Тэг: инфракрасная

Инфракрасная сушка

Сушка является распространенной производственной операцией. Сотни вариантов технических подходов, используемых при сушке твердых частиц, паст, листов, растворов или смесей (эмульсий и суспензий), поражают своим разнообразием.

Одним из популярных, но еще мало распространенных способов подвода тепла к высушиваемому материалу является инфракрасное (ИК) излучение. Хотя этот тип теплопередачи в прошлом был задействован случайно, сопровождая другие типы теплопередачи во время обезвоживания, теперь инфракрасные сушилки предназначены для использования лучистого тепла в качестве основного источника.

В настоящее время наиболее распространенными промышленными применениями инфракрасной сушки являются обезвоживание пленок и полотен с покрытием и корректировка профилей влажности при сушке бумаги и картона. Сообщения об инфракрасной сушке, применяемой к другим продуктам, таким как продукты питания, древесина или песок, стали появляться в литературе только с 2000 года. Европейцы изучили ИК-сушку зерна, муки, овощей, макаронных изделий, мяса, рыбы и др., и показали, что ИК-сушка может быть определенной долей успеха применена к пищевым продуктам. Имеются современные промышленные применения сушки сельскохозяйственной продукции с помощью инфракрасного излучения.

Многие сушилки могут быть модифицированы для установки ИК-нагревателей. Действительно, комбинированные конвективные и ИК-осушители оказались привлекательными. Кроме того, ИК-нагрев можно эффективно сочетать с вакуумным режимом для удаления испаряемой влаги, как например это сделано в сушильном столе вакуумно-импульсном для сушки растительных экстрактов.  

ИК-нагрев можно применять как в сушилках непрерывного так и периодического действия.

Теория инфракрасной сушки

Для передачи электромагнитного излучения не требуется среда для его распространения. Спектр длин волн излучения зависит от природы и температуры источника тепла. Диапазон длин волн теплового излучения составляет 0,1-100 мкм в пределах спектра. ИК-излучение относится к этой категории и условно классифицируется как ближнее ИК (0,75–3,00 мкм), среднее ИК (3,00–25 мкм) и дальнее ИК (25–100 мкм).

Тепловое излучение, падающее на тело, может быть поглощено, и его энергия может быть преобразована в теплоту, отраженную от поверхности или переданную через материал. Материалы можно классифицировать на основе их пропускаемости в зависимости от физического состояния тела, на которое падает излучение. Тело, не пропускающее через себя излучение, называется непрозрачным. Примерами таковых является большинство твердых тел. С другой стороны, жидкости и некоторые твердые вещества, такие как каменная соль или стекло, обладают определенной способностью пропускания, поэтому они прозрачны для излучения.

Отражение может быть регулярным (также называемым зеркальным) или
диффузным, которое зависит от чистоты поверхности материала. В одном случае угол падения излучения равен углу отражения за счет хорошо отполированной поверхности или гладкой поверхности. Когда поверхность имеет шероховатости больше длины волны, излучение диффузно отражается во всех направлениях.

Как правило, твердые тела поглощают все излучение в очень узком слое вблизи поверхности. Идеальное тело, которое поглощает всю падающую энергию, не отражая и не пропуская свет, называется черным телом.

Общее количество излучения, испускаемого телом на единицу площади и времени, называется полной мощностью излучения и зависит от температуры и характеристик поверхности тела. Эта энергия излучается с поверхности во всех направлениях и на всех длинах волн. Черное тело также определяется как тело, излучающее максимальное излучение на единицу площади. Излучательная способность абсолютно черного тела зависит только от его температуры. На самом деле очень немногие тела ведут себя как черные тела, поэтому более реалистичным предположением было бы рассматривать их как серые тела.

Кроме того, следует отметить, что иногда электромагнитное излучение, падающее на тело, может ослабляться внутри тела за счет рассеяния наряду с поглощением. При рассеянии принимается во внимание, что электромагнитное излучение может изменить направление, что может привести к частичной потере или увеличению энергии. Излучательная способность, поглощающая способность, отражательная способность и коэффициент пропускания являются ключевыми свойствами излучения.

Для практических целей требуется только среднее значение коэффициента излучения или поглощения по направлению .

