частоти обертання. Роз­пад у результаті тертя може супроводжуватися виникненням нит­коподібної структури висушеного матеріалу, якщо процес розпи­лення і сушіння в’язкого розчину відбувається інтенсивно. Розмір краплин при цьому обернено пропорційний квадрату частоти обертання.

Рівномірніше розпилення струменя утворюється при застосу­ванні першого механізму.

Рівномірність розпилення залежить також від продуктивності, що впливає на товщину плівки, яка утворюється на периферії дис­

ка. Для досягнення однорідного розпилення потрібно зменшити вібрацію диска і рівномірно подавати рідину в його середину.

Вплив відцентрового прискорення на ступінь розпилення (діа­метр краплин), м, можна визначити за рівнянням

де n — частота обертання диска, хв^-1; R — радіус диска, м.

Колова швидкість диска 120 — 150 м/с, діаметр 180 — 350 мм, мінімальна частота обертання диска 8000 - 10 000 хв^-1.

За цих умов діаметр часточок розпиленої крові становить 20 — 100 мкм. Максимальна частота обертання диска може досяга­ти 30 000 хв^-1. При цьому кількість часточок діаметром менш як 40 — 50 мкм перевищує 70 %.

Потрібної частоти обертання досягають застосуванням спеціа­льних пристроїв: парових турбін, механічних редукторів, пристро­їв швидкісних електродвигунів з водяним охолодженням, які пра­цюють при струмі підвищеної частоти (до 200 Гц). Останній спосіб виявився найбільш надійним. Він забезпечує стабільність розпи­лення і при цьому утворюється продукт, що містить понад 90 % розчинних білків і не більш як 7 — 8 % вологи.

При відцентровому розпиленні факел розпилу розташований горизонтально. Його діаметр визначається горизонтальною дов­жиною польоту краплини (практично — діаметр кола, в середині якого осідає 95 % краплин). Горизонтальна довжина польоту тим більша, чим більший розмір краплини. Тому діаметр факела зрос­тає зі збільшенням неоднорідності розпилення. З підвищенням продуктивності він збільшується, з підвищенням частоти обертан­ня диска зменшується. Щоб зменшити діаметр факела розпилу і збільшити однорідність краплин, використовують багатоярусні диски. Це дає змогу збільшити також коефіцієнт використання об’єму сушарки та коефіцієнт корисної дії витрати теплоти (віднос­на вологість повітря на виході з сушарки збільшується до 40 % за­мість звичайних 20 — 25 %).

Відцентрове розпилення — уніфікований метод сушіння як для рідин, так і для грубих суспензій та пастоподібних матеріалів. При цьому диски не засмічуються і забезпечують відносно рівно­мірне розпилення. Продуктивність диска може змінюватись у ме­жах 25 % без істотного впливу на дисперсність і факел розпилу.