CC BY
16
УДК 664.844+621.57
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СУШКИ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕПЛОВОГО НАСОСА
Е.Н. Горяка1, Ю.А. Юрков2, И.П. Сарайкина3
1-3Камчатский государственный технический университет, г. Петропавловск-Камчатский, 683003
2e-mail:yurkov_ua@kamchatgtu.ru
В данной работе обсуждаются вопросы, связанные с экспериментальными исследованиями сушки бурых водорослей с использованием теплового насоса. Определены основные режимные параметры в процессе сушки. Проведены исследования процесса сушки в две ступени, позволяющие сократить общее энергопотребление по сравнению с существующими технологиями.
Ключевые слова: сушка морской капусты, тепловой насос, температура и скорость потока воздуха.
Determination of optimum conditions for drying of brown algae using the heat pump. E.N. Goryaka1, Y.A. Yurkov2 , I.P. Saraykina3 (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003)
In this paper we discuss issues related to experimental studies of drying kelp using a heat pump and identify main regime parameters in the drying process. The investigations of the drying process in two steps, which reduce the overall power consumption compared to existing technologies, are conducted.
Key words: seaweed drying, heat pump, temperature and air velocity.
В современных условиях в мире, особенно в развитых странах, возросло внимание общества к проблемам долголетия и здоровья. Решение их напрямую связано с качеством питания и повышением иммунного статуса и выносливости организма в зависимости от состояния окружающей среды. Все это определяет спрос широких слоев населения на продукты питания с включением в них самих водорослей или продуктов их переработки, а также на лекарственные и лечебно-профилактические препараты из водорослей. Как известно, те и другие обладают ярко выраженным иммуностимулирующим и в определенной мере цитокинетическим действием.
Самым распространенным способом консервирования морских водорослей является сушка. В результате высушивания содержание воды в водорослях снижается до 18-22%. Данный способ консервирования позволяет длительно хранить водоросли без снижения качества и бактериальной порчи [2].
Для использования в качестве продуктов питания из камчатских водорослей наиболее пригодны ламинариевые, запасы которых у восточной Камчатки составляют около 200 тыс. т. [1], тем не менее камчатская рыбная промышленность до сих пор не имеет должного опыта по добыче, переработке и использованию морских водорослей.
Таким образом, можно сделать вывод о необходимости создания энергосберегающей технологии сушки морских водорослей на базе парокомпрессионного теплового насоса.
Целью исследований является определение оптимальных скоростей воздуха в процессе многоступенчатой сушки морской капусты при различных температурах среды с использованием теплового насоса.
Процесс сушки осуществлялся по замкнутому контуру с полной рециркуляцией воздуха. Тепловой насос использует низкопотенциальную теплоту конденсации влаги насыщенного воздуха для поддержания требуемой температуры воздушного потока в сушильной камере.
Сухой горячий воздух поступает в сушильную камеру, где насыщается за счет тепломассообмена между воздухом и продуктом (удаление влаги из продукта). При этом температура воздуха понижается, а влагосодержание увеличивается. Далее влажный воздух поступает в испаритель теплового насоса, где охлаждается до температуры насыщения с одновременным удалением выпавшей влаги во влагосборник. Сухой воздух поступает в конденсатор теплового насоса, где нагревается, после чего снова поступает в сушильную камеру.
Эксперименты проводили для различных вариантов:
- вариант № 1 - при постоянной температуре воздуха плюс 80°С и меняющейся скорости воздуха в диапазоне от 1 до 4 м/с;
- вариант № 2 - при постоянной температуре воздуха плюс 70°С и меняющейся скорости
воздуха в диапазоне от 1 до 4 м/с;
- вариант № 3 - при постоянной температуре воздуха плюс 60°С и меняющейся скорости воздуха в диапазоне от 1 до 4 м/с;
- вариант № 4 - при постоянной температуре воздуха плюс 50°С и меняющейся скорости воздуха в диапазоне от 1 до 4 м/с.
Для обеспечения достоверности результатов экспериментов исследования проводились на морской капусте одного вида и одной даты вылова. Для каждого варианта сушки ставили по четыре опыта.
