17. Сушка. Основные понятия процесса.

Сушкой называется процесс удаления влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов (суспензий) путем ее испарения и отвода образовавшихся паров.Сушка является сложным тепломассообменным процессом. Скорость сушки во многих случаях определяется скоростью внутридиффузионного переноса влаги в твердом теле.

Сушке подвергаются пищевые материалы, находящиеся в различном агрегатном состоянии, а именно: гранулированные, формованные и зернистые; пастообразные; растворы и суспензии.Теория сушки рассматривает общие аналитические и экспериментальные закономерности протекания процесса и описывает механизм его протекания.Технология сушки изучает свойства материалов.С целью выбора рационального способа и режима сушки. Техника сушки включает общие методы проведения процессов в суш-ых установках различных типов,а также их расчеты и проектирование(рис.)

Выбор метода сушки и типа сушилки осуществляется на основе комплексного анализа свойств пищевых материалов как объектов сушки.

Наиболее важными отличительными свойствами пищевых материалов, которые следует учитывать при выборе метода сушки, являются низкая термостойкость, склонность к окислению и деструкции; склонность к короблению и потере товарного вида; неоднородность материала по начальному содержанию воды; наличие активных биохимических и химически активных веществ и ряд других особенностей.

Основными путями интенсификации процессов сушки и повышения экономичности работы сушилок являются:

– проведение процессов в условиях эффективной гидродинамической обстановки, что позволяет значительно увеличить коэффициенты тепломассоотдачи;

– применение комбинированных способов подвода теплоты, что позволяет наиболее рационально нагревать материал до температуры сушки;

– создание комбинированных сушильных агрегатов, например первая ступень сушки – в разбавленном псевдоожиженном слое, вторая – сушка в псевдоожижающем слое; распылительная сушка в сочетании с сушкой в псевдоожиженном слое и др.;

– создание сушильных агрегатов с замкнутым циклом теплоносителя.

По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу применяются следующие методы сушки:

– конвективная, или воздушная, сушка – подвод теплоты осуществляется при непосредственном контакте сушильного агента с высушиваемым материалом;

– контактная сушка – путем передачи теплоты от теплоносителя (например, насыщенного водяного пара) к материалу через разделяющую их стенку;

– радиационная сушка – путем передачи теплоты инфракрасными излучателями;

– диэлектрическая сушка (СВЧ-сушка) – путем нагревания материала в поле токов высокой частоты;

– сублимационная сушка – сушка в глубоком вакууме в замороженном состоянии..

Сушка применяется во всех отраслях пищевой пром-ти при сушке сырья и П/Ф:переработка зерна;в сахарном;в крахмалопаточном;в хлебопекарном(сухомол);кондитерская(сахаристы);молочная,консервная и т.д.

18. Влажность и влагосодержание материала. Равновесное влагосодержание.

ВЛАЖНОСТЬ (ВЛАГОСОДЕРЖАНИЕ) - величина, показывающая содержание влаги в материале, определенное по отношению к массе сухого материала и выраженная в процентах.

Влага в материале связана:

Связанная влага может существовать в следующих формах:

– химически связанная влага, образующаяся в результате химической реакции;

– физико-химически связанная влага, образующаяся при адсорбции молекул газа через полунепроницаемую оболочку;

– физико-механически связанная влага, возникающая при поглощении паров микрокапиллярами (r <10-7), макрокапиллярами (r >10~7), а также при образовании геля.

Наиболее легко удаляется поверхностная влага и наиболее трудно –

химически связанная влага.

Химически связанная влага представляет собой воду гидроокиси,

вошедшую в результате реакции гидратации в состав гидроокисей и со-

единений типа кристаллогидратов. Эту влагу можно удалить в результате прокаливания.

Формы физико-химической связи разнообразны.

Адсорбционно-связанная влага удерживается у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой. Обладая большой площадью поверхности, коллоидные структуры имеют большую адсорбционную способность. Адсорбционная влага удерживается молекулярным силовым полем. Адсорбция влаги сопровождается выделением теплоты,

которая называется теплотой гидратации.

Осмотически c2е вязаная・

влага, или влага набухания, находится

внутри скелета материала и удерживается осмотическими силами.

Капиллярно-связанная влага находится внутри макро- и микрокапилляров. Эта влага механически связана с материалом и относительно

легко удаляется. Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом. Наиболее прочна эта связь у гигроскопичных веществ.

Равновесная влажность материалов.

– это способность материала удерживать влагу.

Равновесным называется влагосодержание, при котором давление пара над материалом равно парциальному давлению пара в окружающем пространстве. Если обозначим Р_п – парциальное давление водяного пара в смеси с воздухом, Р_м – давление водяного пара в смеси с воздухом. При контакте материала с влажным воздухом возможно 3 состояния:

Р_м<Р_п – десорбция влаги из материалов в окружающую среду, т.е. сушка.

Р_м > Р_п – сорбция, т.е. поглощение материалом влаги из окружающей среды, т.е. увлажнение.

Р_м = Р_п – динамическое равновесие, которое характеризуется равновесным влагосодержанием.

Площадь между изотермами сорбции и десорбции характеризует гистерезис, который зависит от количества воздуха сорбированными капиллярами. Чем меньше площадь гистерезиса, тем ближе качественные и количественные характеристики исследуемого материала. Первый – это длительный метод, а второй требует сложной аппаратуры.

1. изотерма равновесной влажности при сорбции

2. При десорбции

Несовпадение этих кривых наз-ся сорбционный дестерезис.

