RU2127526C1

RU2127526C1 - Method for producing dry milk, milk products and milk-containing products

Info

Publication number: RU2127526C1
Application number: RU98100158A
Authority: RU
Inventors: Ю.Я. Борисов; А.А. Плановский
Original assignee: Акустический институт им.акад.Н.Н.Андреева; Борисов Юлиан Ярославович
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-03-20

Abstract

FIELD: drying of liquid food products. SUBSTANCE: method involves dispersing preliminarily condensed milk product in hot air flow; exposing liquid-vapor mixture to low-frequency harmonic vibrations at frequency of 20-80 Hz and acoustic pressure of 100-120 dB. Method allows to obtain instant product. Low-frequency vibrations used in the process prevent product from adhering to chamber wall and, as a result, eliminate necessity for cleaning operations. EFFECT: increased efficiency by reduced downtime of drying equipment and reduced operating cost.

Description

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.). The invention relates to the field of drying liquid food products, carried out by spraying pre-condensed material, in particular, to drying dairy products (whole and skim milk, curd whey, etc.).

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.The most widely known method of drying milk in spray dryers using hot air, ensuring the evaporation of water from droplets of condensed milk, for example, application UK No. 1567706, M.cl. ⁶ F 26 B 17/26 or technical solutions described in the monograph of N.N. Lipatov, V.D. Kharitonov "Powdered milk", M., "Light and food industry". The disadvantages of such methods include the difficulty of obtaining an instant product and the noticeable loss of milk powder carried away by the air flow due to the high dispersion of the obtained particles, which are difficult to catch by filters. In addition, in dryers implementing this method, due to the complex hydrodynamics of gas-liquid flows, the volume of the drying chamber is not well used, which reduces the productivity of dryers compared to theoretical.

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).Acoustic methods are known for intensifying the drying process, including powders in suspension (see "Physical fundamentals of ultrasonic technology", M., Science, 1970, section "Acoustic drying"), allowing to reduce the temperature of the air supplied to the dryer or increase productivity equipment (Kuts P.S. et al. "Installation for drying high-humidity thermosensitive bulk materials", auth. certificate N 569824, V. Samsonyuk and others. "Acoustic dryer for thermosensitive materials" auth. certificate N 748100, Halimov GG et al. "Spos on drying thermosensitive materials ", auth. certificate N 1032294, Mcl ⁶ F 26 B, 5/02; Japanese application N 52 - 587, Ml ⁶ F 26 B, 3/34; US patent N 4334366, Ml. 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. The disadvantage of such methods is the high energy consumption, since the intensification is achieved at high sound (6 - 18 kHz), ultrasonic (19 - 25 kHz) frequencies or shock waves with high intensities of acoustic vibrations (more than 0.1 W / sq. Cm or more 150 dB), moreover, rapidly attenuating in air with a high content of particles of the drying product.

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. Closest to the technical nature of the claimed method is the method described in the monograph G. Kardashev and Mikhailova P.E. "Heat and Mass Acoustic Processes and Apparatuses", M., Mechanical Engineering, 1973, p. 210 - 212. This method consists in the following. The pulp of the dried product is sprayed using a pneumatic nozzle in the drying chamber, where hot air is supplied to the flow of the sprayed product. At the same time, the gas-liquid flow is processed by the acoustic waves generated in the nozzle. The spectrum of frequencies emitted in this case lies in the range of 2 - 20 kHz with a sound intensity of 0.1 - 0.3 W / sq. Cm. The disadvantage of this method, as above, is the high intensity of the vibrations necessary for the implementation of drying. It is enough to point out that, for example, for an industrial dryer with a capacity of 500 kg / h on evaporated moisture with a diameter of ≈5 m, radiators with an acoustic power of 20-60 kW will be required. At the same time, the electric power consumed (taking into account the maximum efficiency of the radiators 25%) will be 80 - 240 kW.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат, увеличение производительности оборудования и выхода высушиваемого материала, а также повышение его растворимости. The objective of the invention is to reduce energy consumption, increase productivity of equipment and the output of the dried material, as well as increasing its solubility.

