CC BY
26
РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ТЕМА НОМЕРА
УДК 664. 8. 047
Интенсификация процесса сушки сельхозпродуктов
комбинированным методом подвода энергии
Ф.Ю. Хабибов, ассистент, Х.Ф. Джураев, д-р техн. наук, профессор, О.Р. Абдурахмонов
Бухарский технологический институт пищевой и легкой промышленности
Известно, что плоды и овощи, а также продукты их переработки пользуются устойчивым спросом как на внутреннем, так и на внешнем рынках.
Для продовольственного обеспечения населения необходимо интенсифицировать производство качественных консервированных продуктов питания путем совершенствова-
Ключевые слова: сельхозпродукция; сушка; интенсификация; комбинированный метод подвода энергии.
Key words: agricultural products; drying; intensification, combined method of energy supply.
Повышение эффективности и интенсификация процесса сушки могут быть успешно решены путем применения акустического воздействия на продукт.
ния переработки сельскохозяйственного сырья, интенсификации производства, разработки и внедрения новых высокоэффективных установок, в целях сбережения энергетических ресурсов.
Один из основных способов переработки продуктов - сушка, которая относится к энергоемким процессам. Существующие сушильные установки весьма дороги, энергоемки и иногда малоэффективны [1-3]. Овощи и фрукты, подвергающиеся сушке, являются незаменимым источником важнейших биологически активных веществ - витаминов, углеводов и минералов, необходимых для нормальной жизнедеятельности человека.
Решение же проблемы интенсификации процесса сушки требует разработки и внедрения новых высокоэффективных методов обработки установок и технологий с оптимальным техническим воплощением.
Рис. 1. Схема лабораторно-экспериментальной установки комбинированной сушки: 1 - камера; 2 - калорифер; 3 - измеритель параметра акустического излучения осциллограф; 4 - усилитель; 5 - компьютер; 6 - акустический излучатель; 7 - потенциометр КСП для измерения температуры продукта; 8 - манометрический термометр; 9 - весы ВЛКТ-500; 10 - инфракрасные излучатели
Комбинированный метод сушки плодов и овощей - перспективный метод обезвоживания, включает им-пульсно-акустическую обработку влажного материала в процессе ИК-конвективной сушки.
Повышение эффективности и интенсификация процесса сушки могут быть успешно решены путем применения акустического воздействия на продукт, позволяющий создавать рациональные схемы аппаратурного оформления и использования энергии.
Преимущества комбинированного метода сушки состоят в интенсификации процесса, повышении производительности аппарата за счет сокращения продолжительности процесса.
При сушке продукт подвергается внешней диффузии влаги с поверхности высушиваемого продукта. Чем больше поверхность продукта и скорость горячего воздуха, тем быстрее идет испарение влаги с пограничного слоя продукта. Дальнейший ход сушки зависит от перемещения влаги внутри продукта, т. е. влага устремляется во внешние слои продукта. Этим концентрация влаги во внутренних и внешних слоях стремится к выравниванию.
Одновременно с данными процессами происходит и обратное явление - движение влаги, или термодиффузия влаги, вызываемая разностью температур периферии и центра. В процессе сушки большое значение имеет соразмерность процессов внешней и внутренней диффузии влаги. Если внешняя диффузия влаги будет намного опережать внутреннюю диффузию, то поверхность продукта будет пересыхать до образования твердой корочки и трещин.
Когда влажность на поверхности продукта понизится, начнется второй период сушки, происходящий с убывающей ее скоростью. Скорость сушки в этот период будет определяться влажностью поверхности продукта, зависящей от интенсивности внутренней диффузии влаги.
Сушка продукта с акустической обработкой при ИК-конвективным воздействием проведена на лаборатор-но-экспериментальной сушильной установке (рис. 1).
С целью исследования процесса сушки сельскохозяйственных продуктов проведен ряд экспериментов разных сортов персика с толщиной 5=4 мм (1 - ферганский белый; 2 -окшафтоли; 3 - новый урожайный) с начальной влажностью 1/К=86 %. При проведении процесса сушки персика под воздействием теплово-
RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES
го потока инфракрасных лучей плотностью £>=2,0 кВт/м2 в сочетании с конвекцией снижение влажности сырья практически остановилось к 210-й мин.
Диаграмма показывает ускорение снижения влажности материала после импульсного акустического воздействия. При ИК-конвективном воздействии существенное снижение скорости сушки персика наблюдается при влажности сырья 3235 %, температура поверхности продукта начинает подниматься, и процесс испарения влаги замедляется, т. е. продолжительность процесса сушки увеличивается. Высушенный полупродукт с такими параметрами не дает возможность получения качественного готового продукта, например пищевого порошка, пищевых красителей и т. д.