При температурах излучения в диапазоне от 227°С до 620°С общая отражательная способность полированного чистого серебра составляет от 0,98 до 0,968, полированного чистого золота - от 0,982 до 0,965. Для полированного алюминия коэффициент отражения изменяется от 0,961 до 0,943 в диапазоне температур от 223°C до 577°C. Высокая отражательная способность этих материалов является причиной того, что отражатели радиационных ламп изготавливают из тонкого слоя серебра, а полированный алюминий применяют в качестве облицовочного материала внутренних перегородок в аппаратуре для ИК-излучения. Для изготовления оборудования для инфракрасной сушки и при подборе отражателей для ламп-радиаторов требуются светонепроницаемые материалы с высокой отражательной способностью.

Материал, подлежащий сушке с помощью инфракрасного излучения, должен иметь низкую отражательную способность, чтобы свести к минимуму мощность, необходимую для его нагрева. При сушке красок или покрытий обычно лучше использовать материал с высокой поглощающей способностью, но при сушке густых влажных материалов, таких как пищевые продукты, предпочтительнее использовать материал с высокой пропускающей способностью, чтобы избежать чрезвычайно интенсивного нагрева и термического повреждения поверхности. Важно отметить, что если поглощающая способность материала низкая, его пропускающая способность высока, и наоборот. Изменение поглощающей способности или пропускающей способности влажных материалов в зависимости от длины волны трудно оценить без экспериментальных данных. Для многих материалов коэффициент пропускания выше при более низких длинах волн. Пищевые продукты, например, представляют собой сложные смеси различных крупных биохимических молекул и полимеров, неорганических солей и воды, и полосы поглощения каждого из этих компонентов неодинаковы. Как правило, многие влажные материалы имеют минимальную поглощательную способность на тех длинах волн, где вода имеет максимальную прозрачность.

По мере сушки высушиваемый материал претерпевает изменение своих радиационных свойств, увеличивая свою отражательную способность и, следовательно, снижая поглощательную способность при низком содержании воды. Тогда можно соответствующим образом изменить температуру излучателя, чтобы улучшить поглощение излучения во время сушки.

Коэффициент пропускания уменьшается с увеличением толщины слоя, тогда как поглощательная способность увеличивается.

У инфракрасной сушки есть свои преимущества и недостатки. На самом деле ИК-сушка имеет не мало положительных качеств, основным из которых является сокращение времени сушки. Кроме того, ИК-сушка предлагает решение проблем, которые в прошлом казались неразрешимыми, например, связанных с переносом летучих органических соединений из красок на основе растворителей с отходящим горячим воздухом в обычных конвективных сушилках.

Преимущества инфракрасной сушки

Можно выделить следующие преимущества инфракрасной сушки пищевых продуктов:

• универсальность ИК-нагрева;
• простота необходимого оборудования;
• экономия энергии;
• высокая эффективность преобразования электрической энергии в тепловую для электрических инфракрасных излучателей;
• излучение проникает непосредственно в продукт, не нагревая окружающую среду.
• равномерный нагрев продукта;
• простота программирования и управления циклом нагрева для различных продуктов, а также адаптация к изменяющимся условиям;
• выравнивание профилей влажности в продукте и низкая порча продукта;
• простота управления;
• ик-источники недороги по сравнению с диэлектрическими и микроволновыми источниками; имеют длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы;
• направленные характеристики, позволяющие сушить выбранные части крупных предметов;
• занимает мало места и легко адаптируется к ранее установленным обычным осушителям;
• дешевая технология.

Недостатки инфракрасной сушки

• масштабирование нагревателей не всегда просто;
• инфракрасные сушилки – это поверхностные сушилки. Тем не менее, предпринимаются большие усилия для усовершенствования этой технологии, чтобы приспособить ее для сушки толстых материалов;
• испытания оборудования должны проводиться на заводе, чтобы гарантировать успешную разработку;
• при проектировании и эксплуатации необходимо учитывать потенциальную опасность возгорания. 

Применение инфракрасных сушилок

ИК-нагрев широко используется в промышленности для поверхностной сушки или обезвоживания тонких листов, таких как текстиль, бумага, пленки, краски и т. д. В частности, в автомобильной промышленности наиболее успешным является ИК-обжиг для нанесения краски на металл. Еще одним сектором, в котором инфракрасный нагрев играет важную роль, является целлюлозно-бумажная промышленность. Применение инфракрасной энергии для сушки расширилось от более ранних промышленных применений до обработки пищевых продуктов и волокон.

