Процеси сушіння

Тема: «Сушіння»

Мета: ознайомити студентів із суттю та призначенням процесу сушіння.

Вид заняття: лекція з елементами бесіди.

План

1. Загальна характеристика процесу сушіння.

2. Властивості вологих матеріалів.

Характеристика процесу сушіння

Сушінням називається - процес вилучення вологи з твердих, во­логих, пастоподібних та рідких матеріалів шляхом її випаровування та відводу пари, що утворюється.

При цьому волога з матеріалу видаляється шляхом дифузії з внутрішніх шарів до поверхні та ви­паровуванням її в навколишнє середовище.

Вологу з матеріалів можна усунути різноманітними способами: механічним, фізико-хімічним і тепловим.

Під час механічного способу вологу видаляють:

- пресуван­ням,

- відсмоктуванням насосами,

- фільтруванням,

- центрифугуван­ням. За цього випадку забезпечується часткове вилучення вологи з матеріалу.

Фізико-хімічний спосіб базується на абсорбції вологи хлори­стим кальцієм, сірчаною кислотою, силікагелем та іншими гігроскопічними речовинами. Спосіб складний, оскільки пов'язаний з приготуванням та регенерацією порівняно дорогих абсорбентів. Застосовується в лабораторній практиці і для осушування газів.

Під час теплового способу вологу з матеріалів видаляють випа­ровуванням, випарюванням і подальшою конденсацією. Спосіб за­стосовують у випадку необхідності найповнішого вилучення вологи з матеріалу.

В основі механічних і фізико-хімічних способів лежить прин­цип вилучення з продуктів вологи без зміни її агрегатного стану, тобто у вигляді рідини.

Під час теплових способів волога переходить у пароподібний стан і видаляється з продуктів у вигляді водяної пари. Цей спосіб сушіння пов'язаний з витратою теплоти, що йде на зміну агрегатно­го стану вологи.

Сушіння є найбільш енергоємним процесом вилучення вологи з матеріалів. Відомо, наприклад, що на вилучення 1 кг вологи випаро­вуванням у багатокорпусній випарній установці питома витрата теплоти становить 0,7-0,8 МДж, а для вилучення 1 кг вологи сушінням ці витрати складають 3-6 МДж. Тому в практиці спостерігається прагнення до комбінування різноманітних способів вилучення вологи: наприклад, механічне зневоднювання + сушіння, випаровування + сушіння. При цьому сушіння проводиться наприкінці технологічного процесу оброблення вологих продуктів (до досягнення порівняно низької залишкової вологості).

Під час переробки на млинах сухого зерна збільшується вихід борошна і зменшується витрата енергії на його одержання. Таке борошно краще зберігається. Сушіння насінного зерна підвищує схожість насіння.

Сушіння продуктів проводиться з метою запобігання або уповільнення фізико-хімічних, біологічних та інших процесів; підвищення термінів зберігання; зменшення площі складських приміщень при зберіганні; зниження транспортних витрат; концен­трації поживних речовин; одержання якісно нових продуктів (на­приклад, сухого молока).

Сушіння широко застосовується в багатьох харчових та пере­робних виробництвах і ресторанному господарстві. У буряко-цукровому виробництві висушують цукор-пісок, цукор-рафінад і жом; у спиртовому - відходи виробництва: барду, кормові та хар­чові дріжджі; в пивоварному - солод; у крахмало-паточному -крохмаль та відходи виробництва; у макаронному - макаронні ви­роби. Сушінню піддаються також такі харчові продукти, як зерно, молоко, бульйони, соки, м'ясо, яйця, плоди, овочі, хліб та ін. Процес сушіння все ширше застосовують у харчуванні для одержання су- хих напівфабрикатів з тіста, швидкорозчинних овочевих і фруктових порошків, сухарів, консервації залишків харчів тощо.

Розрізняють два види сушіння: природне та штучне.

Природне сушіння проводять на відкритому повітрі без додаткового нагрівання. Цим способом сушать тютюн, рибу, сіль, зерно, овочі, плоди та іншу рослинну сировину.

