Лекції - Технологія сушіння плодів і овочів (укр.)

1.doc (10 стор.)
Оригінал


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

^ 2 Конвективний спосіб




Рис. 1. Схема конвективних сушарок: а - основний варіант, б - з рециркуляцією частини відпрацьованого повітря; А - сушильний агент; П - гріючийпар; М - висушуваного матеріалу; 1 - вентилятор; 2 - калорифер; 3 - сушильна камера.


^ Конвективного спосіб сушіння.

Найбільш розповсюдженій спосіб, 95-97% в Світі. Енергія передається висушують об'єкту за допомогою конвекції.

При цьому способі сушильного агента є теплоносієм та вологопогліначем. Відрізняється достатності простою конструкцією та обслуговування.

Недолікі - невісокі коефіцієнті теплообміну α Між газом и матеріалом (α = 10-20 ккал / м 2 * рік * градус), Великі витрати тепла при завантаженні та вівантаженні, Великі витрати Повітря Із-за нещільності дверей, нерівномірність сушіння по дліні, шіріні и вісоті камери, важкість контролювання, зніжена економічність.

Установки мають високі питомі енерговитрати, які складають від 1.6 до 2,5 кВт.год / кг. Однак цього способу притаманні деякі недоліки, що стосуються нераціонального використання енергії установками, оскільки сушка продукту таким способом неминуче супроводжується втратами тепла на нагрів конструкцій і навколишнього середовища.


Інтенсіфікація способу сушіння засновалося на збільшенні коефіцієнту теплообміну α. Це збільшення Може буті досягнуто:

  1. збільшенням швідкості Повітря, альо збільшуваті швідкість можна до певної Межі (Дуже Висока швідкість Повітря невігодна економічно). Збільшення витрат енергії НЕ виробляти до необхідного процесу пріскорення, особливо у 2 періоді сушіння

  2. збільшенням температури сушильного агента (пов'язано Із зменшеності Повітря та економією тепла) до певної Межі, при цьому зберігається Якість продукту.

  3. Збільшенням поверхні матеріала, Який вісушується. Достігається великим диспергування матеріалу. Має межу подрібнення.

Основний недолік конвективного сушіння - протівообернена направленість градієнтів вологовмісту (grad Δu) та градієнту температури (grad Т). grad Т заважає переміщенню вологості з поверхні матеріалу. Тому з метою додання grad Т позитивного направлення вікорістовують осцілюючій режим сушіння, коли поперемінно (τ = 2 - ... 120 сек) подається гарячий та холодний сушильного агента.

При інтенсифікації процесів такої сушки продуктів необхідно підвищувати температуру теплоносія, що тягне перегрів продукту, особливо на стадії досушки. Крім того цього способу сушіння продуктів притаманні недоліки, істотно знижують якість кінцевого продукту. При цій сушці випаровування вологи відбувається тільки з поверхні, що призводить до появи плівки, що утрудняє сушку і погіршує якість сухопродукт: змінюється колір, смак і природний аромат продукту, знижується його восстанавливаемость при замочуванні. Висока температура і висока тривалість сушіння сприяють розвитку окислювальних процесів і призводять до втрат вітамінів і біологічно активних речовин в сухопродукт, і не сприяє придушенню первинної мікрофлори.

Цей спосіб сушіння продуктів грунтується на передачі тепла висушуваного продукту за рахунок енергії нагрітого сушильного агента - повітря або парогазової суміші. Сушка продуктів при цьому способі відбувається при омивання продукту нагрітим газом, повітрям, топковими газами, перегрітою парою та іншими теплоносіями, які мають температуру, відмінну від температури піддається сушінню матеріалу. При цьому способі сушіння за рахунок сообщаемой продукту теплової енергії йде випаровування знаходиться в продукті вологи, а винесення парів вологи здійснюється сушильним агентом. Розрізняють конвективну сушіння матеріалів у шарі, при якій застосовуються сушарки з омивання матеріалу в шарі або вироби агентом сушіння (тунельні, камерні, петльові, валкові, турбінні, стрічкові, шахтні сушарки), а також конвективна сушка з сопловим обдувом плоских матеріалів. Крім цього розрізняють конвективну сушіння матеріалів або виробів у зваженому і напівзважена стані, що може здійснюватися в барабанних установках, в установках з киплячим шаром, в пневматичних трубах-сушарках, у вихровому потоці, а також за допомогою сушки розпиленням.

Важливу роль при конвективної сушки відіграють параметри сушильного агента (температура, відносна вологість, швидкість руху), товщина шару і його стан (щільний, розпушений, зважений, дисперговані), а також питома навантаження. Тому інтенсифікувати конвективну сушіння можна, регулюючи дані параметри.

Температура - з підвищенням температури сушильного агента інтенсивність випаровування вологи збільшується за рахунок збільшення теплообміну між висушують матеріалом і сушильним агентом, а тривалість сушіння скорочується. Однак температура в кінці сушіння не повинна бути вище критичної для висушуваного матеріалу. Для плодово-ягідної сировини вона коливається в межах 55-65 0 С.

Відносна вологість сушильного агента - із зменшенням відносної вологості процес сушіння прискорюється. Але сушка з низькою відносною вологістю пов'язана із зайвою витратою тепла і, отже, подорожчанням процесу. Крім того, низька відносна вологість сушильного агента спочатку сушіння сприяє швидкому переміщенню вологи і утворення скоринки на поверхні, що уповільнює сушку. Для плодового та овочевої сировини відносна вологість відпрацьованого повітря повинна бути в межах 35-45%.

Швидкість сушильного агента - залежить від його кількості, що надходить в установку, перерізу камери, напрямки руху. У тунельних сушарках швидкість руху сушильного агента становить 2,8-3,5 м / с, а в стрічкових - 0,2-0,5 м / с. При русі сушильного агента перпендикулярно висушують матеріалу теплообмін збільшується приблизно в 2 рази в порівнянні з паралельним. Тому для сушіння у нерухомому шарі застосування стрічкових сушарок більш ефективно, ніж тунельних.

Товщина шару - залежить від виду сировини, форми, колоїдно-хімічних властивостей, початкової і кінцевої вологості. Сушка плодів і овочів в тонкому шарі на початку процесу і більш товстому в кінці створює сприятливі умови для отримання продукту хорошої якості і ефективного використання сушильної установки. Цей принцип використовується в стрічкових сушарках.

Стан шару - визначає активну поверхню контакту з сушильним агентом.

Використання нагрітого повітря в якості сушильного агента, який є одночасно теплопередатчик, вологопоглиначем і влагоудалітелем, обумовлює порівняльну простоту конструкцій конвективних сушарок. При інших способах сушіння перебуває в контакті з продуктом повітря використовується лише для видалення испарившейся вологи.

Технічні способи здійснення конвективного сушіння найрізноманітніші: в щільному шарі, у зваженому, в розпиленому стані і т.д.


^ 2.1 Сушіння у щільному шарі

Процес сушіння у нерухомому і малорухливому шарі здійснюється в камерних, стрічкових, тунельних і шахтних сушильних установках.

Камерна сушарка - основним вузлом є сушильна прямокутна камера, всередині якої міститься висушуваного продукту. Це сушарка періодичної дії. Сушка проводиться нагрітим повітрям або сумішшю топкових газів з повітрям. Використовується для сушіння сухарів, кукурудзи в качанах, зерна.

Стрічкові (конвеєрні) сушарки - використовуються широко на овочесушильний підприємствах для сушіння овочів, фруктів, нарізаних на дрібні шматки, проварених круп. Сушіння здійснюється повітрям, нагрітим в калориферах. Особливістю їх є те, що продукт висушується в щільному шарі висотою 7,5-15 см. Ці сушарки безперервної дії. Являють собою закриту теплоізольованою камеру, усередині якої розташовані один над іншим 4 або 5 нескінченних сітчастих стрічкових конвеєрів з нержавіючої сталі. Сушарка марки Г4-КСК-90 (пятіленточная) наведена на малюнку 1.3.

До аждий стрічковий конвеєр зміщений щодо іншого по довжині сушильної камери для пересипання продукту з однієї стрічки на іншу. Стрічки рухаються протилежно один одному. Швидкість руху стрічок може змінюватися. Ширина стрічки до 2 м, довжина до 10 м. Для завантаження продукту в сушильну камеру передбачений транспортер (1) зі шкребками. Для переміщення продукту з метою рівномірної сушки і запобігання злипання на початку першої, а також в середині першої, другої і третьої стрічки встановлені ворошителя. Для очищення стрічок від налиплого продукту під першої та другої стрічками (в кінці) встановлені щітки. Поверхні барабанів очищаються від налиплого продукту шкребками, які встановлені у натяжних барабанів першого, другого і третього стрічкового конвеєрів. Обсипаються шматки продукту потрапляють у встановлені під шкребками лотки. З лотків вони забираються вручну 1 раз на зміну.




Рис. 4. Стрічкова сушарка: 1 - камера сушки; 2 - нескінченна стрічка; 3 - провідні барабани; 4 - ведені барабани; 5 - калорифер; 6 - живильник; 7 - опорні ролики.


Між барабанами стрічкових конвеєрів встановлені калорифери. На кожному ряді калориферів в місці підведення пари встановлені вентилі, а в місцях відводу - конденсатовідвідники. Це дозволяє регулювати тепловий режим в кожній зоні. Сушильний агент подається знизу, проходить через всі зони сушарки і відсмоктується вентилятором (4).

Висушуваного продукту завантажується в сушильну камеру (2) на верхню стрічку (3). Пройшовши до кінця стрічки, він пересипається на наступну, рухається в протилежному напрямку і вивантажується з нижнього транспортера. Температура сушильного агента на вході в сушарку 90-120 0 С, на виході - 55-80 0 С.

Стрічкові конвеєрні сушарки забезпечують безперервність процесу. Але обмежена швидкість і нерівномірний розподіл сушильного агента призводять до нерівномірного розподілу теплоти і вологи і місцевим перегрівів.

Найбільш досконалі з перерахованих вище сушильних установок - стрічкові конвеєрні сушильні установки, що забезпечують безперервність процесу сушіння. Однак вони також мають недоліки: обмежена швидкість і нерівномірний розподіл повітря приводять до нерівномірного розподілу тепла та вологи, до можливих місцевим перегрівів матеріалу. Тому температура нагрітого повітря при сушінні картоплі, овочів і плодів на цих установках не повинна перевищувати 80 0 С через можливе підгоряння продукту. Це, в свою чергу, змушує працювати на малих питомих навантаженнях матеріалу - від 5 до 16 кг / м 2, що збільшує тривалість сушіння і знижує продуктивність сушильної установки.

