Bau eines Drehtrockners und Anwendbarkeit in der Zuckertrocknung

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CONTEÚDO

ORIGINAL-ARTIKEL

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. Bau eines Drehtrockners und Anwendbarkeit in der Zuckertrocknung. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. 04-Jahr, Ed. 09, Vol. 05, S. 85-100. September 2019. ISSN: 2448-0959, Zugriffslink: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/engineering-chemical/trockner-rotatorio

ZUSAMMENFASSUNG

Im Laufe der Zeit war es aufgrund der steigenden und raschen Nachfrage nach Nahrungsmitteln notwendig, Produktionstechniken zu entwickeln. Eine davon ist die Methode zum Trocknen von Lebensmitteln, die durch mechanische Systeme hergestellt werden. So zielten die vorliegenden Arbeiten darauf ab, einen kleinen Drehtrockner herzustellen. Dahinter wurden Tests mit Nasszuckerproben durchgeführt, die die Funktionsfähigkeit durch Laboranalysen belegten.

Schlagworte: Gerätebetrieb, Trocknung, Rotationstrockner.

EINFÜHRUNG

Im Laufe der Zeit war es aufgrund der steigenden und raschen Nachfrage nach Nahrungsmitteln notwendig, Produktionstechniken zu entwickeln. Eine davon ist die Methode zum Trocknen von Lebensmitteln, die durch mechanische Systeme hergestellt werden.

Die Trocknung ist Teil zahlreicher Einheitenoperationen, die von der Industrie durchgeführt werden, da dieser Vorgang zum üblichsten geworden ist.

Nach McCabe; Herr Smith; Harriott (1993), Einheitenoperationen sind Schritte, die einen Prozess bilden, jeder Schritt wird Operation genannt und kann sowohl auf physikalische als auch chemische Prozesse angewendet werden. Solche Operationen werden durch Ingenieurwissenschaften untersucht und basieren auf Wissenschaft und Erfahrung. Nach den gleichen Autoren, eine Reihe von Prinzipien und Techniken sind notwendig für die Behandlung von Einheitenoperationen.

“Neben vielen anderen Zwecken zielen die Geräteoperationen darauf ab, die Größe der zu verarbeitenden Feststoffe zu reduzieren, Komponenten von Mischungen zu trennen oder Feststoffe und Flüssigkeiten zu kühlen und zu kühlen. Beispiele sind Filtration, Trocknung”[…] (GOMIDE, 1983, S.3).

Nach Foust et al. (1982) ist das Trocknen der Durchgang einer Flüssigkeit, die in einem nassen Feststoff vorhanden ist, zu einer ungesättigten gasförmigen Phase. Nach Den gleichen Autoren sind trockene Feststoffe sehr wertvolle Produkte in der Branche.

Normalerweise ist die Trocknung der letzte Vorgang einer Reihe anderer Prozesse, und das Originaltrocknerprodukt ist verpackungsreif (MCCABE; SMITH, MR. SMITH; HARRIOTT, 1993).

Der Trocknungsbetrieb bietet zahlreiche Vorteile, wie z.B. erhöhte Produktlebensdauer, einfache Transport- und Marketingfreundlichkeit, denn Trockenfutter ist leicht, Verlustreduktion nach der Ernte, neben der unnötigen Spezialarbeit (CELESTINO, 2010).

Die Verdunstung unterscheidet sich vom Trocknen, während zunächst Wasser als Dampf am Siedepunkt entfernt wird, beim Trocknen wird das Wasser als Luftdampf entfernt (GEANKOPOLIS, 1993).

Wie Gava (1998) berichtete, ist es nur möglich, Mikroorganismen in günstigen Umgebungen wie ausreichender Luftfeuchtigkeit, Temperatur, unter anderem zu entwickeln. So wird der Trocknungsprozess als Methode der Lebensmittelkonservierung charakterisiert, weil er die Feuchtigkeit so stark reduziert, dass sich Mikroorganismen nicht vermehren können.

In seinen Studien kommt Mujumdar (2006) zu dem Schluss, dass zwei Phänomene auftreten, wenn ein nasser Feststoff dem Trocknungsprozess ausgesetzt ist, die Übertragung von Energie, hauptsächlich in Form von Wärme und die Übertragung von interner Feuchtigkeit auf den Oberflächenteil des Festkörpers.

