Для высушивания материала конвективным способом используют

Конвективная сушка

Что такое конвективная сушка?

Конвективная сушка – это способ удаления влаги из продуктов питания и других материалов при помощи нагретого воздуха или парогазовой смеси, циркулирующей в сушильной камере под воздействием естественной конвекции или принудительной от вентилятора.

Этот способ сушки материалов является самым распространенным, он применяется в разных сферах деятельности:

• производство строительных материалов – просушка песка, комовой глины, керамических изделий (фарфор, фаянс, кирпич, черепица, тротуарная плитка);
• пищевое производство, сушка продуктов питания в домашних условиях – высушивание овощей, фруктов, трав, грибов, ягод, мяса, птицы, рыбы.
• просушка одежды и обуви в спортивных и детских учреждениях, в гостиницах, на предприятиях со спецодеждой (МЧС, лаборатории, больницы), а также в нефтяной, горнодобывающей, рыбной и другой промышленности.

Варианты конвективной сушки могут различаться по конструкции сушильной установки: туннельные, камерные, турбинные, барабанные, трубы-сушилки, ленточные.

Принцип работы конвективной сушилки

Процессы сушки происходят в сушильной установке под воздействием горячего воздуха, циркулирующего вокруг продукта, либо нагнетающегося конкретно на объект сушки через сопла. Испаряющаяся влага выводится из камеры вместе в нагретым воздухом.

Воздушные массы в сушильных установках могут использоваться по-разному, в зависимости от принципа работы устройства:

• однократного действия – воздух нагревается ТЭНами, проходит через лотки с продукцией и выводится за пределы камеры;
• с рециркуляцией – отработанный воздух частично возвращается в сушильную камеру для повторного использования, предварительно он смешивается со свежим воздушным потоком и нагревается до необходимой температуры. Такой принцип работы более экономичен по энергозатратам;
• сушилки с промежуточным подогревом – в них происходит самый равномерный нагрев воздушных масс, они используются для продуктов, сушка которых проводится при мягком температурном режиме.

Виды сушильного оборудования по принципу работы:

• периодического действия – это сушильные шкафы, камеры, боксы, в которые нужно периодически закладывать новую партию продукта;
• непрерывного действия – сюда относится конвейерное (ленточное) и туннельное оборудование, куда продукция загружается непрерывно, без необходимости останавливать работу сушильных установок.

На крупных производствах предпочтение отдается сушильному оборудованию непрерывного действия, имеющему следующие преимущества:

• возможность полной автоматизации процессов сушки;
• круглосуточный автоматический мониторинг ключевых параметров, контроль и управление;
• подбор оптимального режима сушки для каждого продукта;
• стабильно высокое качество производимой продукции.

Устройство и характеристики

При выборе оборудования для конвективной сушки необходимо уделить внимание главным параметрам:

1. Материалы корпуса, загрузочных лотков:
   • нержавеющая сталь – износостойкая, прочная, не боится высоких температур, механического воздействия, применяется для изготовления корпуса и лотков крупных производственных установок для сушки.
   • пищевой пластик – имеет малый вес, прост в эксплуатации и уходе, но достаточно хрупок, поэтому используется в малогабаритных сушильных устройствах для использования в домашних условиях.
2. Объем сушильной камеры – зависит от назначения, размеров сырья, объемов перерабатываемой продукции.
3. Мощность оборудования – для домашних бытовых электросушилок диапазон мощности составляет от 165 до 1000 Вт, для промышленных устройств этот показатель выбирается, исходя из требуемой производительности.
4. Способ управления – ручной или автоматический.
5. Вид нагревательного элемента, его расположение. Существует 3 варианты расположения нагревательного элемента:
   • в нижней части камеры – тепло подается вертикально, нижние лотки прогреваются сильнее верхних. Чтобы это исключить, необходимо периодически менять лотки местами или обеспечить эффективный воздухообмен вентилятором;
   • по бокам – ТЭНы, расположенные в боковых стенках, подают тепло горизонтально, равномерно прогревая все пространство камеры, однако, такие установки имеют увеличенные габариты;
   • сверху – верхнее расположение ТЭНов исключает попадание на них влаги с сырья, что увеличивает срок их службы, но для хорошего воздухообмена также требуется принудительная вентиляция.

   Помимо электрических нагревательных элементов, существуют паровые, газовые, водяные и огневые.

6. Конструкция загрузочных лотков – зависит от вида сырья, которое предполагается сушить в устройстве, также важна высота бортиков поддонов и их количество.

Конвективная сушка имеет следующие преимущества:

• относительно невысокие затраты на оборудование;
• большое разнообразие моделей сушильного оборудования;
• простота эксплуатации.

