TEPELN Á ZAŘÍZENÍ

1. TZ8 TEPELNÁ ZAŘÍZENÍ Sušárny Sušárny konvekční, kontaktní, rozprašovací Rudolf Žitný, Ústav procesní a zpracovatelské techniky ČVUT FS 2010

2. Jak se dá odstranit voda? TZ8 Odparky– var v kapalině Sušárny– jako pára ohřevem látky (tuhé nebo pastovité) Mechanicky– odstřeďováním nebo lisováním Osmoticky– rozdílem osmotických tlaků sůl/cukr

3. TZ8 Sušárny

4. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Konvekční suš árny – p ř enos tepla a hmoty (vlhkosti) je zabezpečen suš ícím prost ředím (teplým vzduchem spalinami). Prakticky vždy lze použít recirkulaci sušícího media . S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H O + + + O - + - - - + Ofukovaná Komorové (diskontinuáln í ), Vhodné pro sušení, kde převládá vnitřní difúzní odpor, tj. především u kusových látek: ovoce, bobuloviny, zelenina, maso Malý odpařovací výkon cca 1 kg.m-2.h-1 nehybná pásové vrstva ( kontinuální souproud nebo protiproud média). Obr. APV Mitchell S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H - O + + + O + + O - + Profukovaná Hrubší zrna, napr. obilí, krystaly, Komorové nebo pásové (kontinuální) sušárny. Příčné proudění sušícího media (např. zdola u vlhkého /kypření/ a shora u částečně vysušeného materiálu). Rychlost sušícího vzduchu < 5 m.s-1. nehybná granulky, ovoce, zelenina vrstva Odpařovací výkon - 2 - 1 cca 10 až 100 kgm h . - 1 Spotřeba tepla 4 - 5 MJkg .

5. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Konvekční suš árny – p ř enos tepla a hmoty (vlhkosti) je zabezpečen suš ícím prost ředím (teplým vzduchem, spalinami). Prakticky vždy lze použít recirkulaci sušícího media . S P R M M M Q Q Q K B Jsou to vlastně sušárny s ofukovanou vrstvou, ale dosti specifické - jde o sušení pásů otryskávaných horkým vzduchem (štěrbiny, kruhové trysky). Ofukování může být i oboustranné (pás, pohybující se na vzduchovém polštáři). Obr. Langbein Engelbracht L M H L M H Impaktní Textilie, papír, fólie, filmy (tryskové) sušárny + + - + O - + O - + + Pěnové Zeleninové a ovocné šťávy, Zahuštěná šťáva se zpěňuje (přísady esterů mastných kyselin) a nanáší na perforované desky. Kráterování pěny profukováním vzduchem (nebo N2 pro snížení oxidace). Sušení v komorové nebo tunelové sušárně a seškrabování produktu. Existují i varianty rozprašovacího a vakuového pěnového sušení. sušení instantní produkty (protlaky, džúsy)

6. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Konvekční suš árny S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H - - + O + + O + + + - Rotující buben má vestavby, které přesypávají sušený materiál a zvyšují kontaktní plochu se sušícím mediem. Používá se souproud (teplotně citlivé materiály) i protiproud (pro maximální dosušení, třeba i odstranění chemicky vázané vody /kalcinace/) Polydisperzní materiály (100 μm až 0.1 m) s požadavkem na delší doby zdržení. Krystalické i drobně kusové materiály (chemikálie, keramické materiály, ale např. i zrněné maso). Odpařovací výkon se vztahuje na jednotku objemu bubnu, cca 10 až 100 kg.m-3.h-1 Spotřeba tepla 4 až 8 MJ.kg-1 Bubnová sušárna (mechan.-gravitační přesypávání) . - - + + + + + + + + + Proudění sušícího media (např. spalin) je v obvykle příčné (zmenšení tlakových ztrát a zvýšení rychlosti sušení než kdyby plyn proudil zdola). Vestavby zajišťují lepší promíchávání materiálu. Provoz je typicky kontinuální. Sypké materiály, obilí, drcené uhlí Šachtová sesypná sušárna (gravitační přemísťování sušeného materiálu)

7. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Konvekční suš árny – p ř enos tepla a hmoty (vlhkosti) je zabezpečen suš ícím prost ředím (teplým vzduchem, spalinami). Prakticky vždy lze použít recirkulaci sušícího media . S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H - O + + + + + + + + + Fluidní Bublající cirkulační nebo fontánující fluidní lože. Sušícím i fluidním mediem mohou být vzduch nebo spaliny. Nevýhodné RTD lze zlepšit vestavbami. Někdy se využívá cyklické ohřívání a chlazení. Vhodné především pro víceméně monodispersní materiály. Chemikálie, vláknité materiály, obilí, ovoce, zelenina, cukr krystal, glukóza. sušárny (gravitačn í přesun fluidujícího sušeného materiálu) - - + O + + O + + + - Chlazení nebo dosušování meziproduktu např. z rozprašovacích sušáren.Mléčné produkty, sole, kyselina citronová, aj. Odpařovací výkon cca 90 kg.m-3.h-1, spotřeba tepla 3.3 až 3.5 MJ.kg-1 Vibrofludní Obr. Escher Wyss sušárny (přesun materiálu vibracemi)

8. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Konvekční sušárny S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H - - + - + + O + + + - Proudové Práškovité, zrnité nebo vláknité materiály, pokud nejsou citlivé na mechanické poškození a pokud nejsou příliš abrazivní (škrob, mláto, lepky, kvasinky, kostní moučka, polévky, polymery /PVC, polypropylen, polystyren/, kaolin). Velmi krátké doby zdržení (sekundy) umožňují odstranění pouze volné vody.Odpařovací výkon 4 až 300 kg.m-3.h-1, spotřeba tepla 3.7 až 8.8 MJ.kg-1 sušárny Rychlost sušícího vzduchu musí být vyšší než pádová rychlost sušených částic (8 až 40 m.s-1). Souproudý režim, značné nároky na odlučovače. Obr. Barr Murphy. . + O - + + + + + + + - Rozprašovací - Sušení disperze rozprášené tryskami nebo rotujícím diskem. Většinou souproud (přívod horkého vzduchu shora), ale vyskytují se i jiné varianty. Rychlosti kapek cca 150 m.s-1, průměry kapek 10-100 μm. Obr. Niro Atomizer Šetrné sušení mléka, vajec, zmrzlinových směsí, dětská výživa, ovocné šťávy, škrob, glukóza, masové extrakty, káva, kakao (instantní potraviny), dále barviva, plasty (PVC), léčiva, mycí prášky.Odpařovací výkon 1.5 až 48 kg.m-3.h-1Spotřeba tepla 4.6 až 11 MJ.kg-1 sušárny

9. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Kontaktní sušárny Přenos tepla kondukcí - přímým kontaktem sušeného materiálu s vyhřívanou plochou (tepelný odpor je podstatně nižší než u konvektivních sušáren). Úkolem sušícího media je jen odvádění vlhkosti, proto lze využívat šetrné sušení termolabilních látek při nízkých teplotách za podtlaku (i při vysoké relativní vlhkosti sušícího media může být dostatečný rozdíl parciálních tlaků vodní páry mezi povrchem materiálu a v sušícím mediu). S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H O + + + O - + - - - + Valcové Sušený materiál je nanášen na topný buben např. nanášecími válečky, rozstřikem. U dvouválcové sušárny se suspenze může lít přímo do prostoru mezi válci. Rozvod páry i odvod kondenzátu osou bubnu.Válcové sušárny jsou obvykle atmosférické, i když existují i podtlaková provedení. Doby sušení 2-10 s. Tloušťka vrstvy < 0.5 mm. Obr. Büttner Vhodné pro pastovité či kapalné látky (u dvouválcové sušárny též třeba pařené brambory), kvasnice, dětská výživa, ovocné a zeleninové vločky, krmiva. Odpařovací výkon 7-30 kg.m-2.h-1 Spotřeba tepla 2.9 až 5.7 MJ.kg-1 sušárny - O + + + O + + O + + Bu bnová Uspořádání je prakticky totožné s bubnovou konvektivní sušárnou. Topným mediem je ale pára, vyhřívající trubky vedené vnitřkem bubnu. Protože tyto parní trubky rotují spolu s bubnem, je třeba páru i kondenzát vést rotačními rozvaděči Relativně křehké krystalické materiály a polymery. Spotřeba tepla 3.8 až 6.3 MJ.kg-1 sušiareň

10. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická TZ8 Kontaktnísušárny S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H O + + + + - + O - - + Sušení barev, práškových kovů, acetátu celulózy, škroby. Odpařovací výkon 10-15 kg.m-2.h-1, spotřeba tepla 2.9 až 4.2 MJ.kg-1.Při dosušování je odpar 0.5 kg.m-2.h-1, spotřeba tepla až 10 MJ.kg-1 Lopatková sušárna Typická vakuová sušárna, lopatky slouží k promísení sušeného materiálu. Topí se vnější plášť sušárny O + + + O - + + - O + 1) Sušený materiál se zmrazí (vysoká rychlost zmrazování vytváří malé ledové krystalky, které nepoškozují strukturu buněk). Zmrazuje se buď proudem vzduchu, chlazením kontaktních ploch, kapalnými plyny nebo vakuovým chlazením (obr.Krauss Maffei - kontinuální talířová sušárna). 2) Sublimace ledu v komorách nebo tunelech, zpravidla za sníženého tlaku 10 až 100 Pa. Během sublimace se přivádí teplo z kontaktních ploch (existují i varianty s infra- nebo mikrovlnným ohřevem). Při zahřívání nesmí dojít k překročení teploty tání ledu. Sublimační sušárny Energeticky i investičně nejnáročnější sušení (to už je dáno principem - součet energie potřebné na zmrazení a sublimaci je vždy větší než na pouhé odpaření). Vhodné při extrémních nárocích na kvalitu zpracování: čaj, káva, krevní plasma, ovoce, zelenina, luštěniny, zeleninové šťávy, žampiony.

11. Výběr sušárnyS-suspenze, P-pastovité, R-partikulární materiály, ML-nízká, MM-střední, MH-vysoká kapacita (kg sušeného materiálu/čas) QL-nízký, QM-střední, QH-vysoký tepelný výkon, K-kontinuální B-periodická Radiační sušárny S P R M M M Q Q Q K B L M H L M H O + + + O - + - - - + TZ8 Infračervený Záření je emitováno buď klasickými žárovkami, nebo topnými tělísky či pórézními keramickými deskami na nichž probíhá katalytické spalování plynu. Sušárny se často kombinují s tryskovým konvektivním sušením. Nátěry, automobily, papír, textil, ovoce, zelenina, kakaové boby, zrní Odpařovací výkon až 35 kg.m-2.h-1 ohřev - O + + + O + + O + + Dielektrický Dřevo, papír, plasty, termolabilní potraviny. Spotřeba energie cca 3 MJ.kg-1. Frekvence elmag. pole cca 1 až 200 MHz. ohřev + + - + O - + O - + + Materiály s nízkou vlhkostí (<20% - dosušování). Mikrovlny ohřívají především polární látky - vodu, tuky, některé plasty. Vhodné pro nátěry, lepidla, papír, kůže, textilie, léky, keramiku, PVC, PP, polyamidy, potrav. látky (zelenina, ovoce, rýže, brambůrky, těstoviny, tabák). Mikrovlnné Mikrovlny generované magnetronem na frekvenci 900 nebo 2450 MHz. Ohřev zevnitř vypuzuje vodu k povrchu sušeného materiálu. sušárny

12. Příklady sušáren GEA, APV TZ8 GEA Group (Process Engineering Inc.) znamená Global Engineering Alliance Je to nadnárodní společnost, pod kterou se skrývá většina značek, s jejichž produkty jsme se v předmětu tepelných zařízení setkávali, Wiegand, Kestner, Alfa Laval, Niro, … vývojová a výrobní centra jsou rozeseta po celém světě. Upřímně řečeno, nevím už přesně, kdo je kdo, kdo komu patří… možná trochu pomůže následující seznam firem. Například u sprejových sušáren bylo možné místo GEA Niro, zvolit APV Anhydro (stejně jsou to všichni dánové). Uvádím alespoň odkaz na APV Dryer Handbook. V Ćeské republice jsou některé filiálky nadnárodních společností, které se alespoň výrobou sušáren zabývají, např. HB Krako (patřicí do HB Group) – klasické a adsorpční sušárny (nehledejte za tím žádný zázrak – odvlhčování sušícího vzduchu na rotačních adsorbérech). Čestnou výjimkou je brněnská firma ROMILL – vyrábí a dokonce i navrhuje mikrovlnné sušárny.

