Оборудование для гранулирования
Гранулирование широко применяют в микробиологической промышленности. Гранулированные препараты имеют существенные преимущества перед тонкоизмельченными пылевидными препаратами: повышается насыпная масса продукта, снижается пыление при транспортировании, дозировании, фасовке и упаковке. Обработку гранулированием подвергают дрожжи, ферментные препараты, аминокислоты (лизин), кормовые дрожжи и антибиотики, а также микробиологические средства защиты растений.
Процесс гранулирования зависит от физико-химических свойств обрабатываемого материала. Образование гранул определяется их реологическими свойствами, энергией связи влаги с материалом, свойствами связующего вещества, временем перемешивания и выдержки.
Для гранулирования могут быть использованы: экструдеры и центробежные окатыватели, шнековые грануляторы формования или грянулаторы барабанного типа, машины для гранулирования методом прессования, совмещенные сушилки-грануляторы, и грануляционные башни.
Экструдеры-грануляторы используют для проведения влажной грануляции в непрерывном потоке. Они бывают с продольным и поперечным продавливанием. Принципиальная схема такого гранулятора показана на рис.9.5. В корпусе экструдера расположены два червяка, которыевращающиеся в разные стороны. Они перемещают тестообразную массу в ситовый отсек, где расположены два кольцевых профильных ролика. Ролики крепятся на одном валу с червяками. Диаметр профильных роликов увеличивается в направлении передвижения массы. Частоту вращения червяков и профильных роликов можно регулировать от 0,28 до 1,17 с-1.
Загружаемая тестообразная ферментная масса из приемной воронки вращающимися червяками перемещается в ситовый отсек. В отсеке она подпрессовывается профильными роликами и продавливается через сменные решетки с диаметром отверстий 1, 2, 3, 4 или 5 мм.. Решетки расположены по длине профильных роликов с противоположных сторон. Толщина выходящих жгутов определяется диаметром отверстий решетки. Качество и форма гранул существенно зависит от типа червяка, формы профильного ролика для продавливания, частоты вращения.
Шнековые грануляторыиспользуют для гранулирования пастообразных продуктов. Общий вид такого формующего гранулятора показан на рис. 9.6. Гранулятор состоит из электроприводного иеханизма, загрузочного бункера и корпуса. Внутри корпуса расположен шнек с протирочной головкой, два роторных нагнетателя ифильерная решетка. Аппарат имеет узел резки, где выходящий из фильеры продукт пластинчатым ножом режется на гранулы заданной длины.
Пастообразная масса из загрузочной камеры роторных нагнетателей захватывается транспортной частью шнека, уплотняется и продавливается через фильерную решетку с помощью протирочной головки.
Техническая характеристика шнековых грануляторов приведена ниже.
| Показатели | ГФШ-90 | ГФШ-150 | ГФШ-300 |
| Производительность, кг/ч Режим работы Живое сечение фильерной решетки, % Диаметр шнека, мм Частота вращения, с-1 шнека запитывающих валков ножа Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, мм Масса, кг | 100-200 Периодический 0,3 0,2 0,2-2,0 5,5 2160 Х 855 Х 1520 | Непрерывн. 30-35 0,5 0,41 - 7,5 2610 Х 660 Х 700 | Непрерывн. 0,55 0,19 - 4910 Х 1810 Х 1355 |
Двухшнековый гранулятор типа ГФШ-200-2используют для гранулирования пастообразных продуктов с влажностью 55-58 %. Аппарат работает в непрерывном режиме. Принципиальная схема такого гранулятора показана на рис. 9.7. Гранулятор состоит из двух параллельных шнеков с общей загрузочной камерой. Каждый шнек расположен в собственном корпусе, имеющем фильерный узел и протирочную головку. В камере параллельно шнекам расположены также два роторных нагнетателя, вращающихся синхронно со шнеками.
Из загрузочной камеры продукт с помощью роторных нагнетателей непрерывно поступает в прессующую часть, где он уплотняется и продавливается через фильерную решетку с помощью протирочных головок. Для придания гранулам сферической формы их дальнейшая обработка проводится в машинах центробежного окатывания. Аппарат представляет собой вертикальную емкость. Внутри её на валу расположен сменный диск с рифленой поверхностью. Частота вращения диска может изменяться от 4,17 до 16,6 с-1.
