способ получения сухого молока, молочных и молокосодержащих продуктов

Формула изобретения

Способ получения сухого молока, молочных и молокосодержащих продуктов, включающий распыление предварительно сгущенного продукта с последующим высушиванием полученных капель в потоке горячего воздуха в присутствии акустического поля, отличающийся тем, что на газожидкостную смесь сушащегося продукта накладывают низкочастотные гармонические колебания с частотами 20 - 80 Гц при звуковом давлении 100 - 120 дБ.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области сушки жидких пищевых продуктов, осуществляемой методом распыления предварительно сгущенного материала, в частности, к сушке молочных продуктов (цельного и обезжиренного молока, творожной сыворотки и др.).

Наиболее широко известен способ сушки молока в распылительных сушилках при помощи горячего воздуха, обеспечивающего испарение воды из капелек сгущенного молока, например, заявка Великобритании N 1567706, М.кл.⁶ F 26 B 17/26 или технические решения, описанные в монографии Н.Н. Липатов, В.Д. Харитонов "Сухое молоко", М., "Легкая и пищевая промышленность". К недостаткам таких способов следует отнести трудность получения быстрорастворимого продукта и заметных потерях сухого молока, уносимого воздушным потоком вследствие высокой дисперсности получаемых частиц, трудно улавливаемых фильтрами. Кроме того, в сушилках, реализующих этот способ, ввиду сложной гидродинамики газожидкостных потоков недостаточно хорошо используется объем сушильной камеры, что снижает производительность сушилок по сравнению с теоретической.

Известны акустические способы интенсификации процесса сушки, в том числе порошков, находящихся во взвешенном состоянии (см. "Физические основы ультразвуковой технологии", М., Наука, 1970, раздел "Акустическая сушка"), позволяющие снижать температуру подаваемого в сушилку воздуха или повышать производительность оборудования (Куц П.С. и др. "Установка для сушки высоковлажных термочувствительных сыпучих материалов", авт. свид. N 569824, Самсонюк В. К. и др. "Акустическая сушилка для термочувствительных материалов" авт. свид. N 748100, Халимов Г.Г. и др. "Способ сушки термочувствительных материалов", авт. свид. N 1032294, Мкл⁶ F 26 B, 5/02; заявки Японии N 52 - 587, Мкл.⁶ F 26 B, 3/34; патент США N 4334366, Мкл.⁶ F 26 B, 5/02).

Недостаток таких способов состоит в высоких энергозатратах, так как интенсификация достигается при высоких звуковых (6 - 18 кГц), ультразвуковых (19 - 25 кГц) частотах или ударных волнах с высокими интенсивностями акустических колебаний (более 0,1 Вт/кв.см или свыше 150 дБ), к тому же быстро затухающих в воздухе с большим содержанием частиц сушащегося продукта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в монографии Кардашева Г.А. и Михайлова П.Е. "Тепломассообменные акустические процессы и аппараты", М., Машиностроение, 1973, с. 210 - 212. Этот способ состоит в следующем. Пульпа сушащегося продукта распыляется с помощью пневматической форсунки в сушильной камере, куда навстречу потоку распыленного продукта подается горячий воздух. Одновременно с этим газожидкостный поток обрабатывается акустическими волнами, создаваемыми в форсунке. Спектр излучаемых при этом частот лежит в пределах 2 - 20 кГц при интенсивности звука 0,1 - 0,3 Вт/кв.см. Недостаток этого способа, как и вышеуказанных, состоит в высокой интенсивности колебаний, необходимой для осуществления сушки. Достаточно указать на то, что, например, для промышленной сушилки с производительностью 500 кг/час по испаренной влаге, диаметром 5 м потребуются излучатели с акустической мощностью 20 - 60 кВт. При этом потребляется электрическая мощность (учитывая максимальный КПД излучателей 25%) составит 80 - 240 кВт.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат, увеличение производительности оборудования и выхода высушиваемого материала, а также повышение его растворимости.

