Методи сушки і основи конструктивного розрахунку сушарок

У харчовій промисловості найбільш поширений конвективний метод сушки із застосуванням в якості агента гарячого повітря.

Залежно від виду висушуваного матеріалу застосовують той або інший спосіб і режим сушки. Нижче розглядаються методи сушки деяких харчових продуктів.

Хліб. При сушці хліба відбувається денатурація білків і неповна клейстеризація крохмалю. Сушка хліба робиться в тунельних і конвеєрних сушарках. Процес сушки хліба відбувається в період убуваючої швидкості. Щоб уникнути утворення кірки на початку сушки хліб сушать при зниженій температурі повітря і значної його вологості. У подальший період температура повітря може бути підвищена. Рекомендується наступний режим сушки хліба в два періоди:

 

Рух матеріалу →

Рух повітря ←

1-й період 2-й період

Температура повітря, °С 80…120 110…120

Відносна середня воло- 15 6

гість повітря, %

Швидкість руху повітря, м/с 3,5 3,5

Тривалість сушіння, хв 136 228

 

Цукор-рафінад. Рафінад, що поступає на сушку, є капілярно-пористою речовиною. Він складається з кристалів цукру, покритих плівкою насиченого цукрового розчину. Волога, що знаходиться між кристалами цукру, являється в основному капілярною. Сушка рафінаду робиться в тунельних сушарках при атмосферному тиску або в камерних вакуумних сушарках. Режим конвективної сушки рафінаду в тунельній сушарці являється змінним. Тривалість сушки близько 18 год.

При цьому температура повітря впродовж першої години складає близько 40°С; впродовж наступних 6 год температура повітря підвищується до 70°С; впродовж подальших 8 год вона досягає 80°С, а у кінці процесу складає 90°С. Значне зменшення швидкості сушки у кінці її пояснюється тим, що при видаленні вологи концентрація міжкристального розчину збільшується і відбувається випадання кристалів, які закупорюють пори, що утрудняє видалення вологи.

Молоко. Найчастіше сушать молоко, заздалегідь згущене до 50% СВ. Воно є колоїдною системою. Сахара і солі містяться в молоці в стані молекулярного розчину, білки – в колоїдному стані, а жир – у вигляді емульсії. Молоко сушать в розпорошувальних сушарках. Воно диспергує за допомогою дисків, що обертаються, або форсунок. Діаметр крапель досягає 40…50 мкм. Внаслідок малого радіусу крапель поверхня влагообмена велика і тривалість сушки складає 4...6 с. Сушка робиться повітрям, що має початкову температуру 130...140°С.

Вибір типу сушарок визначається в основному їх продуктивністю і висушуваним матеріалом. При сушці невеликих кількостей матеріалу застосовують камерні сушарки періодичної дії, хоча вони мають ряд істотних недоліків: втрати продукту при завантажувальних і розвантажувальних операціях, великі витрати праці, втрата тепла при відкритті дверец сушарок. Сушарки безперервної дії позбавлені цих недоліків, їх застосування завжди переважно, особливо при великій кількості висушуваного матеріалу.

Вид матеріалу визначає тип сушарки. Для сушки крупно-кускових матеріалів використовують тунельні сушарки, для сипких зернистих матеріалів – стрічкові, пневматичні або барабанні сушарки. Рідкі продукти висушують в розпорошувальних сушарках, а пастоподібні – в контактних (вальцьових) сушарках.

Максимально допустима температура, до якої може бути нагрітий цей матеріал без погіршення його якості, визначає режим процесу сушки.

Якщо для сушки застосовується повітря, нагріте до високої температури, то в сушарці слід організувати паралельний потік повітря і матеріалу. При цьому вологий матеріал зустрічатиметься з високонагрітим повітрям, а підсушений матеріал, чутливіший до високої температури, – з охолодженим повітрям.

При висушуванні матеріалів, якість яких погіршується при високих температурах, рекомендується застосовувати ті варіанти сушарного процесу, при яких він буде економічним при порівняно низькій температурі. Такими варіантами є: сушка з проміжним підігріванням, сушка з підігріванням усередині камери, сушка з поверненням відпрацьованого повітря.

Параметри сушарного процесу регулюють вручну або автоматично. Як вказано вище, такими параметрами є температура сушарного агента t і його відносна вологість φ. У сушарках безперервної дії ці параметри підтримуються постійними в певних зонах. У сушарках періодичної дії вони змінюються відповідно до заданої програми.

При розрахунку барабанної сушарки визначають її об'єм V _б (в м³), частоту обертання п (в 1 с) барабана і споживану ним потужність. Об'єм барабана визначають по відомій напрузі А [в кг/(м³∙с)] барабана по волозі.

 

V _б =W / A, (5.38)

 

де W – кількість вологи, що випаровується з матеріалу, кг/с.

Тривалість перебування τ (в с) матеріалу в барабані

 

τ = V_б ρ_н φ / G, (5.39)

 

де ρ_н – насипна маса матеріалу, кг/м³;

φ – ступінь заповнення барабана;

G – маса матеріалу, що проходить через барабан, кг/с.

Відношення довжини L барабана до його діаметра D звичайно становить 3…5. Тоді частота обертання барабана в 1 с

 

n = L / ( azD tgα), (5.40)

 

де a – коефіцієнт, залежний від типу насадки і діаметру барабана (наприклад, при діаметрі барабана від 1,2 до 2,8 м величина а складає: для підйомно-лопатевої насадки – 1,2; для поличної – 0,6...0,4 і для коміркової – 0,65…0,33);

tgα – тангенс кута нахилу барабана.

Потужність N (в кВт), затрачувана на обертання барабана, визначається по формулі

 

N = 0,078 D³ L ρ_н σ n, (5.41)

 

де n – частота обертання барабана в 1 с;

σ – коефіцієнт, залежний від виду насадки і міри заповнення барабана (наприклад, при коефіцієнті заповнення барабана φ = 0,2 величина σ складає: для підйомно-лопатевої насадки 0,063, для поличної – 0,038 і для коміркової – 0,01).

Основним регульованим параметром процесу сушки є кінцева вологість висушуваного матеріалу, яка залежить від початкової вологості матеріалу, продуктивності сушарки, параметрів сушарного агента на вході в сушарну камеру і на виході з неї і від тривалості процесу сушки.

 

5.8 Електрофізичні методи обробки харчових продуктів

Загальні відомості

Розглянуті вище технологічні процеси у ряді випадків досягли граничних швидкостей і за своєю природою не можуть бути інтенсифіковані без нових науково-технічних рішень, грунтованих на сучасних досягненнях науки і техніки.

За останні роки в нашій країні і за кордоном розроблені і впроваджені у виробництво високоінтенсивні процеси і апарати, грунтовані на електрофізичних методах (електростатичне поле, струми промислової частоти, струми ВЧ і НВЧ, інфрачервоне випромінювання, ультразвук, імпульсна техніка та ін.), використання яких дозволить у ряді випадків по-новому побудувати технологічний процес, значно збільшити продуктивність праці, підвищити якість і вихід готового продукту, понизити металло- і енергоємність машин і установок.