Для получения гранул разных размеров применяют четыре типа сменных дисков с насечками 2, 3, 4 и 5 мм. Диски с большим размером насечек используются для изготовления гранул крупных размеров.
При вращении диска гранулы приобретают сферическую форму, двигаясь по спирали вокруг тороидального основания и поднимаясь сначала вверх по поверхности стенки, а затем опускаясь вниз. Продолжительность центробежного окатывания одной загрузки (цикла) колеблется от 15 с до нескольких минут. Чем больше скорость вращения диска, тем меньше продолжительность гранулирования.
Техническая характеристика двухшнекового гранулятора типа ГФШ-200-2 приведена ниже.
| Производительность, кг/ч Диаметр, мм шнеков ротора нагнетателя гранул Частота вращения шнеков, с-1 Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, мм Масса, кг | 3000-5000 3-5 0,85 2910 Х 1555 Х 985 | ||
Установки для гранулирования методом прессованиясостоят из загрузочной воронки с вертикальным шнеком для предварительного уплотнения и деаэрирования, двух прессовочных валков, закрытых в стальном кожухе, привода и механизма плавного регулирования частоты вращения валков. Работают аппараты по принципу вальцевания продукта под давлением между двумя валками, вращающимися в противоположных направлениях. Поверхность валков может быть гладкой, профилированной или в виде зубчатых колес. Выбор формы поверхности валков зависит от вида и свойств материала, а также требований, предъявляемых кготовой продукции. Для поддержания необходимой температуры аппараты имеют систему для охлаждения.
Загружают продукт с помощью одно- или многоходовых конических или коническо-цилиндрических шнеков с автоматически регулируемым приводом. Такие устройства позволяют вести подачу под высоким давлением. Гранулированный препарат пропускают через классификатор для отбора гранул требуемого размера. Более крупные или мелкие фракции возвращаются наповторное гранулирование.
Грануляторы окатываниявыпускаются различных типов: барабанные, тарельчатые, конические, вибрирующих и др. Работают они в периодическом или непрерывном режимах. В аппаратах совмещены процессы окатывания, сушки и классификации гранул по их размеру.
Гранулятор-сушилка для ферментных препаратовразработанас использованием локального фонтанирования. Принципиальная схема установки показана на рис. 9.8. Основным узлом сушилки является цилиндроконическая камера 3. Высота цилиндрической части камеры - 1000 мм, диаметр - 1600 мм. высота конической части - 1500 мм. На корпусе камеры расположены штуцера для подачи сульфата натрия, выхода отработавшего теплоносителя и датчиков приборов контроля. К нижнему фланцу камеры крепится газоподводящая камера 11. Она выполнена в виде цилиндра диаметром 900 мм. Внутри камера разделена горизонтальной перегородкой на две части. Верхняя часть 14 предназначена для тангенциальной подачи холодного воздуха через воздушный фильтр 18 насосом 17 под газораспределительную двухслойную решетку 15. Решетка расположена между газопроводящей камерой и сушилкой. Верхний слой решетки представляет собой фильтровальную сетку с ячейками 0,4 мм., а нижний перфорированный слой имеет живое сечение 4,0 %.
Нижняя часть 13 предназначенатангенциальной подачи горячего воздуха через воздушный фильтр 20 воздуходувкой – 19 и паровой калорифер 16 в сопла 10. Шесть сопел расположены по окружности в горизонтальной перегородке. Больший диаметр сопел – 150 мм, меньший – 80 мм Сопла представляют собой три концентрически расположенные трубы. Внутренняя труба используется для подачи раствора продукта, внешняя труба - для подачи сушильного агента, а средняя - холодного воздуха. В сопла вставлены завихрители. В центре сопел расположены пневматические форсунки, закрепленные, в днище камеры.
В центре газораспределительной решетки имеется воронка для выгрузки готового продукта. Воронка имеет вытеснительный конус с шестью отверстиями диаметром 60 мм для выгрузки продукта и одно центральное отверстие диаметром 50 мм для сброса избыточного воздуха. Она .соединена с разгрузочной трубой 9 диаметром 150 мм. К днищу газопроводящей камеры крепится коллектор сжатого воздуха. Он соединен резиновыми шлангами 12 с форсунками для подачи раствора фермента.
