Тэг: сушилки

Сушка: теория, параметры, выбор сушилки 

Сушка - это процесс термического удаления влаги или других  летучих веществ с получением сухого продукта. Обезвоживание сушкой, пожалуй, самая старая, самая распространенная и самая разнообразная из операций химических и пищевых технологий и насчитывает более 400 типов сушилок. Сушка конкурирует с дистилляцией как с наиболее энергоемкой операцией из-за высокой скрытой теплоты парообразования и неэффективности использования горячего воздуха в качестве (наиболее распространенной) сушильной среды.

Сушка различного сырья необходима по одной или нескольким из следующих причин:

• потребность в легкоусвояемых сыпучих твердых веществах;
• консервация и хранение;
• снижение стоимости транспортировки;
• достижение желаемого качества продукта и т. д.

Сушка представляет собой сложную операцию, связанную с нестационарным переносом тепла и массы, а также с несколькими скоростями процессов, таких как физические или химические превращения, которые, в свою очередь, могут вызывать изменение качества продукта, а также механизмов тепломассопереноса. Возможные физические изменения включают усадку, вздутие, кристаллизацию и стеклование. В некоторых случаях могут происходить желательные или нежелательные химические или биохимические реакции, приводящие к изменению цвета, текстуры, аромата или других свойств высушиваемого сырья. Например, при производстве ферментов условия сушки могут привести к значительным различиям в активности ферментов.

Кроме сушки также известны другие способы обезвоживания сырья, не относящиеся к ней. Это превращение жидкой фазы в концентрированную жидкую фазу (выпаривание), операции механического обезвоживания, такие как фильтрация, центрифугирование, осаждение, сверхкритическая экстракция воды из гелей для получения аэрогелей чрезвычайно высокой пористости (экстракция) или так называемая сушка жидкостей и газов с помощью молекулярных сит (адсорбция).

Теория сушки

Когда влажные материалы подвергают термической сушке, одновременно происходят два процесса:

• передача энергии (в основном в виде тепла) из окружающей среды для испарения поверхностной влаги
• перенос внутренней влаги на поверхность твердого тела и ее последующее испарение.

Скорость, с которой осуществляется сушка, определяется скоростью, с которой протекают два этих процесса. Перенос энергии в виде тепла от окружающей среды к влажному твердому телу может происходить в результате конвекции, теплопроводности или излучения, а в некоторых случаях и в результате сочетания этих эффектов.

Процесс удаления воды в виде пара с поверхности материала, зависит от внешних условий температуры, влажности и расхода воздуха, площади открытой поверхности и давления.

Процесс движения влаги внутри высушиваемого сырья является функцией физической природы сырья, температуры и содержания влаги в нем. В процессе сушки любой из этих процессов может быть ограничивающим фактором, определяющим скорость сушки, хотя оба они протекают одновременно в течение всего цикла сушки. Операция сушки превращает твердое, полутвердое или жидкое сырье в сухой твердый продукт путем испарения жидкости в паровую фазу. В особом случае лиофильной сушки, которая происходит ниже тройной точки жидкости сушка происходит путем сублимации твердой фазы непосредственно в паровую фазу.

Сушка происходит за счет испарения жидкости путем подачи тепла на влажное сырье. Тепло может подаваться конвекцией, теплопроводностью, излучением или объемным путем помещения влажного материала в микроволновое или радиочастотное электромагнитное поле. Более 85% промышленных сушилок относятся к конвективному типу с горячим воздухом или прямыми дымовыми газами в качестве сушильной среды. Более 99% применений связаны с удалением воды. Все режимы, кроме диэлектрического (микроволнового и радиочастотного), поставляют тепло на границы сушильного объекта, так что тепло должно проникнуть в твердое тело в основном за счет теплопроводности. Жидкость должна пройти к границе материала, прежде чем она будет унесена газом-носителем (или за счет применения вакуума, что действительно для неконвективных вакуумных сушилок).

Перенос влаги внутри твердого тела может осуществляться одним или несколькими из следующих механизмов массопереноса:

• жидкостная диффузия, если влажное твердое вещество находится при температуре ниже точки кипения жидкости;
• диффузия пара, если жидкость испаряется внутри материала;
• диффузия Кнудсена, если сушка происходит при очень низких температурах и давлениях, например, при лиофильной сушке;
• поверхностная диффузия (возможна, но не доказана);
• перепады гидростатического давления, когда скорость внутреннего испарения превышает скорость переноса пара через твердое тело в окружающую среду;
• комбинации вышеперечисленных механизмов.

Поскольку физическая структура высыхающего твердого вещества может изменяться во время сушки, механизмы переноса влаги также могут меняться с течением времени сушки.

