Кинетика процесса сушки различных материалов во взвешенном слое

Цель работы. Изучить процесс сушки овощей, плодов, вареных круп в развитой стадии кипящего слоя, определить зависимость процесса сушки от удельной нагрузки материала на рабочую поверхность сушильной установки, формы резки и размера частиц материала, температуры и скорости сушильного агента и др.

1. Общие сведения

В сушильных установках, работающих при прохождении нагретого воздуха через слой материала, значительно увеличивается теплообмен и ускоряется процесс сушки в сравнении с установками, в которых движение сушильного агента происходит параллельно материалу. Дальнейшая интенсификация процесса сушки осуществляется за счет перехода материала, сквозь слой которого продувается нагретый воздух, из неподвижного состояния во взвешенное.

Интенсификация процесса сушки в развитой стадии кипящего слоя в сравнении с сушкой в неподвижном слое объясняется другими условиями взаимодействия частиц материала с нагретым воздушным потоком, т.е., гидродинамикой процесса. Кипящее состояние слоя характеризуется непрерывным беспорядочным движением и перемешиванием частиц в определенном объеме по высоте. Переход слоя частиц материала из неподвижного состояния в кипящее (взвешенное) происходит по достижении определенной скорости воздуха (критической v_кр), проходящего через слой материала, когда сила массы частиц материала уравновешивается силой трения обтекающего их потока воздуха..

Нижним пределом кипящего слоя является неподвижное состояние материала, а верхним - явление пневмотранспорта, при котором происходит совместное восходящее движение материала и воздуха. Критическая скорость воздуха должна быть меньше скорости витания, так как в противном случае материал уносится с воздухом [16].

2. Методика выполнения работы

2.1. Приборы и материалы: лабораторная сушильная установка; весы технические с разновесами или циферблатные; секундомер; автоклав или водяная баня; исследуемый материал и оборудование для его подготовки.

2.2. Подготовка сырья. Сырьем для проведения работы, как и в лабораторных работах №№ 8,9, могут служить овощи, фрукты, вареные крупы и другие влажные материалы и продукты. Подготовку сырья проводят точно так же, как и в лабораторной работе № 8.

Масса подготавливаемого сырья зависит от поставленной задачи и колеблется от 0,5 до 1,0 кг. При выполнении лабораторной работы форма резки, размер частиц и масса исследуемой навески материала задается преподавателем.

3. Проведение опыта. На рис.9 приведена лабораторная сушильная установка кипящего слоя.

До начала опыта под наблюдением преподавателя или лаборанта включают сушильную установку в следующем порядке: сначала включают вентилятор и после того, как он наберет полные обороты, поочередно с небольшими интервалами включают нагревательные элементы электрокалорифера. С помощью заслонки 4 и манометра 6 устанавливают заданную скорость воздуха, а включением одного или двух постоянных и одного регулируемого нагревательных элементов устанавливают заданную температуру на входе в сушильную камеру.

Так как кассета одновременно является съемной сушильной камерой, то для удобства в работе на время выведения сушильной установки в заданный режим используют другую такую же кассету, а основную (рабочую) в это время подготавливают к работе, т.е., взвешивают, помещают в нее навеску исследуемого материала.

Для удобства определения уменьшения материала в процессе сушки, массу предварительно взвешенной кассеты на весах 9 уравновешивают разновесами, т.е., устанавливают стрелку весов на ноль, затем подготовленную для проведения опыта навеску исследуемого материала высыпают в кассету и тщательно разравнивают. Массу исследуемого материала на технических весах так же уравновешивают разновесами, а на циферблатных – отмечают на циферблате.

Нажатием на педаль 19 освобождают прижимное устройство, снимают вспомогательную кассету и на ее место в рабочую зону устанавливают кассету с материалом и отмечают время начала опыта. Через 25-30 с от начала опыта отмечают показания «сухого» и «мокрого» термометров на выходе из сушильной камеры. Показания соответствующих термометров на входе в сушильную камеру должны соответствовать установившемуся заданному режиму и на протяжении всей работы поддерживаться постоянными. Допускаются отклонения показаний «сухого» термометра  1 ⁰С.

1 – рабочая камера; 2 – вентилятор высокого давления; 3 – калорифер; 4 – шибер; 5 – диафрагма; 6 – микроманометр; 7 – «сухой» термометр; 8 – «мокрый» термометр; 9- весы; 10, 11 – потенциометр КСП-4; 12 – центральный рубильник; 13 – автотрансформатор РНО 250-10; 14 – вольтметры; 15 – амперметры; 16 – кнопка включения грелки № 3; 17 – ключ выключения грелки № 2; 18 – кнопка включения грелки № 1; 19 – педаль; 20 – термопары; 21 – пружина.

Уменьшение массы материала в процессе сушки, т.е. определение массы испаренной влаги, проводят в следующем порядке: за 20-25 с до истечения заданного промежутка времени от начала сушки записывают показания «сухого» и «мокрого» термометров на выходе из сушильной камеры и на входе в нее, снимают кассету с материалом, взвешивают ее (устанавливают массу материала, оставшуюся после испарения части влаги), снова устанавливают в рабочее положение и отмечают начало следующего промежутка времени сушки. Все последующие определения (взвешивания) проводят в такой же последовательности.

Время, затрачиваемое на взвешивание, в продолжительности сушки не учитывается, однако производить взвешивание необходимо максимально быстро во избежание охлаждения кассеты и материала.

Первые 5 взвешиваний производят через каждые 3 мин, следующие 5 взвешиваний – через каждые 5 мин и все последующие – через каждые 10 мин.

Процесс сушки считают законченным, если масса материала при двух последующих взвешиваниях не уменьшается или уменьшается очень незначительно. Желательно сушить материал до влагосодержания не ниже равновесного (см. лабораторную работу № 9).

Результаты наблюдений вносят в рабочую табл.8.

Таблица 8

№ п/п	, мин	М0, г	W, г	W, г	Мс.в, г	w0, %	wс, %	Температура воздуха
								на входе		на выходе
								tc	tм	tc	tм

где  - продолжительность сушки, мин.;

М₀ – масса материала, г;

W - масса влаги, испаренная за время , г;

W - масса влаги, г;

М_с.в - масса сухих веществ, г;

w⁰ - влажность материала, %;

w^с – влагосодержание материала, %.

Эффективность ведения процесса сушки и оценку работы сушильной установки в зависимости от множества факторов (см. цель работы), проводят по кривым сушки – графическим изображением изменения влагосодержания во времени. Для построения графика такой зависимости (кривой сушки) по уменьшению массы материала в процессе сушки необходимо определить динамику изменения его влагосодержания.

Расчеты проводят с использованием формул:

Методом графического дифференцирования по кривой сушки строят кривую скорости сушки. Методику построения кривой скорости сушки см. в лабораторной работе № 8.

Сопоставляя кривые сушки разных материалов, а также одного и того же материала при разных режимах и т.д., делают соответствующие выводы и рекомендации.

Использование в лабораторных работах №№ 8,9 одного и того же материала и сушка его при одинаковой температуре позволяет сравнить между собой разные способы сушки и определить наиболее эффективный из них.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ НАБУХАНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ. ПОСТРОЕНИЕ КРИВЫХ ВОССТАНАВЛИВАЕМОСТИ И СКОРОСТИ НАБУХАНИЯ

Цель работы. Практическое освоение методов определения набухания и восстанавливаемости сушеных продуктов (материалов), определение константы набухания, построение кривых зависимости и скорости набухания.