Основное коммерческое применение инфракрасного нагрева в настоящее время заключается в теплопередаче во время воздушной сушки зерна, кусочков овощей, хлопьев рыбы или лапши или для обезвоживания жидких пищевых продуктов в вакуумно-импульсных и сублимационных сушилках.

Одним из применений, где длинноволновый ИК-нагрев наиболее эффективен, является обезвоживание пищевых продуктов. Однако уже давно известно, что инфракрасное излучение в основном является поверхностным осушителем, подходящим для сушки краски, бумаги и тонких слоев растворов, и, таким образом, одним из основных недостатков применения к фруктам и овощам заключается в том, что их размер не должен превышать 5 мм, чтобы они были достаточно сухими. ИК-обработка однородна только в случае плоских и тонких материалов; следовательно, для пищевых материалов толщиной в несколько миллиметров дифференциальное поглощение белками, жирами, углеводами и водой влияет на равномерность сушки. Еще один момент, который следует учитывать при сушке термочувствительных материалов, заключается в том, что если параметры ИК-излучения не оптимизированы должным образом, их поверхность может перегреться, что приведет к ухудшению качества. Поэтому бережный нагрев возможен только при проведении процесса сушки при более низкой температуре, то есть для сушки в вакууме или сублимационной сушки. Методы сушки, работающие под вакуумом, имеют трудности с передачей тепла из-за отсутствия молекул для осуществления конвекции или плохого контакта для проведения которые легко преодолеваются с помощью инфракрасного нагрева.

Японская пищевая промышленность использует этот тип нагрева для сушки морских водорослей, соуса карри, моркови, тыквы и других продуктов. Другими важными применениями инфракрасного нагрева в пищевой промышленности являются приготовление соевых бобов, злаков, какао-бобов и орехов, приготовление риса, бекона и ячменных зерен, тушения мяса и жарки, стерилизации и пастеризации.  ИК-сушка в сочетании с конвекцией или вакуумом становится популярной. Кроме того, сочетание лучистого нагрева в вакууме является технически правильным процессом для сушки пастообразных продуктов, и тонко нарезанных мяса, овощей и фруктов. 

Инфракрасная сушка фруктов и других пищевых продуктов

Фрукты имеют очень короткий срок хранения из-за высокого содержания влаги более 83%, и для увеличения срока их хранения необходимо использовать различные методы консервации. Одним из старейших методов сохранения сельскохозяйственной продукции является сушка, заключающаяся в удалении воды из произведенных товаров для обеспечения микробиологической безопасности при употреблении. Одним из способов сушки является нагревание инфракрасным излучением. Этот метод нагревания и сушки особенно подходит для сушки тонких слоев вещества с большой поверхностью, подвергающейся воздействию излучения. Инфракрасная сушка основана на свойстве воды поглощать инфракрасное излучение. Технология инфракрасного излучения имеет диапазон длин волн от 0,75 до 100 мкм и подразделяется на коротковолновое (0,75–2 мкм), средневолновое (2–4 мкм) и длинноволновое (4–100 мкм).

Использование ИК-нагрева для сушки пищевых продуктов в последнее время вызывает особый

интерес в связи с развитием индустрии строительства излучателей. Эффективность – это способность производить желаемый результат. Эффективность инфракрасного нагрева составляет от 80% до 90.

Сушка макаронных изделий, рыбных хлопьев иногда производится в туннельных инфракрасных сушилках. Инфракрасный нагрев при сушке не термочувствительных материалов имеет некоторые преимущества, включая равномерный обогрев поверхности, малое время обработки, высокую скорость теплопередачи. Кроме того, инфракрасная сушка также нашла применение в различных методах анализах пищевых продуктов для измерения содержания влаги и летучих веществ.

Преимущества ИК-излучения перед конвективным подводом тепла заключаются в высоких коэффициентах теплопередачи, коротком времени процесса.

Сравнение ИК-сушки с традиционной конвективной сушкой тонких ломтиков яблока показало, что время сушки процесса может быть сокращено примерно на 50%, если нагрев осуществляется с помощью ИК-энергии. Конечно же, речь не идет о высокой сохранности фитохимических веществ в готовом продукте, так как инфракрасная сушка при атмосферном давлении, как и традиционная высокотемпературная сушка, губительна.

