5.4. Сушка

Сущность процесса и его назначение. Сушка представляет собой тепломассообменный процесс, предназначенный для обез­воживания различных материалов и продуктов.

Процесс сушки осуществляется за счет подвода теплоты к высушиваемому продукту. В результате теплового воздейст­вия на продукт происходит испарение влаги. Сушке в пищевой промышленности и общественном питании подвергают твердые, пастообразные и жидкие продукты. Сушат зерно, овощи, фрукты, хлеб, мясо, соки, молоко, бульоны, яйца и другие про­дукты.

Назначение сушки продуктов различное. В одних случаях сушка необходима для того, чтобы продукт можно было под­вергнуть дальнейшей переработке, в других случаях сушка не­обходима для хранения и эффективного транспортирования продуктов, в третьих – для получения качественно новых продуктов, имеющих более широкую область использования, чем исходное сырье.

Так, без предварительной сушки невозможно хранить зерно и получить из него муку. Сушка применяется при производстве сахара и крахмала. В целях эффективного хранения и эконо­мичности транспортирования сушат, например, такие продукты, как молоко, бульон, соки, различные овощи и плоды. Доста­точно наглядным примером применения сушки сырья с целью получения нового продукта, имеющего более широкую область использования, является производство сухого молока, сухой крови, сухой сыворотки, различных сухих молочно-растительных продуктов.

Процесс сушки про­дукта состоит из трех этапов: перемещение влаги внутри высу­шиваемого объекта по направлению к его поверхности; парообразование; перемещение пара от поверхности материала в окружающую среду.

В начале процесса, т. е. в период, когда ведется подогрев продукта, удаляется лишь не­значительная часть влаги. Затем начинается так называемый период постоянной скорости сушки. В этот период происходит удале­ние свободной влаги, при этом давление пара под материалом равно давлению пара чистой жидкости, испаряющейся при тех же условиях. Количество влаги, поступающей из внутренних слоев, полностью преобразуется в пар и удаляется с поверх­ности материала. В дальнейшем скорость сушки падает, к поверхности материала поступает меньше влаги, чем могло бы с нее испариться.

Существенное влияние на процесс сушки оказы­вают свойства, состав, раз­меры и форма высушивае­мого продукта. Количество теплоты, подведенной к про­дукту, также оказывает влияние на эффективность сушки.

Способы и виды сушки. Сушку, применяемую в пищевой промышленности, общественном питании и других отраслях на­родного хозяйства, можно подразделить на два основных вида: естественную и искусственную. Естественная сушка осу­ществляется в атмосфере окружающего воздуха без дополнительного подвода теплоты. Искусственная сушка осуществля­ется в специальных сушильных установках, обеспечивающих интенсивное удаление влаги из продукта. Естественной сушке подвергаются зерно, овощи, плоды и прочее растительное сырье. Она находит применение при вялении рыбы и морепродуктов.

Искусственная сушка по способу подвода энергии (теп­лоты) подразделяется на конвективную, контактную (кондуктивную), радиационную, диэлектрическую, сублимационную.

Конвективная сушка осуществляется за счет взаимодействия продукта с сушильным агентом. В качестве сушильного агента используют воздух, перегретый пар, топочные газы.

При контактной или кондуктивной сушке теплота к продукту передается от теплоносителя или какого-либо, другого источ­ника через разделяющую их стенку.

Радиационная сушка осуществляется за счет теплоты, пере­даваемой путем инфракрасного излучения.

При диэлектрической сушке продукт нагревается в поле то­ков высокой и сверхвысокой частот.

Сублимационная сушка происходит в условиях вакуума. При этом продукт находится в замороженном состоянии.

Для условий пищевой промышленности и общественного пи­тания наибольшее значение имеют конвективный и контактный виды сушки. Для сушки особо ценных пищевых продуктов, об­ладающих высокой термочувствительностью, применяют субли­мационную сушку. Радиационная и диэлектрическая сушка до настоящего времени не получила широкого промышленного распространения.

Основные аппараты (установки) для сушки продуктов. В на­стоящее время в различных отраслях народного хозяйства, в том числе на предприятиях пищевой промышленности и обществен­ного питания, используют многие десятки типов сушилок. Ниже кратко рассмотрены принципиальные схемы конвективных и контактных сушилок.

Конвективные сушилки бывают как периодического, так и непрерывного действия. Важным признаком подразделения кон­вективных сушилок является вид продукта (твердый, жидкий, пастообразный), подвергаемого сушке. Сушилки для твердых продуктов можно подразделить на следующие основные виды: камерные (шкафные), ленточные, барабанные, сушилки для сушки продукта в псевдоожиженном слое.

Камерные (шкафные) сушилки относятся к сушилкам пе­риодического действия. Продукт располагается на полках, в ка­мере сушилки горячий воздух омывает продукт и уносит с собой испаряемую влагу. Условия сушки продукта (температура и влажность воздуха), расположенного на нижних полках, отли­чаются от условий сушки продукта, расположенного на верхних полках шкафа. В связи с этим для поддержания одинаковых условий сушки полки с продуктом меняют местами. Сушилки этого типа малопроизводительны, они используются в общест­венном питании для сушки сухарей.

Большей производительностью обладают непрерывнодействующие ленточные сушилки (рис. 55). Продукт в них через бункер поступает на верхний ленточный транспортер, с него пе­реходит на нижележащий и так далее до разгрузочного бун­кера. Горячий воздух, обдувая продукт, уносит с собой испарившуюся из него влагу.

Значительное распространение для сушки различных пище­вых продуктов (зерна, сахара-песка, казеина) получили бара­банные сушилки, а также сушки отходов сырья (жома, барды). Перспективным является их использовать для сушки остатков пищи, собираемых на предприятиях общественного питания. Исходный продукт через загрузочный бункер направляется во вращающийся барабан, в который поступает горячий воздух. За время нахождения в барабане продукт многократно пе­ремешивается и пронизывается горячим воздухом. За счет этого осуществляется его сушка. Отработанный воздух отсасывается вентилятором и проходит через циклон, где от него отделяются частички продукта.

Рис. 55. Схема ленточной сушилки:

1 – патрубок для входа горячего воздуха; 2 – корпус сушилки;

3 – загрузочный бункер; 4 – патру­бок для выхода отработанного воздуха;

5 – ленточные транспор­теры; 6 – разгрузочный бункер

Для сушки остатков пищи в общественном питании ус­пешно могут быть использованы сушилки с применением псевдоожиженного слоя. Они бывают непрерывного и периодиче­ского действия. На рис. 56 приведена схема сушилки периодического действия. Продукт помещается на перфорированную перегородку. Горячий воздух продувается через продукт и «взвешивает» его, т. е. создается псевдоожиженный слой. За счет теплоты воздуха осуществляется испарение влаги из про­дукта.

Рис. 56. Схема сушилки с псевдоожиженным слоем:

1 – патрубок для входа горячего воздуха; 2 – перфорированная перегородка;

3 – корпус сушилки; 4 – патрубок для отвода отрабо­тавшего воздуха

Для сушки жидких и пастообразных продуктов широкое при­менение получили конвективные сушилки распылительного типа. Эти сушилки относятся к непрерывнодействующим. Принцип их работы заключается в том, что продукт распыляется специ­альным дисковым или форсуночным распылителем. Во внутреннее пространство башни (рис. 57) подается горячий воздух. Распыление приводит к тому, что резко увеличивается поверх­ность контакта воздуха с продуктом. Это приводит к интенсив­ному испарению. За счет распыления поверхность капель, обра­зованных из 1 кг продукта, достигает 100-150 м². Готовый по­рошкообразный продукт шнеком отводится к разгрузочному бункеру. Отработавший воздух из башни направляется в цик­лон или рукавные фильтры. После выделения из него частиц сухого продукта воздух отводится в атмосферу. Отделившиеся частицы продукта из циклона поступают в разгрузочный же­лоб. Жидкие продукты, подвергаемые сушке, целесообразно предварительно сгущать на вакуум-выпарных установках. Это позволяет существенно сэкономить расход теплоты.

Рис. 57. Схема сушилки распылительного типа:

1 – корпус сушилки (сушиль­ная башня); 2 – патрубок для подачи жидкого

продукта; 3 – приводной вал с распылитель­ным диском; 4 – патрубок для входа горячего воздуха; 5 – переходной воздуховод; 6 – патрубок для отвода

отрабо­тавшего воздуха; 7 – циклон; 8 – разгрузочный бункер для сухого

продукта; 9 – разгру­зочный желоб со шнеком

Применение распылительных сушилок имеет необычайно важное значение для производства таких сухих продуктов, как молоко, сливки, сыворотка, мороженое, бульоны, соки. Они со­вершенно незаменимы при производстве сухих молочно-растительных продуктов, например молочно-картофельного пюре. Все эти продукты имеют повышенную готовность, и их широкое ис­пользование необходимо при индустриализации общественного питания.

Контактные (кондуктивные) сушилки применяют для сушки как твердых, так и жидких и пастообразных продуктов. Для сушки твердых продуктов среди контактных сушилок распро­странение получили шкафные, работающие при атмосферном давлении и под вакуумом. Принцип работы сушилки вакуум-шкафного типа, используемой для сушки термолобильных пищевых продуктов, состоит в том, что на пустотелые плиты, в которые поступает пар, укладывается продукт, подлежащий сушке. В результате контакта с греющей поверхностью продукт нагревается и из него удаляется влага. Для поддержания ва­куума корпус сушилки соединен с конденсатором и вакуум-на­сосом.

Для сушки жидких и пастообразных продуктов применяют сушилки вальцового типа, которые можно подразделить на двухвальцовые и одновальцовые. Принцип работы двухвальцовой сушилки показан на рис. 58.

Рис. 58. Схема сушилки вальцового типа:

1,7 – приемные желобы для сухого про­дукта; 2, 6 – ножи; 3, 5 – вальцы;

4 – патрубок для подачи исходного продукта

Во внутреннее пространство массивных вальцов поступает пар, а на их поверхность наносится жидкий продукт, который покрывает вальцы пленкой. В результате теплообмена происходит интен­сивное испарение влаги из продукта. Образовавшийся конденсат отводится через специальную трубку. Сухой про­дукт снимается с вальцов ножами и попадает в приемные желоба.

Сущность сублимационной сушки состоит в следующем. Продукт поме­щают в сушильную камеру (сублима­тор). В ней создают глубокий вакуум. Влага, содержащаяся в продукте, на­чинает интенсивно испаряться. За счет расхода теплоты на испарение про­дукт охлаждается и замерзает. Да­лее начинается процесс собственно сублимации. Пары образуются непо­средственно из льда, содержащегося в продукте. Пары из сублиматора отводятся в конденсатор, где они конденсируются. Благодаря этому в системе «сублиматор – конденса­тор» поддерживается вакуум. Не сконденсированные пары и воздух из конденсатора отводятся вакуум-на­сосом.

Подвод теплоты в сублимационных сушилках может осу­ществляться путем подачи во внутренние пространства полок, на которые укладывают продукт, пара. Возможен подвод теп­лоты от ламп инфракрасного излучения.

Сублимационные сушилки нашли применение для сушки термолобильных материалов, в том числе вкусовых и ароматообразующих продуктов.