Materialien wie organische Feststoffe halten Feuchtigkeit in den Fasern oder in den inneren Poren zurück. Damit die Bewegung der Feuchtigkeit in dieser Situation durch Diffusion der Flüssigkeit durch die Struktur des Festkörpers erfolgt (FOUST et al., 1982).

Der Feuchtigkeitsgehalt variiert je nach Produkttyp, z. B. enthält dänisches Salz in der Regel 0,5 % Wasser, Kohle 4 % und die meisten Lebensmittel bis zu 5 % (GEANKOPOLIS, 1993).

Es gibt zwei grundlegende Trocknungsmethoden, natürliche Trocknung und künstliche Trocknung.

Natürliche Trocknung ist die einfache Exposition von Nahrung gegenüber der Sonne. Geeignet für Regionen mit einer Durchschnittstemperatur von 35ºC bis 40°C und niedrigen Verschmutzungsraten (CELESTINO, 2010).

Auch nach Celestino (2010) wird die künstliche Trocknung durch die Verwendung von Geräten definiert, in denen sich das Lebensmittel befindet, und der Dehydrierungsprozess tritt für einen bestimmten Zeitraum auf.

Mujumdar (2006) berichtet über die Existenz von mehr als 400 Arten von künstlichen Trocknern, aber etwas mehr als 100 werden häufig verwendet.

Coulson und Richardson (2005) entwickelten eine Studie, in der sie Trockner nach einigen Variablen klassifizieren, wie z. B. den physikalischen Zustand von Lebensmitteln (Flüssigkeit, Paste, nasser Feststoff), feste Transportmethode, Heizsystem (Leitung, Konvektion, Strahlung). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die meisten stationären Trockner wie der Trockner die Trocknungsaktivität durch Fahren durchführen, zusätzlich führen die direkten Heizrotationstrockner den Prozess durch Konvektion durch, und auf der anderen Seite führen die Drehtrockner der indirekten Erwärmung den Prozess durch Fahren aus.

Einer der am häufigsten verwendeten Trockner ist der Traytrockner (MUJUMDAR, 2006).

Nach Foust et al. (1982) handelt es sich bei dem Schalentrockner um eine diskontinuierliche Betriebseinrichtung, die durch eine Kammer gebildet wird, in der das zu trocknende Material auf Schalen oder Schalen gelegt wird.

Eine andere Art von Trockner ist der Drehtrockner, bestehend aus einem zylindrischen Rohr leicht zum Auslass geneigt, und das zu trocknende Material, in der Regel körnige Feststoffe für diese Art von Trockner, bewegt sich durch das Rohr, wenn es rotiert (GEANKOPOLIS, 1993).

Im Inneren der Drehtrockner werden an der Seite des Rohres aufhängende Teile befestigt, um die Kaskade von Feststoffen auf den Austrittsstrom zu fördern. In diesen Trocknern stammt das zugeführte Heizmedium aus Verbrennungsgasen oder überhitztem Dampf oder strombeheizter Luft (FOUST et al., 1982).

Auch nach Foust et al. (1982) ist die Retentionszeit von Feststoffen in Rotationstrocknern von extremem Interesse. Daher dauert es eine gewisse Zeit, bis das Gas oder die Trocknungsluft das gesamte Material durchdringt und den Trocknungsprozess abschließt.

Je nach Anwendung kann der Drehtrockner in direkter und indirekter Erwärmung und Parallelstrom oder Gegenstrom erfolgen.

Bei der Direktheizung geht heißes Gas oder Luft direkt über das Essen. Bei der indirekten Erwärmung wird die Wärmequelle vom zu trocknenden Material durch Metallrohre oder Wände isoliert (MUJUMDAR, 2006).

In Gegenstromtrocknern wird der Vorschub in entgegengesetzter Richtung zum Luftstrom fixiert, im Gegensatz zu Parallelstromtrocknern bewegen sich der Luftstrom und der Vorschub in die gleiche Richtung.

