ОРИГИНАЛ СТАТЬИ
CARVALHO, Ludimila da Silva [1], RIBEIRO, Kiany Richelli Silva [2], EVANGELISTA, Edivania Rocha da Silva [3], ANCKEN, Jeisiel Von [4], GUIRALDELLI, Braz Lucas Olhier [5], ALVES, Wenderli [6], SANTOS, Alexsander Saves dos [7]
CARVALHO, Ludimila da Silva. Et al. Конструкция Ротари Сушилка и применимость в сушке сахара. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. 04 год, Эд. 09, 05, стр. 85-100. Сентябрь 2019 года. ISSN: 2448-0959, ссылка на доступ: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/инженерно-химический/сушилка-ротаторио
РЕЗЮМЕ
Со временем, в связи с растущим и быстрым спросом на продукты питания, необходимо было создать технологии производства. Одним из них является метод сушки пищи, изготовленной механическими системами. Таким образом, нынешняя работа направлена на то, чтобы сделать мелкомасштабную роторную сушилку. Позади, испытания были выполнены с влажными образцами сахара доказывая operability через лабораторные анализы.
Ключевые слова: юнитные операции, сушка, роторная сушилка.
ВВЕДЕНИЕ
Со временем, в связи с растущим и быстрым спросом на продукты питания, необходимо было создать технологии производства. Одним из них является метод сушки пищи, изготовленной механическими системами.
Сушка является частью многочисленных операций единицы, осуществляемой промышленностью, так как, соответственно, эта операция стала самой обычной.
По словам McCabe; Smith; Harriott (1993), операции блока шаги которые составляют процесс, каждый шаг вызван деятельностью и может быть приложен к и физическим и химическим процессам. Такие операции изучаются инженерно-техническими и основаны на науке и опыте. По мнению тех же авторов, для лечения операций подразделения необходим ряд принципов и методов.
“Среди многих других целей, единица операций направлена на уменьшение размера твердых веществ, которые будут обработаны, отдельные компоненты из смесей, или тепла и холодных твердых и жидких веществ. Примерами являются фильтрация, сушка”[…] (GOMIDE, 1983, p.3).
Согласно Foust et al., (1982), сушка является прохождением жидкости, присутствующая во влажном твердом веществе, к ненасыщенной газической фазе. По мнению тех же авторов, сухие твердые вещества являются очень ценными продуктами в отрасли.
Обычно сушка является последней операцией ряда других процессов, и оригинальный сушильный продукт готов к упаковке (MCCABE; SMITH; HARRIOTT, 1993).
Операция по сушке предлагает множество преимуществ, таких как увеличение срока службы продукции, простота транспортировки и маркетинга, потому что сухое питание является легким, сокращение потерь после сбора урожая, помимо того, что ненужные специализированной рабочей силы (CELESTINO, 2010).
Испарение отличается от сушки, в то время как сначала вода удаляется в виде пара в точке кипения, при сушке вода удаляется в виде воздушного пара (GEANKOPOLIS, 1993).
Как сообщает Gava (1998), развитие микроорганизмов возможно только в благоприятных условиях, таких как адекватная влажность, температура, среди других. Таким образом, процесс сушки характеризуется как метод сохранения пищи, потому что он уменьшает влагу настолько, что микроорганизмы не могут размножаться.
В своих исследованиях Mujumdar (2006) приходит к выводу, что два явления происходят, когда влажный твердый подвергается процессу сушки, передача энергии, в основном в виде тепла и передачи внутренней влаги на поверхностную часть твердого тела.
Материалы, такие как органические твердые вещества сохраняют влагу внутри волокон или во внутренних порах. Так что движение влаги в этой ситуации происходит путем диффузии жидкости через структуру твердого тела (FOUST et al., 1982).
Содержание влаги варьируется в зависимости от типа продукта, например, датская соль обычно содержит 0,5% воды, угля 4% и большинство пищевых продуктов содержат до 5% (GEANKOPOLIS, 1993).