Тунельні сушильні установки використовуються для висушування плодів, ягід, грибів, а також для сушіння бляшаних консервних банок після миття. Являють собою наскрізну подовжену камеру, усередині якої висушуваного продукту переміщається у вагонетках. Кожна вагонетка має 20-30 полиць, на яких встановлюються сітчасті піддони з висушують матеріалом. На кожен піддон поміщається від 15 до 25 кг продукту.

По режиму роботи відносяться до сушарок безперервної дії. Довжина цих сушарок від 10 до 100 м, ширина - від 2 до 10 м. При експлуатації необхідно дотримувати відстань між матеріалів, стінами та стелею, а також між вагонетками 70-80 мм. Циркуляція сушильного агента здійснюється як за рахунок природної конвекції, так і примусовою, останні сушарки більш продуктивні і економічніше. У цих сушарках використовують реверсування (зміна напрямку подачі сушильного агента). Це дозволяє збільшити рівномірність процесу сушіння. Сушильним агентом є суміш топкових газів і повітря. У сушарці передбачена рециркуляція частини відпрацьованого повітря, це підвищує економічність. Початкова температура сушіння 45-50 0 С, кінцева - 75-80 0 С. Використання спочатку процесу сушіння м'яких умов для видалення вологи з поступовим підвищенням температури сприятливо для фруктів, які важко піддаються сушці (виноград, абрикоси).

Застосування в них суміші топкових газів з повітрям хоча і економічно за витратами теплоти, але не виключає можливості утворення при сушінні канцерогенних речовин.

Основний недолік тунельних сушильних установок - паралельний рух повітря і матеріалу, що значно зменшує контакт і теплообмін між ними. Так, у порівнянні з пронізиваеніем шару матеріалу нагрітим повітрям теплообмін в тунельних сушильних установках приблизно вдвічі менше, а тривалість сушіння, наприклад, яблук, в 3-4 рази більше, ніж у стрічкових конвеєрних сушильних установках. Крім того, обслуговування тунельних сушарок вимагає великих затрат ручної праці на завантаження і вивантаження матеріалу на сита і візки.

Шахтні сушарки призначені для сушіння сипучих продуктів. Являють собою вертикальні шахти прямокутного перерізу розміром не менше 80 мм. Стінки найчастіше сітчасті або жалюзійні. Сушарки можуть бути прямоточні або рециркуляційні. У прямоточних сушарках продукт проходить через сушильну камеру один раз, в рециркуляційних - кілька разів, число рециркуляції залежить від початкової вологості продукту.

Ці сушарки забезпечують безперервність процесу, але швидкість сушіння в них в 2-3 рази нижче в порівнянні із стрічковими конвеєрними сушарками.

При зневодненні продуктів в щільному шарі не вся поверхня висушуваного матеріалу бере участь у теплообміні. Тому процес протікає повільно, тривалість сушіння висока, можливі перегріви продукту на окремих ділянках. Сушарки громіздкі і мають невисоку продуктивність. Готовий продукт погано набрякає, відновлюється при тривалому кип'ятінні (20-25 хв).

Значне прискорення процесів тепло-і масообміну досягається при сушінні продуктів в перемішувати шарі.


^ Барабанні сушарки

Барабанні сушарки одержали широке поширення для сушіння сипучих харчових і відходів при їх виробництві: зерна, цукру-піску, бурякового жому, зернокартофельной барди спиртових заводів, кукурудзяних паростків і мезги на крохмалепатокових заводах. В якості сушильного агента в них використовують повітря і димові гази.





Рис. 2. Барабанна сушарка прямої дії: 1 - циклон; 2 - вентилятор; 3 - розвантажувальна камера; 4 - шнек; 5 - бандажі; 6 - опорні ролики; 7 - привід; 8 - зубчастий вінець; 9 - гвинтові лопаті; 10 - внутрішня насадка; 11 - барабан; 12 - живильник.



Рис. 15.8. Насадки сушильних барабанів

Усередині барабана в залежності від висушуваного продукту встановлені різного типу насадки (мал. 15.8), що сприяють підвищенню ефективності процесу сушіння.

Конструкції насадок (внутрішніх пристроїв) вибираються відповідно до вимог технологічного процесу (підйомно-лопатеві, розподільні, концентричні, перфоровані, канальні та ін.) Основною характеристикою сушильного барабана є його влагонапряженіе по испаренной волозі A = 6 ... 44 кг / (м 3 × год), величина якого залежить від ступеня заповнення і частоти обертання барабана, теплофізичних властивостей і розмірів продукту, а також від температури, вологості і швидкості руху агента сушіння.


^ 2.2 Розпилювальна сушка

Конвективна сушка рідких продуктів в тонкодіспергірованном (розпиленому) стані - один з сучасних високоінтенсивних способів. У харчовій промисловості ця сушка використовується для зневоднення овочевих і фруктових паст, пюре, соків.

При зневодненні розпиленням рідкі продукти диспергируют на краплі малих розмірів (5-500 мкм). Це збільшує поверхню випаровування (площа поверхні 1 кг розчину становить 600 м 2) і тривалість сушіння вимірюється секундами (від 5 до 30 с). Дуже малий розмір часток усуває гальмівну дію термовлагопроводності. При цьому швидкість внутрішньої дифузії практично не впливає на швидкість сушіння, у результаті чого з величезною поверхні диспергованих частинок видаляється, в основному, поверхнева волога. Це дозволяє застосовувати при сушінні термолабільних продуктів підвищені температури сушильного агента (до 180-200 0 С).

Максимальний розмір крапель (D max, м) визначається за формулою 1.22:

D max = до * (1.22)

де: к - коефіцієнт, що залежить від властивостей розпорошується речовини;

σ - поверхневий натяг, Н / м;

g - прискорення сили тяжіння, м 2 / с;

ρ в - щільність повітря, кг / м 3;

υ - швидкість виходу струменя, м / с

Швидкість руху повітря в таких установках становить 0,2-0,4 м / с. Розміри сушильної камери визначаються продуктивністю установки і факелом розпилення і складають в діаметрі 2,6-12,5 м, а висота від 3 до 25 м і більше. Найчастіше сушильна камера має форму циліндра з плоским або конічним підставою, рідше - форму прямокутника. Для видалення висушеного продукту на підлозі камери (якщо форма циліндрична) або на стінках (при циліндроконічних формі) встановлені скребки, які обертаються з частотою 50 хв -1 і перешкоджають прилипанню продукту до стінок сушарки.

На процес випаровування витрачається велика кількість теплоти, і температура матеріалу регулюється по температурі минає повітря (70-80 0 С). Невисока температура матеріалу і швидка сушка (кілька секунд) дозволяє отримати сухий порошок практично з повним збереженням поживних і біологічно активних речовин.

В якості повітропідігрівачів застосовують парові калорифери різної конструкції: пластинчасті, ребристі, зі сталевих труб з привареними прямокутними пластинами, шайбовая з привареними до труб шайбами ​​або з навитої на трубах металевою стрічкою. У калорифери подають пар під тиском 0,8-1,6 МПа.

Нагріте в подогревателях до 160-200 0 С повітря надходить в сушильну камеру. Найчастіше вона має форму циліндра з плоским або конічним підставою, рідше - прямокутника з двосхилим дном. На металевому (з профільної сталі) або залізобетонному каркасі закріплені подвійні стінки: внутрішня з листової нержавіючої сталі або метласька плитки, зовнішня - з листової сталі. Між внутрішньою і зовнішньою стінками прокладена теплова ізоляція, зазвичай на основі скловолокна. Температура внутрішніх стінок сушильної камери не повинна охолоджуватися нижче точки роси щоб уникнути осідання на стінках сухого порошку.

Розпилювальні пристрої в сушарках можуть бути у вигляді форсунок або відцентрових дисків.

^ Перевагою форсунковим розпиленням є невелика витрата електроенергії (на 1 т розчину 2-4 кВт / год); безшумність роботи; простота конструкції. До недоліків можна віднести засмічення вихідних отворів з-за малого перетину; при збільшенні продуктивності погіршується якість розпилення, тому в установках великої продуктивності встановлюють багато форсунок (до 35 шт.).

^ Дискової розпорошення найбільш поширене, так як за допомогою бистровращающєєся дисків (частота обертання 7500-12000 хв -1) можна розпилювати продукти з високим вмістом сухих речовин (до 50% і вище). Це можливо тому, що в них немає отворів для проходу розчину, вони не забиваються і забезпечують однорідне розпорошення. Один диск забезпечує роботу однієї сушильної установки будь-якої продуктивності. До недоліків дискового розпилення можна віднести висока вартість пристрою; необхідність робити сушильну камеру більшого діаметра через широке факела розпилення.

Рух розпорошених частинок і повітря в камері може бути прямоточним, протівоточним і змішаним. Прямоточне використовується при сушінні термолабільних продуктів, так як це дає можливість використовувати більш високі температури без небезпеки перегріву продукту.

Розміри сушильної камери можна визначити, виходячи з її об'єму, який розраховується по рівнянню 1.23:

V = (1.23)

де: W - кількість испаренной вологи, кг / с (визначається на підставі рівняння матеріального балансу процесу сушіння);

τ - тривалість сушіння, с;

А w - коефіцієнт напруги (для форсункових розпилювальних установок він дорівнює 2,2-2,4 кг / (м 3 * год); для дискових - 3,1-3,5 кг / (м 3 * год).

За обсягом камери визначають діаметр (d) і висоту (h), співвідношення між ними залежить від способу розпилення: для форсункових сушильних установок d: h = 1: (1,5-2,5); для дискових розпилювальних сушарок d: h = 1: (0,8-1,0).

Рух розпорошених частинок розчину і повітря в камері може бути прямоточним, протівоточним і змішаним. При сушінні термолабільних харчових продуктів переважно прямоточне рух повітря і частинок, так воно дозволяє застосовувати більш високі температури повітря без небезпеки перегріву матеріалу. Можливі верхня і нижня подачі повітря і розчину. При нижній подачі швидкість повітря в камері повинна бути вище швидкості витання найбільш крупних частинок матеріалу.