Существенными внешними переменными являются температура, влажность, скорость и направление воздушного потока, физическая форма твердого вещества, желательность перемешивания и метод поддержки твердого вещества во время операции сушки. Внешние условия сушки особенно важны на начальных стадиях сушки, когда удаляется несвязанная поверхностная влага.

Выбор сушилки

Промышленные сушилки различаются по типу и конструкции в зависимости от используемого основного метода теплопередачи. В большинстве случаев тепло передается на поверхность влажного твердого тела, а затем внутрь. Однако при диэлектрической, радиочастотной или микроволновой сублимационной сушке энергия подается для выработки тепла внутри твердого тела и течет к внешним поверхностям.

Основные затраты на сушилки связаны с их эксплуатацией, а не с первоначальными капиталовложениями. Поэтому важно выбирать оборудование для сушки с низким энергопотреблением и, соответственно, высокой энергоэффективностью, как у холодных атмосферных и вакуумно-импульсных сушилок.

Во многих процессах неправильная сушка может привести к необратимому ухудшению качества продукта и, следовательно, к тому, что продукт не будет продаваться. Для обеспечения высокого качества готовой продукции рекомендуется использование сушилок с температурой сушки не более 45°С или с температурным зонированием для тонкой настройки процесса сушки в различных его фазах.

Выбор оборудования для сушки также зависит от свойств материала:

• размер высушиваемого продукта может варьироваться от микрон до десятков сантиметров (по толщине или глубине);
• пористость продукта может варьироваться от 0% до 99,9%;
• время высыхания варьируется от 0,25 с (сушка папиросной бумаги) до 5 месяцев (для определенных пород древесины);
• производственные мощности могут варьироваться от 0,10 кг/час до 100 тонн/час;
• скорость продукта варьируется от 0 (стационарная) до 2000 м/мин (салфетка);
• температуры сушки варьируются от ниже тройной точки до выше критической точки жидкости;
• рабочее давление может варьироваться от глубокого вакуума до 25 атм;
• тепло может передаваться непрерывно или периодически за счет конвекции, теплопроводности, излучения или электромагнитных полей.

Виды и принципы работы сушилок

Сушилка - это приспособление или оборудование, предназначенное для обезвоживания различных материалов в домохозяйствах и многих отраслях промышленности. Какие же бывают сушилки?

Существует несколько основных разновидностей (типов) сушилок, отличающихся друг от друга по принципу подвода тепла: конвективная, кондуктивная, инфракрасная, микроволновая, сублимационная.

Отдельной строкой можно выделить сушилки с комбинированным подводом тепла - это трендовые конвективные холодные атмосферные и вакуумные импульсные сушилки. 

Конвективная сушилка

Тепло передается влажному материалу конвекционным образом, обычно с помощью воздуха. Под действием нагрева влага в пищевом сырье испаряется, и  он постепенно обезвоживается и становится сухим. Конвективная сушка имеет низкую стоимость и является наиболее часто используемой технологией сушки в пищевой промышленности. Примеры конвективной сушки: сушка в неподвижном слое, сушка в псевдоожиженном слое, распылительная сушка и так далее.

Кондуктивная сушилка (теплопроводная сушка)

Тепло передается непосредственно через поверхность нагрева, контактирующую с пищевым сырьем. Под действием нагрева влага в материалах испаряется и удаляется из сушилки.

Этот метод сушки требует наличия хорошей контактной поверхности между пищевым материалом и поверхностью нагрева. При этом теплопроводность пищевого сырья также должна быть хорошей, иначе это приведет к перегреву и закоксовыванию контактной поверхности. В некоторых конструкциях кондуктивных сушилок встречается функция самоочищения контактной поверхности, что обычно благоприятно сказывается на процессе сушки и качестве готовых продуктов.

Кондуктивная сушка обычно используется для жидких (густых) пищевых материалов. Иногда для того, чтобы ускорить процесс сушки и уменьшить температура испарения влаги, процесс сушки проводится под вакуумом.

Радиационная (инфракрасная) сушилка

Тепло передается на поверхность пищевого материала лучистым нагревателем в виде электромагнитных волн, а затем через сам материал для испарения внутренней влаги и достижения цели сушки.

Этот метод сушки часто используется для сушильных столов.

Иногда для ускорения процесса сушки и снижения температуры испарения влаги ее часто совмещают с вакуумной технологией.

Радиационная сушка широко используется в пищевой промышленности, помимо обезвоживающего эффекта, она также обладает эффектом стерилизации.

Если сушилка оснащена вакуумной средой, это также снизит скорость окисления во время процесса сушки, который чувствителен к теплу.

Микроволновая сушилка. Диэлектрический нагрев

В высокочастотном электрическом поле молекулы воды в пищевом сырье вращаются и вибрируют с высокой скоростью, а образующееся тепло используется для испарения влаги и достижения цели сушки.

