Какие существуют способы сушки сырья

Технология пищеконцентратного производства

В учебном пособии приведены классификация, состав и особенности пищевых концентратов, а также дана характеристика сырья для их производства. Большое внимание уделено технологии производства пищевых концентратов и характеристике используемого технологического оборудования. Представлены рецепты пищевых концентратов. Описаны основные режимы и способы сушки, подготовки, обработки сырья и хранения готовых изделий.

Оглавление

• Введение
• 1 Классификация пищевых концентратов, их пищевая ценность и особенности
• 2 Способы сушки пищевых продуктов

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Технология пищеконцентратного производства предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

2 Способы сушки пищевых продуктов

Для сушки пищевых продуктов в производстве пищевых концентратов используют два принципиально различных способа. Первый — это тепловая сушка, и второй — это сушка при отрицательных температурах (так называемая сублимационная).

2.1 Тепловая сушка

Сушка тепловым способом как процесс консервирования пищевых продуктов широко распространена в пищеконцентратной промышленности. Сушат вареные крупы, мясо, отвары круп, экстракты кофе и цикория, плодовые соки и другие продукты, являющиеся полуфабрикатами в производстве пищевых концентратов.

При производстве пищевых концентратов применяют различные способы тепловой сушки, отличающиеся один от другого принципом подвода тепла к высушиваемому материалу: конвективный, радиационный и кондуктивный.

Конвективный способ сушки. Основной особенностью конвективной сушки является подвод тепла к высушиваемому продукту с помощью газов и перенос влаги от материалов теплоносителем. В пищеконцентратной промышленности в качестве теплоносителя применяют нагретый воздух.

Кондуктивный (или контактный) способ сушки основан на размещении слоя продукта на горячей поверхности, например, на вальцах сушильной установки. В данном случае высушиваемый материал соприкасается с нагретым металлом вальцов, за счет чего нагревается. Испаряющаяся влага отводится из сушильной установки системой вентиляции.

Радиационный способ сушки предусматривает подвод тепла посредством радиации от источников излучения. Излучателями тепла могут служить нагретые поверхности металла или других каких-либо материалов (темные излучатели) или лампы инфракрасного излучения (светлые излучатели).

Конвективный способ широко распространен при сушке пищевых продуктов в связи с тем, что применение его позволяет максимально сохранить форму материала, поступающего на сушку, и вести ее при условиях, наиболее приемлемых для высушиваемого продукта. Один из существенных недостатков этого способа — большая аэрация высушиваемого материала кислородом воздуха, что иногда нежелательно, например, при сушке материала, содержащего легко окисляемые витамины или непредельные жирные кислоты. Объектом сушки обычно является какое-либо вещество, состоящее из твердой и жидкой фазы (газообразной можно пренебречь). Отношение массы влаги к общей массе влажного материала определяется как влажность этого материала, которая может изменяться в пределах от 0 % до 100 %. Влагосодержание материала определяется как отношение массы влаги в материале к массе его сухого вещества.

2.1.1 Способы и техника тепловой сушки

Выбор способа сушки основан на физико-химических характеристиках пищевых продуктов. Для продуктов первой группы, таких, как вареные крупы, вареный мясной фарш, наилучшим будет конвективный способ сушки, а для плодовых пюре, отваров круп пригодны и конвективный (распылительная сушка) и контактный (кондуктивный) способы. Радиационный способ сушки является модификацией конвективного способа и поэтому также пригоден для продуктов первой группы.

При выборе типа сушилок для того или иного материала следует кроме физико-химической характеристики продукта руководствоваться также и следующим:

— тип сушилки должен обеспечить получение продукта высокого качества с наименьшей потерей первоначальных свойств;

— необходимо обеспечить максимальный съем влаги при наименьших затратах тепла и электроэнергии;

— конструкция сушилки должна обеспечивать возможность автоматизации сушильного процесса.

Одним из важнейших показателей работы сушилок является ее производительность. Для возможности сравнивать производительность сушилок, высушивающих материалы с различным влагосодержанием, принято производительность сушильных аппаратов считать по количеству влаги, испаренной в час (U, кг/ч). Зная этот показатель, можно рассчитать производительность сушилки по конкретному продукту, g (кг/ч), по формуле (3):

где U — количество влаги, испаренной в час, кг/ч;

W₁ — влажность продукта при поступлении в сушилку, %;

W₂ — влажность продукта после сушки, %.