13. GEA vymražovací sušárny TZ8 Sušený produkt (káva, čaj, zelenina, farmaceutika, enzymy…) se nejprve zmrazí (CAB- kontinuální vzduchový pásový zmrazovač), drtí, prosévá a dávkuje na palety, které jsou zaváženy do vymrazovacího vakuového tunelu CONRAD. Kondenzátor a odledovač jsou přímo uvnitř sušícího tubusu. Kontinuální systém CONRAD zmražený materiál prochází vzduchotěsnou vstupní komorou

14. GEA Barr-Rosin Inc.Fluidní sušárny Vibrační fluidní lože pro sušení zrní TZ8 Fluidní sušárny jsou obvykle dvoukomorové, oddělené distribučním sítem, kterým se přívádí předehřátý vzduch (vzduchem se obvykle dodává jen zhruba třetina potřebného tepla, většina z topných panelů, které jsou vložené přímo do fluidujícího materiálu, viz obr). Průtok vzduchu musí být takový, aby bylo lože udržována ve vznosu (tj. tlaková ztráta při průtoku pevným ložem musí být větší než váha sušeného materiálu), ale zase ne tak vysoký, že by docházelo k úletu velkého množství materiálu. Patentované distribuční síto Niro, navržené tak, aby příliš velké částice byly odfoukávány stranou a odváděny pryč. Otevřený systém Obvyklý systém pro sušení (odstraňování vody). Dmychadla na vstupu i výstupu zajišťují mírný podtlak v prostoru nad fluidním ložem. Používá se přímý i nepřímý ohřev. Odcházející vzduch se čistí v kombinaci cyklonových odlučovačů, vypírky (scrubbers) a rukávových filtrů. Uzavřený systém Používá se tehdy, když jde o odstranění těkavých látek (rozpouštědel) nebo když nemá být sušená látka v kontaktu s kyslíkem (recirkulují inertní plyny). Rozpouštědla se odstraní v mokré vypírce. Vysokoteplotní fluidní lože (např. čištění formovacího písku) integrované s chladičem

15. GEA Niro – rozprašovací sušárny TZ8 Atomizer (disk nebo tryska) Rozvaděč vzduchu Kalorifer (ohřev parou nebo elektricky) Válcová sušicí komora s fluidním ložem v konickém dnu Odlučovače Pneumatické nebo vibrační dopravníky sušeného prášku A B C D E F

16. GEA Niro TZ8 Různé varianty uspořádání toku sušicího vzduchu i sušené látky v komorách rozprašovacích sušáren GEA Niro A/S

17. GEA Niro atomizery TZ8 Tryska Disk Poznámka: sprejové sušárny se dělají i tak, aby bylo možné zaměňovat trysku za rotující disk dle typu právě zpracovávaného produktu.

18. Příklady aplikací TZ8 Estes

19. GEA Niro Instantní mléko TZ8 • Pokud Vás zajímá technologie zpracování mléka a výroba instantního prášku mohu snad doporučit knihu • Vagn Vestergaard: Milk Powder Technology. Niro A/S, 2004 (páté vydání). • Kniha má 337 stran, ale je tam hodně o tom, jak navrhovat sprejové sušárny a o technologii mléka. • Zde jen krátce k následujícím schematům sprejových a fluidních sušáren Niro MSD a k vícestupňovému sušení. Zpracování mléka probíhá v následujících krocích • Zahušťění mléka v odparkách s klesajícím filmem a mechanickou rekompresí brýd. • Mléko zahuštěné na 50% je ohřáto v trubkovém výměníku • Rozprašovací sušárna s tryskami typu MSD (dvoustupňová). Sušicí vzduch je předehřát kondenzátem odparky a parou. Vysušení až na měrnou vlhkost 10% v komoře sušárny a dosušení ve fluidním loži, které je integrované s rozprašovací sušárnou. • Dosušení a zchlazení prášku ve vibrofluidním dopravníku VIBRO-FLUIDISER

20. GEA Niro Instantní mléko TZ8

21. GEA Niro Instantní mléko TZ8

22. GEA Niro Instantní káva TZ8