Для обеспечения необходимой остаточной влажности сухого полупродукта, нужной для дальнейшей его переработки, продукт обрабатывается в акустическом поле, где на границе жидкость - твердое тело при действии источника звука высокой интенсивности происходят разрушительные эффекты.
Один из известных эффектов акустического воздействия - кавитация - процесс образования разрывов в жидкости, либо на границе жидкости и твердого тела.
Под воздействием переменных акустических давлений в жидкости, в фазе отрицательных давлений, образуются разрывы, мгновенно заполняющиеся парами, а также растворенными газами. При захлопывании кавитационных пузырьков возникают ударные волны с большой амплитудой давления. Эти механические усилия служат причиной разрушительного действия акустики.
По уравнению Рэлея, максимальное давление в жидкости на расстоянии г =1,587 Н от центра пузырька будет:
р = 0,16Зро (Но/Н) 3,
где р0 - гидростатическое давление в жидкости, МПа; Н0 - начальный радиус газового пузырька, мкм; Н - конечный радиус газового пузырька, мкм.
При отношении Н0/Н=30 амплитуда локального подъема давления достигает 450 МПа.
Кавитационные полости образуются при определенной интенсивности звука. Минимальная интенсивность звука, при которой возникает кавитация в водопроводной воде, составляет 0,16-2 Вт/см2 при частоте
15 кгц, что является кавитационным порогом [1].
В возникновение и развитие кавитации играют зародышевые центры, представляющие собой
микропузырьки газов и паров, а также мельчайшие взвеси неоднородных включений в жидкости. Наличие зародышей уменьшает прочность жидкости, значительно снижая необходимое усилие разрыва сплошности.
Наиболее интенсивно кавитация развивается на границе раздела сред с различными удельными акустическими сопротивлениями.
С увеличением температуры жидкости понижается порог звукового давления, достаточного для возникновения кавитации. Однако эта зависимость не носит линейного характера, что связано с уменьшением вязкости.
Соотношение между вязкостью (м) жидкости и давлением (рс) имеет вид:
рс=0,753 1д (м/0,0013).
Прочность жидкости на разрыв зависит также от гидростатического давления (р0) столба жидкости. Следовательно, амплитуда давления (рт), при которой начинается образование кавитации, понижается при уменьшении вязкости, так как
рт = РС + р0 .
Продолжительность захлопывания пустого пузырька можно определить по уравнению:
Г =0,915 Я Ур7Р0
Для атмосферного давления собственная частота колебаний пузырька воздуха в воде:
1 =0,328/Н.
В условиях резонанса возникающие давления могут превышать гидростатические в несколько сотен раз.
Комбинированный метод сушки с применением акустической обработки дает возможность существенно сократить продолжительность процесса сушки по сравнению с известными и используемыми на практике способами, повысить производительность установки, имеет важное значение в производстве сухопро-дуктов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аминов, А.Ф. Процесс сушки плодов и винограда нагретым иони-
Время сушки, мин —1— Интенсивность 120 дБ, частота 22кГц —Интенсивность 150 дБ, частота 22кГц
Рис. 2. Кривые сушки персика зависимости от энергоподвода:
скорость сушильного агента - 2,5 м/с; начальная влажность персиков (1 - ферганский белый; 2 - окшафтоли, 3 - новый урожайный) \М=86 %; ИАВ - импульсно-акустическое воздействие
зированным воздухом/А.Ф. Аминов, А.Ф., О.Ф. Сафаров//Хранение и переработка сельхозсырья. - М., 1999. - № 8. - С. 39-41.
2. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов/И.А. Рогов [и др.]; под ред. И.А. Рогова. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.288 с.
3. Искандеров, З.С. Повышение эффективности комбинированных солнечно-топливных сушильных установок для сельскохозяйственных продуктов: Автореф. дисс.... д-ра техн. наук/З.С. Искандаров. - Ташкент, 2001. -32 с.
4. Алламбергенов, Б. Выравнивание неравномерности влажности продукта сушки/Б. Алламбергенов// Эффективное использование энергоресурсов в сельскохозяйственном производстве: Тез. докл. респ. науч.-техн. конф. ТИИИМСХ. - Ташкент, 1993. - 68 с.
Сушка продукта с акустической обработкой при ИК-конвективным воздействием проведена на лабораторно-экспериментальной сушильной установке.