Залежно від форми і розмірів сушильної камери кількість осілого і що буря після сушки продукту різна: в циліндричних камерах залишається 65-70% продукту, а 30-35% несеться з повітрям; в камерах циліндроконічних форми осідає 30-35% сухого продукту і 65 - 70% несеться з повітрям. Тому за сушильною камерою монтують пристрої для виділення сухого продукту з відхідного повітря (рукавні фільтри, циклони, мокрі пиловловлювачі - скрубери і т.д.).




Рис. 5. Розпилювальна сушарка: 1 - камера сушки; 2 - форсунка; 3 - шнек для вивантаження висушеного матеріалу; 4 - циклон; 5 - рукавний фільтр; 6 - вентилятор; 7 - калорифер.


Через високу швидкість випаровування вологи температура висушуваного продукту залишається невисокою. Продукти виходять високої якості з гарною розчинність. При цьому способі сушіння можна регулювати величину частинок, об'ємну масу, кінцеву вологість і температуру порошку. За якістю одержувані продукти порівняти з продуктами сублімації сушіння, але вартість їх на 25-30% нижче.

Використання прямоточних сушарок дає можливість уникнути пригорання продукту до днища сушильної башти, оскільки гаряче повітря і продукт рухаються зверху вниз. Крім того, використання таких сушарок кращий з погляду техніки безпеки. Недоліком прямоточних сушарок є великі габаритні розміри в порівнянні з протівоточним сушильними установками.

^ Спосіб сушіння розпиленням має ряд переваг в порівнянні з іншими методами сушіння.

1. Процес сушіння протікає надзвичайно швидко (зазвичай 15-30 сек) і частки в зоні підвищених температур мають насичену поверхню, температура якої близька до температури адиабатного випаровування чистої рідини. Завдяки миттєвій сушці і невисокій температурі розпорошених частинок матеріалу висушений продукт виходить хорошої якості: наприклад, не відбувається денатурації білків, окислення, втрат вітамінів і т. д. Цей метод часто застосовується для сушіння харчових продуктів, органічних солей і барвників, біологічних і фармацевтичних препаратів і інших термочутливих матеріалів. За якісними властивостями продукт, висушений в розпилювальних сушарках в нагрітому повітрі або інертному газі (азот, вуглекислий газ), можна порівняти лише з продуктом, висушеним при глибокому вакуумі.

2. При сушінні розпиленням легко регулювати і змінювати в потрібному напрямку якісні показники готового продукту в залежності від умов сушіння. Наприклад, можна регулювати і змінювати в певних межах об'ємна вага сухого порошку, величину частинок, кінцеву вологість і температуру.

3. В результаті сушіння виходить готовий продукт, який не вимагає зазвичай подальшого подрібнення і володіє підвищеною розчинністю.

4. При застосуванні сушіння розпиленням часто може бути значно скорочений і повністю механізований технологічний цикл отримання сухого продукту. У цьому випадку можуть бути виключені такі процеси як фільтрація, центрифугування, розмел і т. д.

5. У розпилювальних сушарках можна досягти високої продуктивності по висушують матеріалу, при цьому не потрібно великої кількості обслуговуючого персоналу.

С. висушуваного матеріалу в процесі сушіння не стикається з поверхнями сушарки до тих пір, поки він не висохне. Це спрощує вирішення проблеми корозії і вибору матеріалу для сушильної камери. При інших способах сушіння вологий продукт стикається з металевими поверхнями.

7. У розпилювальних сушарках можна здійснити сушку в широких температурних межах (60-200 ° С).

8. Розпилювальні сушарки можуть бути використані для сушіння липких аморфних продуктів, які потрібно отримати в подрібненому стані. Подрібнення таких продуктів, наприклад, за допомогою розуміли здійснити неможливо. У камері одночасно знаходиться трохи продукту, тому немає побоювання за псування великої кількості його в разі непередбаченої зупинки сушарки.

9. При сушінні розпиленням легко здійснити отримання висушеного продукту, що складає в певних співвідношеннях з ряду різних сухих компонентів, додаванням необхідної кількості інших матеріалів до сушіння в основний матеріал або одночасним розпиленням цих матеріалів.

10. Не відбувається винос пилу висушуваного продукту в приміщення цеху, що особливо важливо при сушінні шкідливих для людського організму речовин.

^ Метод сушки розпиленням має і недоліки: великі питомі габарити сушильної установки при сушінні з початковою температурою повітря 100-150 ° С;

порівняно дороге і складне обладнання для розпилення та виділення висушеного продукту з відпрацьованих газів;

підвищена витрата електроенергії, обумовлений затратами на розпорошення і збільшеним витратою повітря, внаслідок невеликого відсотка насичення відпрацьованого повітря при невисоких початкових температурах сушіння;

невеликі об'ємні ваги висушеного продукту, внаслідок чого для отримання необхідної щільності доводиться застосовувати, наприклад, брикетування порошку.

недостатнє використання об'єму сушильної камери, підвищені витрати теплоти (на 1 кг испаренной вологи витрачається 2,5-4,0 кг пара).

Питома витрата тепла, віднесений до 1 кГ випаровуваної вологи, в розпилювальних сушарках складає в залежності від режиму сушіння 850-1500 ккал / кГ.

Техніко-економічні показники цього методу сушіння можуть бути значно поліпшені за рахунок інтенсифікації процесу випаровування в розпилювальних сушарках. Як показала практика, при сушінні високодіспергірованних матеріалів можна значно інтенсифікувати процес, в результаті чого скорочуються габарити установки і витрати електроенергії і тепла.


^ 2.3 Сушіння у завислому шарі

Спосіб застосовується для сушіння круп, плодів та овочів, нарізаних кубиками з розмірами грані від 8 до 20 мм.

При сушінні у зваженому шарі нагріте повітря рухається крізь шар матеріалу, теплообмін збільшується в 2 рази. Подальше прискорення сушки відбувається за рахунок переходу матеріалу з нерухомого шару у зважений. Зважений шар поділяється на киплячий та фонтануючий.

Інтенсифікація сушіння харчових матеріалів у зваженому шарі пояснюється гідродинамікою процесу. Сушка в зваженому шарі здійснюється в апаратах киплячого (псевдоожиженного) і фонтанує шару. Киплячий шар утворюється в камері постійного перетину, фонтануючий - в каналах змінного перерізу з поступовим розширенням по ходу руху сушильного агента. У зв'язку з цим в киплячому шарі швидкість повітря у верхній частині камери вище, ніж внизу, через стремеленія повітря до розширення, і рух частинок матеріалу починається у верхній частині шару. При поступовому розширенні каналу по ходу руху повітря в фонтанує шарі максимальна швидкість його буде в нижній частині шару, і звідси починається рух частинок, що виключає їх злежування.

Киплячий шар характеризується безперервним і безладним рухом і перемішуванням частинок в певному обсязі по висоті, високо розвиненою поверхнею дотику матеріалу з нагрітим повітрям, так як при цьому способі сушіння кожна частка рівномірно омивається з усіх боків потоком нагрітого повітря. Це призводить до рівномірного нагріву матеріалу і миттєвому видаленню прикордонного шару випаровується вологи. Це дозволяє застосовувати підвищені температури сушильного агента (110-180 0 С в залежності від виду матеріалу). В результаті значно скорочується процес сушіння, зменшується вплив теплоти на продукт, збільшується питома навантаження матеріалу, краще зберігаються властивості продукту (в порівнянні з низькотемпературної сушінням в нерухомому шарі).

Початкова фаза киплячого шару не забезпечує руху і повного перемішування всіх частинок, тому сушіння проводять в розвиненій стадії киплячого шару, при якій висота шару рухомих частинок вдвічі перевищує початкову висоту нерухомого матеріалу.

Перехід частинок з нерухомого шару в киплячий відбувається при досягненні критичної швидкості повітря, який пронизує шар висушуваного матеріалу. При збільшенні швидкості руху повітря відбувається розпушення матеріалу, збільшення його обсягу та перехід часток у зважений стан.

Висота зваженого шару визначається для конкретної швидкості руху повітря. Це пояснюється порізно шару та швидкістю повітря між частками висушуваного матеріалу.

Порозность шару - відношення об'єму повітря між частками до загального обсягу шару, визначається по рівнянню 1.24.

m = (V - V 0) / V (1.24)

де: V - насипний об'єм шару, м 3;

V 0 - сумарний обсяг частинок, м 3.

Для «киплячого» шару інтервал порозности знаходиться в межах від 0,55 до 0,83. Збільшення швидкості повітря призводить до збільшення висоти киплячого шару і збільшення порозности шару.

Нижня межа киплячого шару - нерухомий шар матеріалу, верхній - швидкість витання, при якій відбувається спільний рух матеріалу і повітря. Критична швидкість повинна бути менше швидкості витання, інакше висушуваного матеріалу буде нестися з потоком повітря. Критична швидкість не залежить від величини питомого навантаження матеріалу.

Швидкість витання частинок різних харчових продуктів (υ віт., М / с) визначається за формулою 1.25:

υ віт. = 1,2 + 5,4 * К ф * (1.25)

де: К ф - динамічний коефіцієнт форми, рівний відношенню швидкості витання частки даної форми до швидкості витання рівного по об'му кулі;

d е. - діаметр частинки, м;

ρ м - щільність матеріалу, кг / м 3;

ρ в - щільність повітря, кг / м 3

При подальшому збільшенні швидкості руху повітря починається фонтанування. Гідравлічний опір шару менше в порівнянні з киплячим, воно становить всього 12-30% і не залежить від виду матеріалу, форми і розміру часток, є величиною постійною для даної конструкції камери.

^ Швидкість повітря впливає на тривалість сушіння матеріалу в «киплячому» шар тільки в період постійної швидкості. У період падаючої швидкості зменшення вологості не залежить від швидкості повітря, так як вона не прискорює переміщення вологи усередині матеріалу. Тому сушку харчових продуктів проводять при мінімальній швидкості, яка забезпечує стійкий рух і перемішування частинок різних розмірів для того чи іншого матеріалу (тобто розвинена стадія киплячого або фонтанує шару).

