Введение
Сушка – один из наиболее распространенных способов удаления влаги из материала. В пищевой промышленности этот процесс применяется для уменьшения массы продуктов, повышения их транспортабельности и стойкости при хранении. Широкий ассортимент высушиваемых материалов обуславливает использование различных способов подвода теплоты и ведения процесса и, соответственно, разных типов и конструкций сушилок.
Задача технологии сушки как научной дисциплины заключается в разработке методов управления процессами, протекающими в самом материале – объекте сушки, с целью получения продукта высокого качества с регламентированными физико-химическими, структурно-механическими и органолептическими показателями.
Влажные материалы как объекты сушки имеют различные специфические особенности, которые обусловлены их природой (продукты животного или растительного происхождения, минеральное сырье и т.п.) и структурой (капиллярно-пористые, коллоидные, капиллярно-пористые коллоидные), химическим составом, методами предварительной обработки и подготовки к сушке. Особо следует отметить такие свойства, как термостабильность и влагоинерционность, приводящее к быстрому нагреву продукта до предельной температуры при сравнительно малой влагоотдаче; специфические реологические свойства, вызывающие деформацию и растрескивание материала и т.д. Во влажных материалах существуют различные формы и виды связи влаги, причем в условиях «глубокой» сушки приходится удалять влагу, весьма прочно связанную со скелетом продукта.
Технологические свойства материалов могут описываться термодинамическими характеристиками (потенциал влагопереноса, удельная
массоемкость, термо-градиентный коэффициент, энергия связи и др.), т.е. технология сушки непосредственно увязывается с термодинамикой массопереноса.
В ряде производств роль сушки значительно расширяется в связи с использованием ее не только для обезвоживания материалов, но и с целью осуществления различных совмещенных технологических процессов и химических реакций (перемещение внутри материала водорастворимых минеральных веществ, ферментов и т.п., окисление, ускорение релаксации внутренних напряжений, обжарка и др.).
Сушка как технологический процесс во многом зависит от предварительной подготовки материала, поэтому важное значение имеет операция по подготовке продукта к сушке, в которых используются различные методы механического и физико-химического воздействия (разрыхление, диспергирование, придание рациональной формы, виброобработка пастообразных материалов, применение ПАВ и т.п.).
Таким образом, сушка влажных материалов на современном предприятии – это сложный технологический процесс.
Состояние вопроса
В зависимости от свойств продукта подбирают способ подвода тепловой энергии (конвективный, контактный, радиационный и др.), а также давление внешней среды (атмосферное или вакуум). Широкое распространение находит как контактная, так и конвективная сушка с механическим перемешиванием и перемещением материала.
Часто используются, несмотря на сложность и дороговизну, барабанные сушилки, в работе и конструкции которых достигнут значительный прогресс. Например, для сушки и охлаждения сахара используется однобарабанная сушильная установка вместо ранее применявшейся двухбарабанной.
Большое распространение получили различные конструкции пневматических сушилок (трубы-сушилки, аэрофонтанные, которые нашли применение, например, в крахмальной промышленности и при сушке зерна). Хотя эти сушилки позволяют использовать сушильный агент высокой температуры, их недостатками являются большая высота установки и малое время пребывания частиц в сушилке. Поэтому они используются для сушки кристаллических продуктов, содержащих в основном легко удаляемую поверхностную влагу.
Модификацией пневматической сушилки, позволяющей уменьшить высоту, является сушилка с двойными, коаксиальными трубами. Подъем горячей аэросмеси в такой сушилке происходит по внутренней, а опускание – по внешней трубе.
Получил широкое применение метод сушки сыпучих материалов в кипящем слое, пригодный для высушивания материалов, содержащих связанную влагу. Установки с кипящим слоем просты в конструктивном оформлении, в эксплуатации, легко могут быть автоматизированы, в них можно
совмещать процессы сушки и сепарации. Стоимость сушилки кипящего слоя низка по сравнению со стоимостью барабанных и ленточных конвейерных сушилок, а увеличенный расход энергии (по сравнению с барабанными сушилками) окупается ее преимуществами.
Интенсивное перемешивание в кипящем слое обуславливает высокий теплообмен и массообмен, высокую скорость и качество сушки. Процесс может быть осуществлен как по периодической, так и по непрерывной схеме.
Сушилки с псевдоожиженным слоем прямоугольного сечения позволяют получать более равномерное, чем у круглых сушилок, распределение времени пребывания продукта в сушильной камере и применяются для сушки продуктов, которые нельзя долго подвергать действию высокой температуры. Перед выгрузкой продукт продувается холодным воздухом.
Наряду с сушилка аэрокипящего слоя используются вибрационные сушилки. Виброкипящий слой создается как за счет аэродинамических свойств агента, так и воздействием на материал вибрационных колебаний. Он пригоден для сушки различных дисперсных материалов, в том числе для мелкодисперсных и слипающихся. Виброкипящий слой имеет преимущества перед аэрокипящим. В нем может создаваться во всем объеме перекрестный ток и противоток, что в аэрокипящем слое затруднительно интенсивной циркуляцией частиц.
Технические описания и расчеты