Способы обезвоживания пищевых продуктов
Чуянов Г.Г. Обезвоживание, пылеулавливание и охрана окружающей среды.: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1987, с. 23-25, 85-86.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ
СГУЩЕНИЕ
Процесс сгущения заключается в повышении концентрации твердой фазы в сгущенном продукте по сравнению с исходной пульпой или суспензией. Сгущение осуществляется под действием гравитационных (в сгустителях различных конструкций) или центробежных (в гидроциклонах, осадительных центрифугах) сил. При сгущении получают два продукта: сгущенный, содержащий в единице объема значительно больше твердой фазы, чем в исходном питании, и слив, обычно условно чистый, или с небольшим содержанием твердого.
При сгущении могут ставиться две задачи: получение сгущенного продукта с максимально возможной концентрацией твердой фазы или получение слива с минимальной концентрацией твердых частиц. В последнем случае сгущение обычно называют осветлением.
В реальных условиях чаще всего эти две задачи решаются одновременно, в результате в одном аппарате осуществляются операции сгущения и осветления. Сгущение широко используют в технологических схемах обогатительных фабрик. Сгущению подвергают различные продукты обогащения: промпродукты сгущают для удаления воды перед их дальнейшей переработкой, концентраты — перед фильтрованием,, а хвосты — для получения оборотной воды и уменьшения объемов; хвостохранилищ.
Известно, что для улучшения технологических показателей гравитационного обогащения полезных ископаемых, особенно при. применении процессов отсадки, материал обесшламливают по граничной крупности 0,5(0,2) мм. В результате циркуляции оборотных вод их вязкость повышается из-за накопления в них шламов,. что отрицательно сказывается на эффективности процесса обогащения. Поэтому на обогатительных фабриках применяют различные схемы сгущения и осветления оборотных вод с целью снижения в них концентрации твердого.
Факторы, влияющие на процесс сгущения
На эффективность процесса сгущения влияют минеральный и гранулометрический составы твердой фазы, плотность и форма частиц, содержание твердого в исходной суспензии и сгущенном продукте, вязкость, рН и температура суспензии, а также конструктивные особенности используемых сгустительных аппаратов.
Плотность твердой фазы суспензии оказывает существенное влияние на скорость осаждения частиц. Чем выше плотность твердой фазы, тем с большей скоростью будут осаждаться частицы. На практике частицы оседают не изолированно друг от друга, а в виде агрегатов-флокул, плотность которых ниже, чем плотность твердой фазы, из-за наличия внутрифлокулярной влаги. С уменьшением вязкости суспензии скорость осаждения частиц возрастает. Существуют различные способы снижения вязкости суспензии, один из которых — нагревание. Вязкость воды наиболее резко снижается при нагревании до 20—-30 °С. Так, при температурах 0 и 30 °С вязкость составляет соответственно 0,018 и 0,008 Па-с. Кроме того, с повышением температуры суспензии, усиливается эффективность действия применяемых реагентов. Однако, так как на сгущение подают значительные объемы суспензии, нагревание их экономически не оправдано.
Плотность суспензии при ее сгущении оказывает двоякое влияние: при сгущении более плотных суспензий увеличивается производительность сгустителя по твердому, но из-за более стесненных условий уменьшается скорость осаждения частиц и твердая фаза выносится в слив.
Для каждого сгущаемого продукта существует своя оптимальная плотность питания исходной суспензии, при которой сгуститель работает наиболее эффективно. Оптимальные условия работы сгустителя подбирают опытным путем. Если фактическая плотность суспензии для данного материала ниже оптимальной, то перед сгустителем часть воды необходимо удалить. Если фактическая плотность суспензии выше оптимальной, то перед сгущением добавляют свежую воду или возвращают часть слива для разубоживания питания. Свежую воду или слив подают в сгуститель и с целью разрушить пену на поверхности зеркала сгустителя, так как чаще всего сгущению подвергаются флотационные концентраты.
