книги из ГПНТБ / Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник

и транспортируется к разгрузочному устройству. Внутренняя на­ садка барабана устроена так, что обеспечивается наилучшее кон­ тактирование материала и сушильного агента.

На рис. 184 показаны различные типы насадок. Тип насадки

Отработавший сушиль­ ный агент вентилятором 7 выбрасывается через циклон 5 в ат­ мосферу (см. рис. 183). В циклоне удерживаются увлеченные газом частицы высушенного материала. Частота вращения бара­ бана 1—8 об/мин. Диаметр барабана зависит от производитель­ ности сушилки и составляет от 1200 до 2800 мм. Отношение дли­ ны барабана к диаметру L : D колеблется в пределах от 3,5 : 1

до 7:1 .

Напряжение барабана по влаге зависит от характера матери­

В этих сушилках тепло к высушиваемому материалу передается нагретым сушильным агентом конвекцией. -

В контактных сушилках тепло передается от нагретой поверх-

300

ности к высушиваемому материалу при непосредственном сопри­ косновении. Такая сушилка, работающая при атмосферном дав­ лении, показана на рис. 185. Она имеет два полых вращающихся барабана и поэтому называется двухвальцовой. Сушилка пред­ назначена для сушки пастообразных масс, вязких и тягучих жид­

костей. В пищевой промышленности такие сушилки используются для сушки кормовых дрожжей и вареного картофеля.

Обогрев сушилки производится водяным паром, который по­ ступает через полый вал барабана. Через тот же вал отводится конденсат. Высушенный на поверхности барабана материал снимается ножом. Воздух, уносящий испаренную влагу, уходит в вытяжное устройство. Барабаны делают 2—8 об/мин. Эффек­ тивность контактной сушилки оценивается по напряжению ее поверхности, которое выражается в килограммах воды, выпари­ ваемой за 1 ч с 1 м2.

При сушке вареного картофеля напряжение равно 75 кг/(м2-ч)

ратуре. Сушилка состоит из двух цилиндрических герметически

301

закрытых сосудов. Нижний сосуд предназначен для установки приемника, который периодически заменяется.

Процесс сушки под вакуумом имеет некоторые особенности. В первый период сушки, когда удаляется свободная влага, испа­ рение протекает интенсивно. В этот период температура мате­ риала близка к температуре кипения воды при давлении, устано­ вившемся в камере. При сушке под вакуумом во многих матери­ алах замечается кипение воды в порах материала. Во второй период, когда удаляется связанная вода, температура материала резко повышается, приближаясь к температуре горячей поверх­ ности контактной сушилки. Поэтому материалы, которые плохо переносят высокую температуру, не могут быть высушены до нужной влажности.

Кроме вакуумных контактных сушилок, используются кон­ тактные сушилки шкафного типа. Эти сушилки могут работать при нормальном давлении и под вакуумом.

10.СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ СУШКИ

Впоследние годы используются новые методы сушки: а) суш­

ка в глубоком вакууме; б) сушка инфракрасными лучами; в) сушка в поле токов высокой частоты.

а) Сушка в глубоком вакууме

Сушка в глубоком вакууме, или сублимационная сушка, про­ изводится при остаточном давлении 0,0133—0,133 кПа. При этом давлении сушка может протекать при отрицательных температу­ рах, при которых вода будет находиться в состоянии льда. В та­ ком случае будет происходить испарение воды без плавления льда, т. е. сублимация.

При этом методе сушки можно получить пищевые продукты высокого качества, так как денатурация белков не происходит, не имеют места микробиологические процессы, сохраняются ви­ тамины, а высушенный продукт сохраняет первоначальный объ­ ем, приобретая пористую структуру. Высокая пористость позво­ ляет быстро восстановить свойства свежего материала при его смачивании.

Сушка сублимаций может быть применена для разнообраз­ ных пищевых продуктов: фруктов, овощей, дрожжей, хлеба, рыбы.

На рис. 187 представлена принципиальная схема установки для сушки в глубоком вакууме.