Существует два основных метода сушки: естественная сушка и искусственная сушка.
Естественная сушка – это простое воздействие пищи на солнце. Подходит для регионов со средней температурой от 35ºC до 40°C градусов по Цельсию и низкими показателями загрязнения (CELESTINO, 2010).
Также в соответствии с Celestino (2010), искусственная сушка определяется использованием оборудования, в котором пища, и процесс обезвоживания происходит в течение определенного периода.
Mujumdar (2006) сообщает о существовании более 400 типов искусственных сушивок, но чуть более 100 широко используются.
Coulson и Richardson (2005) разработали исследование, в котором они классифицируют сушилки с использованием некоторых переменных, таких как физическое состояние пищи (жидкость, паста, влажный твердый), метод твердого транспорта, система отопления (проводимость, конвекция, радиация). В кратком резюме, большинство стационарных сушилки, такие как сушилка лоток выполняет сушки деятельности за рулем, кроме того, прямое отопление роторные сушилки выполняют этот процесс путем конвекции, а с другой стороны, роторные сушилки непрямого отопления выполняет процесс за рулем.
Одной из наиболее часто используемых сушителей является сушилка для подносов (MUJUMDAR, 2006).
Согласно Foust et al., (1982), сушилка лотка является прерывистым оборудованием работы, образованным камерой, где материал, который будет высушен, помещается на подносы или лотки.
Другим типом сушилки является роторная сушилка, состоящая из цилиндрической трубки, слегка наклоненной к розетке, и материал, который нужно высушить, обычно гранулированные твердые вещества для этого типа сушилки, перемещается через трубку, когда она вращается (GEANKOPOLIS, 1993).
Внутри роторных сушильщиков, подвешивания частей фиксируются вдоль трубы в целях содействия каскадных твердых веществ к скорости потока розетки. В этих сушилках нагревательная среда поступает из газов горения или перегрева пара или воздуха с электрическим отоплением (FOUST et al., 1982).
Кроме того, в соответствии с Foust et al., (1982), время удержания твердых веществ в роторных сушилках представляет крайний интерес. Таким образом, это занимает определенное время для газа или сушки воздуха, чтобы пронизать весь материал завершения процесса сушки.
В зависимости от применения, роторная сушилка может быть сделана в прямом и косвенном нагревании и параллельном потоке или противотуправление.
При прямом нагревании горячий газ или воздух проходят непосредственно над пищей. При непрямом нагревании источник тепла изолирован от материала, который должен быть высушен металлическими трубами или стенами (MUJUMDAR, 2006).
В противотводных сушилках подачи корма фиксируется в противоположном направлении к воздушному потоку, в отличие от параллельных сушильщиков потока, воздушного тока и корма движутся в том же направлении.
ЦЕЛИ
Проектируйте маломасштабную роторную сушилку.
Мониторинг системы сушки с помощью образцов мокрого сахара и анализировать полученные данные.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
При разработке роторной сушилки были использованы следующие материалы, относящиеся к таблице 1.
Таблица 1: Используемые материалы и затраты.