Содержание твердого в сгущенном продукте при работе сгустителей колеблется от 40 до 70 % . Чтобы повысить содержание твердого в сгущенном продукте, необходимо уменьшить массу откачиваемого сгущенного продукта, что приведет к снижению производительности сгустителя по твердому и может способствовать выносу твердой фазы в слив. В то же время с уменьшением плотности сгущенного продукта увеличивается производительность по твердому, но при этом не выполняется основная функция сгущения — не удаляется вода из обезвоживаемого продукта. Эффективность процесса сгущения в значительной степени определяется крупностью частиц: чем они крупнее, тем выше скорость их осаждения. Суспензии состоят из частиц различной крупности. Осаждению крупных частиц в суспензии препятствуют более мелкие, опускающиеся с меньшей скоростью. В результате взаимодействия крупных и мелких частиц наблюдается сближение скоростей осаждения частиц различной крупности в сгустительных аппаратах. В реальных условиях крупность осаждаемых частиц регулируют с помощью эффектов коагуляции и флокуляции.
Фильтрованием называют процесс разделения твердой и жидкой фаз тонкозернистых и шламистых суспензий, основанный на принудительном (под действием давления или разрежения) удалении содержащейся в них воды через пористую фильтрующую перегородку. Твердые частицы, удерживаемые на пористой перегородке, называют осадком, а прошедшую через фильтрующую перегородку жидкую фазу — фильтратом. На фильтрование подают суспензии, крупность твердых частиц в которых менее 1 мм, так как обезвоживать их другими методами нецелесообразно из-за малой скорости фильтрации жидкости и значительной влажности получаемых осадков.
Фильтрование — широко распространенный метод разделения твердой и жидкой фаз. В зависимости от технологической схемы фабрики и минерального состава обогащаемого полезного ископаемого, на фильтрование поступает от 2 до 8 % обогащаемых руд цветных металлов и до 100 % фосфоритовых и апатитовых руд, ,а также калийных солей (естественно, на фильтрование поступают продукты переработки этих руд).
Процесс фильтрования протекает под действием разности Давлений по обе стороны фильтровальной перегородки. В зависимости от способа создания требуемой разности давлений различают вакуум-фильтры и фильтр-прессы. В первых аппаратах разность давлений по обеим сторонам фильтрующей перегородки создают с помощью разрежения, а во вторых — с помощью избыточного давления.
Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость остается постоянной при изменении давления фильтрования. К таким осадкам относят концентраты руд цветных и черных металлов, т. е. осадки, имеющие зернистую структуру. Пористость сжимаемых осадков изменяется с увеличением разности создаваемого давления. К таким осадкам относят глину, торф и др. Сжимаемые осадки фильтруются менее эффективно.
Различают фильтрование при постоянной разности давлений и при постоянной скорости истечения фильтрата. Фильтрование при постоянной разности давлений осуществляется в случае, если пространство за фильтровальной перегородкой сообщается с источником постоянного вакуума или пространство перед суспензией — с источником постоянного давления. При таком методе фильтрования, в связи с увеличением сопротивления слоя осадка, скорость фильтрования является переменной величиной. Если обеспечена постоянная подача суспензии поршневым насосом, то происходит фильтрование при постоянной скорости. При реализации такого процесса фильтрования переменной величиной является разность давлений.
Центрифугированием называют процесс обезвоживания мелких и тонких продуктов обогащения под действием центробежных сил во вращающемся роторе. Центрифугирование осуществляется в машинах, называемых центрифугами. Основной рабочий орган центрифуг — ротор, внутри которого происходит разделение суспензии на твердую и жидкую фазы, формирующие соответственно осадок и фугат. Различают центробежное фильтрование и осадительное центрифугирование.
При центробежном фильтровании вода удаляется через перфорированный ротор центрифуги, в котором суспензия под действием центробежных сил прижимается к его внутренней поверхности. Жидкость фильтруется через слой осадка и отверстия ротора. Твердые частицы удерживаются на поверхности ротора, обезвоживаются и разгружаются из ротора.
Осадительное центрифугирование осуществляется в центрифугах со сплошным ротором. Суспензия под действием центробежных сил прижимается к внутренней поверхности ротора. Твердые частицы, обладающие большей плотностью, осаждаются в объеме суспензии и концентрируются у стенок ротора, вытесняя воду в пространство, расположенное ближе к центру вращения. Фугат удаляется из ротора через сливные окна, а осадок транспортируется шнеком к разгрузочным патрубкам. Таким образом, общие закономерности центрифугирования во многом аналогичны закономерностям фильтрования и осаждения в поле гравитационных сил.
Следует, отметить, что, в отличие от обычного фильтрования, процесс центробежного фильтрования происходит в более сложных условиях: форма осадка и фильтрующей перегородки искривленная, т. е. площадь поверхности фильтрования зависит от радиуса вращения, на уплотнение осадка оказывают влияние гравитационные силы и гидростатическое давление вращающейся жидкости.
Наиболее широко операции центрифугирования применяют в углеобогащении, так как именно этим способом можно наиболее эффективно удалять влагу из продуктов углеобогащения.
В горной промышленности центрифуги применяют также для обогащения в тяжелых жидкостях и суспензиях, обезвоживания продуктов обогащения и осветления сточных и моечных вод.
Источник
Способы обезвоживания пищевых продуктов
К пищевым продуктам, имеющим большую влажность, которую нужно удалить можно отнести различные виды соков, пюре, полученных из плодоовощной продукции.
Пищевые продукты, подвергающиеся обезвоживанию, представляют собой сложную полидисперсную систему, в которой наряду с водой (75—90%) содержатся сахар, органические кислоты, их соли, пектиновые вещества, клетчатка, витамины, красящие вещества, эфирные масла, крахмал, белки и ряд других веществ.
Компоненты, входящие в состав продукта, в зависимости от режима и условий процесса вступают во взаимодействие и оказывают влияние на скорость и степень физико-химических изменений.
Вследствие удаления части влаги во время обезвоживания увеличиваются концентрация продукта, его плотность и вязкость, уменьшаются теплоемкость, теплопроводность и повышается температура кипения при том же давлении.
При низких температурах кипения и кратковременном воздействии теплоты более полно сохраняются ценные компоненты продукта и свойственные ему цвет, вкус и запах, что благоприятно для качества готовой продукции.
Продолжительность пребывания продукта в аппарате для обезвоживания зависит от метода и интенсивности удаления влаги. Интенсивность удаления влаги зависит от коэффициента теплопередачи: чем он выше, тем меньше время, необходимое для концентрирования продукта.
Современное оборудование и режимы обезвоживания позволяют осуществлять концентрирование пищевых продуктов с сохранением их высокого качества при экономном расходе пара, воды и электроэнергии.
В зависимости от вида материала, его физико-химических и структурно-механических свойств приходится пользоваться разными способами подвода к нему тепла и уноса влаги. Это осуществляется в установках разного типа и разной конструкции. Наиболее часто встречающимися являются выпарные аппараты, но в настоящее время тенденция направлена в сторону аппаратов для обезвоживания в тонком слое продукта. Выбор наиболее рационального вида оборудования, отработка оптимальных режимов подготовки сырья к обезвоживанию и подбор наиболее благоприятных режимов проведения самого процесса обезвоживания с учетом свойств конкретного вида сырья, а также природных и экономических условий определенного предприятия являются основными задачами. Существенное влияние на процесс обезвоживания оказывают два фактора: первый – параметры используемого в данном процессе воздуха; второй — параметры влияющие на процесс образования аэрозольного соединения.
Дегидратация аэрозоля (удаление из жидких пищевых продуктов влаги) происходит путем распыления жидкой рабочей фазы в горячую среду, где происходит ее обезвоживание.
Существует множество установок для удаления влаги из аэрозоля. Наиболее простая установка работает по принципу открытого цикла. При ее работе происходит непрерывное потребление атмосферного воздуха и удаление отработанного воздуха (рис. 1).
