Общие сведения. Различают капиллярную и химически связанную воду в продукте

Различают капиллярную и химически связанную воду в продукте. Ка­пиллярная вода подразделяется на свободную (макрокапиллярную), расположеннуюв капиллярах радиусом более 10^-7 ми гигроскопическую (микрокапиллярную), которая находитсяв капиллярах радиусом менее 10^-7 м

Свободная вода заполняет капилляры толь­ко при непосредственном соприкосновении с последними. Гигроскопи­ческая вода проникает в микрокапилляры путем непосредственного со­прикосновения с материалом и путем сорбции из влажного воздуха.

Высокое содержание свободной влаги в продукте способствует ее порче вследствие развития микроорганизмов, поэтому с целью сохранения качества продукции ее подвергают сушке, под которой понимается процесс удаления жидкости (в любой фазе) из материала.

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 и ниже относительная влажность воздуха (сушильно­го агента), тем интенсивнее идет испарение влаги с поверхности.

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.

Сушка продукции может осуществляться естественным и искусственными способами.

1. Естественная сушка – это сушка за счет энергии солнечных лучей, основным компонентом которых является инфракрасное излучение (ИК). Она осуществляется на открытом воздухе или под наве­сом с естественной или принудительной вентиляцией.

Искусственная сушка в зависимости от способов передачи тепла осуществляется конвективным, кондуктивным, радиационным и комбинированным методами. Широкое распространение получило активное вентилирование.

2. Конвективная сушка сводится к использованию нагретого воздуха и в настоящее время имеет достаточно широкое распространение. В качестве энергоносителя применяют пар, электрические нагреватели.Конвективная сушка основана на разности парциальных давлений пара сушильного агента и пара, находящегося над поверхностью высушиваемого материала. Чем выше разность парциальных давлений, тем интенсивнее процесс сушки.

Парциальное давление представляет собой давление только одного компонента газовой смеси.

3. Кондуктивная (контактная) сушка основана на передаче теплоты материалу при соприкосновении с горячей поверхностью. Воздух при этом способе служит только для удаления водяного пара из сушилки и является влагопоглотителем.Горячая поверхность чаще всего обогревается водяным паром, температура которого выше 100 ⁰С, поэтому слои материала, контактирующие с горячей поверхностью, могут достичь этой температуры и происходят местные перегревы. Из-за этого степень растворимости сухих продуктов, полученных по данному способу, составляет 80…85 %. Обязательное условие при данном способе сушки – хороший контакт материала с греющей поверхностью.

4. Микроволновая сушка основана на воздействии на обезвоживаемый продукт интенсивного электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ). Под действием СВЧ поля молекулы воды (диполи) начинают совершать колебательные и вращательные движения, ориентируясь с частотой поля по его электрическим линиям. Движение молекул - это и есть тепловая энергия. Чем больше воды в заданном объеме, чем больше молекул участвует в этом движении, тем больше тепловой энергии выделяется. Таким образом, разогрев происходит во всем объеме продукта, причем более влажные участки получают больше энергии. За счет этого происходит удаление влаги, сушка продукта, и, одновременно, - выравнивание влажности в объеме продукта. Причем температура вне объекта остается низкой, нагревается только сам объект.

5. Сублимационная сушка основана на явлении сублимации или возгон­ки, при которой влага из твердой фазы - льда - переходит в газообразную -пар, минуя жидкую. Принцип сублимационной сушки основан на том физическом факте, что при значениях атмосферного давления ниже определенного порога – так называемой «тройной точки» (для чистой воды: 610 Па при 0°С) вода может находиться только в двух агрегатных состояниях - твердом и газообразном, переход воды в жидкое состояние в таких условиях невозможен. И если парциальное давление водного пара в окружающей среде ниже чем парциальное давление льда, то лед продукции прямо переводится в газообразное состояние, минуя жидкую фазу.

6. Акустическая сушка производится путем воздействия на обезвоживаемый продукт интенсивных ультразвуковых волн.

Принципиальная особенность способа заключается в том, что сушка продуктов протекает без повышения температуры продуктов.Именно поэтому это единственный способ сушки, пригодный для сушки термочувствительных и легко окисляющихся материалов.

7. Инфракрасная (радиационная) сушка основана напоглощении инфракрасного излучения (длина волны более 800 нм.) облучаемым телом, что приводит к увеличению теплового движения атомов и молекул, что и вызывает его нагревание. За счет проникновения ИК-излучения в продукт на 5...12 мм создается температурный градиент, который из продукта спо­собен успешно удалять влагу.На эту глубину проникает небольшая часть энергии излучения, но температура слоя, лежащего на расстоянии 6…7 мм от поверхности материала, растет значительно интенсивнее, чем при нагреве конвективным способом.

Инфракрасное излучение определенной длины волны активно поглощается водой, содержащейся в продукте, но не поглощается тканью высушиваемого продукта, поэтому удаление влаги возможно при невысокой температуре (40…60°С), что дает практически полностью сохранить витамины, биологически активные вещества, естественный цвет, вкус и аромат подвергающихся сушке продуктов. Оборудование для сушки овощей и фруктов, мяса и рыбы, зерна, круп и других пищевых и непищевых материалов основанное на использовании инфракрасного излучения является наиболее перспективным в настоящее время.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 К.

Пропускание энергии излучения подчиняется экспоненциальной зависимости

Т=Т₀×е^-bх (3.1)

где Т - проницаемость слоя, %; Т₀=1-R₀ - доля лучистой энергии, вос­принятой материалом, %; R₀ - 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.