Удельное потребление энергии в процессе инфракрасной сушки ниже, а тепловой КПД выше, чем в процессе традиционной конвективной высокотемпературной сушки. С другой стороны, атмосферная конвективная сушка по принципу теплового насоса имеет существенные преимущества перед инфракрасной сушкой, как в отношении бережного подхода к сушке, так и в отношении энергоэффективности, поэтому больше подходит для сушки овощей, ягод, фруктов и лекарственных растений. 

Стоит отметить, что ИК-излучение использовалось в сочетании с несколькими методами сушки, поскольку оно повышает эффективность и качество сушки только при определенных условиях.

Сочетание инфракрасного излучения с вакуумно-импульсными режимами сушки обеспечивает синергетический эффект, что приводит к эффективному процессу сушки даже термочувствительного сырья. Такой принцип подвода энергии реализован в сушильном столе вакуумно-импульсном, применяемом многими производителями БАД и фармацевтических порошковых субстанций (сухие порошковые экстракты лекарственных растений, концентратов сока, мёда, мумиё и т.д.).

В последние годы ИК-вакуумно-импулсьная сушка рассматривается как потенциальный метод получения различной высококачественной сушеной сельскохозяйственной продукции, в том числе фруктов, овощей и пророщенного зерна. ИК-вакуумно-импульсная сушка сочетает в себе преимущества как ИК-нагрева, так и вакуумной сушки с импульсом в зоне отрицательных давлений в точке кипения воды. Низкая температура сушки и мгновенный массоперенос, обеспечиваемые вакуумным импульсом, в сочетании с высокой передачей энергии за счет ИК-нагрева обеспечивают очень быструю низкотемпературную сушку и, таким образом, имеют потенциал для повышения энергоэффективности, а также качество готовой продукции.

Процесс миграции влаги во время сушки сложен и часто включает один или несколько транспортных механизмов, таких как диффузия жидкости, диффузия пара, поверхностная

диффузия и перепады гидростатического давления.

Сушка овощей, грибов, ягод и фруктов методом инфракрасной вакуумно-импульсной сушки

Сушка яблок

Яблоко считается четвертым по важности садовым фруктом для питания человека в мире. Сушка является одним из важных методов консервации, используемых для хранения яблок. Полифенолы, которые в основном отвечают за антиоксидантную активность, присутствуют в яблочных выжимках и, следовательно, являются экономичным и легкодоступным источником диетических антиоксидантов.

Вакуумно-импульсное обезвоживание с непрерывным инфракрасным нагревом, реализованные в дизайне сушильного стола вакуумно-импульсного, успешно используются в качестве альтернативы существующим методам обработки для производства высококачественных сушеных фруктов, овощей, экстрактов, сырных и мясных продуктов.

Сушка бананов

Наиболее распространенный метод сушки, используемый для сохранения бананов, — это сушка

горячим воздухом. Однако сушка горячим воздухом приводит к ухудшению качества бананов

как с точки зрения физических, так и питательных качеств.

Оптимальным способом для сушки бананов любой технологической зрелости по праву можно считать вакуумно-импульсный метод сушки. Технологи крупной компании (в антирекламных целях не указывается наименование компании) не смогли найти разницу между качеством бананов вакуумно-импульсной инфракрасной и сублимационной вакуумной сушки при дегустационном тесте.

Сушка персиков

Свежий персик имеет высокую способность к порче, поэтому персики перерабатываются в различные продукты с помощью сушки. Чтобы быстро, бережно и качественно высушить персик при низкой температуре рекомендуем использовать оборудование для вакуумно-импульсной сушки.

Сушка грибов

Грибы очень скоропортящиеся, а срок годности свежих грибов составляет всего около 24–48 часов в условиях естественной окружающей среды. Поэтому их следует употреблять или перерабатывать сразу после сбора урожая. Сушка является одним из важных методов консервации, используемых для хранения грибов, а сушеные грибы являются ценными ингредиентами различных видов хлеба, тортов, бисквитов, соусов и супов).