| Материалы | Единицы | Сумма | ЗНАЧЕНИЕ ЕДИНИЦЫ | ОБЩАЯ СТОИМОСТЬ |
| ШАЙБА 1/4 | Шт | 11 | R$ 0,10 | R$ 1.10 |
| НЕРЖАВЕЮЩИЙ ПЛОСКИЙ БАР 1/4 | М | 1,5 | R$6.66 | R$9.99 |
| ПВХ КРЫШКА 6” | Шт | 2 | R$ 15,00 | R$ 30,00 |
| ЛИСТ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ T 3/16 | М ² | 0,40 | R$ 5,00 | R$ 2,00 |
| РАСШИРЕННЫЙ ЛИСТ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 3/16 | Шт | 0,30 | R$ 40,00 | R$ 12,00 |
| КЛЮЧ И ВЫКЛЮЧАЕТСЯ | Шт | 3 | R$ 15,00 | R$ 45,00 |
| ОХИЕР 110V | Шт | 1 | R$ 20,00 | R$ 20,00 |
| 20-ЗУБНАЯ КОРОНКА | Шт | 3 | R$ 15,00 | R$ 45,00 |
| 46-ЗУБНАЯ КОРОНКА | Шт | 1 | R$ 12,00 | R$ 12,00 |
| МОТОЦИКЛ ЦЕПИ 80 СМ | Шт | 2 | R$ 10,00 | R$ 20,00 |
| CUTTING DISC 2 SCREENS 4 1’2” x 1/8 x 7/8 | Шт | 3 | R$ 16,00 | R$ 48,00 |
| DESBASTE DISC 4 1’2” x 1/4 x 7/8 | Шт | 2 | R$ 22,00 | R$ 44,00 |
| СВАРОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОДЫ | Кг | 0,50 | R$ 25,00 | R$ 12,50 |
| ВОЛОСЫ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЩЕТКОЙ 1000 ВТ | Шт | 1 | R$ 170,00 | R$ 170,00 |
| ГИБКИЙ ПРОВОД | М | 10 | R$ 0,82 | R$ 8,20 |
| ЧАСТОТНЫЙ ИНВЕРТОР | Шт | 1 | R$ 75,00 | R$ 75,00 |
| Мдф | М ² | 1,50 | R$ 25,00 | R$ 37,50 |
| ПОДЕРЖАННЫЙ СТИРАЛЬНАЯ МАШИНА МОТОР 0.5 Л.с. | Шт | 1 | R$ 29,00 | R$ 29,00 |
| ВИНТ 1/4 НА 2” | Шт | 11 | R$ 0,35 | R$ 3.85 |
| SUPERB SCREW 5 x 50mm | Шт | 60 | R$ 0,35 | R$ 21,00 |
| ОРЕХ 1/4 | Шт | 11 | R$ 0,15 | R$ 1.65 |
| SPEED REDUCER 1 x 60 | Шт | 1 | R$ 200,00 | R$ 200,00 |
| Подшипника | Шт | 4 | R$ 10,00 | R$ 40,00 |
| УСЛУГИ ПО СТАНОВСЕ И СВАРКЕ | Шт | 1 | R$ 60,00 | R$ 60,00 |
| ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР | Шт | 1 | R$ 10,00 | R$ 10,00 |
| ЛАТЕКС ЧЕРНИЛА | L | 1,0 | R$ 12,00 | R$ 12,00 |
| Краской | Шт | 3 | R$ 20,00 | R$ 60,00 |
| ТРУБКА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 1 1/4′ ‘ | М | 0,10 | R$ 15,00 | R$ 1.50 |
| ТРУБКА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 1 1/2′ ‘ | М | 0,40 | R$ 20,00 | R$ 8,00 |
| ТРУБКА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 5′ ‘ | М | 0,50 | R$ 35,00 | R$ 17,50 |
| ТРУБКА ИЗ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 6′ ‘ | М | 0,20 | R$ 40,00 | R$ 8,00 |
| ПВХ ТРУБКА 6′ ‘ | М | 0,25 | R$ 15,00 | R$ 3.75 |
| Общая | R$ 1068.54 |
Источник: Авторы.
Оборудование, использовавшееся в этой работе, было основано на прямом нагревании и противотухотом расходном суше, расположенном на заводе Coruripe в муниципалитете Carneirinho-MG.
Для изготовления сушилки, вырезать 500 мм 5 “трубки из нержавеющей стали, 2 6”, 6 “нержавеющей стали трубки 100 мм частей, 6” 1 1/4 “трубки из нержавеющей стали 100 мм, 6” 3 500mm Pvc трубки плоские бары, 1/4 “500 мм в длину, 500 мм, 500 мм 2 пластины 3/16 ” в виде круга диаметром 6 “, 2 пластины T 3/16 из 200 мм, 20 мм толщиной MDF лист с 930 х 780 мм, 2 MDF пластины толщиной 20 мм с 930 х 110 мм и 2 MDF пластины 20 мм толщиной 20 мм с 780 х 110 мм.
