Ленточная сушилка для сушки сухарей

1 Состояние вопроса Классификация сушильных установок и способов сушки В пищевой промышленности применяются разнообразные сушилки. Конструкция сушилки должна прежде всего обеспечить равномерный нагрев и сушку продукта при надежном контроле его температуры и влажности. Сушилки должны иметь достаточно высокую производительность, но при этом должны быть экономичными по удельным расходам теплоты и электроэнергии, иметь возможно меньшую металлоемкость. Современные сушилки должны быть универсальны, в части возможности сушки различных материалов. Классификация сушильных установок Сушильные установки классифицируются по ряду признаков: 1) по способу подвода тепла к влажному материалу – конвективные, кондуктивные (контактные), радиационные при помощи инфракрасных лучей, при помощи токов высокой (ТВЧ) и сверхвысокой частоты (СВЧ); 2) по давлению воздуха в сушильной камере – атмосферные, вакуумные и сублимационные; 3) по характеру работы – аппараты периодического и непрерывного действия; 4) по виду сушильного агента – аппараты, использующие нагретый воздух, дымовые газы, смесь воздуха с дымовыми газами или перегретый пар; 5) по циркуляции сушильного агента – установки с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией при помощи центробежных и осевых вентиляторов; 6) по характеру движения сушильного агента относительно материала –прямоточные при одинаковом направлении движения сушильного агента и материала, противоточные при противоположном направлении движения материала и сушильного агента, с пронизыванием слоя материала потоком сушильного агента; 7) по способу нагрева сушильного агента – сушильные установки с паровыми, огневыми калориферами; 8) по кратности использования сушильного агента с однократным и многократным применением нагретого воздуха в различных вариантах; 9) по виду объекта сушки – для твердых (крупных, мелких, пылевидных), жидких и пастообразных материалов; 10) по конструктивным признакам – тоннельные, камерные, шахтные, коридорные, барабанные, вальцевые и др. Способы сушки Методы сушки различаются способами подвода теплоты. В сушильной технике применяются конвективный, кондуктивный (либо контактный), термоизлучением (при помощи инфракрасных лучей) и токами высокой и сверхвысокой частоты. Конвективный способ сушки материалов. Этот способ сушки получил широкое распространение. Сушильный агент (нагретый воздух, перегретый пар либо смесь топочных газов) выполняет функции теплоносителя и влагопоглотителя. Простота, возможность регулирования температуры материала – преимущества этого метода. Но при этом способе градиент температуры направлен в сторону, противоположную градиенту влагосодержания, что тормозит удаление влаги из материала. Другим недостатком конвективного способа сушки являются относительно небольшие величины коэффициента теплоотдачи от сушильного агента к поверхности материала. Возможности интенсификации конвективной сушки связаны с увеличением тепломассообмена между материалом и сушильным агентом путем повышения скорости и температуры сушильного агента либо уменьшения размера частиц. Сушка материалов в неподвижном слое. В камерных, ленточных конвейерных, тоннельных и шахтных сушильных установках процесс осуществляется в неподвижном слое. Тоннельные сушильные установки используют для сушки плодов. Для их установки характерны простота конструкции, надежность в работе. Применение смеси топочных газов с воздухом в них хотя и экономично, но существует опасность возникновения канцерогенных веществ. В связи с этим в современных тоннельных сушильных установках заменена система подготовки сушильного агента. Вместо смеси топочных газов и воздуха применяют воздух, нагретый в огневых калориферах без непосредственного контакта с топочными газами. Теплообмен между воздухом и продуктами сгорания топлива в огневых калориферах – через металлические стенки. Основной недостаток тоннельных сушильных установок – параллельное движение воздуха и материала, что значительно уменьшает контакт и теплообмен между ними. Так, по сравнению с пронизыванием слоя материала нагретым воздухом теплообмен в тоннельных сушильных установках приблизительно вдвое меньше, а продолжительность сушки, например, яблок, в 3–4 раза больше, чем в ленточных конвейерных сушильных установках. Кроме того, обслуживание тоннельных сушилок требует больших затрат ручного труда на загрузку и выгрузку материала на сита и тележки. Шахтные сушильные установки типов ВИС-2 и ВИС-42 с опрокидывающимися полками обеспечивают непрерывность процесса сушки. Однако продолжительность сушки пищевых материалов в этих аппаратах в 2–3 раза выше, чем в ленточных конвейерных сушильных установках. Наиболее совершенные из них – ленточные конвейерные сушильные установки, обеспечивающие непрерывность процесса сушки. Однако они также имеют существенные недостатки: ограниченная скорость и неравномерное распределение