Обработка результатов испытаний

Обработка результатов сводится к построению разгонной характерис­тики влажности в процессе увлажнения и осушения (вентиляции) и рас­чету параметров влажного воздуха в камере.

1. По результатам эксперимента (таблица 2.3) строят разгонную влаж-
ностную характеристику, как показано на рис 2.1. По графику находят время необходимое для достижения постоянной влажности, отдельно для
режима увлажнения и осушения.

2. Расчет количества необходимой влаги для хранилища при внутренней
вентиляции. Расчет количества необходимой для увлажнения воды W _v производят в следующей последовательности:

Задают начальную температуру и относительную влажность воздуха в камере, имеющиеся до увлажнения t _by и ф _by;

Задают конечную температуру и относительную влажность воздуха в камере, которые необходимо достигнуть при увлажнении t _ky и φ_ky;

Определяют плотность наружного воздуха ρ_b для данной температуры и влажности наружного воздуха.

Измеряют внутренние габариты камеры a,b,h - длину, ширину и высоту, м, определяют объем камеры V _k = abh, м³;

Определяют по i-d диаграмме (Приложение 2), влагосодержание воз­духа D _by до увлажнения и после - D _ky;

Рассчитывают D_by = D_ky – D_by - разность между влагосодержанием воз­духа после и до увлажнения, г/кг;

2.3. Протокол проведения лабораторной работы
Влажность наружного воздуха, φ= %

Температура наружного воздуха, t = °C

2.4. Расчет параметров влажного воздуха при увлажнении и испарении

Количество необходимой для увлажнения влаги равно: W_v=V_k*ρ_b*D_dy* 0.001, кг.

3. Количество испаренной влаги с модели продукции, W ₁

Количество испаренной влаги определяется аналогично п. 2 для отно­сительной влажности, достигнутой в камере к данному времени.

Задают начальную температуру и относительную влажность воздуха в камере до начала испарения t_bi и φ_bi;

Задают конечную температуру и относительную влажность воздуха в камере, которые будут достигнуты при испарении с продукции t _ki и φ_ki

Дальнейший расчет:

W₁=V_k*ρ_b*D_di*0.001,кг

Результат расчетов свести в таблицу 2.4.

Отчет

Содержит схему камеры и влагопритоков, графическую зависимость влажности от времени увлажнения и осушения (вентиляции), а также вре­мени работы вентилятора без увлажнителя, результат расчета параметров влажного воздуха (таблица 2.4).

Контрольные вопросы

Какие способы измерения влажности вы знаете?

Какие способы увлажнения вы знаете?

Отчего зависит время достижения заданной влажности в камере?

Как рассчитать количество испарившейся с продукции влаги?

Как рассчитать необходимое количество воды для увлажнения?

Как рассчитать количество удаленной из камеры влаги?

Почему работающий вентилятор влияет на относительную влажность

в камере?

Как изменится Влагосодержание в камере, если работает только

вентилятор без увлажнителя?

Работа 3. Исследование инфракрасной сушилки растительной продукции

Цель. Изучить устройство и принцип действия инфракрасной конвек­тивной сушилки растительной продукции.

Экспериментально определить ее энергетические характеристики.

Теоретические основы

Сушка продукции является одним из распространенных технологичес­ких приемов при переработке и сохранении продукции. При сушке из про­дукции удаляется большая часть влаги.

Различают капиллярную и химически связанную воду в продукте. Ка­пиллярная вода подразделяется на свободную (макро капиллярную) и гигроскопическую (микро капиллярную).

Свободная вода расположена в капиллярах радиусом более 10 ^-7 м, гиг­роскопическая - менее 10 ^-7 м. Свободная вода заполняет капилляры толь­ко при непосредственном соприкосновении с последними. Гигроскопи­ческая вода проникает в микро капилляры путем непосредственного со­прикосновения с материалом и путем сорбции из влажного воздуха.

Химически связанная вода наиболее прочно соединена с материалом, она входит в состав его молекул.

При сушке продукта удаляется капиллярная вода.

Всякий материал может быть высушен только до равновесной влажно­сти, соответствующей относительной влажности и температуре сушиль­ного агента. Равновесная влажность наступает тогда, когда парциальное давление водяного пара над продуктом приходит в равновесие с парци­альным давлением водяного пара в воздухе.

При сушке происходят следующие процессы:

испарение влаги с поверхности высушиваемого материала;

передвижение влаги из внутренних частей высушиваемого продукта к его поверхности;

Обмен тепла между сушильным агентом и высушиваемым продуктом.

При наиболее распространенных методах сушки агентом - теплоноси­телем является воздух, который передает продукту тепло, способствует испарению воды и уносит образующиеся пары воды.

Процесс испарения влаги с поверхности высушиваемого продукта в су­шильной технике называют процессом внешней диффузии влаги. Чем боль­ше поверхность высушиваемого продукта и скорость движения воздуха, выше температура t_sa и ниже относительная влажность воздуха (сушильно­го агента), тем интенсивнее идет испарение влаги с поверхности.

В первое время сушки, когда температура продукта мала, идет его нагрев и повышение температуры (рисунок 3.1, период I). Скорость сушки dW/dτ увеличивается от нуля. По времени период относительно невелик.

Период II начинается при достижении продуктом температуры влаж­ного термометра t_vt. В этот период влажность его высока, испарение с поверхности происходит так же, как испарение с поверхности жидкости.