• сушка занимает довольно много времени, ускорение процесса с повышением температуры ведет к перегреву сухпродукта, снижению его качества;
• потеря части витаминов и пищевой ценности за счет процессов окисления при нагреве;
• сложно добиться равномерной просушки сырья больших размеров за счет того, что на поверхности продукта образуется пленка, затрудняющая испарение влаги.

Источник

Конвективная сушка

Одним из самых распространенных способов сушки продуктов в настоящее время является конвективный способ сушки. Этот способ сушки продуктов основан на передаче тепла высушиваемому продукту за счет энергии нагретого сушильного агента – воздуха или парогазовой смеси.

Сушка продуктов при этом способе происходит при омывании продукта нагретым газом, воздухом, топочными газами, перегретым паром и другими теплоносителями, которые имеют температуру, отличную от температуры подвергающегося сушке материала. При этом способе сушки за счет сообщаемой продукту тепловой энергии идет испарение находящейся в продукте влаги, а унос паров влаги осуществляется сушильным агентом.

Различают конвективную сушку материалов в слое, при которой применяются сушилки с омыванием материала в слое или изделия агентом сушки (туннельные, камерные, петлевые, валковые, турбинные, ленточные, шахтные сушилки), а также конвективная сушка с сопловым обдувом плоских материалов. Кроме этого различают конвективную сушку материалов или изделий во взвешенном и полувзвешенном состоянии, которая может осуществляться в барабанных установках, в установках с кипящим слоем, в пневматических трубах-сушилках, в вихревом потоке, а также с помощью сушки распылением.

Оборудование для сушки овощей, оборудование для сушки фруктов и любое сушильное оборудование, основанное на этом способе, имеет простое устройство. Установки имеют высокие удельные энергозатраты, которые составляют от 1.6 до 2,5 кВт.ч/кг. Однако этому способу присущи некоторые недостатки, касающиеся нерационального использования энергии установками, поскольку сушка продукта таким способом неизбежно сопровождается потерями тепла на нагрев конструкций и окружающей среды.

При интенсификации процессов такой сушки продуктов необходимо повышать температуру теплоносителя, что влечет перегрев сухопродукта, особенно на стадии досушки. Кроме того этому способу сушки продуктов присущи недостатки, существенно снижающие качество конечного продукта. При этой сушке испарение влаги происходит только с поверхности, что приводит к появлению пленки, затрудняющей сушку и ухудшающей качество сухопродукта: изменяется цвет, вкус и естественный аромат продукта, снижается его восстанавливаемость при замачивании.

Высокая температура и высокая продолжительность сушки способствуют развитию окислительных процессов и приводят к потерям витаминов и биологически активных веществ в сухопродукте, и не способствует подавлению первичной микрофлоры.

Источник

Занятие № 21. Конвективная сушка

1. Рассмотреть процесс конвективной сушки.

2. Изучить тепловой баланс конвективной сушильной установки.

Вид занятия: лекция

Время проведения: 2 часа

Место проведения: ауд. ________

1. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. — 3-е издание. М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 550 с.

Плакаты, иллюстрирующие учебный материал.

Структура лекции и расчет времени:

№ п/п	Структура занятия	Время, мин.
1. 2. 3.	Повторение пройденного материала на лекции №20 Учебные вопросы: 1. Конвективная сушка. 2. Тепловой баланс конвективной сушильной установки. Заключение

1. Конвективная сушка

Наибольшее распространение в промышленности для обезвоживания материалов получили конвективные сушиль­ные установки. Теплота для сушки материалов в них передается конвекцией от горячего газообразного сушильного агента к влажному материалу. Сушильный агент одновременно служит не только теплоноси­телем, но и влагопоглотителем, поскольку уносит из сушильной установки образовавшиеся, в процессе сушки пары влаги. В качестве су­шильного агента используют воздух, топочные и другие инертные по отношению к высушиваемому материалу газы (азот, гелий, диоксид
углерода и др.), перегретый водяной пар или пар удаляемого из мате­
риала растворителя.

При выборе сушильного агента следует учитывать прежде всего тех­нологические особенности сушки. Использовать инертный сушиль­ный агент следует, если пары удаляемой из материала жидкости взрыво- или пожароопасны и т. д. В случае возможности использования не­скольких сушильных агентов следует руководствоваться технико-эко­номическими соображениями.

Воздух — наиболее дешевый и широко используемый сушильный агент. Его применение особенно эффективно, если сушимый материал не ухудшает свои свойства в присутствии кислорода и не подвержен разложению при высоких температурах. Экономически оправдано на­гревание воздуха до 500 °С в теплообменниках из жаропрочной стали и до 800-1000 °С в регенеративных теплообменниках.

Топочные (дымовые) газы целесообразно использовать при сушке термостойких материалов, не изменяющих качественные показатели при соприкосновении с продуктами горения топлива. Чем выше температура используемых топочных газов, тем интенсивнее процесс сушки, тем компактнее сушильная установка. Диапазон температур топочных газов 250-1200°С. Для сушки используют дымовые газы из топок про­изводственных котельных, из котлов ТЭЦ, нагревательных, плавильных и обжиговых печей или сооружают специальные топочные устройства, в которых сжигают топливо и отходы технологического производства.

Азот используют в качестве сушильного агента редко и в тех слу­чаях, когда по тем или иным причинам нежелателен контакт сушимого материала или паров удаляемой влаги с кислородом. Поскольку азот получают в специальных воздухоразделительных установках, применя­ют его в сушилках, работающих по замкнутому циклу. Экономически оправданный уровень начальных температур этого сушильного агента около 400 °С. В аналогичных случаях можно применять в качестве су­шильного агента гелий. Коэффициенты теплоотдачи от гелия сущест­венно выше, чем от воздуха или азота, но, с другой стороны, стоимость получения гелия выше, чем азота. Поэтому в таких случаях требуется тщательный технико-экономический анализ.

Для сушки многих капиллярно-пористых материалов целесообразно и экономически выгодно применять в качестве сушильного агента пере­гретый водяной пар атмосферного давления из специального источника или перегретый пар удаляемой из материала влаги растворителя. Ис­пользование в качестве сушильного агента перегретого водяного пара атмосферного давления имеет ряд термодинамических, технологических и технико-экономических преимуществ по сравнению с воздухом или топочными газами:

1) возрастают коэффициенты внутреннего переноса теплоты и мас­сы вследствие более высокой (равной температуре насыщения при дан­ном давлении) температуры материала;

2) повышаются движущая сила перекоса массы (разность концен­траций у поверхности материала и в ядре потока сушильного агента) и коэффициент самодиффузии молекул пара в пар в пограничном слое, что обеспечивает более высокие плотности потока массы при удалении свободной влаги;

3) интенсифицируется внешний теплообмен перегретого пара с ма­териалом

4) повышенная температура материала способствует снижению кри­тического влагосодержания, увеличению длительности первого периода сушки;

5) появляется возможность применения высокотемпературного су­шильного агента вследствие отсутствия в нем свободного кислорода (исключено возгорание, окисление материала);

6) снижаются капитальные и эксплуатационные затраты, так как
удельная объемная теплоемкость перегретого водяного пара на 20—30%
выше, чем воздуха

7) уменьшается удельный расход теплоты за счет реализации за­мкнутой циркуляции сушильного агента и утилизации» большей части теплоты.

Наиболее существенно преимущества перегретого пара проявляются при температурах выше 150-180 °С, причем чем выше температура, тем более эффективно применение перегретого пара.

2. Тепловой баланс конвективной сушильной установки

При проектировании сушильных установок составление ма­териального и теплового балансов позволяет установить расходы су­шильного агента, теплоты, тепловую экономичность установки, измене­ние параметров сушильного агента и т. д. Результаты балансовых рас­четов в совокупности с кинетическими характеристиками процесса суш­ки являются исходными данными для конструктивного расчета установ­ки и ее отдельных узлов.

Рассмотрим тепловые балансы для наиболее распространенных сушилок: конвективной и контактной.

Таким образом, тепловой баланс сушилки позволяет определять суммарные затраты теплоты, тепловую мощность генератора теплоты, расходы сушильного агента (при заданном температурном режиме) или температуру и влагосодержание сушильного агента на выходе (при за­данном расходе сушильного агента), а также тепловую экономичность сушилки q.

Составление теплового баланса для сушилок, работающих периодически, проводят на один цикл их рабо­ты. При существенном изменении температуры воздуха на входе в су­шилку и выходе из нее в течение цикла работы сначала составляют тепловой баланс для отдельных промежутков времени, в течение ко­торых эти температуры могут быть приняты неизменными, а затем сум­мируют приходные и расходные статьи балансов в целом за цикл ра­боты. В этом случае помимо статей расхода теплоты, указанных при составлении теплового баланса непрерывно действующей — сушилки, учитывают расход теплоты на разогрев ограждений сушилки, охлаж­дающихся в период ее останова. Точные расчеты потерь теплоты на разогрев ограждений и в окружающую среду необходимо выполнять с учетом нестационарности, режима протекающих в них процессов.

Источник