ZIELE

Entwerfen Sie einen kleinen Drehtrockner.

Überwachen Sie das Trocknungssystem mit Nasszuckerproben und analysieren Sie die gewonnenen Daten.

MATERIALIEN UND METHODEN

Bei der Entwicklung des Rotationstrockners wurden die folgenden in Tabelle 1 verwandten Materialien verwendet.

Tabelle 1: Verwendete Materialien und Kosten.

Materialien Einheit Menge EINHEITSWERT GESAMTWERT
SCHEIBE 1/4 Pcs 11 R$ 0,10 R 1,10
EDELSTAHL FLACHSTANGE 1/4 M 1,5 R$6,66 9,99 $
PVC-KAPPE 6” Pcs 2 R$ 15,00 € 30,00
EDELSTAHL SHEET T 3/16 Qm 0,40 R$ 5,00 2,00 $
EXPANDED STAINLESS STEEL SHEET 3/16 Pcs 0,30 R$ 40,00 R 12,00
KEY ON AND OFF Pcs 3 R$ 15,00 R$  45,00
COOLER 110V Pcs 1 R$ 20,00 $ R$ 20,00
20-ZAHN-KRONE Pcs 3 R$ 15,00 R$  45,00
46-ZAHN-KRONE Pcs 1 R$ 12,00 R$  12,00
MOTORRADKETTE 80 CM Pcs 2 R$ 10,00 R$ 20,00 $
CUTTING DISC 2 SCREENS 4 1/2” x 1/8 x 7/8 Pcs 3 R$ 16,00 R$ 48,00
DESBASTE DISC 4 1/2” x 1/4 x 7/8 Pcs 2 R$ 22,00 R$ 44,00
SCHWEIßELEKTRODEN Kg 0,50 R$ 25,00 R$ 12,50
HAAR ROTATING BRUSH 1000 W Pcs 1 R$ 170,00 R$ 170,00
FLEXIBLE WIRE M 10 R$ 0,82 R$ 8,20
FREQUENZ-WECHSELRICHTER Pcs 1 R$ 75,00 R$ 75,00
Mdf Qm 1,50 R$25,00 R$ 37,50
GEBRAUCHTMASCHINENMOTOR 0.5 HP Pcs 1 R$ 29,00 R$ 29,00
SCHRAUBE 1/4 VON 2” Pcs 11 R$ 0,35 R$ 3,85
SUPERB SCREW 5 x 50mm Pcs 60 R$ 0,35 R$ 21,00
NUT 1/4 Pcs 11 R$ 0,15 R$ 1,65
SPEED REDUCER 1 x 60 Pcs 1 R$ 200,00 R$ 200,00
Lager Pcs 4 R$ 10,00 R$ 40,00
DREHMASCHINE UND SCHWEIßDIENSTLEISTUNGEN Pcs 1 R$ 60,00 R$ 60,00
DIGITALES THERMOMETER Pcs 1 R$ 10,00 R$ 10,00
LATEX INK L 1,0 R$12,00 R$ 12,00
SPRÜHFARBE Pcs 3 R$ 20,00 R$. 60,00
EDELSTAHLROHR 1 1/4” M 0,10 R$ 15,00 R$ 1,50
EDELSTAHLROHR 1 1/2” M 0,40 R$ 20,00 R$ 8,00
EDELSTAHLROHR 5” M 0,50 R$ 35,00 R$ 17,50
EDELSTAHLROHR 6” M 0,20 R$ 40,00 R$ 8,00
PVC-ROHR 6” M 0,25 R$ 15,00 R$ 3,75
gesamt R$ 1068,54

Quelle: Die Autoren.

Die bei diesen Arbeiten verwendeten Geräte basierten auf einem Direktheizungs- und Gegenstrom-Drehtrockner im Werk Coruripe in der Gemeinde Carneirinho-MG.

Für die Herstellung des Trockners, geschnitten 500mm von 5″ Edelstahlrohr, 2 6″, 6″ Edelstahlrohr 100mm Teile, 6″ 1 1/4″ Edelstahlrohr 100mm, 6″ 3 500mm PVC Rohr Flachstäbe, ¼” 500mm lang, 2 Platten 3/16″ in Form eines 6″ Durchmesserkreises, 2 Platten T 3/16 von 200mm, 20mm dicke MDF-Platte mit 930 x 780mm, 2 MDF Platten von 20mm Dicke mit 930 x 110mm und 2 MDF Platten von 20mm Dicke mit 780 x 110mm.