Этой формулой (3) можно пользоваться для всех видов тепловых сушилок независимо от способа сушки.

2.1.2 Конвективный способ сушки

В пищеконцентратной промышленности для сушки продуктов конвективным способом, в основном, используют сушилки трех типов: конвейерные ленточные, «Эврика» и ВИС-42Д.

Конвейерные ленточные сушилки выпускают нескольких размеров, определяемых рабочей поверхностью транспортных лент, которая может быть 15, 30, 45 и 90 м 2 . Ширина лент первых двух типов сушилок 1250 мм, ширина лент двух последних типов — 2000 мм. Количество лент в каждой сушилке 4–5, причем при пяти лентах последняя не оборудована калориферами и предназначена для охлаждения высушенного продукта. Пятиленточная конвейерная сушилка СПК-4Г-45 (рисунок 1) состоит из 5 ленточных транспортеров, оборудованных специальными плетеными лентами из нержавеющей стальной проволоки.

1 — привод сушилки; 2 — каркас; 3 — паропровод к калориферам; 4 — наклонный транспортер; 5 — вытяжное устройство

Рисунок 1 — Пятиленточная конвейерная сушилка СПК-4Г-45

Транспортеры расположены один над другим, так что с верхнего продукт может быть пересыпан на нижележащий. Между верхней и нижней лентами транспортера вставлены ребристые трубы (калориферы), служащие для нагревания воздуха, идущего снизу вверх. Устройство нагревательных калориферов внутри самой сушильной камеры и возможность нагрева воздуха перед каждой лентой выгодно отличает эти сушилки от других конструкций.

Однако такое расположение калориферов создает некоторые неудобства при эксплуатации сушилок. Продукт, находящийся на ленте, частично просыпается через нее и засоряет калориферы. Попадая на калориферы, продукт, особенно мучель, спекается в пленку, что понижает отдачу тепла калориферами. Для предохранения калориферов от загрязнения над ними устраивают козырьки, но это нарушает движение воздушных потоков, что также отражается на производительности сушилки.

Установленные одна над другой транспортерные ленты с калориферами заключены в общую металлическую камеру, так что воздух, подаваемый под последнюю ленту, может подняться, только пронизав поочередно все ленты от нижней до верхней. Если такое движение воздуха нарушается, сушилка будет работать ненормально, со значительным снижением к.п.д.

Постепенно насыщаясь влагой, воздух перед каждой лентой подогревается, проходя ряд калориферов, что снижает его относительную влажность и делает более качественным как сушильный агент. Это также является выгодной особенностью данных сушилок.

Воздух в сушилку подают под последнюю ленту специальным вентилятором. Нагретый за счет охлаждаемого продукта на пятой ленте, он, проходя через ребристые калориферы, нагревается еще и пронизывает продукт, находящийся на четвертой ленте, и т.д., до прохода через первую ленту, после чего его собирают в зонт над сушилкой и специальным вентилятором выбрасывают наружу.

В некоторых случаях целесообразно часть воздуха возвращать под первую или вторую ленты (так называемая работа с рециркуляцией воздуха). Во время работы продукт, находящийся на первой ленте, при ее движении все время ссыпается на вторую ленту, со второй — на третью, с третьей — на четвертую и с четвертой — на пятую.

Высушенный и охлажденный продукт с пятой ленты поступает на сборный транспортер, который направляет его на следующий процесс. При работе сушилки необходимо следить за равномерной укладкой (ровным слоем) продукта на ленты. Свободные от продукта места на ленте являются зонами «холостого» прохода воздуха, что резко снижает к.п.д. сушилки. Производительность ленточных сушилок при сушке крупы может быть принята следующей: тридцатиметровой (СПК-30) — 150 кг, сорокапятиметровой (СПК-45) — 225 кг, девяностометровой (СПК-90) — 450 кг напаренной влаги в час. Расход пара на 1 кг испаренной влаги от 2,1 до 2,2 кг. Расход электроэнергии 80 Вт.

Вареные крупы и зернобобовые сушат также на сушилках «Эврика» шахтного типа. Сушилка «Эврика» (рисунок 2) выполнена из двух цилиндров различного диаметра, вставленных один в другой.

