CC BY
56
ОБОРУДОВАНИЕ уу|
ТЕМА НОМЕРА ДД|
ВЕКА
УДК 66.047
Сушка плодоовощного сырья
с использованием ИК-излучения
Ключевые слова: инфракрасная сушка; плодоовощное сырье; сушка; ИК-излучение; псевдоожиженный слой; комбинированная сушилка.
А.В. Акулич, д-р техн. наук, проф.
Могилевский государственный университет продовольствия, Республика Беларусь, г. Могилев А.В. Темрук, асп.
НПЦ Национальной академии наук Беларуси по продовольствию, г. Минск
В последнее время во всем мире все большее значение приобретают электрофизические методы обработки пищевых продуктов, к которым можно отнести ИК-нагрев и УФ-стерилиза-цию, а также обработку пищевых материалов в полях высокой и сверхвысокой частоты. Для внедрения электрофизических методов в пищевую технологию особый интерес представляют энергоемкие процессы, классические способы реализации которых подошли к пределу своего технического развития. Один из таких процессов - сушка плодоовощного сырья [1].
В рамках государственной программы научных исследований разработана и изготовлена экспериментальная установка (рис. 1) для комбинированной сушки плодоовощного сырья в псевдоожиженном слое с использованием ИК-нагрева [2].
При комбинированном энергоподводе продукт нагревается за счет теплообмена с горячим сушильным агентом (воздухом) в режиме псевдоожиженно-го слоя и облучения ИК-излучателем. Принцип действия экспериментальной установки состоит в следующем. Центробежный вентилятор 1 подает воздух через систему воздуховодов 6 и электрокалорифер 2 в рабочую камеру комбинированной ИК-сушилки 3. Растительное сырье поступает в рабочую камеру ИК-сушилки 3 через верхнюю крышку, где попадает под действие ИК-излучения и нагретого воздушного потока. Под действием ИК-излучения влага, находящаяся в продукте, начинает быстро нагреваться и испаряться. Активный гидродинамический режим нагретого воздушного потока и взвешенных частиц растительного сырья обеспечивает более интенсивное удаление влаги из материала. Кроме того, непрерывное перемешивание взвешенных частиц способствует выравниванию температуры по всему объему материала и, как следствие, уменьшению вероятности локального перегрева и подгорания продукта. Процесс сушки продолжается до достижения постоянной массы продукта. По окончанию процесса сушки электрооборудование установки отключается, и через ниж-
нюю быстросъемную крышку производится выгрузка продукта. Режим работы данной конструкции комбинированной сушилки - периодический. Отработанный сушильный агент отводится из рабочей камеры комбинированной сушилки через верхний патрубок и направляется на очистку от мелкодисперсных частиц высушенного продукта в вихревой пылеуловитель 5 и далее выбрасывается в атмосферу.
На разработанной установке проведены опыты по сушке картофеля при только конвективном, а также комбинированном энергоподводах.
Образцами для испытаний служил нарезанный картофель общей массой 300-500 г. Продукт нарезали в виде соломки различной длины и сечения.
Регулируемыми параметрами при проведении процесса конвективной сушки служили температура и расход сушильного агента (воздуха), а при комбинированной, кроме того, температура рабочей камеры ИК-сушилки, зависящая от продолжительности работы ИК-излучателя.
При проведении экспериментов создавался активный гидродинамический режим псевдоожиженного слоя. По полученным опытным данным построены кривые сушки и кривые скорости сушки картофеля, нарезанного в виде соломки, при конвективном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя (рис. 2, 3), а также кривые сушки и кривые скорости сушки картофеля при комбинированном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя и ИК-излучения (рис. 4, 5).