Поскольку грибы очень чувствительны к температуре, выбор правильного метода сушки может стать ключом к успешной работе вашего предприятия. Было проведено множество исследований по сушке грибов различными методами, такими как сушка горячим воздухом, сушка вымораживанием, ИК-вакуумная сушка, осмотическая дегидратация, в псевдоожиженном слое, в

микроволновом поле. ИК-вакуумно-импульсная сушка показывает самые обнадеживающие результаты, так как экономит время по сравнению с сушкой вымораживанием при сохранении качества продукта на самом высоком уровне. Использование инфракрасной вакуумно-импульсной или вакуумно-импульсной сушки также помогает получить более пористую микроструктуру сушеных грибов.

Инфракрасный вакуумно-импульсный, как и вакуумно-импульсный методы при правильном применении позволяют получать продукт премиального качества.

Сушка моркови

Морковь является богатым источником клетчатки, β-каротина, витаминов, комплекса витаминов группы В, рибофлавина и минералов. Консервирование моркови путем сушки – один из лучших вариантов преодоления сезонных колебаний. Сушеная морковь используется в различных хлебобулочных изделиях и готовых к употреблению блюдах, таких как сухие супы и салаты быстрого приготовления, приправы и соусы. Одним из способов сокращения времени сушки ломтиков моркови является предварительное осушение воздуха на базе холодильной техники.

Холодная атмосферная сушка по принципу тепловых насосов является наиболее благоприятным способом сушки моркови. Высушенная таким способом морковь имеет премиальное качество и лучше всего подходит для использования в рецептурах продуктов быстрого приготовления или кондитерских изделий, так как имеет прекрасные вкусо-ароматические характеристики и высочайшую способность к восстановлению водой (регидратации).

Сушка тыквы

Питательная ценность тыквы высока. В свежей тыкве общее содержание каротина, основного фактора высокой пищевой ценности, колеблется от 2 до 10 мг/100 г, витаминов Е и С приходится 1,03–1,06 мг/100 г и 9–10 мг/100 г. соответственно.

Плоды тыквы также являются ценным источником других витаминов: В6, К, тиамина и рибофлавина, а также минералов, например, калия, фосфора, магния, железа и селена. Мякоть тыквы – вкусная и ценная  добавка в разнообразные продукты для детей и взрослых. Плоды тыквы перерабатывают для получения сока, выжимок, сушеных продуктов. К продуктам сушки плодов тыквы со стороны потребителя обычно предъявляются следующие требования: яркие органолептические показатели, высокая способность регидратации. Чтобы получить нужный потребителю продукт, рекомендуем использование сублимационных атмосферных сушилок по принципу теплового насоса, которые обеспечивают высокое содержание β-каротина, яркий цвет и высокие показатели восстановления сушеной тыквы в холодной и горячей воде.

Сушка чеснока

Чеснок — растение, известное своими антиатеросклеротическими, антитромботическими и противомикробными свойствами. Кроме того, зубчики чеснока употребляются в пищу в различных регионах мира в сыром, сушеном, вареном и жареном виде. Чеснок применяется для приправы блюд из-за его специфического острого вкуса и используется для консервирования мяса и овощей из-за его антимикробных свойств. Чеснок является продуктом питания с наибольшим количеством сероорганических соединений. Тридцать три из этих соединений были идентифицированы, а биологическая активность только нескольких известна. Все известные способы сушки чеснока видоизменяют его вкус с явной потерей естественной жгучести и аромата. Есть только один способ сохранения естественного вкуса и аромата чеснока при сушке – холодная атмосферная сушка по принципу теплового насоса при температуре не выше 35°С.

Сушка лука

Лук занимает третье место в мире по производству овощей с годовым объемом производства 74 миллиона тонн. Он находит широкое применение в свежем, сушеном и жареном виде. Сушеный лук является продуктом, имеющим большое значение в мировой торговле, и производится в нескольких формах, таких как порошок, нарезанный, измельченный и хлопья. Лук используется в качестве вкусовых добавок в самых разнообразных пищевых рецептурах, таких как мясной фарш, супы, соусы, рассолы, заправки для салатов и приправы к маринадам. Пожалуй, это самый массовый продукт производства сушеных овощей. Естественно, по этим причинам к премиальному качеству сушеного лука никто не стремится. Производители концентрируют свое внимание в основном, на высокой производительности сушилок для лука. Поэтому рекомендуем для сушки лука применение одноярусной универсальной ленточной сушилки с температурным зонированием УЛС-2-20. Она позволяет сушить до 15 тонн лука в сутки и, в отличие от многоярусных ленточных сушилок, получать сушеный лук достойного качества.