Für den Bau der Trommel wurde das 5” Edelstahlrohr verwendet. Dann wurden 3 flache Stäbe von ¼ innen mit der Trommel verschweißt und bildeten die inneren Schaufeln des Trockners, wie in Bild 1 dargestellt.

Bild 1: Schilf in der Trommel.

Quelle: Die Autoren.

Neben der Trommel wurde das 6”-Rohr an den Enden jeder Seite gekoppelt. Danach wurde ein runder Schnitt im Edelstahlrohr von 1 ½” gemacht, der den Einlassfluss des Produkts an der Oberseite und den Heißluftaustritt auf der Seite bildet, gemäß Bild 2. Das Stück wurde an einem Ende verschweißt.

Bild 2: Produktzufluss an der Oberseite des Teils und Heißluftaustritt auf der linken Seite.

Quelle: Die Autoren.

In ähnlicher Weise wurde äußerlich eine Krone aus 46 Zähnen an die Trommel geschweißt, wie in Bild 3 dargestellt, und 2 Lagerstützen auf der Basis in der Drehmaschine, wie in Bild 4 gezeigt.

Bild 3: Krone aus 46 Zähnen, die mit der Trommel verschweißt sind.

Quelle: Die Autoren.

Bild 4: Lagerstützenschienen

Quelle: Die Autoren.

Am gegenüberliegenden Ende des Produktzuflusses wurde das 1 ¼” 100mm Edelstahlrohr geschweißt und bildete den Heißlufteinlass, gemäß Bild 5.

An der gleichen Stelle, direkt unter dem Rohr, ist der Ausgangsfluss des Produkts.

Bild 5: Heißlufteinlassrohr und Produktauslassstrom.

Quelle: Die Autoren.

In der Unterbasis des Trockners wurden zwei 20cm T 3/16 Platten verwendet, wobei 4 Lager installiert wurden, 2 am Einlass und 2 am Auslass, zwischen einem Abstand von 41cm.

Für die Wärmequelle haben wir den Widerstand einer 1000 W rotierenden Haarbürste verwendet, die später in das Heißlufteinlassrohr eingebaut wurde, wie in Bild 6 dargestellt.

Bild 6: Rotierende Bürste installiert.

Quelle: Die Autoren.

Dann wurde eine Dunstabzugshaube mit dem 6″ PVC-Rohr von 250mm Länge, mit 2 Kappe gemacht. um die beiden Düsen des Rohres zu bedecken und einen Kühler auf die Haube zu stecken, dies wiederum, installiert auf dem Heißluftauslassrohr, nach Bild 7.

Bild 7: Kapuze im System installiert.

Quelle: Die Autoren.

Es wurde eine 930 x 780 x 110 mm MDF-Basis gebaut, bei der Löcher gebohrt wurden, um Trockner, Motor, Leistungsschalter und Thermometer zu verschrauben.

Motor und Reduzierer wurden an der Seite des Trockners installiert, wie in Bild 8 dargestellt.

Bild 8: Motor (rechts) und Reduzierer (links) installiert.

Quelle: Die Autoren.

In dieser Sequenz wurde in der Motorrolle eine Krone von 20 Zähnen verwendet, die in der Drehmaschine ausbalanciert waren, fixiert an der Motorachse, dann wurde der Strom von 80cm platziert.

Schließlich wurden Motor und Reduzierer mit MDF-Stütze abgedeckt und die gesamte Trocknerstruktur ordnungsgemäß lackiert.

Bild 9: Rundtrockner fertig.

Quelle: Die Autoren.

EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE

Der erste und der zweite Test wurden durchgeführt, um zu definieren, welcher Motor in Bezug auf die Trommelrotation am besten funktionieren würde. Ursprünglich war der gewählte Motor der 200w Lüftermotor, der nach dem Ein- und Einschalten bemerkte, dass die Leistung nicht ausreichte, um die Trommel zu bewegen.

