3. Принцип дії повітряної сушарки

На рис. наведено принципову схему конвективної сушарки безперервної дії, що складається із калорифера 1 для підігрівання повітря і сушильної камери 2. Повітря засмоктується в калорифер і подається в сушильну камеру вентилятором 4. Вологий матеріал надходить у сушильну камеру через завантажувальний бункер 3 і за допомогою транспортних пристроїв переміщується вздовж сушильної камери до розвантажувального бункера 6. через який видаляють висушений матеріал.

Рис.86 - Схема повітряної сушарки

4. Типи сушарок

У сільськогосподарській та харчовій промисловості застосовують різноманітні сушарки, в яких висушують різні матеріали. Класифікують сушарки залежно від таких ознак:

• режим роботи - періодичної, безперервної і циклічної дії;

• спосіб підведення теплоти - конвективні, контактні (кондуктивні), радіаційні і високочастотні;

• вид сушильного агента - повітряні, із застосуванням димових газів, парові, рідинні;

• вид висушуваного матеріалу - кусковий, зернистий (дисперсний), пиловидний, пастоподібний, рідкий (розчин);

• тиск у сушильній камері - атмосферні, вакуумні, глибоко- вакуумні, під надлишковим тиском;

• напрям руху сушильного агента відносно матеріалу - прямотечійні, протитечійні, з перехресним потоком;

• варіант сушильного процесу - з нормальним (основним) процесом, з проміжним підігріванням сушильного агента, з рециркуляцією відпрацьованого повітря, з додатковим підігріванням повітря в сушильній камері та ін.;

• конструкція сушильної камери - барабанні, камерні, шахтні, стрічкові, коридорні (тунельні), трубчасті, розпилювальні, пневматичні, вальцьові та ін.;

• стан шару матеріалу (для зернистих матеріалів) - щільний, розрихлений, киплячий, фонтануючий;

• спосіб створення циркуляції сушильного агента - з природною і вимушеною циркуляцією.

Барабанні сушарки широко використовують для сушіння цукру- піску, зерна і відходів харчових виробництв: бурякового жому, зерно- картопляної барди, кукурудзяної мезги тощо. Переважно це атмосферні сушарки (рис.86), в яких сушильним агентом є повітря або топкові гази в суміші з повітрям.

Рис. 86 – Схема барабанної сушарки

Основний елемент сушарки - барабан 1, що обертається на підшипникових опорах 5, спираючись на них своїми бандажами. Барабан обертається за допомогою зубчастого вінця 2, що перебуває в зачепленні із зубчастим колесом 6, яке приводиться в дію від електродвигуна через редуктор. Частота обертання барабана - 1-8 хв-¹. Діаметр барабана залежить від продуктивності сушарки і становить 1200-2800 мм. Відношення довжини до діаметра становить від 3,5:1,0 до 7:1. Барабан встановлюють горизонтально або трохи похило в бік переміщення матеріалу. Для кращого контакту матеріалу з сушильним агентом у барабані встановлюють внутрішню насадку. Вологий матеріал подають у барабан живильником, вивантажують висушений матеріал крізь отвір 4 і транспортують далі шнеком. Для вловлювання часток матеріалу з сушильного агента встановлюють циклон 3, через який відпрацьовані гази виходять в атмосферу. Напрями потоків матеріалу і сушильного агента - прямо- і протитечійні.

Рис.87 – Схема стрічкової сушарки

Стрічкові сушарки. Такі сушарки використовують для висушування овочів, фруктів, короткорізаних макаронних виробів, крохмалю.

На рис. 87 зображено чотиристрічкову конвеєрну сушарку з перехресними потоками повітря і матеріалу. Вона складається з прямокутної камери 1, в якій рухаються чотири нескінченні стрічки 5, одягненні на барабани 2, один з яких — ведучий. Між вільною і робочою гілками кожної стрічки розміщуються калорифери 3 для підігрівання повітря (варіант з проміжним підігріванням повітря)

Висушуваний матеріал подають у бункер живильника 6 і спеціальним при­строєм розподіляють рівномірним шаром по всій ширині стрічки. Матеріал пе­реміщається стрічкою до протилежного кінця сушарки і зсипається на нижню стрічку, яка транспортує його в протилежному напрямі. Дійшовши до низу камери, сухий матеріал потрапляє в розвантажувальний бункер 4.

Свіже повітря через повітряні канали надходить під нижню вільну гілку сгрічки сушильної камери, підігрівається в калориферах нижньої зони, пронизує шар матеріалу на робочій частині стрічки, а потім послідовно проходить знизу вгору через усі обігрівники і стрічки. Відпрацьоване повітря через канал 7 виходить із сушарки. Швидкість руху повітря в сушильній камері - 3,0 м/с; швидкість руху стрічки - 0,3-0,7 м/хв.

Шахтні сушарки - належать до установок безперервної дії і в харчовій промисловості використовуються для сушіння сипких матеріалів: цукрових буряків, овочів, зерна, бурякового жому. Зображена на рис. 88 сушарка призначена для висушування бурякового жому. Елеватором 1 жом подають у живильник 2, звідки сирий жом надходить у сушарку. В самій сушильній камері є ряд ґратчастих полиць 6 з отворами в центрі. На вертикальному валу встановлено конуси 4 і скребачки 5, якими висушуваний матеріал підгрібається до центрального отвору ґраток. Гарячий сушильний агент надходить у сушильну камеру знизу з газоходу 7 і відсмоктується з верхньої частини вентилятором 5. Сушарки цього типу працюють на топкових газах або на гарячому повітрі.

Рис.88 – Схема шахтної сушарки

Спеціальні способи сушіння

Сушіння сублімацією - це найефективніший спосіб консерву­вання багатьох харчових продуктів, що швидко псуються. При 0°С колоїдна система матеріалів, у тому числі і їхня волога, замерзає і надалі відбувається сублімація, тобто випаровування твердого тіла без його розплавлення; у даному разі з твердого агрегатного стану вода переходить у пароподібний, проминувши рідку фазу. При такому способі сушіння молекулярна структура матеріалу зберігається майже без змін і висушений матеріал характеризується доброю дисперсністю і пористістю, тоді як при звичайному сушінні відбувається значне зменшення об'єму матеріалу.

Матеріали, висушені способом сублімації, зберігають первинний об'єм, колір, смак, запах і біологічну цінність значно краще, ніж при інших способах висушування. Під час змочування висушений продукт легко поглинає вологу і набуває попереднього вигляду. Способом сублімації можна сушити будь-які продукти: м'ясо, овочі, хліб, фрукти.

Сублімаційна сушарка (рис.89) складається з сушильної камери - субліматора 1 і конденсатора-виморожувача 4. Попередньо заморожений матеріал кладуть на полиці З субліматора, що обігрівається гарячою водою, яка циркулює в порожнистих плитах 2. Пара, що виділяється під час випаровування, потрапляє в конденсатор, де конденсується на його стінках і перетворюється на лід, який періодично видаляється з апарата розморожуванням. Для цього сушарка має два конденсатори, що працюють поперемінно. Вакуум-насосна установка створює в сушильній камері залишковий тиск 0,1-1,0 мм рт. ст. Цей тиск забезпечує сушіння при низьких температурах.

Як показали розрахун­ки та експлуатація, сушіння сублімацією за теплоенерге­тичними показниками при­близно рівноцінне сушінню при атмосферному тиску, хоча витрати на побудову сушарки значно вищі.

Рис.89 – Схема сублімаційної сушарки

Сушіння інфрачервоним промінням. Теплоту для випаровування вологи у цих сушарках підводять термо- випромінюванням. Генератори, що випромінюють теплоту - спеціальні лампи або ж нагріті керамічні чи металеві поверхні. Основна перевага сушіння інфрачервоними променями - швидке видалення вологи. Потрапляючи в капіляри тіла, промені майже повністю поглинаються внаслідок ряду відбивань від стінок. Сушарки цього типу використовують для сушіння різних тонких матеріалів.

Лампові випромінювачі характеризуються високими витратами електроенергії, що є основною перешкодою для їх широкого застосування. Газові радіаційні сушарки простіші за конструкцією і дешевші, ніж сушарки, обладнані лампами. У цих сушарках витрата енергії менша.

Випромінювач 1 нагрівають газом, який спалюють безпосередньо під ним пальниками 4, або ж топковими газами, що надходять усередину випромінювачів. Висушуваний матеріал переміщується конвеєром 2. Випарена волога відводиться через витяжний пристрій 3 (рис 90).

Рис.90 – Схема газової радіаційної сушарки

Сушіння в полі струмів високої частоти. Фізична суть цього явища така: якщо висушуваний матеріал помістити між двома пластинами, до яких підводиться струм високої частоти, то матеріал, що рухається на конвеєрі, нагріватиметься по всій товщині. Це пояснюється тим, що під впливом змінного електромагнітного поля молекули речовини починають коливатися, що й призводить до нагрівання матеріалу. Оскільки зовнішня поверхня матеріалу віддає теплоту в навколишній простір, то температура знижується від центра до поверхні матеріалу. У цьому самому напрямку під час сушіння змінюється і вологість матеріалу. Отже, температурний і вологісний градієнти збігаються за знаком і обидва вони сприяють переміщенню вологи від центра до поверхні. Цим і пояснюється, що швидкість високочастотного сушіння вища від швидкості конвективного. Справді, під час висушування деревини процес прискорюється приблизно в 10 разів, крім того, значно скорочується брак. Проте вартість висушування струмами високої частоти вища від вартості конвективного сушіння в 3-4 рази через велику витрату енергії (2-5 кВт год на 1 кг випаровуваної вологи). Тому цей спосіб сушіння застосовують лише для товстих важковисушуваних матеріалів (деревини) або комбінують його з конвективним сушінням (наприклад, при сушінні гіркого перцю або шипшини).

Способи інтенсифікації процесів сушіння. У зв'язку із зростанням виробництва різних харчових продуктів, підвищенням вимог до їхньої якості, удосконаленням технології виробництва виникає потреба в розробленні нових способів сушіння, які забезпечують високу якість продукту, максимальну автоматизацію, механізацію і значну інтенсифікацію процесу.

Для інтенсифікації процесу сушіння і підвищення економічної ефективності роботи апаратів можуть бути вибрані такі способи:

1. використання більш високих початкових температур теплоносія в умовах автоматизованого контролю і регулювання температури. З підвищенням температури теплоносія різко скорочується тривалість сушіння, внаслідок чого матеріал зберігає свої якісні показники. Гіри цьому зменшуються пигомі витрати палива та електроенергії;

2. використання великих локальних швидкостей, пульсуючих газових потоків і вібрації часток матеріалу, закручених високошвидкісних потоків тощо;

3. застосування електричних і магнітних полів;

4. застосування як теплоносія перегрітої пари, одержаної під час сушіння матеріалу;

5. застосування комбінованих способів сушіння і суміщення різних процесів в одному апараті;

6. використання вторинних теплових ресурсів.