Способы сушки овощей и плодов, типы сушилок
Установки, применяемые для сушки, различаются между собой способами подвода тепла к объектам сушки: конвективным, кондуктивным (или контактным), термоизлучением (при помощи инфракрасных лучей) и токами высокой и сверхвысокой частоты. Для сушки плодоовощной продукции применяют также сублимационный метод.
Конвективный способ сушки. При этом способе агент сушки (нагретый воздух, перегретый пар) выполняет функцию теплоносителя и влагопоглотителя. Преимущество способа – возможность регулирования температуры высушиваемого продукта. Установки для этого способа сушки просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Недостатки конвективного способа сушки: градиент температуры направлен в сторону, противоположную градиенту влагосодержания,что тормозит удаление влаги из продукта; относительно низкий коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к поверхности продукта вследствие того, что последний сушится в неподвижном слое, омываясь агентом сушки и отдавая ему влагу.
Сушка во взвешенном состоянии – это более интенсивный конвективный способ сушки. Осуществляется он в аппаратах кипящего (псевдоожиженного) слоя (рис. 1). Сушка во взвешенном слое характеризуется непрерывным хаотическим движением и перемещением частиц в определенном объеме по высоте, высокоразвитой поверхностью соприкосновения продукта с нагретым воздухом, так как при этом способе сушки каждая частица омывается потоком агента равномерно со всех сторон. Это обеспечивает равномерное нагревание продукта и срыв пограничного слоя испаряющейся влаги, что, в свою очередь, позволяет применять повышенные температуры агента сушки в зависимости от вида продукции. При этом значительно сокращается продолжительность сушки, и уменьшаются сроки теплового воздействия на продукт.
Рисунок 1 – Сушилка в кипящем (псевдоожиженном) слое
Для конвективного способа сушки используют распылительные сушильные аппараты (рис.), в которых интенсификация сушки происходит за счет уменьшения размеров частиц, создавая огромную поверхность мелкодиспергированных капель плодового или ягодного сока, пюре и повышая температуру сушильного агента до 200 °С. Наиболее распространены также конвейерные (ленточные) и туннельные сушилки
(рис. 2, 3).
Рисунок 2 – Конвейерная (ленточная ) сушилка
Рисунок 3 – Туннельная сушилка
Кондуктивный способ сушки. Основан на передаче тепла материалу при соприкосновении с горячей поверхностью. Воздух служит только для удаления водяного пара из сушилки и является влагопоглотителем. Коэффициент теплоотдачи кондуктивного способа значительно выше, чем конвективного, однако его применение ограничено, хотя он отличается высокой интенсивностью и экономичностью. На 1 кг испарившейся влаги затрачивается всего 1,3-1,4кг пара.
Этот способ сушки применяется в вальцовых (одновальцовых и двухвальцовых) сушилках (рис.) для сушки плодового пюре, картофельных хлопьев. Продукт с помощью специальных валков наносится тонким слоем на внешнюю стенку барабана. Барабан (валок) сушилки обогревается изнутри с помощью насыщенного пара. После одного оборота барабана уже высушенный продукт в виде пленки снимается с помощью специального ножа.
При теплопередаче часть насыщенного пара конденсируется на стенках барабана. Образовавшийся конденсат непрерывно выводится с помощью специальной трубки, чтобы обеспечить максимально свободную поверхность для конденсации пара. Система нагрева барабана полностью закрыта, чтобы предотвратить соприкосновения теплоносителя с продуктом. Короткое время воздействия на продукт высоких температур снижает риск, связанный с повреждением продукта.
Сушка инфракрасными лучами (термоизлучением). Скорость сушки инфракрасными лучами (ИКЛ) выше по сравнению с интенсифицированными способами конвективной сушки. Это объясняется более высокой скоростью перемещения влаги внутри продукта в инфракрасных сушилках (рис. 4). Для сохранения качества высушиваемого продукта не рекомендуется применять мощные потоки термоизлучения.
Рисунок 4 – Сушка овощей инфракрасными лучами
Сушка токами высокой и сверхвысокой частоты. Способ сушки токами высокой (ВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты основан на том, что диэлектрические свойства воды и сухих веществ продуктов резко различаются, поэтому влажный материал нагревается значительно быстрее, чем сухой.