Нагретый воздух используется в качестве обезвоживающей среды, после этого отработанный воздух направляют в циклон, где происходит отделение из него взвешенных частиц продукта.
Так же существуют обезвоживающие установки, которые работают по замкнутому циклу, в которых греющая среда (воздух, СО2, и тд.) используются многократно. В этом типе обезвоживающих установок более экономично используется энергия, и что не маловажно в настоящее время, они являются боле экологически чистые, так как установки, работающие по открытому типу, иногда при выходе отработанного воздуха выносят и высушенный продукт.
Рис. 1 Схема установки для обезвоживания жидких пищевых продуктов работающая по принципу открытого цикла.
Главным фактором, который влияет на процесс обезвоживания при аэрозольном способе – является формирование капель или брызг.
Распыление является следствием разбиения рабочей жидкости на маленькие капельки.
В зависимости от методов и типа использованной энергии распылители можно классифицировать следующим образом.
Схема 1. Классификация распылительных органов.
Таким образом, можно сказать следующее: в ходе проведения нами обзорного анализа технологий приготовления, конструкций машин и аппаратов приходим к выводу, что для получения концентрированных пищевых продуктов целесообразно по экономическим и эстетическим параметрам использовать оборудование работающее по принципу обезвоживания в тонком слое.
Источник
Ассортимент
Калейдоскоп
Стерилизация пищевых продуктов
Обезвоживание пищевых продуктов
Консервирование пищевых продуктов методом сушки основано на принципе анабиоза. Известно, что питание микроорганизмов происходит осмотическим путем, всасыванием питательных веществ, поэтому для их развития в продукте должно содержаться определенное количество воды. Развитие бактерий возможно при содержании влаги 25—30% и более, плесневых грибов — 10—15% и более.
При снижении содержания воды в продукте микробные клетки осмотическим путем отдают свою влагу, в результате чего происходит их плазмолиз, они прекращают свою деятельность.
При высушивании продуктов их влажность снижается до 8—25%, то есть до уровня, при котором развитие микроорганизмов невозможно. Однако во время сушки не все клетки микроорганизмов подвергаются плазмолизу, многие микробы попадают в состояние анабиоза и длительное время остаются жизнеспособными. При увлажнении сухого продукта микробы вновь оживают и начинают размножаться, то есть продукт переходит в прежнее состояние.
Сравнительно с другими методами консервирования сушка имеет много достоинств: технология сушки и оборудование для ее осуществления относительно простые, во время сушки уменьшаются в несколько раз масса и объем сырья, тем самым заметно ниже затраты на транспортировку и хранение продукта. Сухие продукты можно хранить при комнатной температуре в обычной, негерметичной упаковке.
Существенный недостаток метода сушки — это заметное изменение вкусовых свойств продукта, и особенно его структуры.
Пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения по отношению к сушке отличаются от материалов неживой природы. В пищевых продуктах вода связана с компонентами клетки и образует растворы.
Растительные пищевые продукты состоят из однородных клеток, которые образуют ткань. Основной активной частью клетки является протоплазма, состоящая из фито-плазмы и ядра. Протоплазма имеет общую трехслойную наружную клеточную оболочку, а десятки структурных элементов клетки окружены мембранами.
Переплетающаяся система мембран делит клетку на замкнутые отдельные объемы, удаление воды из которых требует преодоления проницаемости мембран. Даже для чистой воды проницаемость мембран составляет около 10″в м/с, что в 105 раз меньше скорости диффузии слоя воды.
Для удаления воды из продукта при сушке необходимо разрушить ее связи с материалом. Различают химическую, физико-химическую и физико-механическую связи влаги с материалом. В каждой из этих групп различают химическую, адсорбционную, осмотическую и капиллярную связи влаги с материалом.
Энергия связи определяется как работа, необходимая для удаления 1 моля воды при постоянной температуре без изменения состава вещества при данном влагосодержании.
Источник