Внутренний цилиндр изготавливают из перфорированной листовой нержавеющей стали, с отверстиями размером менее диаметра отдельных крупинок высушиваемого продукта. Внешний цилиндр образуется набором жалюзи, изготовленных из конусных колец шириной 175 мм, выполненных из нержавеющей стали. Образующееся между цилиндрами пространство от 50 до 75 мм представляет собой сушильную камеру, в которой продукт движется сверху вниз. Высота сушилки 9,5 м, наружный диаметр 1,2 м.

Продукт по пути движения пронизывается нагретым в отдельно стоящем калорифере воздухом, поступающим во внутренний цилиндр, и в нижней части сушилки выгружается специальным устройством. Отработавший воздух из сушилки выбрасывается в помещение, где установлена сушилка, и оттуда удаляется в атмосферу вентилятором.

Рисунок 2 — Схема сушилки «Эврика»

Сушилка типа «Эврика» является экономичным аппаратом. Расход пара на 1 кг испаренной влаги составляет в ней от 1,8 до 2,0 кг. Температура воздуха, поступающего в сушилку, от 75 °C до 80 °C, потребная мощность для устройства выгрузки около 0,6 кВт. Производительность сушилки 350 кг сушеной крупы в час.

Однако сушилка имеет ряд недостатков, которые препятствуют ее широкому распространению. К этим недостаткам относится зависание продукта в сушильной шахте вследствие образования комков и налипания материала на жалюзи, что требует периодической очистки таких участков. Из-за этого, невозможно заключить сушилку в специальный корпус и осуществить организованное удаление из нее влажного воздуха. Кроме того, продолжительность сушки вареных круп в этой сушилке в 3-4 раза больше, чем в ленточных конвейерных сушилках. Выше и трудоемкость ее обслуживания.

Для сушки вареных круп и сухого картофельного пюре используют шахтные сушилки ВИС-42Д (рисунок 3).

Шахтная сушилка состоит из каркаса, образующего камеру сушилки, на котором закреплены 20 полок. Полка представляет собой 16 пластин, каждая из них соединена общей тягой. При помощи тяг полки поворачиваются на угол до 90 °. При повороте пластин продукт перемещается с одной полки на другую.

В верхней части шахты для загрузки продукта установлены загрузочная течка, ленточный дозатор и загрузочная каретка.

Все процессы загрузки, перемещения и выгрузки продукта в сушилке ВИС-42Д производятся автоматически.

С торцовых сторон камеры шахты проходят воздушные каналы. Для подогрева и нагнетания воздуха сушилка оборудована вентилятором и калорифером. Сушильная камера термоизолирована. Процесс работы на сушилке ВИС42Д заключается в следующем. Продукт через загрузочную воронку при помощи ленточного дозатора попадает на загрузочную каретку, которая равномерно распределяет его по верхней полке. В процессе сушки крупа последовательно передается с одной полки на другую, и по мере ее продвижения сверху вниз снижается ее влажность.

Сушка продукта производится нагретым воздухом, проходящим из канала вдоль полок.

Высушенная крупа с нижней полки ссыпается в выгрузочную воронку, а оттуда транспортными механизмами передается на следующий процесс.

1 — правая коробка; 2 — левая коробка; 3 — рама с пластинами; 4 — приводная станция; 5 — колонка приводной станции; 6 — рамка разгрузочная; 7 — загрузочная каретка; 8 — загрузочный аппарат; 9 — выгрузочная колонка; 10 — узел подачи воздуха; 11 — торцевые двери; 12 — площадка с лестницей

Рисунок 3 — Сушилка ВИС-42Д

В настоящее время в сушильной практике наметилась тенденция отказа от использования для круп ленточных конвейерных сушилок, сушилок «Эврика» и ВИС-42Д, сушка на которых является классическим примером конвективного способа, и внедрения в практику сушки вареных круп в псевдоожиженном слое, виброкипящем слое, вихревой сушки, так как эти способы дают возможность полнее использовать преимущества конвективного способа сушки.

Исследованиями Г. Я. Маслобоева и П. В. Серегина на примере сушки гречневой крупы было установлено, что оптимальная температура сушильного агента должна быть не более 150 °C, так как более высокая температура вызывает побурение продукта. Получаемая крупа отличалась высоким качеством, так коэффициент ее набухаемости был равен 2,5 вместо 2,3 для крупы, высушенной в сушилке «Эврика», длительность разваривания — 12 минут вместо 20 минут. Расход тепла на 1 кг испаренной влаги составил от 4168 до 5360 кДж, в то время как расход тепла в сушилке «Эврика» составляет 6126 кДж.

