СУШКА

Сушка – это процесс удаления влаги из материалов.

Влагу можно удалять механическим способом (отжимом, фильтрованием, центрифугированием) или тепловым, т. е. путем испарения влаги и отвода образующихся паров.

По своей физической сущности сушка является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена. Удаление влаги при сушке сводится к перемещению теплоты и влаги внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду.

По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

– конвективная сушка –непосредственное соприкосновение высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого обычно используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);

– контактная сушка –передача теплоты от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

– радиационная сушка –передача теплоты инфракрасными лучами;

– диэлектрическая сушка – нагревание в поле токов высокой частоты;

– сублимационная сушка – сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме.

Форма связи влаги в материале

Механизм процесса сушки в значительной степени определяется формой связи влаги с продуктом: чем прочнее эта связь, тем труднее протекает процесс сушки. Процесс удаления влаги из продукта сопровождается нарушением ее связи с продуктом, на что затрачивается определенная энергия.

Все формы связи влаги с продуктом делятся на три большие группы: химическая связь, физико-химическая связь, физико-механическая связь. В процессе сушки пищевых продуктов удаляется, как правило, физико-химически и физико-механически связанная влага.

Химически связанная вода удерживается наиболее прочно и при нагревании материала до 120…150 °С не удаляется. Химически связанная влага наиболее прочно соединена с продуктом и может быть удаляется только при нагревании материала до высоких температур или в результате проведения химической реакции. Эта влага не может быть удалена из продукта при сушке.

Физико-механическая связанная влага – это жидкость, находящаяся в капиллярах, и жидкость смачивания.

Влага в капиллярах подразделяется на влагу макрокапилляров и микрокапилляров. Макрокапилляры заполняются влагой при непосредственном соприкосновении ее с материалом. В микрокапилляры влага поступает как при непосредственном соприкосновении, так и в результате поглощения ее из окружающей среды.

Физико-химическая связь объединяет два вида влаги: адсорбционно и осмотически связанную влагу. Адсорбционная влага прочно удерживается на поверхности и в порах тела. Осмотически связанная влага, называемая также влагой набухания, находится внутри клеток материала и удерживается осмотическими силами. Адсорбционная влага требует для своего удаления значительно большей затраты энергии, чем влага набухания.

Основные параметры влажного воздуха

При конвективной сушке теплоноситель (сушильный агент) передает продукту теплоту и уносит влагу, испаряющуюся из продукта. Таким образом, сушильный агент играет роль тепло- и влагоносителя. Состояние влажного воздуха характеризуется следующими параметрами: барометрическое давление и парциальное давление пара, абсолютная и относительная влажность, влагосодержание, плотность, удельный объем, температура и энтальпия. Зная три параметра влажного воздуха, можно найти все остальные.

Абсолютной важностью воздуха называется масса водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного воздуха (кг/м³).

Относительной влажностью воздуха, т.е. степенью насыщения воздуха , называется отношение абсолютной влажности к максимально возможной массе водяного пара (), которая может содержаться в 1 м³ влажного воздуха при тех же условиях (температура и барометрическое давление),

, т. е. 100. (1)

Масса водяного пара, кг, содержащегося во влажном воздухе и приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха, называется влагосодержанием воздуха:

, (2)

Энтальпия I влажного воздуха относится к 1 кг абсолютно сухого воздуха и определяется при данной температуре воздуха t °С как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха и водяного пара(Дж/кг сухого воздуха):

, (3)

где с_с.в – средняя удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, Дж/(кгК); i_n – энтальпия водяного пара, кДж/кг.

Id-диаграмма влажного воздуха. Основные свойства влажного воздуха можно определять при помощи Ix-диаграммы, впервые разработанной Л.К. Рамзиным в 1918 г. Диаграмма I–х (рис. 1) построена для постоянного давления Р = 745 мм рт. ст. (около 99 кН/м²).

На вертикальной оси ординат отложена в определенном масштабе энтальпия I, а на оси абсцисс – влагосодержание d. Ось абсцисс расположена под углом 135 к оси ординат (для увеличения рабочей части поля диаграммы и удобства разворота кривых  = const).

На диаграмме нанесены линии:

1. постоянного влагосодержания (d = соnst) – вертикальные прямые, параллельные оси ординат;

2. постоянной энтальпии (I = const) – прямые, параллельные оси абсцисс, т. е. идущие под углом 135° к горизонту;

3. постоянных температур, или изотермы (t = const);

4. постоянной относительной влажности ( = const);

5. парциальных давлений водяного пара р_п во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы.

Рис. 1. I–d-диаграмма