Особенности процесса гранулирования сывороткосодержащих композиций

14-05-2014, 16:11

Как следует из анализа литературных источников и исследований структурно-механических свойств, молочная сыворотка как объект гранулирования представляет собой достаточно сложное вещество. Процесс гранулирования сухой сыворотки очень чувствителен к внесению влаги. При оптимальном значении массовой доли влаги (11 % — для сыворотки, 13% — для сывороткосодержащих композиций шрота ягоды), количество воды, которое необходимо внести при гранулировании составляет 7-9%.
За счет высокой ее гигроскопичности и хорошей растворимости порошкообразной сыворотки образуется высококонцентрированный слой, блокирующий дальнейшее продвижение жидкости. Установлено, что скорость образования и роста гранул соизмерима со скоростью твердения увлажняемой молочной сыворотки. В результате была выбрана технологическая схема процесса по «сухому» способу с дробным внесением жидкой концентрированной сыворотки.
Согласно разработанной технологии, гранулирование осуществляли в периодическом режиме. Сухая сыворотка помещалась в тарель, устанавливался угол наклона тарели к горизонту 45°. Скорость вращения тарели задавалась минимальной — 20 об/мин, активатора — 200 об/мин. В процессе эксперимента они плавно корректировалась. Изменение угла наклона и скорости производилось по визуальному наблюдению за характером движения материала по тарели — устанавливался режим переката, а так же периодически производился отбор проб из различных мест гранулятора.
Увлажнение сыворотки осуществлялось водой или сгущенной сывороткой при помощи форсунки гидравлического (безвоздушного) распыления. Движение материала в тарели дополнительно организовывалось при помощи отбойного ножа. На рабочий процесс тарельчатого гранулятора существенно влияет как влажность исходного материала, так и влажность самого процесса окатывания. В процессе работы тарельчатого гранулятора исходный материал — сгущенная молочная сыворотка с массовой долей сухих веществ 40-70% поступает в гранулятор с близким к оптимальному содержанию жидкой фазы при температуре пастеризации. Такое технологическое решение способствует уменьшению вязкости жидкой фазы и, кроме того, позволяет уменьшить энергетические затраты при сушке.
Экспериментальные данные по выявлению оптимальной влажности процесса гранулирования молочной сыворотки окатыванием представлены в табл. 12.4.

Анализ данных таблицы показывает, что процесс окатывания молочной сыворотки в тарельчатом грануляторе возможен при различной влажности.
При влажности грануляции от 9% до 11,5% окатывание идет полностью, окатыши имеют правильную форму и плотное сложение и отличаются значительной однородностью, до 90 % всех окатышей имеет узко классифицированные размеры. По внешнему виду окатыши выглядят не только однородными по размеру, но и не блестящими, т.е. не мокрыми.
При повышении влажности процесса до 13 % и постоянных значениях других параметров работы гранулятора, окатыши получаются неоднородными по размеру и форме, они слипаются, и в целом ухудшается процесс окатывания. Выявлено, что порошок сухой сыворотки при гранулировании склонен к быстрому образованию бесформенных агломератов. Подобное поведение характерно для материалов, имеющих в своем составе, подобно сыворотке, в больших количествах водорастворимые вещества, обладающие повышенной вязкость и липкостью в концентрированном состоянии.
Непрерывное введение влаги приводит к образованию крупных гранул (более 8-10 мм) и бесформенных «ежеобразных» прочных агломератов, состоящих из мелких слипшихся гранул — размером от 0,5 до 5 мм. Последнее объясняется тем, что, как это следует из проведенных ранее экспериментов по исследованию капиллярной пропитки сыворотки, скорость пропитки для сыворотки мала. В процессе зародышеобразования сначала образуются достаточно рыхлые комки различного размера, которые в процессе дальнейшего окатывания начинают уплотняться. Общего количества влаги не достаточно для дальнейшего упрочнения гранул, поступающая из форсунки влага смачивает поверхностные слои, они переувлажняются из-за малой скорости капиллярной пропитки, и это вызывает слипание гранул. Разламывание крупных гранул показало, что гранулы имеют структуру, состоящую из плотной внешней оболочки и относительно слабой и рыхлой сердцевины. Данное наблюдение справедливо только для сырой гранулы, так как со временем происходит перераспределение влаги. Учитывая это, была изменена систему подачи влаги — ее стали подавать прерывисто. Введение влаги, с интервалом, необходимым для перераспределения ее во внутренние слои и вызванного этим начального уплотнения, позволило получать прочные крупные гранулы более правильной, близкой к шарообразной, формы. Все требуемое количество жидкой составляющей вносится в несколько приемов, причем, чем больше дроблений при ее внесении, тем более правильной сферичности гранул и стабильности размеров можно добиться.
Быстрая подача влаги и большими порциями вызывает повышенную скорость образования гранул, неравномерность гранулометрического состава и характеризуется преобладанием крупных (более 8 мм) фракций. Внесение избыточной влаги, более 1,5 % от оптимального значения, приводит к быстрому расстройству процесса гранулирования, вызванному слипанием гранулята, с последующим «блокообразованием» больших агломератов, обладающих, при этом, повышенной пористостью.
Анализ, имеющихся в литературе данных, а также экспериментальные исследования по слеживаемости и растворимости показали, что оптимальным является размер гранул из сыворотки в пределах 1-5 мм.