Пособие в области охраны окружающей среды и природопользования (стр. 14 )

5.5.7.2.2 Область применения

К наиболее распространенным видам применения сушки является производство молочных продуктов, например молока сухого цельного, молока сухого обезжиренного, сыворотки, а также кофе, кофейных суррогатов, чая, ароматизаторов, растворимых напитков в порошках и пищевых продуктов на основе зерновых.

5.5.7.2.3 Описание технологий, методов и оборудования

Для высушивания могут применяться два различных принципа: высушивание горячим воздухом и поверхностное высушивание (кондуктивное) посредством передачи тепла через системы теплообмена.

При высушивании горячим воздухом в качестве теплоносителя используется нагретый воздух, находящийся в прямом контакте с обрабатываемым продуктом. Тепло, передаваемое от горячего воздуха в продукт, приводит к снижению содержания влаги в последнем.

При кондуктивном высушивании передача тепла происходит не непосредственно от теплоносителя, а через поверхность. Этот метод имеет два основных преимущества, по сравнению с сушилками в потоке горячего воздуха: требуется меньшее количество воздуха и, следовательно, повышается термический кпд, и процесс может осуществляться при отсутствии кислорода.

Применяются распылительные, вальцовые сушилки, а также вакуумные ленточные и вакуумные стеллажные сушилки.

При распылительной сушке высушиваемый материал взвешивается в воздухе, то есть жидкость превращается в туманообразное или в мелкокапельное состояние, при этом образуется большая поверхность испарения. Жидкость в мелкокапельном состоянии подвергается воздействию потока горячего воздуха в сушильной камере. Влага быстро испаряется, и сухие вещества выделяются в виде порошка, состоящего из мелких, полых, сферических частиц. Температура воздуха на входе в сушилку достигает 250 °C и более, в зависимости от типа продукта. В результате испарения влаги температура воздуха понижается очень быстро до температуры около 95 °C на выходе. Температура продукта составляет на (20 – 30) °C ниже температуры воздуха на выходе. Нагревание воздуха для высушивания может выполняться с помощью паровых нагревателей, газовых нагревателей прямого нагрева воздуха или нагревателей косвенного нагрева, работающих на газу, жидких или твердых видах топлива. Распылительная сушка находит широкое применение в молочной промышленности и для сушки кофе.

Как правило, в качестве вспомогательного процесса, исходящий воздух проходит через циклоны и/или рукавные фильтры для извлечения твердых частиц или пыли, которые остаются в отработавшем воздухе. Извлеченный материал снова вводится в продукт.

Принцип вальцовой сушки состоит в том, что тонкая пленка материала наносится на гладкую поверхность непрерывно вращающегося изнутри нагреваемого паром металлического барабана. Пленка высушенного материала постоянно соскребается неподвижным ножом, расположенным напротив точки нанесения жидкого материала. Сушка состоит из одного или двух барабанов со вспомогательными вальцами или без них. Применяемое давление пара в барабанах может составлять от 4 до 8 бар, в зависимости от продукта. Вальцовая сушка используется, например, для молока, крахмала и картофельных хлопьев.

В вакуумных ленточных и вакуумных стеллажных сушилках суспензия пищевого продукта рассеивается или распыляется на стальную ленту, проходящую по двум полым барабанам в вакуумной камере. Продукт сначала высушивается нагревающимся паром барабаном, затем нагреваемыми паром змеевиками или лучистыми нагревателями, расположенными над лентой. Высушенный продукт остывает на втором барабане с водяным охлаждением и отделяется от лент при помощи скребкового ножа. Быстрая сушка и незначительное повреждение продуктов в результате теплового воздействия делает этот метод применимым для теплочувствительных пищевых продуктов.

5.5.7.3 Сушка (твердого вещества в твердое вещество)

5.5.7.3.1 Назначение

Сушка - намеренное удаление влаги, имеющейся в твердых пищевых продуктах или побочных продуктах переработки сельскохозяйственного сырья с применением тепла, с целью получения твердых продуктов. Основной целью высушивания является продление срока хранения пищевых продуктов путем снижения активности воды, aw.

5.5.7.3.2 Область применения

Характерным примером подобных сухих продуктов является сушеный картофель, казеин, производные крахмала, жом (стружка сахарной свеклы), мука, паста, бобы, фрукты, орехи, зерновые, мука из масличных семян, чайные листья, овощи и специи. Обезвоживание зерна после влажного проращивания применяется в производстве солода, это называется также печной сушкой. Для процесса солодоращения этап высушивания имеет большое значение и необходим для создания нужного цвета и аромата.

5.5.7.3.3 Описание технологий, методов и оборудования

Сушка оказывает влияние на структуру и цвет продукта и приводит к потере летучих компонентов, все виды которых отрицательно влияют на качество и пищевую ценность продуктов. В конструкции оборудования для сушки предусматривается минимизация этих воздействий путем подбора соответствующих режимов сушки конкретных пищевых продуктов. Для сушки используются два различных принципа: высушивание горячим воздухом и контактное (кондуктивное) высушивание с помощью проведения тепла через теплопередающую систему. Эти методы подробно описаны в 5.5.7.2.

Применяются разнообразные типы сушилок: с псевдосжиженным слоем, сушильные камеры или лотковые сушилки, конвейерные или ленточные сушилки, пневматические, сушилки с мгновенным парообразованием и/ или кольцевые, барабанные, туннельные, паровые пучковые, паровые сушилки, сушильные печи и вакуумные сушилки.

Сушилки с псевдосжиженным слоем состоят из металлических лотков с решетчатыми или перфорированными основаниями, в которых находится слой продукта глубиной до 15 см. Горячий воздух продувается через слой, в результате чего продукт сжижается в потоке воздуха, что приводит к интенсивному перемешиванию. Воздух служит в качестве средства высушивания и псевдосжижения, одновременно. Эти сушилки могут быть периодического или непрерывного действия. Сушилки с псевдосжиженным слоем компактны и обеспечивают оптимальный контроль условий высушивания, относительно высокий тепловой кпд и высокую степень высушивания. Такие сушилки обладают большой интенсивностью теплопередачи и массообмена и, следовательно, обеспечивают короткое время сушки. Высушивание может выполняться при температуре воздуха ниже 100 °C, а также при температуре до 170 °C или выше, в зависимости от продукта/ технологического процесса. Сушилки с псевдосжиженным слоем часто используются в качестве последнего этапа сушки после распылительного высушивания (см. 5.5.7.2) в молочной промышленности.

Сушильные камеры или лотковые сушилки состоят из изолированного шкафа, оснащенного неглубокой сеткой или перфорированными лотками, в каждом из которых размещается тонкий слой продукта. В камере циркулирует горячий воздух. Для направления воздуха над каждым лотком и/или сквозь каждый лоток, с целью равномерного распределения воздуха, используется система каналов и направляющих перегородок. Такие сушки применяются в небольших производствах и не требуют больших затрат и технического обслуживания. Вместе с тем, с их помощью достаточно сложно обеспечивать качество различных продуктов и осуществлять контроль качества.

Конвейерные или ленточные сушилки непрерывного действия могут быть до 20 м длиной и 3 м шириной. Продукты высушиваются на сетчатой ленте. Поток воздуха сначала направляется вверх сквозь слой продукта, затем, на заключительных этапах сушки, вниз, чтобы предотвратить выдувание высушенного продукта из слоя.

В пневматических сушилках, с мгновенным парообразованием и/или кольцевых сушилках порошки или твердые продукты непрерывно высушиваются в вертикальных или горизонтальных металлических каналах. Для извлечения высушенных продуктов используется циклонный сепаратор или рукавный фильтр. Влажный продукт распределяется по каналам и взвешивается в горячем воздухе. Такие сушилки требуют относительно небольших финансовых вложений, обладают высокой интенсивностью сушки и высоким тепловым кпд и обеспечивают оптимальный контроль условий процесса.

Барабанные сушилки представляют собой вращающиеся металлические цилиндры с небольшим наклоном, оснащенные изнутри порогами рассева, которые создают каскадирование продукта через поток горячего воздуха и его перемещение в сушилке. Поток воздуха может быть прямоточным или противоточным. Перемешивание продуктов и большая площадь продукта, подвергающаяся воздействию воздуха, обеспечивает высокую интенсивность и равномерность сушки продуктов. В особенности этот метод подходит для продуктов, которые склоны к агломерации в ленточных или лотковых сушилках. Он применяется на крупных производствах в сахарной промышленности для сушки сахара и свекольной стружки. В случае стружки в качестве источника тепла можно использовать отходящие газы топочных устройств если это позволяет сделать конструкция топки и температура топочных газов. Температура топочных газов в некоторых установках сжигания может составлять около 120 °C.

В туннельных сушилках тонкие слои продуктов сушатся на лотках, которые расставлены на ленте транспортера движущегося через изолированный туннель, в котором циркулирует горячий воздух.

Паровая сушка представляет собой специальную сушку, использующую перегретый пар, образующийся с помощью теплообменника. Сушилка состоит из сосуда высокого давления, в котором удаляется вода из продукта, превращаясь в пар, а затем используется для сушки дополнительного количества продукта. Такая система применяется в сахарной промышленности, на производствах среднего размера, для сушки свекольной стружки. Преимущество такого способа сушки состоит в низком потреблении энергии.

Высушивание в печах применяется для солодоращения и описано в 7.2.9

Вакуумное высушивание применяется для термочувствительных продуктов. Внешнее давление понижается, чтобы избежать высушивания при высокой температуре. Одним из простых способов вакуумного высушивания является использование вакуумного вальцового высушивания. При таком методе в вакуумном корпусе устанавливается один или два вальца. Формирующиеся в результате пары попадают в конденсатор, расположенный между вакуумной камерой и насосом. Продукт извлекается с помощью шнекового конвейера.