В процессе сушки с применением ВЧ и СВЧ температура внутренних слоев продукта выше, чем наружных, более обезвоженных. Тепловой поток направлен к периферии продукта, и влагоперенос имеет то же направление, что способствует ускорению сушки.
Преимущества сушки ВЧ и СВЧ по сравнению с конвективной и контактной сушкой – возможность регулирования и поддержания определенной температуры продукта и более интенсивный процесс обезвоживания, что способствует улучшению качества высушиваемых продуктов.
Сублимационная сушка(криогенная сушка с вакуумом). Все большее распространение получает способ сушки пищевых продуктов в замороженном состоянии в условиях глубокого вакуума.
Процесс, при котором твердое вещество (лед) переходит в парообразное состояние, минуя жидкое, называют сублимацией, или возгонкой. При сублимационной сушке отсутствует контакт продукта с кислородом воздуха, так как создается вакуум. Основное количество влаги (75-90 %) удаляется при сублимации льда (температура ниже 0 °С) и только остаточная влага – при нагреве продукта до 40-60 °С.
Продукты (плоды и овощи), высушенные сублимационным способом, отличаются высоким качеством, сохраняют все питательные вещества, обладают повышенной восстанавливающей способностью, имеют незначительную усадку, пористое строение и сохраняют цвет и аромат свежего продукта. Из всех способов сушки с точки зрения сохранения качества сублимационная сушка наиболее совершенна.
Первая технологическая операция при этом способе – замораживание подготовленных продуктов. Для этого применяют либо быстрое замораживание в морозильных камерах, либо самозамораживание в сублиматоре при создании вакуума. В процессе самозамораживания из продукта испаряется 10-15 % всей влаги за счет выделения теплоты плавления льда при замерзании воды. Кристаллы льда образуются путем постепенного углубления зоны кристаллизации. Окончание самозамораживания определяют конкретно для каждого вида продукта при достижении температуры в середине частиц продукта (или слоя продукта) от -5 до -20 °С. Продолжительность самозамораживания 10-15 мин. При удлинении этого процесса возможно образование слишком крупных кристаллов льда, которые могут разрушить клетки тканей продукта и снизить его качество.
Вторая технологическая операция (сублимация) характеризуется постоянной скоростью сушки материала. Сублимация льда происходит путем постепенного углубления зоны испарения, в это время удаляется основная масса влаги (до 60 % и более). Чем больше влага удаляется в этот период, тем лучше сохраняются природные свойства сырья.
Третья технологическая операция – удаление остаточной влаги – характеризуется падающей скоростью сушки. К началу третьей стадии сублимация льда в основном заканчивается, и температура материала становится положительной. В этот период удаляется связанная влага, не замерзшая в продукте. Скорость сушки зависит от интенсивности подвода тепла (инфракрасными лучами или токами СВЧ) и углубления зоны испарения, удаления пара из зоны испарения через высохшие слои поверхности продукта.
В сублимационных сушильных установках (рис. 5) осуществляются все три стадии сублимационной сушки.
Рисунок 5 – Сублимационные сушильные установки
Источник
Конвективный способ сушки овощей
Конвективный способ сушки характеризуется тем, что поступление тепла к поверхности частиц высушиваемого продукта происходит в результате движения теплоносителя и его перемешивания с испаряющейся из продукта влагой. Этим способом в основном сушат плоды и овощи в виде кусочков, гранул и порошков. При конвективной сушке плодового и овощного сырья теплоносителем служит нагретый воздух. Применение в качестве теплоносителя продуктов сгорания топлива или их смеси с воздухом не допускается органами санитарного надзора.
В овощесушильной промышленности применяют преимущественно конвективные сушилки:
— по виду сушильного агента — воздушные; по давлению в сушильной камере — атмосферные и вакуумные; по способу создания напора для перемещения воздуха — с принудительной циркуляцией или с естественной циркуляцией ;
— по характеру действия — непрерывно действующие (конвейерные, шахтные) и периодического действия;
— по направлению движения сушильного агента относительно материала — перекрестного тока, противоточные и комбинированного тока;
— по конструктивным особенностям — конвейерные, туннельные, камерные и шахтные;
— по типу калориферов — паровые, огневые.
В настоящее время на овощесушильных предприятиях преимущественно применяются сушилки паровые конвейерные.