Штучне сушіння здійснюється в спеціальних сушильних установках з підведенням теплової енергії. Розрізняють основні способи штучного сушін-ня - контактний і конвективний; і спеціальні - радіаційний, діелектричний і сублімаційний. Під час контактного (або кондуктивного) сушіння теплота до продукту пере­дається від теплоносія (повітря, димових газів або водяної пари) або будь-якого Іншого джерела через стінку, що їх розділяє. Контактним способом сушать молоко, дріжджі, картопляне пюре, агар, пасто­подібні овочеві та фруктові продукти. Конвективне сушіння протікає під час безпосереднього стикання нагрітого сушильного агента з вологим матеріалом. Цим способом, найбільш розповсюд­женим у сушильній техніці, сушать хлібні та макаронні вироби, цукор, овочі, плоди, зерно, молоко, желатин, меланж, деякі конди­терські вироби (мармелад, пастилу). Радіаційне сушіння здійснюється шляхом опромінення продукту інфрачервоним промінням. Особливістю сушіння вологого продукту за допомогою теплових інфрачервоних променів є швидке його прогрівання, в той час, як повітря в просторі між ГЧ-випромінювачами і матеріалом майже не нагрівається. Під час діелектричного сушіння продукт нагрівається в полї струмів високої та надвисокої частот.

Сублімаційне сушіння - це вилучення вологи з матеріалу шляхом перетворення її на лід, а після цього, проминувши рідку фазу, - на водяну пару.

Властивості вологих матеріалів, види зв'язку вологи

Більшість харчових продуктів є вологими тілами, що містять велику кількість води. Вона входить до складу рослинних і тварин­них тканин. Вологий матеріал складається з трьох фаз: твердий ске­лет (сухі речовини), рідина (вода) і газ (повітря, водяна пара). Більша частина продуктів є пористими тілами, у порах яких знахо­диться повітря або водяна пара. Оскільки маса газової фази або повітря порівняно з масою твердого скелету і рідини надто мала, то нею нехтують, вважаючи, що вологі матеріали складаються з абсо­лютно сухої твердої речовини та вологи.

Процес вилучення вологи з продукту супроводжується пору­шенням зв'язку вологи з матеріалом, на що витрачається енергія. Від характеру цього зв'язку залежать режими сушіння, що забезпе­чують найбільш ефективне вилучення вологи.

На сьогодні прийнято класифікацію форм зв'язку вологи з ма­теріалом, в основу якої покладено енергетичний принцип, тобто оцінюється кількість енергії, необхідної для вилучення вологи з да­ного матеріалу. Відповідно з цією класифікацією форми зв'язків поділяють на три великі групи: хімічну, фізико-хімічну та механічну.

Хімічно зв'язана волога - це волога, що знаходиться в хімічному сполученні з матеріалом і при сушінні не видаляється.

Фізико-хімічний зв'язок включає такі форми: адсорбційну, ос­мотичну та структурну. Адсорбційне зв'язана волога удержується завдяки адсорбції шарів молекул на внутрішній поверхні мікропор твердого матеріалу. Осмотичне зв'язана волога знаходиться всере­дині пор і каналів твердого тіла; вона відділена напівпроникними мембранами і вміщується в твердих тілах рослинної та колоїдної будови. Структурна волога потрапляє всередину клітин гелю під час утворення його і міститься в клітинах рослинних тканин.

Механічна волога міститься в капілярах тіла - капілярна волога і на його поверхні (поверхнева або волога змочування). Механічно зв'язана волога (інколи її називають вільною або зовнішньою) має надто неміцний зв'язок з матеріалом і легко може бути видалена з нього механічним способом (наприклад, пресуванням) або випаро­вуванням (так само, як вона випаровується з поверхні води).

Залежно від переважної форми зв'язку вологи з матеріалом усі тверді харчові продукти прийнято розподіляти на три групи: капілярно-пористі, колоїдні та капілярно-пористі колоїдні,

У капілярно-пористих матеріалах волога зв'язана механічно капілярною силою (наприклад, цукор, сіль). Під час сушіння вони робляться крихкими. У процесі сушіння мало стискуються. Під час зволоження добре поглинають будь-яку рідину.

До колоїдних відносяться продукти, в яких переважає адсорбційно і осмотичне зв'язана волога (наприклад, желатин, мучне тісто). Під час сушіння вони не стають крихкими; від висушування сильно стискуються, зберігаючи еластичність. Під час зволоження колоїдні матеріали вбирають тільки близькі за полярністю рідини.

Контрольні питання:

1. На які групи можна розподілити  вологі тверді матеріали .

2. Що таке конвективне сушіння?

3. Які способи сушіння ви знаєте?

4. Що називають вологістю?

1. Класифікація апаратів для сушіння.

2. Характеристика контактних сушарок.

3. Характеристика вальцевих сушарок. Принцип будови та дії.

Законспектувати лекцію та прикріпити файл