Для сушки круп в виброкипящем слое используют установку А1-КВР (рисунок 4) которая состоит из сушильной камеры 1, двух вентиляционнокалориферных станций 2 и батареи циклонов 3. Сушильная камера конструктивно представляет собой прямоугольный металлический каркас с теплоизоляционными и звукоизоляционными панелями и дверями, в которых смонтированы смотровые окна.

В сушильной камере горизонтально расположены четыре металлических короба, попарно (4 и 6, 5 и 7) смонтированных на вертикальных рамах, кинематически связанных с виброприводом. Рамы подвесок колеблются в вертикальной плоскости с амплитудой 8 мм (размах 16 мм) и частотой 450 колебаний в минуту. Поворачивая эксцентриковые втулки и меняя шкив на электродвигателе, амплитуду колебаний можно изменить в пределах от 3 до 8 мм, а частоту — от 450 до 570 колебаний в минуту.

Сушильные короба имеют перфорированные решета, поворотные щитки, при помощи которых регулируется распределение подогретого воздуха под решетами. Высота слоя продукта на решете не должна превышать 100 мм. Регулируется высота поворотным порогом 8, который установлен в коробе в конце решета. Изменение скорости движения продукта вдоль решета достигается путем перемены угла наклона порога.

Источник

Классификация способов сушки.

Введение

Сушка – это процесс удаления из материалов влаги путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. Аппараты, в которых осуществляют сушку, называют сушилками. По способу сообщения тепла различают конвективные, контактные, терморадиационные, сублимационные и высокочастотные сушилки.

Процессы сушки широко применяются в промышленности и сельском хозяйстве. Объектами сушки могут быть разнообразные материалы на различных стадиях их переработки (сырьё, полуфабрикаты, готовые изделия).

Сушкой называется процесс удаления из материала любой жидкости, в результате чего в нём увеличивается относительное содержание сухой части. На практике при сушке влажных материалов, в том числе пищевых продуктов, удаляют главным образом воду, поэтому под сушкой понимают процесс обезвоживания материалов. Таким образом, хотя понятие сушка является более общим, однако практически термин “сушка” и “обезвоживание” являются идентичными.

Материалы сушатся с различной целью: для уменьшения массы (это удешевляет их транспортировку), увеличения прочности (керамические изделия, древесина), повышения теплоты сгорания (топливо), повышения стойкости при хранении и для консервирования (зерно, пищевые продукты, биопрепараты).

Большинство пищевых продуктов являются влажными телами, содержащими значительное количество воды. Вода входит в состав растительных и животных тканей и являются необходимой составной частью пищи человека. Однако избыток воды снижает питательную ценность пищевых продуктов, значительно удорожает их транспортировку и может вызвать порчу продуктов вследствие жизнедеятельности различных микроорганизмов в водной среде. Поэтому большинство пищевых продуктов подвергают сушке, в процессе которой их влажность значительно снижается.

Сушка – это сложный технологический (физико-химический) процесс, который должен обеспечить не только сохранение качественных показателей материала, но в ряде случаев и улучшение этих показателей.

Процесс тепловой сушки пищевых продуктов заключается в переводе влаги, находящейся в них, в парообразное состояние и удаление образующегося пара во внешнюю, окружающую продукты, среду.

Существуют различные методы сушки материалов. Можно выделить 2 основных принципа:

1) удаление влаги из материала без изменения её агрегатного состояния – в виде жидкости,

2) удаление влаги из материала с изменением её агрегатного состояния, т.е. при фазовом преобразовании жидкости в пар.

Повышение производительности сушильных установок может быть достигнуто как экстенсивным методом, т.е. путём увеличения габаритов сушильной камеры, сокращением простоев и т.п., так и более эффективными интенсивными методами, путём повышения скорости сушки и соответствующего сокращения продолжительности процесса. Повышение концентрации сухого вещества, в очень сложных системах путём выпаривания при многократном использовании тепла в многокорпусной выпарной установке является так же более экономичным, чем процесс сушки испарением.

Классификация способов сушки.

· По способу воздействия сушильного агента

Естественная сушка — сушка на открытом воздухе при естественном освещении, без влияния человека на факторы интенсифицирующие процесс (температуры продукта и сушильного агента (воздуха), давление, скорость движения сушильного агента, влажность и т. д.). Используется для сушки плодов, ягод, грибов в регионах с подходящими климатическими условиями.