Указанная задача достигается тем, что в способе, включающем распыление предварительно сгущенного продукта и удаление влаги из капель в потоке горячего воздуха в присутствии акустического поля, на газожидкостную смесь накладывают низкочастотные гармонические колебания с частотой 20 - 80 Гц, обеспечивающие синфазные колебания в объеме, при звуковом давлении 100 - 120 дБ.

Предлагаемый метод может быть реализован следующим образом. В сушильной камере распыляют предварительно сгущенный (до 35 - 40%) продукт, например, сгущенное молоко, влага из которого удаляется горчим воздухом, нагретым до 170 - 180^oC, в котором возбуждены акустические гармонические колебания с частотой 20 - 80 Гц при сравнительно низком звуковом давлении 100 - 120 дБ.

Низкочастотные акустические колебания способствуют агрегированию мелких частиц на поверхности более крупных, что, во-первых уменьшает число мелких фракций, трудно улавливаемых существующими системами пылеосаждения и, таким образом, увеличивают выход продукта, во-вторых способствует удалению пузырьков газа на поверхности сушащихся частиц, что делает получаемый продукт быстрорастворимым (обычно быстрорастворимое молоко получают путем многостадийной сушки).

Кроме того, возбуждение в сушильной камере низкочастотных гармонических колебаний приводит с одной стороны к изменению гидродинамики газожидкостного потока и более равномерному распределению сушащегося продукта по камере, что способствует более рациональному использованию рабочего объема камеры и, следовательно, повышению производительности оборудования, а с другой - к предотвращению налипания продукта на стенках сушильной камеры из-за их вибрации, что уменьшает время простоя оборудования для очистки. Кроме того, низкочастотная обработка повышает сыпучесть продукта (снижается угол естественного откоса), облегчая тем самым транспортировку продукта и его затаривание.

В предлагаемом способе затраты энергии на интенсификацию очень невелики. Для возбуждения газа при звуковых давлениях в сушильной камере 100 - 120 дБ (что соответствует интенсивностям в бегущей волне 10^-4 - 10^-6 Вт/см²), расход энергии для сушилки диаметром 5 м не превосходит 1 кВт, т.е. по крайней мере на два порядка меньше, чем требуемый в способе, взятом за прототип.

Диапазон выбранных в предлагаемом способе частот определяется тем, что при возбуждении ниже 20 Гц возможны появления нежелательных резонансов конструкций самой сушилки и строительных элементов, а также возникает негативное физиологическое воздействие инфразвуковых частот на обслуживающий персонал. При увеличении же частоты воздействия выше 80 Гц, длина акустических волн уменьшается настолько, что вместо синфазных колебаний воздуха в объеме сушилки появляются стоячии волны с неравномерным распределением амплитуды колебаний, что отрицательно сказывается на протекании процесса интенсификации. Заявляемый же частотный диапазон обеспечивает интенсификацию для любых используемых сушильных камер.

Звуковое давление 100 дБ - это оптимальный минимум начала процесса интенсификации, ниже которого воздействие низкочастотных колебаний проявляется весьма слабо. Увеличение же уровня звука выше 120 дБ нецелесообразно, так как ведет к неоправданному увеличению потребляемой энергии.

Проверка предлагаемого способа проведена на сушильной установке "Ангидро", работающей с форсуночным распылителем и с противоточной схемой подачи жидкости и теплоносителя, а также на полупромышленной сушилке "Ниро Атомайзер" с центробежным распылителем.

Проведенная проверка предлагаемого способа при получении сухого молока показала, что он позволяет получать быстрорастворимое молоко без использования дополнительных технологических циклов; за счет изменения аэродинамической обстановки в сушильной камере на 15 - 20% снизить удельные энергозатраты на сушку; в результате укрупнения частиц сухого молока в процессе акустической агломераци на 60% снизить пылеунос мелких фракций и повысить выход годного продукта;

устранить налипание продукта стенки сушильной камеры, снизив время простоев для ее очистки; улучшить условия транспортировки и затаривания продукта в результате повышения его сыпучести (снижения угла естественного откоса на 20%).