Режими фонтанує шару характеризуються початковою фазою фонтанування при швидкості повітря v Н.Ф. і стійким фонтанування - v У.Ф. Гідравлічний опір шару в стані стійкої фонтанування становить 12-30% величини питомої завантаження матеріалу по відношенню до площі поперечного перерізу шару, не залежить від виду матеріалу, форми і розміру часток, є величиною постійною для камери даної конструкції і визначається кутом конусності.

^ Питома навантаження матеріалу впливає на тривалість сушіння також тільки в період постійної швидкості сушіння. При збільшенні питомого навантаження в 4 рази відбувається зниження швидкості сушіння в цей період за рахунок зниження потенціалу сушильного агента в 1,2 рази. Видалення зв'язаної вологи (залишкової), яке відбувається в період падаючої швидкості сушки, не залежить від питомого навантаження матеріалу. Оптимальні питомі навантаження при сушінні в «киплячому» шарі складають, в кг / м 2: для овочів і круп 100-120; для плодів - 60-80.

Застосування високих температур при сушінні призводить до інтенсифікації видалення залишкової вологи за рахунок переміщення її всередині матеріалу у вигляді пари, випаровуванням вологи всередині часток. Тому продукти можна висушувати до залишкового вологовмісту 1-2% за невеликий проміжок часу. Глибока сушка призводить до збільшення тривалості зберігання готового продукту.

Частинки матеріалу в процесі сушіння при високих температурах не дають усадки, зберігають первісну форму і об'єм. Дрібнопористою будова рослинних тканин знижують парціальний тиск над поверхнею висушують частинок і зменшують температуру кипіння. Відбувається інтенсивне утворення пари усередині частинок, зоною випаровування стає весь обсяг, і усадки продукту не відбувається. Але це можливо лише при розвиненій поверхні киплячого шару при рівномірному нагріві частинок з усіх боків. Отримані при сушінні частинки мають пористу будову, мають високий коефіцієнт набухання (збільшення об'єму частинки при поглинанні води) і невелику тривалість розварювання.

При сушінні круп в киплячому шарі практично не змінюється вміст крохмалю, білків і цукрів. Це сприяє збереженню високої харчової цінності продуктів.

Тривалість сушіння в залежності від температури сушильного агента наведена в таблиці 1.7.

Таблиця 1.7 - Тривалість сушіння продуктів у киплячому шарі

Вид висушуваного продукту

Залишкової-ная влаж-ність,%

Температура сушильного агента на вході, 0 С

100

110

120

130

140

150

Тривалість сушіння в хв

Картопля

(8х8х8 мм)

15

135

96

70

42

31

30

Картопля

(8х8х8 мм)

8

166

106

75

44

32

31

Зелений горошок

14

80

42

34

21

18

14

Морква

(10х10х10 мм)

10

70

55

50

42

36

32

Морква

(10х10х10 мм)

4

79

65

54

45

40

35

Цибуля (кільця d = 3 мм)

10

24

21

18

17

14

11

Цибуля (кільця d = 3 мм)

4

34

25

22

20

16

13

Капуста (d = 3 мм)

10

44

25

21

19

17

-

Капуста (d = 3 мм)

6

48

27

23

21

18

-

Хурма (20х20х20 мм)

20

120

100

90

72

64

-

Гречана крупа

10

36

34

24

18

16

13

Гречана крупа

5

71

63

42

31

26

18

Оптимальними температурами для сушіння харчових рослинних матеріалів є наступні, 0 С: для картоплі (в залежності від сорту) - 110-150; зеленого горошку -130-140; моркви та буряку - 110-160 0 С; лука і капусти - 110-120 ; яблук і айви - 110-120; абрикосів та груш - 90-100; хурми - 160-180.


^ Сушка в віброкиплячому шарі

Віброкиплячому шар утворюється або під впливом тільки вібраційних коливань, або при сумісному впливі вібраційних коливань і швидкості повітря. У першому випадку теплопідводу здійснюється ІК променями або контактним способом, другий випадок відноситься до конвективному методом сушіння.

Сушильні установки віброкиплячому шару компактні, забезпечують гарне перемішування, турбулізації пограничного шару і транспортування матеріалу. У цих установках немає уноса матеріалу, тривалість перебування матеріалу в сушильній установці регулюють, змінюючи висоту порога в кінці жолоба.


^ Агрегати з киплячим і віброкиплячому шарами використовують для сушіння різних дрібнозернистих продуктів, всередині яких на одній або декількох східчастих гратах продукт висушується в "киплячому" або "віброкиплячому" станах.

Для забезпечення рівномірного кипіння частинок продукту агент сушіння подається на грати рівномірно і з відповідною швидкістю розподіляється по всій площі. Сушка в віброкиплячому шарі характеризується високою інтенсивністю, але пов'язана з підвищеною витратою електроенергії.

По гідродинамічному ознакою агрегати з киплячим шаром можуть мати прямокутну або циліндричну форми, конічну форму з фонтануючим або вихровим шарами, а також з локальним фонтанування. За способом теплопідводу конструкції агрегатів можна розділити на агрегати з підведенням теплоти тільки з псевдоожіжающім агентом, з перегрітою розпилюючого розчином і кондуктивно - через теплообмінник в шарі.

Сушарки Р3-ОСС застосовують для сушіння молочного цукру; сушарки А1-КВР-12 - для сушіння круп і хлібопекарських дріжджів; сушарки А1-ОГК-для сушіння казеїну; установки А1-ФМУ - для сушіння меланжу.

^ Сушарка Р3-ОСС (рис. 15.16) складається з сушильної камери 6, віброколонкі для підсушування продукту 7, зони 5 інтенсивної сушки, зони 4 охолодження. Продукт завантажується живильником 8, вивантажується через випускний пристрій у нижній частині охолоджувача. Повітря засмоктується вентилятором 2 через фільтр 1 з атмосфери, нагнітається в калорифер 3 і відводиться через скрубер 9.



Рис. 15.16. Сушильна установка для сушіння молочного цукру Р3-ОСС

Молочний цукор живильником подається в віброподсушіватель 7, потім потрапляє в зону сушіння і далі в зону охолодження.

Сушарка А1-ФМУ (рис. 15.18) відноситься до віброкиплячому установкам з використанням інертних носіїв. У сушарці вібрує тільки газорозподільна решітка 6, встановлена ​​з невеликим зазором в сушильній камері 1. В установці застосований ексцентриковий одновальний вібропрівод 5 з обертовими противагами. Сушильна камера 1 теплоізольована і має внутрішній діаметр 600 мм.




Рис. 15.18. Вібросушілка з використанням інертних матеріалів А1-ФМУ




До складу установки входять видатковий 3 і приймальний 4 баки, встановлені на рамі 12. Форсунки 9 розпорошують продукт і наносять його на поверхню інертного матеріалу, який, вібруючи на решітці 6, контактує з відбійною сіткою 7. Циклони 11 вловлюють висушений продукт і направляють його в збірні бачки 8. Сушарка забезпечена дверцями 10 для технологічних цілей.


^ 2.4 Сушіння у вспененном стані

Цей спосіб використовується для сушіння пюре, паст, пульпи концентрованих соків. Сутність способу полягає в тому, що пюреподібний або концентрований рідкий продукт збивається в стійку піну у присутності пеностабілізірующіх речовин і висушується до низької залишкової вологості (2-4%).

Вспенивание надає продукту більш жорстку структуру і збільшується поверхня для дифузії вологи. З точки зору теплопередачі спосіб недостатньо ефективний, так як піна має низьку теплопровідність. Тим не менш спосіб не вимагає високої температури і тривалість його становить від 3 до 20 хв.

Стійку піну отримують при збиванні з емульгатором, який додають в кількості 1-2% до маси продукту. В якості емульгаторів використовують: моностеарат гліцерину, метилцелюлозу, яєчний альбумін, желатин, сухе молоко, розчинна крохмаль, альгінати та ін

Сушать піну різними способами: рівномірно розподіляють тонким шаром на транспортній стрічці з нержавіючої сталі і сушать зустрічним потоком повітря; видавлюють зі спеціальних пристроїв - екструдерів на стрічку в умовах вакууму. При проходженні сушильного агента через піну в ній утворюються кратери, і піна швидко висихає. Висушений продукт подрібнюють і просівають.

Переваги способу: забезпечує швидке отримання повністю відновлюваного продукту з максимальним збереженням смакових і харчових достоїнств сировини. За якістю спосіб може конкурувати з сублімаційної сушінням, але він значно дешевше.


^ Пневматична сушка

Використовується при зневодненні дрібнодисперсних матеріалів при видаленні головним чином поверхневої вологи. Швидкість руху повітря в апаратах приблизно вдвічі більше швидкості витання частинок. Пневматичні труби-сушарки прямоточні, що дозволяє застосовувати високі температури сушильного агента. У пневматичних трубах-сушарках сушка триває кілька секунд, в них більше 50% всієї вологи видаляється на початку процесу на розгінній ділянці довжиною 1-1,5 м. ефект пневматичної сушіння досягається рециркуляцією (Ретур) підсушеного матеріалу і змішуванням його з вологим матеріалом.




Рис. 3. Пневматична сушарка: 1 - бункер; 2 - живильник; 3 - труба; 4 - вентилятор; 5 - калорифер; 6 - збірка-амортизатор; 7 - циклон; 8 - розвантажувальний пристрій; 9 - фільтр.


Застосовують сушарки різних конструкцій для збільшення кількості испаренной вологи при невеликій висоті апарат - типу «труба в трубі», «серпантин» спірального типу, двоступеневі з рециркуляцією матеріалу і сушильного агента. У пневмосоплової сушарки ряду зарубіжних фірм на початковому ділянці встановлена ​​труба Вентурі.

Пневматичні сушарки забезпечують повторними подрібнювачами (дезінтегратор). Ефективними є пневмосушілкі з декількома розширювачами, що дозволяють поєднувати пневматичний і фонтануючий шар для полідисперсних матеріалів, у яких більші частки висушуються, затримуючись в розширниках.

До різновидів пневматичних сушильних установок відносяться вихрові сушильні апарати з тангенціальним введенням вологого матеріалу. В апараті утворюється обертове циркулирующее кільце товщиною 100-150 мм. Залежно від розміру часток перебування їх у камері триває 2-3 хв. Спіральні пневматичні сушильні апарати виготовлені у вигляді плоскої біфілярного спіралі у вертикальній площині. Вологий матеріал з нагрітим газом в сушильній камері проходить від вхідного патрубка до центру камери і від центру до периферії і до вихідного патрубка.


^ 3 Кондуктивний спосіб сушіння

Цей спосіб сушіння широко застосовується для зневоднення фруктових та овочевих пюреобразних продуктів, у тому числі і картопляного пюре.

Кондуктивний (контактний) спосіб заснований на передачі теплоти матеріалу при зіткненні з гарячою поверхнею. Повітря при цьому способі служить тільки для видалення водяної пари з сушарки і є вологопоглиначем. Коефіцієнт тепловіддачі при цьому способі в десятки разів вище, ніж при конвективної сушки.

Температура в різних шарах матеріалу різна: найбільша - у шару, який контактує з гріючої поверхнею, найменша - у зовнішнього шару. Вологовміст в процесі сушіння даним способом поступово збільшується від шарів, що стикаються з нагрітою поверхнею, до зовнішніх верствам. Гаряча поверхня найчастіше обігрівається водяною парою, температура якого вище 100 0 С, тому шари матеріалу, що контактують з гарячою поверхнею, можуть досягти цієї температури і відбуваються місцеві перегріви. Через це ступінь розчинності сухих продуктів, отриманих по даному способу, складає 80-85%. Обов'язкова умова при даному способі сушіння - хороший контакт матеріалу з гріючої поверхнею.

Сушіння відбувається в вальцьових сушильних установках. Тривалість сушіння визначається одним поворотом вальців.

Тривалість сушіння визначається за формулою 1.26:

τ = (1.26)

де: l - довжина шляху, пройденого висушується часткою уздовж вальця, м;

n - частота обертання вальця (1 об / хв = 1 хв -1 = 0,10472 рад / с);

R - радіус вальця, м.

Продукт висушується у вигляді тонкого шару. Товщина плівки висушуваного матеріалу за умови, що ширина плівки дорівнює довжині вальця, визначається за формулою 1.27:

δ = (1.27)

де: М 1 - кількість матеріалу, що надходить на сушіння, кг / год;

ρ м - щільність матеріалу, що висушується, кг / м 3;

L - довжина вальця, м.

Схема двухвальцовой сушильної установки наведена на малюнку 1.4.

Е ти сушарки непреривнодействующіе. Продуктивність їх становить 250-500 кг испаренной вологи в годину. Мають два порожнистих циліндричних вальця (5). Зовнішня поверхня вальців шліфується і полірується. З торця вальці закриті знімними кришками і цапфами. Одні цапфи (6) суцільні для приводу, інші (8) порожнисті, через них вводиться пара і відводиться конденсат (по сифонної трубці 9, яка з'єднується з конденсатовідвідників). Тиск пари в вальцях 0,3-0,5 МПа. Зазор між вальцями регулюється від 0 до 6 мм (в робочому положенні зазор дорівнює 1-2 мм). Над вулицями розташований витяжний парасоль (4) для видалення испаренной вологи. Вальці обертаються з однаковою частотою (4-24 хв -1) назустріч один одному. Продукт для сушіння надходить або в спеціальні жолоби (2), які розташовані зовні посередині обох вальців, це дозволяє збільшити корисну площу їхньої поверхні до 85-87%. У жолобах на горизонтальних валах закріплені диски (1). При обертанні валів вони занурюються в продукт і покриваються його шаром. Для зняття сухого продукту встановлюються ножі (3). Продукт висушується у вигляді тонкої плівки за один оборот вальців. Тривалість сушіння (одного обороту) становить від 2,5 до 15 с.

Переваги способу: інтенсивність сушіння (через високого коефіцієнта теплопередачі між гріючої поверхнею і матеріалом), завдяки цьому продукт швидко зневоднюється; невисокі витрати енергії; простота; невисока вартість обладнання.

Недоліки способу: продукт піддається механічній дії - його зрізають ножами, потім розмелюють в порошок, тому якість нижче, ніж при розпилювальної сушки. При зіткненні продукту з нагрітими вальцями відбувається необоротна теплова коагуляція білків; термічний розклад цукрів і зміна кольору.

Кондуктивні сушарки.

- Атмосферні (тепло передається матеріалу шляхом безпосереднього зіткнення матеріалу з поверхнею нагріву), що працюють при нормальному тиску;

- Вакуумні

Вакуумні кондуктивні сушарки. Переваги: ​​підвищується інтенсивність сушіння при низьких температурах. Сушка при низьких температурах запобігає небажані наслідки високого нагріву матеріалу: розкладання і окислення. Однак конструкція сушарок складна, вони більш дороги у виготовленні.

Сушарка складається із сушильної камери з поверхнею нагріву, конденсатора (мокрого) і вакуум-насоса. Камера має герметично закривається двері, проте все ж неминучий присос деякої кількості повітря.

Процес сушіння під вакуумом має деякі особливості. У перший період сушіння (видалення вільної вологи) волога віддаляється інтенсивно. У цей період температура матеріалу близька до температури кипіння води при тиску, що встановилася в камері. При сушінні під вакуумом в порах матеріалів помічається кипіння вологи (картопля).

У другій період сушіння (видалення зв'язаної вологи) температура різко підвищується, наближаючись до температури гарячої поверхні кондуктивної сушарки.

Тому матеріали, які погано переносять високу температуру, не можуть бути висушені до низької вологості. Кількість повітря, яке має бути видалене вакуум-насосом, залежить від ретельності виготовлення сушарки. В середньому на 1 кг вологи повинне бути віддалене близько 1 м 3 повітря (при тиску в сушарці).

Крім періодично діючих камерних (шафових) сушарок застосовуються вальцьові контактні вакуум-сушарки.


^ 4 Сушка термоізлученіем

Сушка термоізлученіем - використання інфрачервоних променів (ИКЛ).

ИКЛ - невидимі теплові промені з довжиною хвилі від 0,77 до 340 мкм.

Інфрачервона сушка продуктів харчування, як технологічний процес, заснована на тому, що інфрачервоне випромінювання певної довжини хвилі активно поглинається водою, що міститься в продукті, але не поглинається тканиною висушуваного продукту, тому видалення вологи можливо при невисокій температурі (40-60 градусів Цельсія), що дає можливість практично повністю зберегти вітаміни, біологічно активні речовини, природний колір, смак і аромат піддаються сушінню продуктів.

Для сушіння харчових рослинних матеріалів практичне застосування знайшли короткохвильові інфрачервоні промені з довжиною хвилі близько 1,6-2,2 мкм. При цьому способі сушіння до матеріалу підводиться тепловий потік в 30-70 разів могутніше, ніж при конвективної сушки. Швидкість сушіння збільшується в порівнянні з конвективної, але не пропорційно збільшенню теплового потоку. Це пояснюється тим, що швидкість сушіння залежить не стільки від швидкості передачі тепла, скільки від швидкості переміщення вологи усередині матеріалу. Для збереження високих показників якості висушеного продукту застосування потужних потоків ИКЛ не рекомендується.

Кількість теплоти, переданої інфрачервоними променями (Q), залежить від наведеної ступеня чорноти тіла (ε), взаємного розташування поверхні випромінювання і поглинання (ψ) і від різниці абсолютних температур джерела випромінювача (Т 1) і поглинаючого матеріалу (Т 2) і визначається за рівнянню 1.28.

Q = ε 1-2 * ψ * [(T 1/100) 4 - (T 2/100) 4] (1.28)

ε 1-2 = С 1 * С 2 / С 2 0 (1.29)

де: С - коефіцієнт випромінювання сірого тіла, Вт / (м 2 * К);

С 0 - коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, рівний 5,7 Вт / (м 2 * К);

З 1 і С 2 - коефіцієнти випромінювання, відповідно джерела ИКЛ і висушуваного матеріалу, Вт / (м 2 * К).

Для прискорення процесу сушіння необхідно, щоб інфрачервоні промені проникали в матеріал на достатню глибину. Це залежить від пропускної здатності матеріалу і від довжини хвилі ИКЛ: чим менше довжина хвилі, тим вище проникаюча здатність інфрачервоних променів. Проникність харчових рослинних матеріалів збільшується зі зменшенням товщини шару і з пониженням вологості матеріалу. Наприклад, проникність ИКЛ в сиру картоплю складає 6 мм, в сухий - 15-18 мм.


При сушінні ИКЛ виникають перепади температур, під дією яких волога переміщається по напрямку теплового потоку всередину матеріалу. Крім того, вона частково випаровується з поверхні, в результаті відбувається зростання градієнта вологовмісту, величина якого перевищує градієнт температури, і волога починає переміщатися до зовнішньої поверхні. Таким чином, градієнт температури надає гальмівну дію на переміщення вологи.

При сушінні матеріалів з малою проникністю може відбутися швидке висушування поверхневого шару і високі градієнти температури і вологості всередині матеріалу приведуть до розтріскування. При сушінні ИКЛ в матеріалі виникають перепади температур, під дією яких волога переміщається по напрямку теплового потоку всередину матеріалу.

Для рослинних матеріалів рекомендується переривчастий опромінення. У період припинення подачі ИКЛ через інтенсивне випаровування температура поверхні різко знижується, температурний градієнт змінює свій напрям (оскільки температура всередині вище, ніж на поверхні) і волога переміщається з центральних шарів до поверхневих, де і випаровується. Параметри сушіння ИКЛ наведені в таблиці 1.8.

Таблиця 1.8 - Параметри сушіння ИКЛ


Вид овочів

Питоме навантаження, кг / м 2

Продовж-ність сушіння, год

Витрата енергії

кВт * год / м 2

кВт * год кг сировини

Зелений горошок

8

2,16

7,8

0,97

Морква

10

3

10,8

1,08

Капуста

7

1,5

5,4

0,77

Картопля товщиною:

5 мм

10 мм

20 мм



10

20

40



2

3

6



10

15

30



1,0

0,75

0,75


За характером випромінювачів ИКЛ розрізняють терморадіаціонние сушарки з електричним і газовим обігрівом. Сушарки з електричним обігрівом компактні, прості в обігу і експлуатації. Однак висока витрата електроенергії і нерівномірність сушіння обмежують їх застосування.

Терморадіаціонние сушарки з газовим обігрівом більш економічні і забезпечують більш рівномірну сушку.


