§13 Основные способы перегонки бинарных смесей.

В пищевом производстве применяются в основном 2 способа перегонки:

1. Простая перегонка – это перегонка с однократным кипением бинарной смеси (с дефлегмацией или без).

Простую перегонку осуществляют при помощи простых кубовых аппаратов, обычно без дефлегмации.

2

Схема аппарата без дефлегмации:

1 – куб перегонный;

пары

3

2 – термометр;

1

3 – водоохлаждающий конденсатор;

5

4 –

6

4

6 – сборник для дестилята.

Схема перегонного аппарата с дефлегматором:

нк

3

4

6

Следует отметить, что в процессе перегонки концентрация НК в кубе постоянно уменьшается, а, следовательно, каждая последующая порция прогонки будет содержать меньшее НК. Поэтому, обычно, составляют материальный баланс:

, где

общая масса жидкой смеси в кубе;

концентрация компонента перегоняемого в смеси.

, где

средняя концентрация НК в дистилляции.

Проинтегрировав выражение, получим:

, где

начало перегонки;

Со времени перегонки из-за изменения концентрации:

Процесс дефлегмации позволяет повышать концентрацию НК в дистилляте относительно повышения НК в аппарате с дефлегматором называется коэффициент дефлегмации.

2. Сложная перегонка (ректификация) – позволяет повысить эффективность процесса перегонки.

Для ректификации используют многокубовые аппараты с устройством дефлегмации или дефлегматором.

5

3

2

6

4

1

7

После подогрева нагреватели, пары жидкой смеси последовательно проходят первую, вторую и третью кубу, через дефлегматор. Дальше НК переходитв конденсатор и , охлаждаясь, в сборник Дестилятор.

Флегма, кубовые остатки, из дефлегматора последовательно перетекает обратно в 3 и 2 куб.При этом внешний источник используется только в кубе, т.к. испарение НК происходит за счет понижения в следствии повышения концентрации НК. В ряде случаев выпарных аппаратовсмеси понижает давление.

Получаемый многокубовыми аппаратами продукт называется бражный дестиляторный или спиртовой сырец. Продукт ректификации сложной перегонки обычно состоит из различных веществ или фракций и делят:

1. Головная фракция – это вещества, которые обладают большей летучестью, чем НК. Например, этиловый спирт. Они быстро испаряются при нагревании смеси;

2. Хвостовые фракции – это вещества, которые характеризуются меньшей летучастью, чем НК. Например, сивушные масла.

Кроме того, в состав этилового спирта могут входить вещества, близкие по летучести, а, следовательно, их трудно удалять, для чего и нужно специальная разработка технологии очистки.

§14 Основы процесса сушки пищевых продуктов.

Сушка – процесс удаления лишней влаги из продуктов и осуществляется превращение влаги (вода) в пар в результате тепловых и диффузных процессов.

При этом влага из продукта передаётся из продукта сушильному агенту (тело) и вместе с ним удаляется из зоны сушки.

Отметим, что наличие сушильного агента является основным отличием сушки от других способов удаления влаги: механического, физико-химического способов – наличие влагоотнимающего тела.

В зависимости от количества отнимаемой влаги и агрегатного состояния продукта, характера и составления сушильного агента, способы сушки различают:

1. Естественная сушка – это когда климатические условия (, влажность и др.) позволяют удалить влагу. В этом случае продукты раскладывают на специальные приспособления на открытом воздухе

2. Конвективная сушка – это когда поток подогретого воздуха омывает (обдувает) высушиваемый продукт, т.е. это когда между продуктом и сушильным агентом происходит конвективный массо- и теплообмен .

Рассмотрим данный процесс более подробно. В общем, при конвективной сушке, влага постепенно перемещается из глубинных слоёв высушиваемого объекта на поверхность, откуда удаляется сушильным агентом. В основном это диффузный процесс, где движущей силой является градиент 9перепад концентрации (содержания) влаги по глубине (или по толщине) продукта.

где

количество влаги, которое удаляется при помощи диффузного процесса;

градиент концентрации;

площадь контакта;

коэффициент, характеризующий интенсивность диффузии вдоль направления Х.

Кроме того, влагоперенос (сушка) осуществляется под действием теплового потока, поскольку под влияние тепла влага начинает перемещаться в направление теплового потока, что повышает процесс сушки, а сам процесс перемещения влаги под действием температурного градиента называется термодиффузией.

Количество влаги, удаляемое в результате термодиффузии:

где

градиент, характеризующий коэффициент влагопереноса в результате диффузии.

m – общая влага.

При этом, удаление влаги из глубин осуществляется поэтапно, сначала влага перемещается из глубины на поверхность под действием термодиффузии, в последующем, на поверхности при непосредственном контакте нагретого агента влага в виде пара перемещается в атмосферу и удаляется из неё.

Основной материальный баланс процесса сушки- количество влаги, удаленной с поверхности контакта, должно быть равно количеству влаги изнутри высушиваемого продукта.

В этом случае происходит постепенное изменение влажности продукта во времени. Это изменение в графическом изображении называется кривая сушки.

По времени процесс сушки условно подразделяют на периоды:

I период- подогрев

II период- постоянная скорость (прямолинейный участок)

III период- убывающая скорость (интенсивность падает)

По кривой сушки можно определить, какой механизм удаления влаги преобладает при сушке различных продуктов. Точки К1 и К2 на рисунке- критические. До точки К1 осуществляется удаление влаги с поверхности, этот промежуток соответствует периоду постоянной скорости сушки. Влагосодержание изменяется от Wн до Wкр. В этот период процесс протекает за счет градиента давления насыщенного пара в пограничном слое, а диффузия практически не влияет на процесс сушки. В дальнейшем при уменьшении количества влаги скорость удаления снижается, следовательно, скорость удаления паров уменьшается, основное влияние на процесс сушки будет оказывать диффузия влаги из глубины слоев продукта. В этот период влагосодержание будет изменяться от Wкр до Wр (в зависимости от характеристики продукта).

3) Кондуктивная сушка- процесс осуществляется в результате физического контакта сушильного агента с поверхностью продукта.

4) Распылительная сушка- процесс, когда высушиваемый жидкий продукт распыляют до мельчайших частиц с последующим испарением в высокотемпературной среде. При этом процесс протекает на высокой скорости

(1-50 сек). Процесс осуществляется конвективной и радиационной (лучистой) теплопередачей.

Qобщ= Qконв+ Qрад

Конвективный тепловой поток можно определить с помощью уравнения Ньютона:

Qконв= αF(Тр+Ти)

Где α- коэффициент конвективной теплоотдачи

F- площадь поверхности частицы

Тр- температура среды, окружающей каплю

Ти- температура испарения капли

С учетом теплоотдачи и обтекания капли через критерий Нуссельта и Рейнольдса получим:

Qконв=2ПrλNu(Тр-Ти)

λ- теплопроводность среды, окружающей каплю

5) Вальцовая сушка- на нагретые цилиндрические вальцы “намазывается” тонкий слой продукта и через определенное время (30-50 сек) соскабливается хлопьями.

6) Сублимационная сушка

7) Инфракрасная сушка в ТВЧ - процесс основан на использовании инфракрасного излучения ТВЧ, что позволяет проникновение тепла на глубину продукта (до 2-3 мм). Используют для сушки печенья.

8) Сушка в “кипящем” слое - основана на продувке воздухом сквозь слоя сыпучего продукта.