Наиболее мощные из сушилок — сушилки конвективные, воздушные, атмосферные с принудительной циркуляцией воздуха, непрерывно действующие, конвейерные, паровые.
Результаты исследований, полученных за последнее десятилетие в области конвективного обезвоживания пищевых продуктов и повышенные требования, предъявляемые широкими кругами потребителей к качеству сушеных продуктов, послужили стимулом для усовершенствования воздушной конвективной сушилки, научной разработки ряда новых методов сушки пищевых продуктов и внедрения более совершенных методов обезвоживания в практику овощесушения.
Одним из таких методов является сушка в кипящем слое. Сушилки, работающие по этому принципу, предназначаются для обезвоживания пищевых продуктов в виде небольших кусочков (кубиков) или крупинок (гранул). При сушке в кипящем слое создают повышенные скорости (4. 6 м/с) воздуха, который поступает под сетку сушилки. Напором воздуха кусочки материала отрываются от сетки и поддерживаются во время сушки в полувзвешенном состоянии. Благодаря этому увеличивается общая поверхность испарения, усиливается конвекция, улучшается влагообмен между материалом и сушильным агентом, что интенсифицирует процесс и благоприятствует получению хорошо восстанавливающегося сушеного продукта.
Для сушки продукта в виде гранул или порошков применяют аэрофонтанные пневматические сушилки. При этом сушка производится с большим избытком воздуха, который увлекает частицы продукта, высушивает их и осаждает в циклоне.
Эффективность этого способа заключается в малой длительности сушки (несколько минут), что позволяет применять высокую начальную температуру теплоносителя (110. 130 °С) при низкой конечной его температуре (50 °С). Недостаток данного способа — некоторое истирание продукта в сушилке из-за высоких скоростей движения воздуха (7. 10 м/с).
Новым в области сушки овощей и картофеля является применение двухступенчатой сушки, заключающейся и высушивании до влажности 12. 14 % в конвективных сушилках разных типов с досушкой до влажности меньше 6 % в бункерах. При этом через досушиваемый продукт непрерывно циркулирует в качестве влагопоглотителя слегка нагретый (не более чем до 40 °С) воздух. Воздух осушают по мере его увлажнения пропусканием через силикагельную установку. Для доведения овощей до низкого содержания влаги пользуются также новым типом сушилки — ленточно-лотковой. Это сушилка непрерывного действия. Металлической сетчатой ленте сушилки придана форма лотка с двумя уклонами — продольным и поперечным. Регулируя параметры воздуха, поступающего на ленту, и уклоны образуемого ею лотка, можно менять длительность досушки, что позволяет досушивать разные виды сушеных овощей до требуемой для каждого из них пониженной влажности. Практика сушки плодов и овощей обогатилась новыми типами конвективных сушилок: барабанными, распылительными и башенными.
Барабанными называют сушилки, представляющие собой горизонтальный или наклонный металлический вращающийся цилиндр с находящимся внутри шнеком или другим устройством для продвижения высушиваемого продукта к выходу из сушилки. В зависимости от направления движения сушильного агента (нагретого воздуха) относительно высушиваемого материала барабанные сушилки могут быть прямоточные и противоточные. Одним из новых вариантов барабанной сушилки является жалюзная прямоточно-перекрестноточная сушилка. Поступающий в нее воздух пронизывает слой материала, как в сушилке с кипящим слоем, и одновременно движется параллельно движению продукта. Вдоль внутренней поверхности барабана радиально расположены пластины, к которым тангенциально приварены жалюзи, перекрывающие друг друга и образующие внутреннюю полость с постепенно увеличивающимся диаметром. Пространство между внутренней полостью и кожухом барабана разделено на продольные каналы с постепенно уменьшающейся глубиной по направлению к разгрузочному концу сушилки. Нагретый воздух поступает в сушилку через сегмент, расположенный у входной ее части. При вращении барабана такой воздух поднимается по каналам и пронизывает слой продукта, который увеличивается по мере продвижения к выходу благодаря уклону, образуемому жалюзи. Постепенное увеличение толщины слоя к концу сушки, когда на испарение расходуется меньше тепла, а также параллельный ток воздуха и непрерывное перемешивание материала позволяют применять более высокую начальную температуру теплоносителя и получать хороший тепловой эффект. Этот тип сушилки применяют преимущественно для сушки выжимок, получаемых при производстве соков, отходов овощесушильного производства и в других случаях, когда высокая температура сушки не влечет за собой ухудшения качества высушиваемого материала.