На основании проведенных исследований были получены следующие зависимости для четырех исследуемых вариантов в процессе сушки морской капусты:
1) влагосодержания продукта W в зависимости от времени протекания процесса т, W = Дт) (рис. 1);
2) изменения температуры продукта г в зависимости от времени протекания процесса т, г = /т) (рис. 2).
Анализ экспериментальных исследований показал, что существенное влияние температуры и скорости воздуха на процесс сушки морской капусты наблюдается в период постоянной скорости сушки. При этом влагосодержание продукта находится в пределах от 90% до 50%. Это объясняется тем, что в данный период происходит интенсивный перенос влаги из центра продукта к его поверхности, вследствие чего требуются существенные энергозатраты для ее удаления. Продолжительность указанного для исследуемых вариантов периода находится в пределах от 50 до 70 мин.
Понижение температуры от плюс 80°С до плюс 60°С при скорости воздуха 4 м/с увеличивает продолжительность сушки на 44%. При понижении температуры от плюс 80°С до плюс 70°С продолжительность сушки увеличивается на 26% при той же скорости воздуха.
В период убывающей скорости сушки влияние температуры и скорости воздуха не столь существенны. Это связано с уменьшением количества внутренней влаги, а скорость сушки зависит от прочности связи влаги с материалом и скорости ее переноса от центра к поверхности.
Продолжительность сушки т при скорости воздуха 4 м/с и температуре плюс 80°С составляет 60 мин, а при температуре 60°С т = 80 мин. С понижением температуры воздуха в период убывающей скорости сушки влияние скорости воздуха на продолжительность сушки резко снижается.
При температуре плюс 60°С и скорости 2 м/с продолжительность сушки от влагосодержания 50% до 20% больше на 12% и составляет т = 60 мин по сравнению с сушкой при температуре плюс 60°С и скорости воздуха 4 м/с.
W, %
100 -I
0 -I----------------------1---------------------1----------------------1---------------------
т , мин
0 50 100 150 200
Рис. 1. Изменение влагосодержания продукта в процессе сушки для различных вариантов при различных температурах и скоростях потока воздуха Ш=/(г): I - г = 60°С, и = 2 м/с;
II- г = 60°С, и = 4м/с; III- г = 80°С, и = 2м/с; IV- г = 80°С, и = 4м/с
Продолжительность сушки, мин
Рис. 2. Зависимость температуры продукта от продолжительности сушки г = /(г):
I - г = 80°С, и = 4 м/с; II - г = 80°С, и = 2 м/с; III - г = 60°С, и = 4 м/с; IV - г = 60°С, и = 2 м/с
Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод о том, что процесс сушки целесообразно разбивать на две ступени. Первая ступень - это сушка морской капусты при постоянной скорости сушки, от влагосодержания 90% до 50%, при температуре воздуха плюс 80°С и скорости 4 м/с. Вторая ступень - это сушка, при убывающей скорости сушки, от влагосодержания 50% до 20%, при температуре воздуха плюс 60°С и скорости 2 м/с. Результаты
экспериментальных исследований по предложенной двухступенчатой технологии сушки морской капусты представлены на графиках рис. 3.
W, % t, °С
Рис. 3. Зависимость температуры воздуха (t) от продолжительности сушки (кривая 2) и влагосодержания продукта (W) (кривая 1) от продолжительности сушки (т). 1 ступень:
V = 4 м/с, t = 80°С; 2 ступень: V = 2 м/с, t = 60°С, 1 - W = /(т), 1’ -1 = /(т)
На основании полученных результатов и технико-экономических расчетов можно сделать вывод о том, что использование теплового насоса для процесса сушки в две ступени позволяет сократить на 20% общее энергопотребление по сравнению с сушкой в туннельных сушильных установках.
Литература
1. Клочкова Н. Г., Березовская В. А. Водоросли камчатского шельфа. Распространение, биология, химический состав. - Владивосток; Петропавловск-Камчатский: Дальнаука, 1997. - 155 с.
2. Технология продуктов из гидробионтов / С. А. Артюхова, В. Д. Богданов, В. М. Дацун и др.; Под ред. Т.М. Сафроновой и В.И. Шендерюка. - М.: Колос, 2001. - 496 с.