^ 5 Сушіння струмами високої частоти

При високочастотної сушінні підведення тепла здійснюється за допомогою поля електричного струму високої (10-25 мГц) і надвисокої (2000-2500 мГц) частоти. Вологі матеріали рослинного походження є діелектриками, володіють властивостями напівпровідників. До їх складу входять іони електролітів, електрони, молекули полярних і неполярних діелектриків, що володіють дипольним моментами. В електромагнітному полі диполі розташовуються віссю вздовж поля. Потрапляючи в змінне електромагнітне поле, вони здійснюють коливальні рухи, прагнучи слідувати за полями.

При сушінні матеріал поміщається між обкладками конденсатора, до яких подається струм високої або надвисокої частоти. Обкладки мають протилежні заряди, тому іони і електрони переміщаються усередині матеріалу до тієї чи іншої обкладки. При зміні заряду на обкладках вони переміщуються в протилежних напрямках, в результаті виникає тертя з виділенням теплоти. Диполі в змінному електричному полі будуть коливатися то в одну, то в іншу сторону, в результаті також виникає тертя з виділенням тепла. Енергія електромагнітних хвиль, витрачається на подолання цих непорозумінь, буде перетворюватися в тепло.

В електричному полі високої і надвисокої частоти нагрів частинок рослинного матеріалу відбувається за частки секунди. Під дією змінного електричного поля високої частоти відбувається регульований нагрів матеріалу. Через випаровування вологи, тепло-і масообміну з навколишнім середовищем поверхневі шари зневоднюються і втрачають тепло. Тому температура і вологість матеріалу всередині більше, ніж зовні. Виникають градієнти температури та вологовмісту, за рахунок яких волога зсередини переміщається до поверхні. При цьому, на відміну від конвективного сушіння, напрямок обох інгредієнтів збігається, що інтенсифікує процес сушіння.

При цьому способі сушіння випаровування відбувається по всьому об'єму. Змінюючи напруженість поля, можна регулювати температуру матеріалу при сушінні.

Кількість теплоти, що виділяється з 1 м 3 матеріалу (Q), визначається за формулою 1.30:

Q = 0,556 * E 2 * ν * ε * tgδ * 10 -3 (1.30)

де: Е - напруженість електричного поля, В / м;

ν - частота поля, Гц;

ε - відносна діелектрична проникність матеріалу;

δ - кут діелектричних втрат (він доповнює од 90 0 кут зсуву фаз між струмом і напругою в конденсаторі, між обкладками якого поміщений матеріал).

Діелектрична проникність визначає здатність переходу енергії електромагнітних хвиль в теплоту, здатність матеріалу реагувати на зовнішнє електромагнітне поле і залежить від фізико-хімічних властивостей, температури та вологовмісту матеріалу, від частоти і напруженості електричного поля. Зміна діелектричної проникності призводить до зміни режиму роботи сушильних установок. Діелектрична проникність сухих матеріалів значно менше, ніж води. Чим менше значення діелектричної проникності, тим на більшу глибину матеріалу проникають електромагнітні коливання струму надвисокої частоти.

Переваги способу: можливість регулювання і підтримки температури усередині матеріалу.

Недоліки способу: високі витрати електроенергії, складне устаткування і обслуговування. Сушка дорожче конвективної в 3-4 рази.

Токи високої частоти використовуються в даний час для інтенсифікації сушки сублімації.


^ 6 Комбіновані способи сушіння

Комбіновані способи сушіння застосовуються з метою підвищення економічності процесу і зниження витрати електроенергії. До таких способів відносяться різні комбінації відомих способів сушіння: конвективно-високочастотна, радіаційно-високочастотна, радіаційно-конвективна, радіаційно-контактна і ін

Конвективно-високочастотна сушка - чергування конвективного сушіння і сушіння струмами високої і надвисокої частоти. Високочастотну установку включають або в періоді зменшується швидкості сушки для видалення зв'язаної вологи, або періодично для створення позитивно спрямованого температурного градієнта усередині матеріалу. Видалення вільної вологи відбувається за рахунок підведення тепла від нагрітого газу. При тому скорочується тривалість процесу.

Радіаційно-високочастотна сушка - застосовують або нагрів пластин високочастотного конденсатора, які одночасно є випромінювачами, або чергують нагрів електродів і випромінюючих панелей. Тепло розподіляється усередині висушуваного матеріалу більш рівномірно - це приводить до підвищення якості готового продукту.

Радіаційно-конвективна сушка - полягає в поєднанні нагріву ІЧ-променями з підведенням теплого повітря. Сушка проводиться в віброкиплячому шарі. Повітря подається зі швидкістю 2-2,5 м / с і температурою 105 0 С. Продукт обігрівається рівномірно і більш інтенсивно, ніж при конвективному способі. Додаткове підведення тепла за рахунок радіації прискорює зневоднення. Більш ефективним є переривчастий режим опромінення, так як при відключенні генератора ІК-променів відбувається вирівнювання температур в об'ємі продукту, температурний градієнт змінює свій знак і волога спрямовується від центру до поверхні. Відбувається прискорення процесу зневоднення та корочка на поверхні не утворюється. Тривалість сушіння становить близько 80 хв (110 хв при безперервному ІЧ-опроміненні).


^ Основи озоно-повітряної сушки
Оскільки волога в харчових продуктах знаходиться не в простому фізичному стані, а в зв'язаному, тобто бере участь у процесах життєдіяльності, вона має різні форми зв'язку, що вимагають великої кількості енергії для їх руйнування. Структурна схема механізму дії озону в процесе сушки представлена ​​на рис. 1.

Озон, спрямований на поверхню рослинного матеріалу, сприяє розвитку вільнорадикальних процесів, швидко поширюються у внутрішніх тканинах, і зводиться, по суті, до передачі енергії, що вивільняється на молекулярних мішенях поверхневого шару рослинного матеріалу, у внутрішні тканини і, відповідно, до зміни сумарного енергетичного потенціалу . При цьому частина надлишкової енергії витрачається на фізико-хімічні перетворення, пов'язані зі зміною структури клітинних мембран, іонної проникності, окислювально-відновного потенціалу та інших властивостей клітини. Частина енергії виділяться у вигляді тепла, що, в свою чергу, відбивається на швидкості розвитку подальших процесів.

Відомо, що на першій стадії взаємодії озону з суспензією, він, розчиняючись в її водній фазі, викликає озоноліз води. У результаті відбувається утворення гідроксильного радикала-ОН, а вивільняється протон водню сприяє зміні поверхневого електричного заряду, що створює умови для зв'язування додаткового протона. Це призводить до стискання мембранного матеріалу, в результаті чого виникає внутрішньоклітинний градієнт тиску, який «виштовхує» вологу без її випаровування і підвищення температури [1, 2].

У процесі сушіння рослинних матеріалів в озоно-повітряному середовищі під мікроскопом виразно видно прозорі плями накапливающейся міжклітинної води і зменшені контури клітин. Спостережувані пошкодження, викликані зміною проникності мембран, не є стійкими і відновлюються через декілька годин.

Комплексне взаємодія озону з висушують рослинним матеріалом знижує в ньому енергетичний рівень зв'язків вологи і вносить певний внесок у інтенсифікацію тепломасообміну. Однозначно встановлено, що прискорення масообмінних процесів відбувається за рахунок підвищення влагоотдачи самого матеріалу на основі фізико-хімічних, біохімічних процесів та збільшення влагоудерживающей здатності сушильного агента.

Сушка в озоно-повітряному середовищі також перешкоджає розвитку мікрофлори на свіжоприбраного фруктах і овочах. Ефективність дії озону на біохімічні процеси, фітопатогенних мікрофлору, агротехнічні показники насіннєвого матеріалу та інші властивості залежить від технологічного режиму обробки та виду продукції. При концент ¬ раціях озону 10 мг/м3 і вище інтенсивність дихання зменшується з самого початку впливу, що запобігає процес самозігрівання зі всіма витікаючими позитивними ефектами: підвищується збереженість маси сухої речовини, наступає більш глибокий стан спокою в період зберігання.

Застосування озоно-повітряної суміші в якості сушильного агента впливає на поверхневу мікрофлору не тільки за рахунок зниження вологості, але і за рахунок знезаражуючого дії озону, яке залежить від його концентрації і температурного режиму сушіння. Збереження і навіть поліпшення якісних показників стає можливим при використанні озонованого сушильного агента концентрацією 8-10 мг/м3. При цьому кількість фітопатогенної мікрофлори знижується в 2,2 рази в порівнянні з тепловою. Відзначається зменшення кількості бактерій і пліснявих грибів в залежності від вихідної обсіменіння і концентрації озону. При концентраціях 10 мг/м3 плісняві гриби починають зникати з самого початку сушіння.

Слід зазначити, що озон практично не викликає некротичних змін рослинного матеріалу. Пошкоджені покривні тканини і клітинні мембрани мають властивість відновлюватися вже через 3-18 годин після закінчення обробки. При концентрації О3 до 40 мг/м3 оброблена продукція не втрачає біологічної цінності, її вживання не тягне за собою морфологічних і гістологічних змін в організмі тварин і людини.

Співробітниками відділу нових технологій Науково-практичного центру НАН Білорусі з продовольства і Науково-практичного центру гігієни Міністерства охорони здоров'я Республіки Білорусь досліджена токсичність контрольного зразка сушеної моркви та обробленого озоном дослідного зразка, сушеного експрес-методом на Tetrahymena pyriformis. Застосування принципу комплексної оцінки показало, що обидва зразки належать до 4-го класу токсичності (малотоксичні).

^ Основи вакуумної сушки

На межі розділу двох фаз «рідина - пара» має місце рівноважний протікання процесів випаровування і конденсації. Випаровування - процес перетворення рідини в пару зі швидкістю, що перевищує швидкість зворотного явища - конденсації. Вона буває плівковою і краплинної. При плівковою рідкий конденсат змочує поверхню і утворює на ній безперервну плівку, яка робить значний опір тепловому потоку. У разі краплинної конденсації пари осідають на охолоджуваної поверхні в центрах конденсації в виді капель.

При краплинної конденсації найвища інтенсивність тепловіддачі. Для ініціювання формування крапельок поверхню охолодження обробляють тонким шаром речовини, яка має надзвичайно низьку змочуваність рідиною. Таким чином, при вакуумній сушці відбувається 2 фазових переходу «рідина - пара» і «пар - рідина».