воздуха приводят к неравномерному распределению тепла и влаги, к возможным местным перегревам материала. Поэтому температура нагретого воздуха при сушке картофеля, овощей и плодов на этих установках не должна превышать 80 С из-за возможного подгорания продукта. Это, в свою очередь, заставляет работать на малых удельных нагрузках материала – от 5 до 16 кг/м2, что увеличивает продолжительность сушки и снижает производительность сушильной установки. Сушка во взвешенном слое. Интенсификация сушки пищевых материалов во взвешенном слое объясняется гидродинамикой процесса. Сушка во взвешенном слое осуществляется в аппаратах кипящего (псевдоожиженного) и фонтанирующего слоя. Кипящий слой образуется в камере постоянного сечения, фонтанирующий – в каналах переменного сечения с постепенным расширением по ходу движения сушильного агента. В связи с этим в кипящем слое скорость воздуха в верхней части камеры выше, чем внизу, из-за стремления воздуха к расширению, и движение частиц материала начинается в верхней части слоя. При постепенном расширении канала по ходу движения воздуха в фонтанирующем слое максимальная скорость его будет в нижней части слоя, и отсюда начинается движение частиц, что исключает их слеживание. Сушка в виброкипящем слое. Виброкипящий слой образуется либо под воздействием только вибрационных колебаний, либо при совместном воздействии вибрационных колебаний и скорости воздуха. В первом случае теплоподвод осуществляется инфракрасными лучами либо контактным способом, второй случай относится к конвективному методу сушки. Сушильные установки виброкипящего слоя компактны, обеспечивают хорошее перемешивание, турбулизацию пограничного слоя и транспортировку материала. В этих установках нет уноса материала, длительность пребывания материала в сушильной установке регулируют, изменяя высоту порога в конце желоба. Кондуктивный способ сушки материалов. Основывается на передаче тепла материалу при соприкосновении с горячей поверхностью. Воздух служит только для удаления водяного пара из сушилки, являясь влагопоглотителем. Коэффициент теплоотдачи при этом способе значительно выше, чем при конвективной сушке. Контактная сушка пищевых материалов имеет ограниченное применение. На кондуктивном способе сушки основаны вальцовые сушильные установки. Он отличается высокой интенсивностью и экономичностью – на 1 кг испаренной влаги затрачивается всего 1,3–1,4 кг пара. Сушка инфракрасными лучами. Скорость сушки инфракрасными лучами (ИКЛ) увеличивается по сравнению с конвективной, но не пропорционально росту теплового потока. Так, для плодов и овощей скорость сушки инфракрасными лучами на 25–95% выше по сравнению с интенсифицированными методами конвективной сушки Это можно объяснить тем, что скорость сушки зависит не столько от скорости передачи тепла, сколько от скорости перемещения влаги внутри материала. Для сохранения высушиваемого продукта не рекомендуется применять мощные потоки термоизлучения. Для интенсификации терморадиационной сушки необходимо, чтобы ИКЛ проникали в материал на возможно большую глубину. Это зависит как от пропускной способности материала, так и от длины волны ИКЛ. Чем она меньше, тем выше проникающая способность инфракрасных лучей. Проницаемость пищевых растительных материалов увеличивается с уменьшением толщины слоя и с понижением влажности материала. Так, проницаемость ИКЛ в сырой картофель достигает 6 мм, в сухой – 15–18 мм. Сушка токами высокой и сверхвысокой частоты. Основана на том, что диэлектрические свойства воды и сухих веществ пищевых продуктов различаются: влажный материал значительно быстрее нагревается, чем сухой. В процессе сушки с применением токов высокой и сверхвысокой частоты температура более влажных внутренних слоев выше, чем наружных, более обезвоженных. При сушке органический материал помещают между обкладками конденсатора, к которым подается ток высокой или сверхвысокой частоты. Обкладки имеют противоположные заряды, причем эти заряды меняются. Электроны и ионы изменяют направление движения, в результате возникает трение с выделением теплоты. Диполи несимметричной формы приходят в колебания, при этом возникает молекулярное трение и выделяется теплота. Для полярных молекул, состоящих из упругих диполей, кроме изменения ориентации, возможны и смещения одних молекул относительно других. Возникающий при этом эффект деформации также сопровождается выделением тепла за счет трения. Энергия электромагнитных волн, затрачиваемая на продолжение этих трений, переходит в теплоту. Под действием переменного электрического поля высокой частоты происходит регулируемый нагрев материала. Вследствие испарения влаги, тепломассообмена с окружающей средой поверхностные слои материала сильнее обезвоживаются и больше отдают теплоты, чем при кондуктивном и конвективном способах сушки. В связи с этим температура и влажность внутри материала выше, чем снаружи. Возникают градиенты влагосодержания и температуры, под действием которых влага изнутри перемещается к поверхности. При этом в отличие от конвективной сушки направление обоих градиентов совпадает, что интенсифицирует процесс сушки. При сушке токами высокой и сверхвысокой частоты испарение происходит во всем объеме тела и внутри частицы возникает градиент давления, ускоряющий перенос влаги. Изменяя напряженность поля, можно плавно регулировать температуру материала при сушке. Чем ниже диэлектрическая проницаемость, тем на большую глубину материала проникают электромагнитные колебания токов сверхвысокой частоты. Угол диэлектрических потерь – мера превращения в теплоту энергии электромагнитного поля токов высокой и сверхвысокой частоты. Преимущества сушки токами высокой и сверхвысокой частоты по сравнению с конвективной и контактной сушкой – возможность регулирования и поддержания определенной температуры материала и значительная интенсификация процесса обезвоживания, улучшение качества сушеных продуктов. Сублимационная сушка. Все большее развитие получает сушка пищевых продуктов в замороженном состоянии в условиях глубокого вакуума. При сублимационной сушке отсутствует контакт материала с кислородом воздуха. Основное количество влаги (75–90%) удаляется при сублимации льда при температуре продукта ниже 0°С, и только удаление остаточной влаги происходит при нагреве материала до 40–60°С. Продукты сублимационной сушки отличаются высоким качеством, сохраняют питательные вещества, обладают повышенной восстанавливающей способностью, имеют незначительную усадку, сохраняют цвет, имеют пористое строение. С точки зрения сохранения качества, сублимационная сушка является наиболее совершенной из всех способов сушки. Первой технологической операцией при сублимационной сушке является замораживание материала. Применяют либо быстрое предварительное замораживание в морозильных камерах, либо самозамораживание (пастообразных материалов и некоторых видов фруктов и овощей) в сублиматоре. В процессе самозамораживания из материала испаряется 10–15% всей влаги за счет выделения теплоты плавления льда при замерзании воды. Образование кристаллов' льда происходит постепенно путем углубления зоны кристаллизации. Окончание самозамораживания определяют конкретно для каждого вида материала при достижении температуры в середине частицы от –5 до –20°С. Продолжительность самозамораживания 10–15 мин. При повышении длительности этого процесса возможно образование слишком крупных кристаллов льда, которые могут разрушить клетки ткани и ухудшить качество продукта. Предварительное замораживание проводят для жидких продуктов во избежание их вспенивания, а также для ряда кусковых материалов во избежание образования плотной корки, замедляющей последующую сушку Замораживание ведут при температуре на несколько градусов ниже температуры сублимации, чтобы исключить оттаивание во время загрузки материала в сублиматор и при создании разрежения Второй период (сублимация) характеризуется постоянной скоростью сушки материала В это время удаляется основная масса влаги (до 60% и более), происходит сублимация льда путем постепенного углубления зоны испарения Чем больше влаги удаляется в этот период, тем лучше сохраняются свойства сырья В периоде суолимации появляется температурный градиент по толще материала. По мере сублимации льда, когда из него удалилась влага, вначале повышается температура поверхностного слоя, затем происходит повышение температуры последующих слоев После испарения всего льда температура материала повышается, становится выше нуля, приближаясь к температуре окружающей среды Продолжительность периода постоянной скорости сушки зависит от величины остаточного давления в сублиматоре, интенсивности подвода тепла, температуры материала и поверхности конденсации, скорости удаления паровоздушной смеси Интенсивность сушки в этом периоде приблизительно равна интенсивности испарения. Третий период удаления остаточной влаги характеризуется падающей скоростью сушки К началу этого времени в основном заканчивается сублимация льда и температура материала становится положительной В этот период удаляется связанная влага, не замерзшая в материале Скорость сушки зависит от интенсивности подвода тепла в углубленную зону испарения и удаления пара из зоны испарения через высохшие слои к поверхности материала На интенсивность испарения влияют структура, пористость высушенного материала, форма, размер и толщина частиц и др Скорость сушки постепенно снижается, а температура материала постепенно увеличивается до температуры окружающей среды В этот период удаляется 10–20% всей влаги Температура поверхности конденсаторов должна быть на 10–15°С ниже температуры замораживания материалов, чтобы обеспечить достаточную разность давлений для быстрого удаления сублимированного пара В качестве теплоносителей при сублимационной сушке продуктов применяют глицерин, трихлорэтилен, этиленгликоль и др.