Установка состоит из трех основных элементов: сублиматора 1 (сушильной камеры), конденсатора-вымораживателя 4, ваку­ ум-насоса 5. Необходимой частью сушилки является также холо­ дильная установка для охлаждения конденсата (на рисунке не показана).

302

Сублиматор 1 — сушильная камера периодического действия. В горизонтальном герметически закрытом крышками цилиндри­ ческом сосуде расположена этажерка с полыми полками. Внутри полок циркулирует горячая вода, подаваемая насосом 2 из бака

ванию» в сублиматоре вследствие интенсивного испарения из него влаги.

Трубки конденсатора в процессе его работы заполняются льдом. Время от времени необходимо выключать конденсатор и оттаивать лед, впуская вместо хладагента горячую воду. По­ этому для непрерывной работы установки необходимо иметь два конденсатора, работающие попеременно.

Имеются также скребковые конденсаторы, чз которых лед не­ прерывно удаляется с поверхности труб скребками.

Расход тепла при сушке сублимацией — около 3200 кДж/кг влаги.

б) Сушка инфракрасными лучами

Вэтих сушилках тепло, необходимое для испарения Влаги, подводится термоизлучением. Тепло излучается специальными лампами инфракрасного излучения или же нагретыми керамиче­ скими или металлическими поверхностями.

Лампы инфракрасного излучения отличаются от обычных ос­ ветительных ламп тем, что температура их накала равна 2500° К вместо 2920° К для обычных ламп. Около 80% электроэнергии, потребляемой этими лампами, преобразовывается в тепловую энергию излучения. Чтобы направить пучок лучей на материал, лампы снабжают рефлекторами параболической формы.

303

Лучистый поток тепла падает не только на поверхность мате­ риала, но и проникает в его капилляры. При этом лучи почти полностью поглощаются вследствие ряда отражений от стенок. Это позволяет передать единице поверхности материала больше тепла, чем при конвективной или контактной сушке, что ускоряет сушку. Например, при сушке тонкослойных материалов продол­

дух.-

в) Сушка в поле токов высокой частоты

Высокочастотная сушка не получила еще широкого примене­ ния в пищевой промышленности из-за значительного расхода

304

энергии (5 квт-ч на 1 кг испаренной влаги). Однако она пред­ ставляет большой интерес, так как при этом методе сушки мате­ риал прогревается по всей толщине.

На рис. 190 представлена схема установки для сушки токами высокой частоты. Материал помещают между двумя пластинами, к которым подводится ток высокой частоты. Под влиянием пере­ менного электрического тока молекулы высушиваемого материа­ ла приходят в колебательное движение; при этом материал нагревается по всей толщине. Так как поверхность материала отдает тепло в окружающее пространство, то температура его снижается от центра к поверхности. В этом же направлении уменьшается и влажность.

Следовательно, при высокочастотной сушке температурный и влажностный градиенты совпадают по знаку и оба они способ­ ствуют движению влаги от центра к поверхности материала. Поэтому скорость высокочастотной сушки значительно выше ско­ рости конвективной сушки. Высокочастотную сушку особенно выгодно применять для трудносохнущих толстых материалов, например для деревянных брусьев большого сечения. Конвек­ тивная сушка таких материалов продолжительна, а брак при сушке очень велик из-за образования трещин.

Высокочастотная сушка ускоряет процесс примерно в 10 раз при значительно меньшем браке по сравнению с конвективной сушкой. Были проведены опыты по применению токов высокой частоты для сушки сахара-рафинада, хлеба, овощей и фруктов. Однако практического применения для сушки этих материалов токи высокой частоты еще не нашли.

11.МЕТОДЫ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И ВЫБОР СУШИЛОК

Впищевой промышленности наибольшее применение нашел конвективный метод сушки с применением в качестве агента

горячего воздуха.

В зависимости от вида высушиваемого материала применяют тот или иной способ и режим сушки. Ниже рассматриваются ме­ тоды сушки некоторых пищевых продуктов.

Хлеб. При сушке хлеба Происходит денатурация белков и неполная клейстеризация крахмала. Сушка хлеба производит­ ся в туннельных и конвейерных сушилках. Процесс сушки хлеба происходит в период убывающей скорости. Во избежание обра­ зования на поверхности хлеба корки в начале хлеб сушат при пониженной температуре воздуха и значительной его влажности. В последующий период температура воздуха может быть повы­ шена. Рекомендуется следующий режим сушки хлеба в два пе­ риода

/движение материала-»- \

\движение воздуха-*— / '

305

лов сахара, покрытых пленкой насыщенного сахарного раствора. Влага, находящаяся между кристаллами сахара, является в ос­ новном капиллярной. Сушка рафинада производится в туннель­ ных сушилках при атмосферном давлении или в камерных ва­ куумных сушилках. Режим конвективной сушки рафинада в тун­ нельной сушилке является переменным. Продолжительность сушки около 18 ч. При этом температура воздуха в течение пер­ вого часа составляет около 40° С; следующие 6 ч температура воздуха повышается до 70° С; в течение последующих 8 ч она достигает 80° С, а в конце процесса составляет 90° С. Значи­ тельное уменьшение скорости сушки в конце ее объясняется тем, что при удалении влаги концентрация межкристального раство­ ра увеличивается и происходит выпадение кристаллов, которые закупоривают поры, что затрудняет удаление влаги.

Мо л о к о . Чаще всего сушат молоко, предварительно сгу­ щенное до 50% СВ. Оно представляет собой коллоидную систе­ му. Сахара и соли содержатся в молоке в состоянии молекуляр­ ного раствора, белки — в коллоидном состоянии, а жир — в виде эмульсии.

Молоко сушат в распылительных сушилках. Оно диспергиру­ ется при помощи вращающихся дисков или форсунок. Диаметр капель достигает 40—50 мкм. Вследствие малого радиуса капель поверхность влагообмена велика и продолжительность сушки со­ ставляет 4—6 с. Сушка производится воздухом, имеющим на­ чальную температуру 130—140° С.

Выбор типа сушилок определяется в основном их производи­ тельностью и высушиваемым материалом. При сушке небольших количеств материала применяют камерные сушилки периодиче­ ского действия, хотя они имеют ряд существенных недостатков: потеря продукта при загрузочных и разгрузочных операциях, большие затраты труда; потеря тепла при открытии дверец су­ шилок.

Сушилки непрерывного действия лишены этих недостатков, и их применение всегда следует предпочитать, особенно при боль­ шом количестве высушиваемого материала.

Вид материала определяет тип сушилки. Для сушки крупно­ кусковых материалов используют туннельные сушилки; для сы­ пучих зернистых материалов — ленточные, пневматические или барабанные сушилки. Жидкие продукты высушивают в распыли-

306

тельных сушилках, а пастообразные в контактных (вальцовых

сушилках).

Максимально допустимая температура, до которой может быть нагрет данный материал без ухудшения его качества, опре­ деляет режим процесса сушки.

Наибольшее распространение получили сушильные агенты — воздух и топочные газы. Последние могут быть получены в спе­ циальной топке при сжигании топлива или из котельной.

Топочные газы и газы котельных используют для сушки полу­ фабрикатов и кормовых отходов. Однако и в этом случае топоч­ ные газы должны быть очищены от твердых частиц в циклонах, мультициклонах и электрофильтрах.

Если для сушки применяется воздух, нагретый до высокой температуры, то в сушилке следует организовать параллельный поток воздуха и материала. При этом влажный материал будет встречаться с высоконагретым воздухом, а подсушенный матери­ ал, более чувствительный к высокой температуре, с уже охлаж­ денным воздухом.

При высушивании материалов, качество которых ухудшается при высоких температурах, рекомендуется применять те вариан­ ты сушильного процесса, при которых он будет экономичным при сравнительно низкой температуре. Такими вариантами являются: сушка с промежуточным подогревом, сушка с подогревом внут­ ри камеры, сушка с возвратом отработанного воздуха.