Практически этот период продолжается до тех пор, пока не испарится 50-60% влаги. Дальнейший ход сушки зависит от перемещения влаги внут­ри продукта.

Перемещение влаги внутри продукта называют внутренней диффузией влаги. Вследствие ее испарения с поверхности влага перемещается от внут­ренних частей продукта к внешним, стремясь выровнять концентрацию во всех точках.

Одновременно происходит и обратное термодиффузное движение влаги, вызываемое разностью температур в разных точках продукта и направлен­ное от более нагретых участков к менее нагретым, т.е. от периферии к цен­тру. Но вследствие малой температурной разницы внешних и внутренних слоев при сушке берет перевес перемещение влаги из внутренних к вне­шним, где концентрация влаги понижается испарением. Большое значение имеет соразмерность процессов внешней и внутренней диффузии влаги. Если внешняя диффузия влаги намного опережает внутреннюю, то поверхность продукта будет пересыхать, может образоваться корочка, которая ухудшит качество продукта и затруднит дальнейшую диффузию влаги. Когда влаж­ность на поверхности продукта понизится, тогда начинается III, заключи­тельный период сушки, происходящий с убывающей скоростью. Скорость сушки в этот период будет определяться влажностью поверхности про­дукта, зависящей от интенсивности внутренней диффузии влаги.

Когда влажность на поверхности продукта достигнет равновесной, ско­рость сушки снизится до нуля, а температура продукта начинает подниматься. Температура продукта t = t_sa становится равной температуре су­шильного агента в период, когда влажность продукта как на поверхнос­ти, так и внутри достигнет равновесного состояния и процесс испарения влаги прекратится.

Рис.3.1.Зависимости влажности W (I),температуры Т (2) dW/dt (3) продукта от времени сушки:

I - период нагрева продукта;

II - период сушки с постоянной температурой и максимальной скоростью;

III- период достижения равновесной влажности.

Методы энергоподвода при сушке следующие.

Традиционной является сушка с помощью естественного тепла сол­нечных лучей, основным компонентом которых является инфракрасное излучение (ИК). Она осуществляется на открытом воздухе или под наве­сом с естественной или принудительной вентиляцией.

Конвективная — сушка за счет нагретого воздуха. Имеет широкое рас­пространение. В качестве энергоносителя применяют пар, электрические нагреватели.

Сушка электромагнитной энергией сверхвысокой частоты (СВЧ): СВЧ-энергия проникает в продукт, раскачивает молекулы, нагревает его. За счет повышения температуры происходит испарение влаги. Причем температура вне объекта остается низкой, нагревается только сам объект.

Сублимационная сушка основана на явлении сублимации или возгон­ки, при которой влага из твердой фазы - льда - переходит в газообразную -пар, минуя жидкую. Сублимационную сушку проводят при низкой темпера­туре и высоком вакууме. В таких условиях из продукта интенсивно испаря­ется влага, благодаря чему температура продукта понижается еще больше. Выделившаяся часть влаги отсасывается из сублиматора. Для удаления из замороженного продукта оставшейся влаги необходимо подвести дополни­тельное тепло в таком количестве, чтобы испарение происходило, но про­дукт оставался в замороженном состоянии.

Инфракрасная сушка: продукция облучается инфракрасным излуче­нием (длина волны более 800 нм.). За счет его проникновения в продукт на 5... 10 мм создается температурный градиент, который из продукта спо­собен при небольших температурных перепадах успешно удалять влагу.

Инфракрасное излучение имеет ту же физическую природу, что и све­товое: электромагнитные колебания, но с более длинными волнами.

В качестве источника ИК - излучения используют электрические спи­ральные нагреватели с температурой поверхности 873-1173 °К, лампы накаливания, кварцевые трубки с температурой нити до 2500 °К, а также газовые горелки, в которых происходит беспламенное сжигание газа при температуре поверхности 1073-1173 ^оК.

Применение инфракрасного излучения значительно интенсифицирует многие технологические процессы - сушку, выпечку, обжарку и другие за счет значительного увеличения плотности теплового потока на поверхно­сти облучаемого материала и проникновения лучей внутрь материала. Инфракрасные лучи, проходя путь от генератора излучения до объекта в миллионные доли секунды и не встречая сопротивления пограничного слоя (что наблюдается при конвективной сушке), обеспечивают эффективное нагревание материала за счет интенсификации движения атомов и моле­кул в его поверхностных и глубокорасположенных слоях.

В зависимости от свойств облучаемого материала и температуры из­лучателя, от которой зависит длина волны, инфракрасные лучи способ­ны проникать в толщу материала. Для многих пищевых продуктов с уменьшением длины волны глубина проникновения увеличивается. Про­ницаемость материала зависит от многих факторов: структуры, оптичес­ких и терморадиационных характеристик поверхности, влагосодержания и форм связи влаги в материале, пористости материала и др. Для пищевых продуктов глубина проникновения инфракрасного излучения составляет до 7-12 мм. Чем глубже располагается слой, тем меньше ин­фракрасной энергии проникает в него. Пропускание энергии излучения подчиняется экспоненциальной зависимости

Т=Т₀ *е^-Ьх

где Т- проницаемость слоя, %; Т ₀=1-R ₀ - доля лучистой энергии, вос­принятой материалом, %; R _n - доля лучистой энергии, отраженной от поверхности материала, %; b - коэффициент ослабления энергии; х - толщина расположения слоя.

Значительная плотность теплового потока на поверхности материала, а также проникновение в него инфракрасных лучей, существенно влияют на энергетические показатели сушки.