Для строительства барабана использовалась трубка из нержавеющей стали 5′ . Затем, 3 плоских баров ¼ были сварены внутренне к барабану, образуя внутренние лопасти сушилки, как показано на изображении 1.
Изображение 1: Тростник внутри барабана.
Рядом с барабаном, 6’трубка была соединена на концах каждой стороны. После этого, круглый разрез был сделан в трубе из нержавеющей стали 1 ½” формирования входного потока продукта в верхней части и горячего воздуха розетки потока на стороне, в соответствии с изображением 2. Кусок был сварен на одном конце.
Изображение 2: Продукт вход потока в верхней части и горячего потока розетки воздуха на левой стороне.
Аналогичным образом, внешне, корона из 46 зубов была приварена к барабану, как показано на изображении 3, и 2 подшипника опорных рельсов на базе, сделанные в стане, как показано на изображении 4.
Изображение 3: Корона из 46 зубов, приваренных к барабану.
Изображение 4: Подшипник опорных рельсов
На противоположном конце потока входного впуска продукта, 1 ¼” 100mm пробка нержавеющей стали была сварена, формируя вход горячего воздуха, согласно изображению 5.
В то же время, чуть ниже трубы, является выходный поток продукта.
Изображение 5: Горячая трубка впуск воздуха и поток розетки продукта.
В основании сушилки были использованы две пластины 20см Т 3/16, где было установлено 4 подшипника, 2 на входе и 2 на выходе, между расстоянием 41см.
Для источника тепла, мы использовали сопротивление 1000 Вт вращающейся щеткой для волос, которая позже была установлена на трубу впуск горячего воздуха, как показано на изображении 6.
Изображение 6: Установлена вращающаяся кисть.
Затем, экстрактор капот был сделан с 6 “PVC трубки 250 мм в длину, с использованием 2 крышка. для покрытия двух сопла трубки и вставляется кулер на капоте, это, в свою очередь, установлен на трубу горячего воздуха розетки, в соответствии с изображением 7.
Изображение 7: Капюшон, установленный в системе.
930 х 780 х 110 мм MDF базы была построена, где отверстия были пробурены винт сушилки, двигателя, выключатель питания и термометр.
Двигатель и редуктор были установлены на боковой стороне сушилки, как показано на изображении 8.
Изображение 8: Установлен двигатель (справа) и редуктор (слева).
В этой последовательности, в моторном шкиве, была использована корона из 20 зубов, сбалансированных в стане, закрепленная на оси двигателя, затем был помещен ток 80см.
Наконец, двигатель и редуктор были покрыты поддержкой MDF, а вся конструкция сушилки была правильно окрашена.
Изображение 9: Круглая сушилка закончена.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Первое и второе испытания были проведены для того, чтобы определить, какой двигатель будет работать лучше всего с точки зрения вращения барабана. Первоначально, двигатель выбран 200w вентилятор двигателя, который после установки и включения, было замечено, что мощность была недостаточной для перемещения барабана.
Во втором испытании, все еще с сушилкой пустой, двигатель выбран стиральная машина двигателя 0.5PS. Вскоре было замечено, что двигатель достиг ожидаемого результата, который должен был переместить барабан, но скорость, с которой барабан вращался был очень высок, и это будет препятствовать процессу сушки.
В третьем испытании, снижение скорости, подключенное к двигателю, было введено в систему для уменьшения вращения барабана, однако для лучшей регулировки инвертор частоты был также вставлен, что привело к вращению 30 rpm.
После завершения механических элементов мельницы, испытания были проведены с образцами мокрого сахара, точнее, сахара-сырца, приобретенного путем донорства.
В этом проекте твердые вещества вводятся вручную.