Анализируя полученные результаты по кинетике сушки картофеля при комбинированном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя и ИК-излу-
Выход отработанного воздуха
а
Вход исходного воздуха
1 V ^ 6 х 10 х 12 '44
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для комбинированной сушки плодоовощного сырья:
I - центробежный вентилятор; 2 - электрокалорифер; 3 - комбинированная ИК-сушилка псевдоожиженного слоя; 4 - электронные весы; 5 - вихревой пылеуловитель; 6 - система воздуховодов; 7 - шиберная задвижка; 8 - шкаф управления; 9 - электронный счетчик электрической энергии; 10 - микроманометр;
II - трубка Пито-Прандтля; 12 - датчик температуры; 13 - и-образные манометры; 14 - опорная металлоконструкция
EQUIPMENT OF
XXI
CENTURY
100
90 80 -о 70
О4
л" 60
| 50 * 40 ¿3 30 20 10
2. Кривые сушки картофеля в виде соломки при конвективном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя:
1 - при температуре 60 °С;
2 - при температуре 70 °С
30 40 50 Время, мин
0
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0
Рис. 4. Кривые сушки картофеля в виде соломки при комбинированном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя и ИК-излучения:
1 - при температуре 60 °С;
2 - при температуре 70 °С
10
20
30 40 Время, мин
50
60
70
2,5
и,1,5
§0,5
и
0 10 20
30 40 50 60 Влажность, %
Рис. 3. Кривые скорости сушки картофеля в виде соломки при конвективном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя: 1 - при температуре 60 °С;
2- при температуре 70 °С
70 80 90
2
2
0
3,5 Рис. 5. Кривые скорости
3 сушки картофеля в виде
соломки при
н и2,5 ---♦ 2 комбинированном
м % энергоподводе в
и, 2 7 » / ■ ■ режиме
и / ■ псевдоожиженного
=11,5 ./ 1 '' "> слоя и ИК-излучения:
ь 1 1- при температуре
ст 1 60 °С;
о р J/ Я 2- при
3°,5 • \ температуре 70 °С
0 0 10 20 30 40 50 60 Влажность, % 70 80 90
чения можно отметить общие закономерности протекания процесса. Чем выше температура сушильного агента и мощность ИК-излучения, а также чем меньше размеры отдельных частиц продукта, тем быстрее протекает процесс сушки. Однако чрезмерное увеличение температуры (свыше 80 °С) не дает существенного выигрыша в скорости сушки, но повышает вероятность подгорания продукта и ускоряет процесс разрушения витаминов [3]. Температурный интервал в 60...70 °С оптимален с точки зрения энергопотребления и скорости протекания процесса сушки. При указанном температурном режиме достигается высокое качество готового продукта.
Скорость сушильного агента должна обеспечивать активный и устойчивый гидродинамический режим псевдоожиженного слоя, т.е. взвешенные восходящим потоком воздуха частицы продукта должны интенсивно перемешиваться, но не выноситься из рабочей камеры аппарата [4].
Из зависимостей кривых сушки (см. рис. 4) и кривых скорости сушки (см. рис. 5) картофеля в виде соломки при комбинированном энергоподводе в режиме псевдоожиженного слоя и ИК-излучения следует, что общий характер изменения кривых принципиально не отличается от кривых конвективной сушки. В период прогрева соломки картофеля скорость сушки значительно возрастает. Этому периоду соответствует удаление поверхностной влаги продукта, образовавшейся после
резки исходного сырья. Далее следует первый период процесса сушки, которому соответствует постоянная скорость процесса. Отклонения формы реальной кривой в первом периоде сушки от формы классической кривой могут быть связаны с некоторыми колебаниями температуры сушильного агента, а также специфическим действием ИК-излучения, ускоряющим процесс испарения влаги при уменьшении влажности продукта. Второй период - период падающей скорости сушки - описывается плавной кривой без каких-либо дополнительных точек перегиба.
Таким образом, чем мельче нарезан продукт, тем больше площадь контакта с сушильным агентом, а следовательно, выше скорость сушки. Однако слишком мелкие частицы имеют склонность к уносу или налипанию на стенки рабочей камеры аппарата, что вызывает трудности при создании активного гидродинамического режима псевдоожиженного слоя. С точки зрения времени сушки оптимальные размеры нарезанного продукта 3х3х30 мм. Длина играет меньшую роль, но желательно, чтобы она была меньше 30 мм.
Сравнительный анализ кривых сушки плодоовощного сырья при конвективном и комбинированном энергоподводах в разработанной сушилке псевдоожиженного слоя показал, что комбинированная сушка с использованием ИК-нагрева сокращает общую продолжительность сушки на 15-25 %, кроме того, улучшается внешний вид высушенного продукта.
Разработанный способ сушки плодоовощного сырья в псевдоожиженном слое с использованием ИК-нагрева подтвердил свою эффективность и может быть рекомендован к внедрению на предприятиях пищевой промышленности для сушки материалов растительного происхождения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Акулич А.В., Темрук А.В., Тимофеева В.Н., Акулич В.М. Исследование кинетики сушки выжимок облепихи/ Тезисы V международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств». -Минск, Издательский центр БГУ, 2005, с. 217-218.
2. Темрук А.В., Акулич А.В. Интенсификация процесса сушки материалов растительного происхождения при комбинированном энергоподводе/Тезисы V международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств». -Могилев.: УО «МГУП», 2006.
3. Акулич А.В, Темрук А.В. Способ сушки дисперсных материалов с комбинированным энергоподводом/Тезисы докладов VI Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств». -Могилев: УО МГУП, 2007.
4. Акулич А.В., Темрук А.В. Исследование процесса сушки выжимок ягод в СВЧ-поле//Вестник Могилевского государственного университета продовольствия. 2008. № 1 (4). С. 87-92.