Распылительные сушилки, предназначаемые для сушки продукта в виде мелких капелек, применяются для жидких или разбавленных пюреобразных продуктов.
Используемая в этих случаях установка состоит из воздушного фильтра, калорифера, распылительного устройства, сушильной камеры и одного или двух последовательно действующих коллекторов.
Распылительные сушилки работают с противотоком, параллельным или комбинированным током сушильного агента. По способу распыления различают сушилки пневматические и с центробежным распылением; по типу коллектора бывают сушилки с мешочными фильтрами или с циклонами, снабженными отсасывающими воздух вентиляторами. При сушке плодовых и овощных соков и пюре пользуются большей частью распылительными Сушилками с параллельным током, в которых испарение влаги происходит на относительно небольшом расстоянии от распылительного устройства, что позволяет поддерживать низкую температуру стенок камеры и высушиваемого продукта и осуществлять обезвоживание до содержания влаги менее 1 % в экономичных условиях ведения процесса.
При распылительной сушке имеет важное значение тип и конструкция распылительного устройства и форма сушильной камеры. Наиболее распространены два типа распылительных устройств — воздушные форсунки и центробежные распылители. Для сушки пюреобразных продуктов и суспензий наиболее пригодны центробежные распылители, работающие при 8. 25 тыс. мин-1, в зависимости от структурно-механических свойств высушиваемого продукта.
У большинства сушилок, снабженных центробежным распылительным устройством, имеется коническое основание под цилиндрической частью камеры. Обезвоженный продукт выносится воздухом через вершину конического днища и поступает через соединительный трубопровод в коллектор. Другой тип сушилки с центробежным распылением имеет цилиндрическую камеру, по высоте почти равную ее диаметру. В такой сушилке отфильтрованный воздух поступает в камеру тангенциально, что создает холодный слой его у стенок камеры. Цилиндрические камеры с плоским дном оборудованы шиберами для подачи на днище отфильтрованного холодного воздуха, который поддерживает высушенные частицы во взвешенном состоянии, препятствуя прилипанию сушеного продукта к стенкам. Возможность регулирования потоков горячего и холодного воздуха обеспечивает требуемую температуру продукта при удалении его из камеры.
Применяемые в промышленности коллекторы готового продукта в основном представляют собой одинарные или спаренные циклоны. Они недороги, легко подвергаются чистке, компактны, но при одном циклоне не достигается полное улавливание сушеного продукта. Более эффективен фильтрующий коллектор в виде мешков цилиндрической формы, которые, однако, громоздки, требуют периодической чистки и сушки, что связано с дополнительной затратой, ручного труда.
Башенные сушилки применяются для сушки по методу «Бирс», являющейся разновидностью распылительной сушки и отличающейся тем, что обезвоживание протекает при низкой температуре и даже во время свободного падения распыленного продукта. При этом продукт движется в башне сверху вниз, а обезвоженный воздух пли инертный газ в противоположном направлении.
Сушка этим методом имеет то преимущество, что продукт не претерпевает существенных физико-химических изменений и качество его не ухудшается вследствие отсутствия перепевом во время обезвоживания. Кроме того, частицы пюре или концентрированных жидкостей, высушенных методом «Бирс», представляют собой компактные пористые шарики без внутренних полостей, которые характерны для частиц сушеных продуктов, получаемых при обычной распылительной сушке. Образование таких полостей вызывается «взрывающим» действием мельчайших капелек воды, которые возникают при бурном испарении влаги из частиц продукта в камере распылительной сушилки в результате высокой температуры обезвоживания.
Сушильная установка состоит из башни, аппаратуры для фильтрации, осушения, подогрева и нагнетания воздуха (или инертного газа), циклона и камеры с кондиционированным воздухом, где производится расфасовка и упаковка гигроскопичных сушеных продуктов.
Башня имеет в высоту 70. 80 м и футерована изнутри нержавеющей сталью или пластмассой. Все части башни, соприкасающиеся с продуктом (трубопроводы, затворы и т. п.), изготовляются из нержавеющей стали или пластического материала. Промышленные установки имеют, в зависимости от диаметра башни, производительность по испаренной влаге от 1 до 5 г в 1 ч.
Источник