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. This problem is achieved by the fact that in a method that includes spraying a pre-condensed product and removing moisture from droplets in a stream of hot air in the presence of an acoustic field, low-frequency harmonic oscillations with a frequency of 20 - 80 Hz are applied to the gas-liquid mixture, providing in-phase oscillations in the volume, with sound pressure 100 - 120 dB.

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.The proposed method can be implemented as follows. In the drying chamber, a pre-condensed (up to 35 - 40%) product is sprayed, for example, condensed milk, the moisture of which is removed by hot air heated to 170 - 180 ^o C, in which acoustic harmonic oscillations are excited with a frequency of 20 - 80 Hz at a relatively low sound pressure 100 - 120 dB.

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). Low-frequency acoustic vibrations contribute to the aggregation of small particles on the surface of larger ones, which, firstly, reduces the number of small fractions that are difficult to capture by existing dust deposition systems and, thus, increase the yield of the product, and secondly, helps to remove gas bubbles on the surface of drying particles, which makes the resulting product is instant (usually instant milk is obtained by multi-stage drying).

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. In addition, the excitation of low-frequency harmonic oscillations in the drying chamber leads, on the one hand, to a change in the hydrodynamics of the gas-liquid flow and a more uniform distribution of the drying product throughout the chamber, which contributes to a more rational use of the working volume of the chamber and, consequently, to an increase in the productivity of the equipment, and on the other, to prevent product sticking to the walls of the drying chamber due to their vibration, which reduces the downtime of the cleaning equipment. In addition, low-frequency processing increases the flowability of the product (decreases the angle of repose), thereby facilitating the transportation of the product and its packaging.

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.In the proposed method, the energy consumption for intensification is very small. To excite gas at sound pressures in the drying chamber of 100 - 120 dB (which corresponds to intensities in a traveling wave of 10 ^-4 - 10 ^-6 W / cm ² ), the energy consumption for a dryer with a diameter of 5 m does not exceed 1 kW, i.e. at least two orders of magnitude less than required in the method taken as a prototype.

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. The range of frequencies chosen in the proposed method is determined by the fact that when excited below 20 Hz, unwanted resonances of the structures of the dryer itself and building elements may occur, and the physiological effects of the infrasound frequencies on the staff will also be negatively affected. As the frequency of exposure increases above 80 Hz, the length of the acoustic waves decreases so much that instead of common-mode air oscillations, standing waves appear in the dryer volume with an uneven distribution of the oscillation amplitude, which negatively affects the course of the intensification process. The claimed frequency range provides intensification for any used drying chambers.

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. Sound pressure of 100 dB is the optimal minimum of the beginning of the intensification process, below which the effect of low-frequency oscillations is very weak. An increase in sound level above 120 dB is impractical, since it leads to an unjustified increase in energy consumption.

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. Verification of the proposed method was carried out on an Anhydro dryer, working with a nozzle spray and with a countercurrent flow of fluid and coolant, as well as on a Niro Atomizer semi-industrial dryer with a centrifugal spray.

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%).A check of the proposed method upon receipt of milk powder showed that it allows you to get instant milk without the use of additional technological cycles; due to changes in the aerodynamic conditions in the drying chamber by 15 - 20% to reduce the specific energy consumption for drying; as a result of enlargement of powdered milk particles in the process of acoustic agglomeration, reduce dust extraction of fine fractions by 60% and increase the yield of the product;
eliminate sticking of the product to the wall of the drying chamber, reducing downtime for cleaning it; to improve the conditions of transportation and packaging of the product as a result of increasing its flowability (reducing the angle of repose by 20%).

Claims

A method of producing milk powder, milk and milk-containing products, comprising spraying a pre-condensed product with subsequent drying of the obtained drops in a stream of hot air in the presence of an acoustic field, characterized in that low-frequency harmonic oscillations with frequencies of 20 - 80 Hz are applied to the gas-liquid mixture of the dried product pressure 100 - 120 dB.