Процес сушіння складається з переміщення пари і вологи до поверхні продукту і випаровування в навколишнє середовище. У вакуумі в міру зменшення тиску середовища в поверхневому шарі слабшають міжмолекулярні зв'язки, і ті молекули, сили взаємодії яких менша, ніж у інших, відриваються і дифундують в середу. При в'язкісно режимі вони відчувають багато зіткнень на шляху до стінки камери.

Тому частина їх повертається назад, сприяючи створенню прикордонного шару, частина залишається в просторі, об'єднуючись в асоціації, а частина конденсується, досягаючи стінки камери і віддаючи їй тепло конденсації. Температура стінки підвищується, частина адсорбованих на ній молекул знову відбивається, тому стінку необхідно інтенсивно охолоджувати. Чим нижча температура, тим більше водяної пари. Для активного випаровування необхідно, щоб відносна вологість середовища не збільшувалася, а підтримувалася у відповідності з режимом. Подібне випаровування з поверхні продукту викликає швидке зниження його вологості до межі гігроскопічності. Після цього волога починає переміщатися до поверхні продукту. За його товщині утворюється дві зони: околоповерхностная - дифузійна і внутрішня - капілярна. У міру висушування дифузійна зона поглиблюється.

У результаті інтенсивного випаровування вологи поверхню продукту швидко охолоджується до температури навколишнього середовища і утворюється прикордонний шар, тому сушка різко сповільнюється. Щоб активізувати процес випаровування при таких умовах, слід або зруйнувати прикордонний шар над поверхнею, або максимально зменшити його товщину. Таким чином, матеріал при вакуумній сушці треба постійно нагрівати. Спосіб конвективного нагрівання в даному випадку відпадає, так як при зниженні тиску навколишнього середовища теплопровідність її знижується.

Звідси випливає необхідність комбінування вакуумного сушіння з іншим способом нагріву. Тепло може передаватися контактним, радіаційним або діелектричними методами. Його передача матеріалу при вакуумно-діелектричному способі дозволяє реалізувати цю можливість в повній мірі.

При тиску 0,01 МПа середу в вакуумі може вмістити тільки 68 г води в 1 м3 (табл. 1). При цьому Середа повністю насичується, і подальша сушка припиняється, тому водяна пара з навколишнього середовища необхідно конденсувати і видалити з камери. Для цього їх слід постачати системою охолодження. Особливо важливо, щоб швидкість конденсації пари усередині камери була більше або дорівнює швидкості випаровування вологи. Згідно фазовим переходам «рідина - пар - рідина», скільки тепла витрачається на випаровування, стільки ж повинно відводитися системою охолодження від конденсації пари. Деякі виробники помилково вважають, що вся волога буде конденсуватися на поверхні внутрішньої стінки камери, і систему охолодження не роблять. Це призводить до припинення процесу сушіння або до збільшення її тривалості в 2-3 рази [3].

Ефективним способом консервування рослинних матеріалів є сушіння конвективно-вакуум-імпульсним (КВІ) впливом, при якому інтенсифікуються зовнішній і внутрішній тепло-і масообмін, скорочується тривалість процесу і виключається перегрів продуктів не тільки в 1-му періоді сушіння, але й після видалення вільної вологи . При імпульсному вакуумуванні попередньо нагрітого до гранично допустимої температури матеріалу за рахунок виниклого потужного градієнта тиску процес влагоудаленія посилюється в 5-10 разів з міграцією частини вологи на поверхню висушуваного матеріалу і стінки сушильної камери у вигляді рідини, минаючи фазовий перехід в пар усередині продукту.

Активне випаровування вологи з поверхні продукту викликає зниження її температури. При імпульсному зміні тиску в сушильній камері (до Ріст. = 100 Па) в попередньо нагрітій сировину інтенсифікується не тільки видалення вологи, але і газів: кисню з порожнеч і капілярів, руйнування частини міжклітинних мембран, що веде до придушення окислювально-відновних реакцій (гине частина бактерій), і в підсумку комплексного впливу КВІ-режимів виникає консервуючий ефект. При КВІ-сушінні гранично допустима температура нагріву фруктів, ягід - не вище 56-60, деяких квітів і трав - не вище 38-40, для овочів - 70-72 ° С. Підведення тепла до матеріалу проводиться конвекцією.

Тривалість КВІ-сушки різноманітних рослинних матеріалів становить 40-90 хв, процес ведеться без їх перегріву, з максимальним збереженням в продуктах якісних характеристик вихідної сировини: біологічно активних компонентів - вітамінів, органічних кислот, мікроелементів та ін Термін зберігання консервованих КВІ-впливом сухих бистровосстанавлівающіхся продуктів (у воді кімнатної температури за 20-35, при 50 ° С - за 10-20 хв) становить 1,5 року в картонній і більше 3 років - у вакуумній упаковці. Вміст аскорбінової кислоти знижується всього в 4-8, тоді як при розморожуванні ягід більш ніж у 10 разів.

В останні роки на ринку сушарок домінує два види вакуумних камер - з циклічним і контактним нагріванням. У циклічних камерах спочатку здійснюється нагрів продукту, а потім його вакуумування. Весь цей процес повторюється кілька разів до тих пір, поки продукт не висохне. При цьому передача тепла матеріалу проводиться конвективним способом, а в вакуумних камерах з контактним нагріванням - пластинами.


^ Основи СВЧ-сушіння

Одним з перспективних напрямків в інтенсифікації сушки є використання енергії електромагнітного поля надвисоких частот (НВЧ). Для СВЧ-нагрева характерно швидке підвищення температури всередині продукту, в результаті чого в ньому виникає надлишковий тиск пари по відношенню до тиску середовища. Цей градієнт різко інтенсифікує процес сушіння, так як перенесення пари відбувається як шляхом молекулярної дифузії, так і шляхом фільтрації через пори і капіляри продукту. Цей вид перенесення при СВЧ-нагріві пригнічує інші види переносу.

В останні роки приділяється підвищена увага використання в технологічних процесах струмів СВЧ. Це пояснюється наступним:
• високою поглинальною енергії електромагнітного поля НВЧ продуктами рослинного і тваринного походження, які є досить вологим матеріалом;
• можливістю зі швидкістю світла підвести і виділити в одиниці об'єму потужність, недоступну ні одному з традиційних способів підведення енергії;
• здійсненням безконтактного виборчого нагріву і отриманням необхідного розподілу температур в продукті, в тому числі в режимі саморегульованого нагріву;
• миттєвим включенням і вимиканням теплового впливу, що забезпечує режим теплової безінерційні та високу точність регулювання нагріву;
• практично 100%-м ККД перетворення НВЧ-енергії в теплову, виділювану внагрівається матеріалі, низькі втрати енергії в робочих камерах;
• використанням в сушінні закладених природою механізмів транспортування великих об'ємів рідини вздовж волокон.

«Експлозіонная» або вибухова сушка відрізняється використанням явища теплового шоку. Воно полягає у вскипании води в усьому її обсязі в результаті різкого зниження тиску в навколишньому середовищі. При цьому вода, що міститься в висушують матеріалі і підігріта до температури, близької до кипіння, при зниженні зовнішнього тиску виявляється перегрітої і скипає. У результаті внутрішня структура матеріалу руйнується і стає як би спіненої (повітряної). Такий матеріал легко висушується. Експлозія можлива як при переході від підвищеного тиску до атмосферного (при цьому початкова температура матеріалу перевищує 100 С), так і при переході від атмосферного тиску до вакууму. У другому випадку процес відбувається при більш низьких температурах.


^ 7 Вакуумна сушка

Вакуумна сушка заснована на явищі пониження температури кипіння води при зменшенні тиску.

Сушку під вакуумом застосовують для підвищення якості готового продукту, так як процес сушіння відбувається при більш низькій температурі, ніж в атмосферних умовах. При вакуумній сушці швидкість випаровування вологи підвищується, так як вона прямо пропорційна різниці тисків водяної пари біля поверхні матеріалу і в навколишньому просторі. Підвищується також і економічність процесу через відсутність втрат тепла з йдуть повітрям. Тепло для випаровування вологи при вакуумній сушці передається найчастіше контактним способом, рідше - ІК-променями. Механізм переносу тепла і вологи аналогічний переносу при контактній сушці.

Традиційна вакуумна сушка передбачає наявність такого вакууму, при якому точка кипіння води знаходиться вище 0 0 С. Вода, випаровуючись, переходить з рідкого стану в газоподібний і продукти при такій сушці деформуються також, як і при атмосферній. Вакуумні сушарки можуть бути періодичної або безперервної дії. Періодичні: розпилювальні, камерні. Безперервні: стрічкові, тунельні. Температура сушіння становить 36-60 0 С. Тривалість сушіння до залишкової вологості 2,5-3,5% - 4-16 ч.

Спосіб застосовується при сушінні пастоподібних овочевих і фруктових матеріалів або подрібнених фруктів.




Рис. 6. Вакуум-сушарки: а - одновальцовая; б - двухвальцовая; 1 - порожнистий барабан (валець); 2 - корпус; 3 - корито; 4 - розподільний валик; 5 - ніж; 6 - шнек; 7 - приймальний ковпак; 8 - збірник; 9 - вальці; 10 - похилі стінки.


^ 8 Сублимационная сушка

Сублимационная сушка продуктів (сублімаційна вакуумна сушка, також відома як ліофілізація або сублімація) - це видалення вологи з свіжозаморожених продуктів в умовах вакууму.

В даний час цей метод сушіння продуктів є найбільш досконалим, але в той же час і найбільш дорогим. Цей спосіб був відкритий на початку минулого століття, однак використовувався тільки для виробництва досить обмеженої кількості і асортименту сухопродукт для потреб армії та космонавтики.

Принцип сушки сублімації заснований на тому фізичному факті, що при значеннях атмосферного тиску нижче певного порогу - т.зв. "Потрійної точки" (для чистої води: 6,1 мбар при 0 градусів Цельсія) вода може знаходитися тільки в двох агрегатних станах - твердому і газоподібному, перехід води в рідкий стан в таких умовах неможливий. І якщо парціальний тиск водяної пари в навколишньому середовищі нижче ніж парціальний тиск льоду, то лід матеріалу прямо переводиться в газоподібний стан минаючи рідку фазу.