Im zweiten Test, noch mit dem trockenen Trockner leer, wählte der Motor den Waschmaschinenmotor von 0.5PS. Bald wurde bemerkt, dass der Motor das erwartete Ergebnis erreichte, das war, die Trommel zu bewegen, aber die Geschwindigkeit, mit der die Trommel drehte, war sehr hoch und dies würde den Trocknungsprozess behindern.

Im dritten Test wurde ein an den Motor angeschlossener Geschwindigkeitsreduzierer in das System eingeführt, um die Trommeldrehungen zu verringern, aber zur besseren Einstellung wurde auch ein Frequenzumrichter eingesetzt, was zu einer Drehung von 30 Umdrehungen führte.

Nach Abschluss der mechanischen Elemente der Mühle wurden die Tests mit Proben von Nasszucker durchgeführt, genauer gesagt, dem Rohzucker, der durch Spende erworben wurde.

In diesem Projekt werden Volumenkörper manuell eingegeben.

Im ersten Test wurden 1 kg Zucker bei einer Temperatur von 81°C verwendet. Nach 1 Minute wurden 10g des Produkts für die Feuchtigkeitsanalyse entfernt. Zunächst enthielt der Zucker 1,07% Feuchtigkeit und kurz nach dem Prozess sank die Luftfeuchtigkeit auf 0,15%.

Im zweiten Test wurde 30 Sekunden lang eine größere Zuckermenge, genauer gesagt, 4,5 kg bei einer Temperatur von 88°C verwendet. Die Feuchtigkeitsanalyse wurde mit 10g des Produkts durchgeführt und es war bekannt, dass am Anfang der Feuchtigkeitsgehalt 0,32% betrug und er nach dem Trocknen auf 0,15% abnahm, so dass die Trocknungsgeschwindigkeit in diesem Prozess berechnet werden kann.

Zuvor wurde die Trommelfläche berechnet:

A= 2π.r.(r+h)

A= 2π.0,0635.(0,0635+0,5)

A= 0,224826507m2

Daher ist die Trocknungsgeschwindigkeit:

R= Ws.dx/A.dϴ

R= (0,010).(3,2×10-3 – 0,0015)/0,224826507.30

R= 2,52×10-6m/s

FAZIT

Der konstruierte Drehtrockner bot eine gute Leistung aus der Sicht der Zuckertrocknung, wobei die physikalischen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften der Lebensmittel erhalten wurden.

Bei der Analyse der verschiedenen Tests wurde festgestellt, dass die begrenzten Kenntnisse in Bezug auf die Mechanik die Entwicklung des Trockners erschwerten, da komplementäre Geräte wie der Geschwindigkeitsminderer und der Frequenzumrichter zur Einstellung der Trommelrotationen benötigt wurden, und in der Industrie sind diese Hilfsgeräte für die Funktionalität des betreffenden Trockners nicht notwendig.

Hinsichtlich der Trocknungsgeschwindigkeit erwies sich der Trockner als solcher als effizient und trocknete den Zucker unter Berücksichtigung der in den Berechnungen erzielten Ergebnisse fast sofort.

Es wird darauf hingewiesen, dass das vorgeschlagene Ziel erreicht wurde, da der Rohzucker zwischen 0,10 % und 0,15 % der Feuchtigkeit enthalten sollte, und durch die im Labor durchgeführten Analysen kann der jeweilige Inhalt gefunden werden.

REFERENZEN

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] Akademiker in Chemietechnik.

[2] Akademiker in Chemietechnik.

[3] Akademiker in Chemietechnik.

[4] Bachelor of Chemistry von der Universidade Brasil (2012) / Academic of Chemical Engineering.

[5] Akademiker in Chemietechnik.

[6] Bachelor of Chemistry von der Universidade Brasil (2012) / Academic of Chemical Engineering.

[7] Master in Umweltwissenschaften; Spezialisierung auf die Gründung der Lehrpraxis des Lehrers; Verbesserung des Lehramtes; Abschluss in Pädagogik; Abschluss in Physik.

Eingereicht: August 2019.

Genehmigt: September 2019.

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