В первом тесте использовался 1 кг сахара при температуре 81 ° C. Через 1 минуту 10 г продукта удаляли для анализа влажности. Первоначально сахар содержал 1,07% влаги, а вскоре после процесса влажность упала до 0,15%.
Во втором тесте было использовано большее количество сахара, точнее, 4,5 кг при температуре 88°C градусов по Цельсию в течение 30 секунд. Анализ влаги проводился с 10 г продукта и было известно, что в начале содержание влаги составляло 0,32%, а после высыхания уменьшилось до 0,15%, таким образом, можно рассчитать скорость сушки в этом процессе.
Предварительно была рассчитана барабанная зона:
A= 2π.r.(r+h)
A= 2π.0,0635.(0,0635+0,5)
A= 0,224826507m2
Таким образом, скорость сушки:
R= Ws.dx/A.dϴ
R= (0,010).(3,2×10-3 – 0,0015)/0,224826507.30
R= 2,52×10-6m/s
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Построенная роторная сушилка представляла собой хорошую производительность с точки зрения сушки сахара, сохраняя физические и питательные свойства пищи.
Анализируя различные тесты, было замечено, что ограниченные знания, связанные с механикой, затрудняют разработку сушилки, поскольку для регулировки функционала, о котором идет речь, необходимы дополнительные устройства, такие как редуктор скорости и инвертор частоты.
Что касается скорости сушки, то сушилка как таковая оказалась эффективной, сушивая сахар практически мгновенно, учитывая полученные в расчетах результаты.
Отмечается, что предложенная цель была достигнута, учитывая, что сахар-сырец должен содержать от 0,10% до 0,15% влаги, а через анализы, проведенные в лаборатории, можно найти соответствующее содержание.
ССЫЛКИ
CELESTINO, SONIA MARIA COSTA. Princípios de secagem de alimentos, 1.ed. (edição online). Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2010. Disponível em: https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/77765/1/doc-276.pdf. Acesso em: 07/01/2019.
FOUST, A; S.; WENZEL, L. A.; CLUMP, C. W.; MAUS, L.; ANDERSEN, L. B. Princípios das operações unitárias. Tradução por Horácio Macedo. 2.ed. Rio de Janeiro: LTC, 1982.
GAVA, ALTANIR. J. Princípios de tecnologia de alimentos, 1.ed. São Paulo: Nobel, 1998.
GEANKOPOLIS, CHRISTIE. J. Transport processes and unit operations, 3.ed. New Jersey: Prentice-hall, 1993.
GOMIDE, REYNALDO. Operações unitárias, operações com sistemas sólidos granulares, 1.ed. São Paulo: Edição do autor, 1983, p.3.
Informe técnico – Parâmetros de qualidade do açúcar e amarelecimento no armazenamento. Mídia Digital. Disponível em: www.ceagesp.gov.br/wp-content/uploads/2015/01/palestra.danilo.tostes.pdf. Acesso em: 10/07/2019.
MCCABE, W. L.; SMITH, J. C.; HARRIOTT, P. Unit operations of chemical engineering, 5.ed. Singapore: Mc Graw Hill, Inc. 1993.
MUJUMDAR, A. S. Manual de secagem industrial, 1.ed. Singapore: Taylor & Francis Group, LLC. 2006.
SINNOTT, R. K. Chemical engineering design, Coulson & Richardson’s chemical engineering series, 4.ed. Reino Unido: Elsevier Butterworth Heinemann, 2005, vol.6.
[1] Академик в области химической инженерии.
[2] Академик в области химической инженерии.
[3] Академик в области химической инженерии.
[4] Бакалавр химии из Университета Бразилии (2012) / Академик химической инженерии.
[5] Академик в области химической инженерии.
[6] Бакалавр химии из Университета Бразилии (2012) / Академик химической инженерии.
[7] Степень магистра в области экологических наук; Специализация в основе педагогической практики Учителя; Улучшение в Magisterium; Выпускной в педагогике; Степень по физике.
Представлено: август 2019 года.
Утверждено: сентябрь 2019 года.