Процес сублімації сушіння продуктів фізично складається з двох основних етапів (заморожування і сушіння продукту) і етапу досушування. Перший етап це заморожування продукту при температурі нижче його точки затвердіння. Другий етап - сублімування, видалення льоду або кристалів розчинника при дуже низькій температурі, тобто безпосередньо сушка продукту. При цьому значний вплив на якість сухого продукту і на час, потрібний для сушіння, має етап заморозки. Чим швидше і глибше заморожується продукт, тим менш великі кристали льоду утворюються в продукті, тим швидше вони випаровуються на другому етапі сушіння продукту і тим вище якість одержуваного продукту. Так як видалення основної маси вологи з об'єктів сушіння відбувається при негативних температурах (-20 ... -30 градусів Цельсія), а їх досушування здійснюється також при щадному (не вище +40 градусів) температурному режимі, то в результаті досягається висока ступінь збереження всіх найбільш біологічно цінних компонентів вихідної сировини.

Найбільше застосування сублімаційна вакуумна сушка отримала в технологіях виробництва лікарських препаратів, ферментів, заквасок, екстрактів лікарських трав і інших об'єктів, яким потрібно забезпечити схоронність у сухому продукті всіх корисних складових сировини протягом тривалих періодів часу. Сублимационная сушка продукту є одним з найсучасніших методів оборотного консервування мікроорганізмів і біопрепаратів, який забезпечує найкращу якість сухого продукту і високу восстанавливаемость лактобактерій при мінімальній тривалості процесу і, відповідно, мінімальних витратах.

Оскільки кінцева вологість сублімаційних-вакуумних матеріалів є дуже низькою (близько 2-5%), то це створює всі передумови для їх тривалого зберігання в умовах нерегульованих температур. Консервування сублімаційної сушінням в перерахованих вище галузях є прогресивною технологією, а в ряді випадків - не має альтернативи.

Способом сублімації сушіння консервуються фрукти, овочі, молочні вироби, м'ясо, риба, каші та супи, гриби, приправи. Продукти сублімаційних-вакуумного сушіння мають дуже широкі можливості для використання як в якості готових продуктів швидкого приготування, так і в якості напівфабрикатів для подальшої промислової переробки (кондитерська, харчоконцентратна, м'ясо-молочна, парфумерна та інші галузі).

Висока якість і біологічна повноцінність готових сублімованих продуктів пояснюється тим, що обробці може зазнавати тільки свіже сировину. Несвіжі продукти сублимационную сушку не витримують.

Вага сублімованих сухих продуктів в середньому приймається від 1/5 до 1/10 початкової маси. Настільки мала вага сублімованих сухопродукт виключно важливий для істотного скорочення витрат при їх транспортуванні.

Як правило, упаковуються сублімовані сухопродукт в тришарові металізовані пакети з азотним наповненням вагою від 2г до 5000г, в залежності від продукту.

Раніше в харчовій промисловості сублімаційних-вакуумну сушку використовували в основному для виконання замовлень військової, оборонної та космічної галузей, тепер вона виявилася затребуваною для приготування продуктів преміум-класу.

При сублімаційного сушіння відсутній контакт продукту з киснем повітря, основна кількість вологи віддаляється при сублімації льоду нижче 0 ° С, і тільки видалення залишкової вологи відбувається при нагріванні продукту до 40 ... 50 ° С.


Сублимационная сушка - сушка харчових продуктів, що характеризується фазовим переходом льоду в пару в умовах глибокого вакууму.


Н а діаграмі фазового стану чистої води (рисунок 1.5) за певних умов можна спостерігати існування одночасно трьох фаз. Цей стан називається потрійною точкою. Для води потрійна точка характеризується наступними параметрами: тиск пари 613 Па; температура 0,0098 0 С. Прикордонні криві ділять діаграму на три області, в яких вода може знаходитися у вигляді рідини, твердого тіла або пара.

Сублімація - процес сушіння, що характеризується фазовим переходом льоду в пару при значеннях тиску й температури, що лежать нижче потрійної точки.

При цьому способі сушіння відсутній контакт висушуваного матеріалу з киснем повітря. Основна кількість вологи (75-90%) видаляється при сублімації льоду при температурі продукту нижче 0 0 С і тільки залишкова волога видаляється при температурі 40-60 0 С. Повного виморожування вологи в продукті досягти не вдається. Невелика її кількість не вимерзає навіть при дуже низьких температурах.

Продукти такої сушки відрізняються високою якістю, добре зберігають харчові інгредієнти, мають підвищену поновлюючої здатністю, мають незначну усадку, мають пористу будову.

При сублімаційного сушіння відбувається різке збільшення питомої обсягу пара. Якщо при атмосферному тиску об'єм 1 кг пара складає 1,72 м 3, то при залишковому тиску 133 Па - 1000 м 3, а при 13,3 Па - 10000 м 3. Тобто обсяг, займаний 1 кг вторинної пари в 1-10 млн. разів більше обсягу 1 кг льоду.

Процес сублімації сушіння підрозділяється на три етапи.

Перший - заморожування продукту. Воно відбувається в швидкоморозильних установках або субліматор. У процесі збільшення вакууму матеріал охолоджується і самозаморажівается за рахунок витрати теплоти на інтенсивне випаровування. У цей період випаровується 10-15% всієї вологи без підведення тепла за рахунок виділення теплоти плавлення льоду при замерзанні води. Утворення кристалів відбувається поступово шляхом поглиблення зони кристалізації. Закінчення заморожування визначається при досягненні температури усередині продукту від мінус 5 до мінус 20 0 С. Тривалість заморожування становить 10-15 хв. Якщо тривалість заморожування більш висока, то можливе утворення великих кристалів льоду, які можуть зруйнувати клітини тканини і привести до погіршення якості готового продукту. Основна умова заморожування: максимальна кількість вологи повинне бути перетворене в лід; розміри кристалів повинні бути мінімальними і вони повинні бути рівномірно розподілені по всьому об'єму для інтенсивного тепло-і масообміну при сублімаційного сушіння. Заморожують також і рідкі продукти, щоб уникнути спінювання.

Вакуум-заморожування неприйнятно при сублімаційного сушіння фруктових соків, пюре, ягід і фруктів, так як це призводить до значних змін фізико-хімічних та структурних властивостей продукту. ??????

Другий період сушіння - сублімація - період постійної швидкості сушіння. У цей період видаляється основна маса вологи (60% і більше). Чим більше вологи видаляється в цей період, тим краще зберігаються властивості продукту. У цей період з'являється температурний градієнт по товщині продукту. У міру сублімації льоду спочатку підвищується температура поверхневого шару, потім наступних шарів. Після випаровування всього льоду температура висушуваного продукту підвищується, стає вище 0 0 С і наближається до температури навколишнього середовища. Тривалість цього періоду залежить від величини залишкового тиску в субліматор, інтенсивності підведення теплоти, температури продукту, швидкості видалення пароповітряної суміші. Інтенсивність сушіння в цей період дорівнює інтенсивності випаровування.

Третій період сушіння - видалення залишкової вологи - період спадною швидкості сушіння. До початку цього періоду закінчується сублімація льоду і температура продукту позитивна. У цей період віддаляється пов'язана волога, не замерзла в продукті. Швидкість сушіння залежить від інтенсивності підведення теплоти в поглиблену зону випаровування і видалення пари з зони випаровування через висохлі шари до поверхні матеріалу. На інтенсивність випаровування впливають структура, пористість висушуваного продукту, форма, розмір часток. Швидкість сушіння зменшується, а температура продукту підвищується. У цей період видаляється 10-20% всієї вологи.

В якості теплоносіїв застосовують воду, трихлоретилен, етиленгліколь та ін з температурою не вище 40-70 0 С. Температурний межа стійкості до нагрівання залежить від властивостей об'єкта сушіння. Для харчових продуктів це 40-50 0 С. Для продуктів рослинного походження рекомендуються більш м'які режими досушування при температурах 35-40 0 С. Кінцева вологість 3-4%, в деяких випадках (якщо передбачено зберігання протягом декількох років) кінцева вологість повинна бути знижена до 1,5-2,0%.

Загальна тривалість сушіння багато в чому визначається і товщиною шару матеріалу. Якщо матеріал розмістити товстим шаром, то тривалість сушіння становить до 10 ч.

В останні роки проводяться дослідження з використання інтенсивного підведення тепла за допомогою ІК-променів з довжиною хвилі 0,8-1,5 мкм і струмів високої частоти 10 9 -10 10 Гц. При цьому тривалість сушки сублімації скорочується в кілька разів.

У таблиці 1.9 приводяться режими сушки сублімації різних овочів.


Таблиця 1.9 - Параметри сублімації сушіння підготовлених овочів



Продукт


Температура сублімації, 0 С

Товщина шару овочів, мм

Температура, 0 С

Трива-житель-ність сушіння, год

продукту

гріючої поверхні

Картопля

-12

4-6

45

22-49

6,7

Зелень петрушки

-14

5-6

43

13-48

8,3

Морква

-16

5-6

43

22-50

7,7

Буряк

-17

4

46

13-49

12,2

Білі коріння

-14

5-7

43

22-50

7,7

Лук

-17

3-4

46

10-48

11,0

Капуста

-12

4

46

16-50

9,5

Сублимационная сушка широко використовується в європейський країнах, США, Китаї для харчових продуктів, лікарських препаратів, ферментів, заквасок і ін У Росії сушка сублімації, в основному, застосовується в медичній промисловості. Є поодинокі установки, використовувані для сублімаційного сушіння харчових продуктів. Вони розраховані на одноразову завантаження сировини від 300 до 1000 кг. Особливість цих установок - радіаційний підведення енергії до об'єкта сушіння.

Переваги способу: виходять продукти високої якості; легко поглинають при відновленні вологу (можуть відновлюватися навіть у холодній воді); зберігають первинні обсяг, колір, смак, летючі компоненти; можуть зберігатися тривалий час в приміщеннях з нерегульованою температурою.

Недоліки способу: продукти мають низький вміст вологи (2-4%) і мають сильно розвинену поверхню, тому дуже чутливі до поглинання вологи і окислення киснем повітря ліпідів, вітамінів, ароматичних речовин; для упаковки використовують спеціальні матеріали, які оберігають продукти від впливу вологи, кисню і світла; спосіб дорогий.

Навчальний матеріал
© uadoc.zavantag.com
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації