Шаршунов_Кирик_Техоборудование мясокомбинатов

431

Рис. 15.2. Вакуум-выпарной аппарат ВВА

Техническая характеристика вакуум-выпарного аппарата ВВА:

15.2. Особенности сушки мясных продуктов для производства пищеконцентратов

Сушка – процесс удаления влаги из продукта, связанный с затратами теплоты на фазовое превращение воды в пар. Процесс удаления влаги сопровождается удалением ее связи со «скелетом» продукта, на что затрачивается энергия. По величине энергии таких связей различают: химически связанную влагу (не удаляется из влажных тел при нагревании до 100…120°С); физико-химически связанную влагу (удерживается на внутренней поверхности пор материала адсорбционными силами) и физико-механически связанную влагу (находится в крупных капиллярах, на наружной поверхности продукта и удерживается капиллярным давлением).

Характер и энергия связи влаги с продуктом определяют общее ее количество, которое способно удерживать то или иное вещество при равновесии его с окружающей средой. Величина равновесного влагосодержания тем выше, чем больше влаги содержится в окружающем воздухе и чем ниже его температура.

Существующие принципы обезвоживания обеспечивают удаление влаги без изменения агрегатного состояния (прессование, центрифугирование, сепарирование, фильтрация и др.), с изменением агрегатного состояния (выпаривание, конденсация, сублимация, тепловая сушка и др.), а также комбинированным способом (вакуумсублимационная сушка, с использованием перегретого пара, со сбросом давления, ИК- и

432

ВЧ-нагрев и др.), которые могут рассматриваться как системы со сложными внутренними физико-химическими связями.

По способу подвода теплоты к продукту различают: конвективную сушку (непосредственное соприкосновение продукта с сушильным агентом), кондуктивную сушку (передача теплоты от теплоносителя к продукту через разделяющую перегородку), вакуум-сублимационную сушку (испарение замороженного продукта при глубоком вакууме), диэлектрическую сушку (нагревание сырья в электромагнитном поле) и др.

Механизм обезвоживания влажного пищевого сырья условно делится на два этапа: при сушке происходит испарение воды в окружающую среду с поверхности пограничного слоя материала (внешний тепломассообмен) и внутри продукта влага перемещается путем диффузии (внутренний тепломассообмен). Наиболее полное изложение научного обеспечения процесса сушки пищевых сред представлено в работах А.В. Лыкова и Ю.А. Михайлова.

Вобщем случае сушка является нестационарным термодиффузионным процессом, в котором влагосодержание продукта и его температура непрерывно изменяются во времени. И без того сложный анализ становится еще более затруднительным при осуществлении этого процесса в непрерывном режиме, поскольку приходится совместно учитывать весь комплекс сопутствующих явлений — гидродинамику, тепло- и массообмен и др. Для разработки рациональных конструкций сушильных агрегатов и оптимальных режимов сушки необходимо знать кинетические закономерности процесса и условия его моделирования.

Сушильные установки, применяемые в пищевой промышленности, отличаются разнообразием конструкций и подразделяются:

– по способу организации процесса (периодические или непрерывного действия);

– по состоянию слоя (плотный, неподвижный, пересыщающийся, кипящий и др.);

– по виду используемого теплоносителя (воздух, газ, пар, топочные газы и др.);

– по способу передачи теплоты (конвективные, кондуктивные, радиационные, диэлектрические и др.);

– по давлению воздуха в сушильной камере (атмосферные, вакуумные, сублимационные и др.).

Вконвективных сушильных установках (сушильный агент выполняет функции теплоносителя и влагопоглотителя) градиент температуры направлен в сторону, противоположную градиенту влагосодержания, что замедляет удаление влаги из продукта.

Кондуктивный способ обезвоживания основан на передаче теплоты продукту при соприкосновении с горячей поверхностью, при этом воздух служит только для удаления водяного пара из сушилки, являясь влагопоглотителем.

Сушка токами сверхвысокой частоты основана на том, что диэлектрические свойства воды и сухих веществ пищевых продуктов различаются, при этом влажный материал нагревается значительно быстрее, чем сухой. Возникающие здесь градиенты влагосодержания и температуры совпадают, что интенсифицирует процесс сушки.

При сублимационной сушке отсутствует контакт продукта с кислородом воздуха, основное количество влаги удаляется при сублимации льда ниже 0 °С, и только удаление остаточной влаги происходит при нагреве продукта до 40…50 °С.

Конструкция сушилки должна, прежде всего, обеспечить равномерный нагрев и сушку продукта при надежном контроле его температуры и влажности. Сушилки должны иметь достаточно высокую производительность, но при этом должны быть экономичными по удельным расходам теплоты и электроэнергии, иметь возможно меньшую металлоемкость.

435

436

15.4. Установки для вакуумной сублимационной сушки

Обезвоживание в глубоком вакууме пищевых материалов производится при остаточном давлении в сушильной камере 13,3…133,3 Па. При этом давлении сублимационная сушка протекает при отрицательных температурах, а вода находится в состоянии льда. Процесс сублимации льда и десублимации паров воды происходит при давлении и температуре ниже тройной точки фазового равновесия воды, которой соответствует температура 0,098 °С и парциальное давление водяных паров 613,2 Па.

При сублимационной сушке продукты сначала быстро замораживают, а потом помещают в вакуумную камеру, где производится откачка давления остаточных газов до 2,8-8,0 Па. В вакууме происходит интенсивное испарение льда с поглощением теплоты. Испаряемая влага не откачивается насосами, а конденсируется на десублиматорах, охлаждаемых до температуры ниже –55 °С.

При сушке сублимацией в период охлаждения и самозамораживания (первый период) испаряется 5-20 % влаги; в период сушки сублимацией (второй период) из продукта в замороженном состоянии удаляется 75-80 % влаги и при тепловой сушке (вакуумная досушка) удаляется 5-15 % влаги. Продолжительность сублимационной сушки длительная и колеблется от 8 до 20 ч (в зависимости от режима сушки). Затраты количества теплоты на испарение 1 кг воды при сублимационной сушке (кДж/кг):

Вакуум-сублимационная установка УСС-5 предназначена для сушки пищевых продуктов широкого ассортимента (творог с фруктовыми добавками, лук репчатый, шампиньоны, закусочные блюда, соки, напитки, первые и вторые кулинарно готовые обеденные блюда и др.) путем замораживания и последующего перехода льда в пар (минуя жидкую фазу) при нагревании под вакуумом.

Установка (рис. 15.5) состоит из трех блоков-модулей, каждый из которых включает в себя сублиматор 3 и выносной десублиматор 7.

Рис. 15.5. Вакуум-сублимационная установка УСС-5

Системы холодоснабжения, вакуумирования, подачи жидкого теплоносителя, автоматического контроля, регулирования и управления процессом являются общими для

438

Установка состоит из сублиматора 1, насосной установки 7 гидропривода, бака с насосом 8 для удаления подтаявшего льда, подвесных путей 4, поворотной стрелки 3, коллектора 5 вакуумных трубопроводов, газового аммиачного коллектора 2 десублиматоров, трубопроводов 6 подачи жидкого аммиака в десублиматор, направляющих 9 для выдвижения нагревательных устройств, холодильной установки,

системы энергопитания, системы автоматического контроля, регулирования и управления процессом.

Сублиматор 1 представляет собой цилиндрический горизонтально установленный корпус, внутри которого размещены десублиматор продуктовых тележек, два выдвижных нагревательных устройства, штанговый толкатель для передвижения продуктовых тележек, вакуумные и аммиачные трубопроводы с запорной арматурой. Встроенный десублиматор (конденсатор) выполнен из труб в виде десяти однорядных секций с индивидуальной подачей хладагента и разделен симметрично на две равные части по пять секций в каждой. Между секциями на подвесных путях размещаются нагревательные устройства и продуктовые тележки. Внутри корпуса предусмотрены два желоба для удаления льда с форсунками для его измельчения и гидротранспортировки, штанговый толкатель для загрузки продуктовых тележек в сублиматор и выгрузки их из сублиматора, подвесные пути. Корпус по торцам закрывается двумя шарнирно подвешенными крышками, в нижней части имеет три опоры.

Выдвижные нагревательные устройства состоят из двух тележек, выполненных в виде односторонних консольных этажерок, на которых закреплены электрические плоские нагревательные панели из нагревательного кабеля. Каждое устройство имеет 6 съемных панелей в горизонтальном ряду и 21 ряд панелей по вертикали.

Продуктовые тележки служат для размещения на них противней с сублимируемым продуктом. На каждой тележке размещается 20 рядов противней (по 2 противня в каждом).

Насосная установка 7 состоит из двух вакуум-насосов ВН-500М для предварительного вакуумирования в течение 8 мин до остаточного давления 100…50 Па и двух вакуум-насосов ВН-7ГМ для поддержания в сублиматоре рабочего давления в течение всего периода сушки. Контроль вакуума в сублиматоре 1 и управление работой вакуум-насосов осуществляется вакуумметрами.

Холодильная установка включает два двухступенчатых аммиачных холодильных агрегата АДСРБ-200 общей холодопроизводительностью 839 000 кДж/ч.

440

углом, соответствующим углу естественного откоса высушиваемого продукта и устанавливаемым рукояткой 9. Под перфорированным участком барабана расположен разгрузочный шнек 3, один конец вала которого соединен с приводом 2, другой конец – с цепной передачей. Корпус 4 снабжен разгрузочным патрубком и шлюзовым затвором.

Сушилка работает следующим образом. Посредством привода 2 приводятся во вращение разгрузочный шнек 3 и барабан 5. Привод 2 снабжен устройством 12 для натяжения цепи. В барабанный дозатор 7 подается через трубопровод, гофрированный гибкий патрубок и полый вал жидкий продукт. При вращении барабана 5 вступают в зацепление острые кромки насадок в пазы дозатора 7, приводя последний во вращение, что обеспечивает его перекатывание по насадкам. Одновременно при достижении подпружиненным клапаном середины овалообразного углубления посредством неподвижного копира 10 и толкателя происходит отжатие клапана и заполнение углубления жидким продуктом. Далее при выходе ролика толкателя из взаимодействия с неподвижным копиром 10 клапан возвращается в исходное положение, а жидкий продукт, находящийся в овалообразном углублении, под воздействием вакуума начинает интенсивно испаряться и самозамораживаться.

При этом надежность контакта барабанного дозатора 7 и насадок обеспечивается прижатием пружин растяжения. Образованная в результате самозамораживания пористая масса продукта разрушается при вращении барабана 5 и поступает в рабочую зону. Кроме этого процессу разрушения пористой массы со стороны углублений насадок способствует давление эластичных мембран, создаваемое посредством взаимодействия роликов толкателей с неподвижным копиром 11. В результате такого разрушения образуются неоднородные по размерам гранулы замороженного продукта.

При вращении барабана 5 продукт интенсивно перемешивается, измельчается и равномерно сохнет за счет тепла источников инфракрасного нагрева. Для обеспечения более полного использования энергии от источников инфракрасного нагрева их панель устанавливается рукояткой 9 под углом, соответствующим углу естественного откоса высушиваемого продукта.

При прохождении по сплошному участку барабана 5 гранул продукта происходит полная сублимация влаги из мелкодисперсной фракции, после чего она удаляется через перфорированный участок за пределы барабана 5.

Продолжительность прохождения продукта по сплошному участку регулируется изменением угла наклона к горизонту всей сушилки с помощью подъемника 8.

Оставшиеся крупные гранулы продукта досушиваются в перфорированной части барабана 5, где высохший слой продукта отделяется от гранул за счет трения их между собой и о перфорацию барабана 5 и, просыпаясь через ячейки, удаляется разгрузочным шнеком 3 через патрубок и шлюзовой затвор на конвейер 1.

Разработанная конструкция позволяет интенсифицировать процесс сушки по сравнению с периодической сушилкой и значительно снизить энергозатраты на получение готового продукта.

Техническая характеристика вакуум-сублимационной сушилки ВСГ: