Сутність процесів сушіння та кристалізації

ЛЕКЦІЯ 14

Тема: Сутність процесів сушіння та кристалізації.

Мета: ознайомити студентів з процесами сушіння та кристалізації.

Вид лекції: лекція з елементами бесіди.

План

1. Загальна характеристика процесу сушіння.

2. Способи усунення вологи з матеріалів.

3. Сутність процесу кристалізації та сфера його застосування

Загальна характеристика процесу

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).

Завдання сушіння не обмежується вилученням вологи. Це вод­ночас і технологічний процес, під час якого змінюються властивості матеріалів (структурно-механічні, фізико-хімічні, технологічні та біологічні). Так, 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 сухих 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.

Сутність процесу кристалізації та сфера його застосування

Кристалізацією називають -  процес виділення твердої фази у вигляді кристалів з розчинів і розплавів.

Кристали - це однорідні тіла різноманітної геометричної форми, обмежені плоскими гра­нями. Кристали, що містять молекули води, називаються криста­логідратами.

Одержання великої кількості кристалів у промислових умовах (наприклад, цукру) називають масовою кристалізацією. Вона про­водиться при зниженні розчинності речовини, що виділяється, за рахунок вилучення частини розчинника (наприклад, випарюванням) або зниженням температури розчину. Кристалізація з розчину ве­деться з охолоджуванням розплавленої маси матеріалу, головним чином, для його затвердіння (наприклад, кристалізація тригліцеридів у виробництві маргарину).

Способами кристалізації здійснюються такі процеси харчової технології: 1) виділення твердих розчинених речовин з розчинів; 2) затвердіння розплавів; 3) розподіл сумішей речовин на фракції, збагачені яким-небудь компонентом, а Інколи на практично чисті компоненти; 4) глибоке очищення речовин від домішок. Усі ці процеси підпорядковані загальним закономірностям, хоча й мають ряд технологічних особливостей і відрізняються конструктивним

устроєм апаратів.

Кристалізація є дифузійним процесом. Під час його здійснення відбувається масообмін між рідкою і твердою фазами. У результаті

масообміну речовина переходить з рідкої фази в тверду. Кристаліза­ція застосовується в харчовій промисловості під час виробництва цукру, кухонної солі, глюкози, згущеного молока, молочного цукру, лимонної та молочної кислот, кондитерських виробів, маргарину та інших продуктів. У деяких виробництвах кристалізація є небажаним процесом. Наприклад, у процесі виробництва карамелі використову­ють різноманітні методи. Щоб запобігти кристалізації, додають кро­хмальну патоку, інвертний цукор та інші антикристалізатори.

У виробничих умовах процес кристалізації складається з таких операцій: власне кристалізації, відділення кристалів від розчину (що називається в цьому випадку маточним), перекристалізації (у випадку необхідності), промивання кристалів та їх наступного сушіння. Як попередню операцію, що забезпечує необхідну концентрацію розчи­ну перед кристалізацією, проводять випарювання.

Питання для самоперевірки

І. На які три групи можна розподілити вологі тверді матеріали в харчових виробництвах?

2. Назвіть три форми зв'язку вологи з матеріалом. Яка волога віддаляється в процесі сушіння?

3. Чому найпоширеніший процес називають конвективним су­шінням?

4.  Які способи сушіння ви знаєте? У яких установках вони реалі­зуються?

5. Кристалізація. Способи кристалізації.

Способи кристалізації та кристалізатори, дати характеристику

Законспектувати лекцію та прикріпити файл