Для различных темп. кривые сорбции располог. след. образ.

Равновесная влажность материала соотв. φ = 100% наз-ся равновесной гидроскопичной влажностью

22. Способы сушки. Сушкой называется процесс удаления влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов (суспензий) путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. Сушка является сложным тепломассообменным процессом. Скорость сушки во многих случаях определяется скоростью внутридиффузионного переноса влаги в твердом теле. Сушке подвергаются пищевые материалы, находящиеся в различном агрегатном состоянии, а именно: гранулированные, формованные и зернистые; пастообразные; растворы и суспензии. Выбор метода сушки и типа сушилки осуществляется на основе комплексного анализа свойств пищевых материалов как объектов сушки. Существует несколько способов сушки:

Конвективный – основан на подведении нагретого сухого воздуха к высушиваемому материалу, в результате чего происходит распределение влаги из материала в окружающую среду. Применяется для высушивания как жидких так и твердых сыпучих материалов. Радиационная осуществляется путем передачи тепла инфракрасным излучателем. Диэлектрический (СВЧ) осуществляется путем нагревания материала в поле тока высокой частоты. Сублимационная- сушка в глубоком вакууме в замороженном состоянии. Контактная(кондуктивный) – путем передачи теплоты от теплоносителя (например, насыщенного водяного пара) к материалу через разделяющую их стенку.

23. Аппаратурное оформление процесса.По способу подвода теплоты(конвективные,контактные,радиационные,высокочастотные);по давлению воздуха в сушильной камере(атмосферные,вакуумные,глубоковакуумные);по хар-ру работы(периодического и непрерывного действия);по виду суш-ого агента(нагретый воздух,дымовые газы,их смеси,перегретый пар);циркуляция суш.агента(естественные и принудительные(искуственные));хар-р движения суш.агента относительно материала(противоточные,прямоточные,с перекрестным потоком);кратность использования суш.агента(однопарные и многопарные);по виду объекта сушки(твердые,жидкие);конструктивные признаки(ленточные,туннельные,камерные,шахтные,барабанные,вальцовые,распылительные).Барабанные сушилки получили широкое распространение для сушки сыпучих отходов пищ-ых производств:свекловичного жома,зерно-картофельные барды спиртовых заводов,кукурузных растков и мезги на крахмало-паточных заводах.А также для сушки зерна и сахара-песка.они явл-тчя атмосферными сушилками.В кач-ве суш.агента-используется воздух,либо топочные газы.Оснывным элементом является-барабан 1,который вращается на роликовых опорах 4,опираясь на них бандажами.Барабан приводится во вращение при помощи зубчатого венца 2,который надет на барабан и нах-тся в зацеплении с зубчатым колесом 3.зубчатое колесо приводится во вращение от мотора через редуктор.Барабан установлен горизонтально либо слегка наклонен в сторону движения материала.Влажный материал поступает в барабан при помощи питателя.Суш.агент движется в сушилке со скоростью 2-3 м/с и уносит из сушилки частицы высушенного материала.Для улавливания установлен циклон 5,через которые отходящие из сушилки газы выбрасываются в атмосферу.Выгрузка материала произходит в зоне 6.Сух.материал переводится шнеком(рис.).Туннельные(коридорные) относятся к группе атмосферных сушилок.В кач-ве теплоносителя используется воздух или топочные газы.Применяются для сушки овощей,сухарей,фруктов,мармелада,пастилы и макарон,а также для керамических материалов и древесины.Основным элементом явл-тся туннель,в котором по рельсам перемещаются вагонетки.На вагонетках установлены стеллажи,на которые накладывается материал.Полки делают ситчатые.При перемещении вагонеток материал остается неподвижным.Вагонетки с высуш.материалом выходят через определенные промежутки времени(рис).Ленточные применяются в овощесушильной пром-ти,а также для сушки фруктов,хлеба,крахмала и мелкоштучных макаронных изделий.Материал ,который поступает в сушилку подается на ленты из пористого материала(ткань,металлическая сетка),расположенные одна на другой.Материал транспортируется лентами.Между холостой и рабочими ветвями каждой ленты расположены отопительные батареи(калорифер).Является сушилкой непрерывного действия с перекрестным потоком материала и воздуха(рис).Шахтные применяются для сыпучих продуктов:зерна,жома,свекловичной стружки после механического обезвоживания,овощей,угля,глины и др.Движение материала в них происходит за счет действия силы тяжести.Элеватором 1 жом подается в загрузочный питатель 2,который подает сырой жом в сушилку.Аппарат имеет ряд решетчатых полок 5 с центральными отверстиями.На вертик.валу установлены конусы 4 и скребки,подгребающие материал,падающий с конусов,к центральному отверстию решеток.Горячий суш.агент поступает из газохода 7 и отсасывается вентилятором 3.Сушилки работают на топочных газах и воздухе.(рис.).Распылительные-для молока,яиц,барды,желатина.Материал поступающий в сушилку,распыляется в верхней части.Капли его опускаются и создается контакт между материалом и суш.агентом,поступающим в нижнюю часть.Диспергирование материала производится путем разбрызгивания через форсунки и пневматические при помощи сжатого газа.Имеет малую скорость,но увлекает мелкие частицы.Для их улавливания воздух пропускается через фильтры.Высуш.материал падает на дно камеры и скребками подвигается к шнеку,который отводится из сушилки.(рис)