Параметры сушильного процесса регулируют вручную или автоматически. Как указано выше, такими параметрами являют­ ся температура сушильного агента t и его относительная влаж­ ность ф. В сушилках непрерывного действия эти параметры под­ держиваются постоянными в определенных зонах. В сушилках периодического действия они изменяются в соответствии с за­ данной программой.

Глава XIX. ПЕРЕГОНКА

Перегонкой называют процесс разделения жидких смесей на составляющие их компоненты, основанный на различной летуче­ сти их. Выделяемые при этом компоненты при одинаковой темпе­ ратуре должны отличаться упругостью пара.

Если смесь таких компонентов привести в состояние кипения, то компонент, упругость пара которого больше (более летучий), будет переходить в паровую фазу в относительно большем коли­ честве. Это приводит к обогащению паровой фазы более летучим компонентом. Этот компонент, обладая большей упругостью па­ ра, будет кипеть при одинаковом давлении при более низкой температуре. Следовательно, он будет нижекипящим компонен­ том. Из этого следует, что при кипении смеси летучих компонен­ тов паровая фаза будет обогащаться нижекипящим компонентом.

307

В процессе перегонки используют это явление и разделяют смесь на более или менее чистые компоненты.

Процесс перегонки используется в спиртовом, винодельческом и ликерно-водочном производствах, а также в производстве эфирных масел. Перегонка играет большую роль также в неф­ теперегонном деле, в промышленности синтетического каучука

иво многих других отраслях народного хозяйства.

1.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПЕРЕГОНКИ

а) Классификация бинарных смесей

На практике чаще всего имеют дело с перегонкой многоком­ понентных смесей, однако теорию процесса целесообразно рас­ сматривать применительно к бинарным смесям. Такая смесь со­ стоит из двух компонентов: нижекипящего (н. к. к.) и вышекипящего (в. к. к.).

Д. П. Коновалов классифицировал бинарные смеси на основе зависимости общего давления паров бинарной смеси от состава жидкой фазы. На рис. 191

Такими системами являются, например, вода — нзобутиловый спирт, вода — изоамиловый спирт.

Для смеси, компоненты которых полностью и во всех соотно­

308

шениях взаимно растворимы, давление паров изменяется по ли­ нии 3. Общая.упругость пара этих смесей имеет максимум, соот­ ветствующий определенному составу жидкой фазы при данной температуре. Такой смесью является этиловый спирт — вода.

Линия 5 соответствует случаю полной растворимости компо­ нентов,с образованием особой точки, отвечающей минимуму об­ щего давления паров смеси. Такими смесями являются вода с муравьиной кислотой, ацетон с хлороформом.

Наконец, линия 4 соответствует случаю полной растворимо­ сти компонентов одного в другом, но без образования максимума плп минимума давления. Эти растворы называются идеальными. К ним относятся системы: метиловый спирт—вода, бензол—кси­ лол, аммиак—вода, метиловый спирт—этиловый спирт.

Вид линий p — f (х) обусловлен различными взаимодействия­ ми молекул компонентов системы.

В смеси, соответствующей линии давления 4, притяжение одинаковых и различных молекул одинаково. При образовании таких смесей объем их не уменьшается и не увеличивается, при смешении не наблюдается теплового эффекта.

В этом случае сила, с которой молекулы удерживаются в жид­ кости, зависит только от относительного количества того или

указывает на взаимодействие между молекулами компонентов. Если сила притяжения неодинаковых молекул меньше силы притяжения одинаковых, то давление паров смеси будет откло­ няться вверх от линии идеальных растворов (линии 1, 2 и 3). Если сила притяжения неодинаковых молекул больше силы при­ тяжения одинаковых молекул, то кривая пройдет ниже прямой

идеальных растворов (линия 5).

Если сила притяжения несходных молекул очень мала, то жидкая фаза расслаивается на два слоя. Каждый из них посы­ лает молекулы в паровую фазу так, как будто бы он находится в жидкой фазе один. В этом случае общее давление равно сумме давлений чистых компонентов при данной температуре (линии

1 и 2).