SZEMES TERMÉNYEK HÕKEZELÉSE KOLONNÁBAN
Dr. Angyal István
BME Vegyipari Géptan Tanszék
Email: angyal@eik.bme.hu
Bevezetés:
A szemes termények feldolgozása során gyakran
használt hõkezelési eljárás a fõzés
és a szárítás. Lényegi eltérés
a két mûvelet között a víztartalom változásába
van. A szárításnál a termény víz-tartalma
csökken, míg fõzésnél növekszik.
Ennek megfelelõen változik a fûtõközeg
víztartalma is. A hõkezelés mind szakaszosan mind
folyamatos üzemben végezhetõ. Ezen munkában a
fo-lyamatos üzemmel és fõzéssel foglalkozunk,
de az itt említett eljárások értelemszerûen
szaka-szos üzemre és szárításra is használhatók.
Tartózkodási idõ:
A tartózkodási idõ nagysága és kézben
tarthatósága döntõ jelentõséggel
bír. Az átlagos tartóz-kodási idõ:
Az összefüggésben szereplõ száraz tömeg
becsülhetõ. A pontos érték mérését
a felvett víz ne-hezíti. A tömegáram adott értéken
tartásáról az adagolók gondoskodnak.
Becsülhetõ illetve mérhetõ az egyes részecskék
tartózkodási idejének a szórása.
Fûtési lehetõségek:
A tartózkodási idõ csökkentése érdekében
célszerû a fõzés hõmérsékletének
növelése. A meg-növelt hõmérséklet
csökkenti a csiraszámot, de kedvezõtlenül hat a
vitamin és a enzimtartalom-ra. Gõzfûtést alkalmazva
a hõmérséklet növelése együtt jár
a nyomás növekedésével. A nyomás növekedése
számos konstrukciós probléma megoldását
követeli. Ilyenek például:
· Adagoló és más segédberendezések
tömítettsége
· Résáram befolyása az adagolás
pontosságára
· Vákuum-kialakulás veszélye
· Hõszigetelés szárazon tartása
A gõzbevezetés két módon történhet:
· Anyaghalmaz felett történõ bevezetés
egyszerû csõcsonkkal. Ennél a megoldásnál
feltétlenül zárt kolonnát kel építeni.
A gõzbevezetés a kolonna fedelén elhelyezkedõ
csonkon történik. Ugyanitt középen kerül sor
a termény beadagolásra. Konstrukciós megoldással
gondoskodni kell arról, hogy az anyag ne tömhesse el a gõzbevezetõ
csonkot. A felsõ beadagolónak ekkor biztosítani kell
a megfelelõ zárást nyomás ellenében.
Ennél a megoldásnál a gõz az anyaggal együtt
felülrõl lefelé áramlik. A hõcsere típusa
egyenáramú, ami intenzív hõátadást
jelent a legfelsõ rétegben. A szemcséken kialakuló
kondenz vastagságával ez lefelé haladva némiképp
csökken. A felsõ adagolón óhatatlanul távozó
gõzmennyiség megfelelõ konstrukciós kialakí-tással
csökkenthetõ. Ezzel a megoldással a kolonna kibõvül
egy elõmelegítõ részel. Ebben a hõcsere
típusa ellenáramú. Gondos tervezéssel elérhetõ,
hogy a zárt térbe bejutó termény el-érje
a fõzés hõmérsékletét (elõmelegítés).
· Anyaghalmazra történõ rávezetés
réssel vagy perforált fallal. Ezen megoldás akkor
alkalmaz-ható, ha lemondunk a túlnyomásról.
Ekkor a terményhalmaz teteje légtér felé nyitott.
A gõz bevezetése a halmaz alá a kolonna falán
készített résen vagy perforált szakaszon történik.
A bevezetés magasságában egy rövid szakaszon
kereszt és vegyes áramlás mellett alakul ki a hõátadás.
A felsõ részen ellenáram az alsón egyenáram
alakul ki. A lefele emelkedõ majd ál-landósuló
hõmérséklet-eloszlás miatt a lefelé
és felfelé irányuló gõzáramok
nagyságai eltérõ-ek. A megfelelõ arány
kialakítását a bevezetés magasságával
tudjuk befolyásolni. Rossz mé-retezés esetén
megnövekszik a gõzfogyasztás (az alul vagy felül
távozó gõz miatt) illetve le-lassul a felmelegedés.
Adagolás:
A kolonna megfelelõ üzemeltetéséhez mind
alul az elvételhez mind felül a beadagoláshoz sza-bályozható
adagolót szükséges beépíteni. A két
adagolóval biztosítani lehet, a kolonnában tar-tózkodó
anyag állandóságát. A lehetséges adagolótípusok:
· cellás adagoló
· szalagos adagoló
· csigás adagoló
· vibrációs adagoló
· kalibrált kifolyónyílás
· kvantált mennyiségek adagolása ki-bekapcsolással
A kiválasztott adagolónak el kell viselnie a gõzt
és annak kondenzét, túlnyomás esetén
megfelelõ zárást kell biztosítani a gõznek.
Szabályozás:
A kolonna üzemeltetéséhez szabályozni kell:
· a fûtõgõz nyomását és
mennyiségét
· a kiadagolás vagy a beadagolás tömegáramát
(száraz állapotra vonatkoztatott)
· a kolonnában tartózkodó anyag tömegét
vagy térfogatát
A szabályozás pontosságát a szemes termény
fõzésideje és annak szórása határozza
meg.
Rétegellenállás:
A berendezés méretezéséhez feltétlenül
szükséges a rétegellenállás ismerete.
Ennek nagyságát :
· a porozitás
· a szemcsegeometria
· a kialakult áramlás jellege (lamináris
v. turbulens)
határozza meg. Nehezíti a probléma kezelését
· a fõzés közben bekövetkezõ
duzzadás
· a jelenlévõ kondenz (filmként és
cseppként)
· a halmaz tömörülése és lazulása
A méretezés további szempontjai:
A gazdaságos üzem feltétele a gõzfogyasztás
optimalizálása. A távozó gõz felesleges
költségeket és nem kívánt fluidizációt
okoz. Ez egyes adagolóknál megengedhetetlen.
Jól méretezett kolonnában dugós áramlás
alakul ki. Ebben a kúpos részt leszámítva jól
becsülhetõk a sebességek és a tartózkodási
idõ. Fontos a boltozódás megakadályozása.
Induláskor légteleníteni kell a rendszer, gõzkimaradás
esetén gondolni kell a vákuum keletkezésére.
A biztonságos méretezés alapja lehet a kísérletekre
épülõ modell megalkotása. Ez a le-hetséges
termények változatossága miatt nehezen általánosítható.
Jelölésjegyzék:
t s
átlagos tartózkodási idõ
kg/s
a beadagolt szemes termény tömegárama
kg a kolonnában
tartózkodó szemes termény száraz tömege
(víztartalom növekedés nélkül).