Искусственная сушка — производиться в специальных аппаратах (сушильных установках), с принудительным изменением факторов, влияющих на интенсивность процесса (температура, давление влажность, геометрические размеры объекта сушки и т. д.).

· По давлению в рабочей камере

Атмосферная — сушильным агентом является, как правило, атмосферный воздух с отклонением давления в сушильной камере не выше 49 МПа.

Вакуумная — сушка производится в вакууме.

Под избыточным давлением.

· По способу подвода тепла к влажному материалу сушилки классифицируются на:

Конвективные — тепловая энергия передается конвекцией;

Кондуктивные (контактные) — тепловая энергия передается с помощью теплопроводности;

Терморадиационные — тепловая энергия передается с помощью термоизлучения;

Высокочастотные — тепловая энергия преобразуется из электрической внутри высушиваемого материала;

Комбинированные — передача тепла осуществляется с помощью комбинаций вышеупомянутых способов.

· В зависимости от направления движения высушиваемого материала и сушильного агента

Прямоточные — направление движения высушиваемого материала и сушильного агента совпадает;

Противоточные — направление движения высушиваемого материала и сушильного агента противоположное;

Перекрёстные — направление движения высушиваемого материала и перпендикулярно направлению сушильного агента

Виды сушки

Инфракрасная сушка. Наиболее актуальной и перспективной в данный

момент является сушка продуктов питания с применением инфракрасного излучения. Инфракрасное излучение твердых тел обусловлено возбуждением молекул и атомов тела вследствие их теплового движения. При поглощении инфракрасного излучения облучаемым телом в нем увеличивается тепловое движение атомов и молекул, что вызывает его нагревание. Перенос энергии происходит от тела с большим потенциалом переноса тепла к телу с меньшим потенциалом. Для пищевых продуктов глубина проникновения инфракрасных лучей достигает 6 — 12 мм. На эту глубину проникает небольшая часть энергии излучения, но температура слоя, лежащего на расстоянии 6-7 мм от поверхности материала, растет значительно интенсивнее, чем при нагреве конвективным способом. Коротковолновые инфракрасные лучи оказывают более сильное воздействие на пищевые продукты как за счет большой глубины проникновения, так и более эффективного воздействия на молекулярную структуру продуктов.

Инфракрасная сушка продуктов питания, как технологический процесс, основана на том, что инфракрасное излучение определенной длинны волны активно поглощается водой, содержащейся в продукте, но не поглощается тканью высушиваемого продукта, поэтому удаление влаги возможно при невысокой температуре (40-60 градусов Цельсия), что дает практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет, вкус и аромат подвергающихся сушке продуктов. Оборудование для сушки овощей и фруктов, мяса и рыбы, зерна, круп и других пищевых и непищевых материалов основанное на использовании инфракрасного излучения является наиболее перспективным в настоящее время.

Сушка продуктов по данной технологии позволяет сохранить содержание витаминов и других биологически активных веществ в сухом продукте на уровне 80-90% от исходного сырья.

Сублимационная сушка продуктов (сублимационная вакуумная сушка, также известная как лиофилизация или возгонка) — это удаление влаги из свежезамороженных продуктов в условиях вакуума.

В настоящее время этот метод сушки продуктов является наиболее совершенным, но в то же время и наиболее дорогостоящим. Этот способ был открыт в начале прошлого века, однако использовался только для производства довольно ограниченного количества и ассортимента сухопродуктов для нужд армии и космонавтики.

Акустический метод сушки продуктов основан на воздействии на обезвоживаемый продукт интенсивных ультразвуковых волн. Данный процесс сушки носит циклический характер, волна выбивает влагу, находящуюся на поверхности продукта, затем оставшаяся влага равномерно распределяется по капиллярам и процесс повторяется снова. Это происходит до тех пор, пока продукт не достигнет заданной влажности.

Акустический способ позволяет сушить широкий набор материалов: продукты сельского хозяйства (зерно, овощи, фрукты и другие), древесина, хлопок, лекарственные препараты и травы, бумага, продукция химической и других отраслей промышленности.

Кондуктивный способ сушки пищевых продуктов основывается на передаче тепла высушиваемому продукту путем непосредственного контакта с нагреваемой поверхностью сушильного оборудования.

Источник