Ниже камеры горячего воздуха под выгрузной трубой расположена съемная коническая камера охлаждения с водяной рубашкой. Нижняя часть камеры охлаждения сделана прозрачной из оргстекла, что позволяет вести наблюдение за процессом псевдоожижения охлаждаемых гранул. Под решетку нижней камеры через фильтр 20 воздуходувкой 19 подают охлаждающий воздух. По центру камеры охлаждения расположена труба диаметром 65 мм. для выгрузки охлажденных гранул.
Сушилка соединена с бункером 1 для сульфата натрия объемом 1 м3,. Внутри бункера расположена мешалка со скоростью вращения 14 мин-1. Из бункера сульфат натрия поступает в сушилку через дозатор 2 непрерывного действия. Дозатор состоит из питателя вибрационного типа 6 с переменным числом колебаний, ленточного транспортера, бункера с пневовибратором, выгрузной воронки с перекидной заслонкой и весового механизма. Максимальная производительность дозатора 0,4 т/ч.
Установка укомплектована вспомогательным оборудованием, обеспечивающим подачу воздуха на распыление, сушку, охлаждение, поддержание слоя во взвешенном состоянии с требуемыми параметрами, подачу основных и вспомогательных продуктов, контроль и управление процессами. Предусмотрена также автоматическая система пожаротушения. Часть оборудования выполнена во взвзрывобесопасном варианте.
Целевой продукт перед подачей на сушку очищают на дно- или двухсетчатом фильтре 8. Фильтр представляет собой цилиндрический аппарат диаметром 110 мм с коническим днищем и плоской крышкой. Внутри фильтра расположена фильтровальная корзина, на боковых поверхностях — штуцера для входа и выхода раствора, а в днище — штуцер для слива осадка при промывании. Поверхность фильтрации составляет 0,015 м2 . Очищенный ферментный раствор через расходомер подается в форсунки сушилки.
Воздух на распыление подается воздуходувкой. Нагрев воздуха для сушки может проводиться на электропаровой установке или газовом теплогенераторе. Воздух нагревается до температуры 250 °С Перед нагревом воздух очищается в специальных фильтрах.
Основное количество влаги (до 90 %) удаляется в факеле форсунки. Остаток влаги испаряется в объеме кипящего слоя и при гидратации частиц носителя. Кипящий слой поддерживается воздухом, подаваемым вентилятором. Температура воздуха приближается к температуре готового продукта или превышает ее на 3 -5 °С.
Образование гранул связано с обволакиванием частиц наполнителя раствором продукта. Частицы слипаются, образуя гранулы. В процессе работы сушилки размер которых непрерывно увеличивается.
Качественная работа сушилки-гранулятора зависит от непрерывной циркуляции всех частиц в объеме слоя. В процессе циркуляции частицы через боковые разгрузочные отверстия конуса ссыпаются в сепарационный канал. В канале за счет регулирования скорости воздуха частицы, достигшие требуемого размера, проваливаются в холодильник, а меньшие через центральное отверстие возвращаются в кипящий слой. Из холодильника готовые гранулы через шлюзовые затворы направляются на упаковку.
Отработавший воздух из сушилки выводится с помощью вентилятора 5, очищается в рукавном фильтре 4 и выбрасывается в атмосферу. Рукавный фильтрпредставляющий собой вертикальный цилиндроконический аппарат с тангенциальным вводом воздуха. Внутри его размещено 48 матерчатых рукавов из иглопробивного полотна. Общая поверхность фильтрования 31,2 м2, Нагрузка на полотно не должна превышать 8 м3/(м2-мин). Сопротивление фильтра не превышает 1,15 кПа.
Очистка рукавов от продукта осуществляется с помощью пневмовибратора и импульсной продувки. Продувка проводится поочередно по два рукава одновременно. Управление работой клапанов продувки осуществляется автоматически.
Пылевая фракция из фильтра через шлюзовый питатель периодически возвращается в установку.