При сушке на микроволновой или радиочастоте влажный материал быстро и равномерно нагревается в высокочастотном электрическом поле.

Диэлектрическая проницаемость материала выше, чем у твердого материала, и когда он высохнет до определенной степени, влажность внутри материала будет больше, чем на поверхности, и энергии, поглощаемой внутри материала, больше, чем на поверхности, что приводит к более высокой температуре внутри материала, чем на поверхности.

Таким образом, градиент температуры согласуется с направлением градиента концентрации диффузии влаги, то есть направления теплопередачи и массообмена согласуются, поэтому время сушки значительно сокращается.  Это самый главный плюс микроволновой сушки. Самый главный минус микроволновой сушки – это неравномерное распределение микроволнового облучения по продукту и связанное с этим нестабильное качество готовой продукции.

Сублимационная сушилка

Процесс сублимационной сушки делится на два этапа: замораживание высушиваемого сырья и сублимационная сушка. Это очень энергозатратный дорогой процесс, и сами сублимационные сушилки очень дорогие в приобретении. Все это не лучшим образом сказывается на популярности сублимационной сушки, даже несмотря на высокое качество получаемых сушеных продуктов.

Комбинированная сушилка

Для усовершенствования и оптимизации процессов с целью сокращения времени и температуры сушки разработаны инновационные холодные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки. 

Технологии холодной атмосферной и вакуумной импульсной сушки – это конкуренты технологии сублимационной сушки. В настоящее время эти технологии являются единственными предпочтительными технологиями для производства сушеных продуктов премиального качества. В отличие от сублимационных сушилок холодные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки известны низким потреблением энергии, быстротой и низкой температурой сушки, меньшей стоимостью, которая в три – пять раз меньше стоимости сублимационных сушилок в пересчете на 1 тонну перерабатываемого сырья.

Лучшая альтернатива традиционным и сублимационным сушилкам

Традиционная высокотемпературная  сушка является энергоемким процессом, присутствующим практически во всех отраслях промышленности. На ее долю приходится до 19% национального промышленного энергопотребления в развитых странах мира. Возможно, это один из древнейших способов обеспечения длительной сохранности пищевого и фармацевтического сырья, и тем не менее, исследования и разработки в этой области ведутся всего несколько десятков лет. Эффективные технологии сушки обеспечивают производство продуктов желаемого качества при минимальных затратах и минимальном воздействии на окружающую среду. Сушка термочувствительных биотехнологических и фармацевтических продуктов ставит более сложные задачи по сохранности ценных соединений. Благодаря технологиям сублимационной атмосферной и вакуумно-импульсной сушки все эти задачи с успехом решаются.

Сушилка сушилке рознь

Наши сушилки быстро и при низких температурах от 15 до 45°С удаляют влагу из  сельскохозяйственного, фармацевтического, косметического, пищевого, химического и другого сырья при самых различных производительностях, обеспечивая высокое качество готовой продукции. Для удовлетворения коммерческих запросов мы имеем несколько предложений по сушильным установкам в зависимости от специфики продукта и условий производства. Так как сушка связана с переходными явлениями массопереноса, на которые распространяются довольно жесткие ограничения, накладываемые свойствами высушиваемых материалов, поэтому одна и та же сушилка будет работать по-разному для разного сырья и фактически может вообще не работать. По этой причине при выборе и приобретении оборудования для сушки всегда стоит обращаться к профессионалам. Дело в том, что незначительные изменения в составе продукта могут повлиять на процесс сушки, так что производительность самостоятельно выбранной сушилки может существенно измениться при переходе на другое сырье. Несмотря на то, что процессы сушки достаточно хорошо изучены, эмпирический подход или накопленный опыт применения того или  иного оборудования для сушки к конкретному сырью остаются главными в выборе сушильного оборудования. При широкой линейке ассортимента перерабатываемого сырья может и вовсе потребоваться универсальная сушилка, которая способна работать с любым сырьем, например, как наша вакуумно-импульсная сушилка.

Подбор сушилок – серьезная и важнейшая задача при организации производства сушеных продуктов премиум-качества.

Выбор оборудования для сушки растительного и мясного сырья

Выбор сушилки до сих пор считается искусством, а не наукой, в большей степени зависящим от предыдущего опыта и рекомендаций производителя оборудования. По мере того, как технологии сушки развивались и становились все более разнообразными и сложными, эта задача кажется все более тяжелой и требовательной для неспециалиста. Для общего понимания необходимо изучить технологическую схему, а также принцип действия рассматриваемой сушилки. Тщательная оценка как можно большего числа факторов, влияющих на выбор, помогает сократить количество вариантов. Для нового применения (новый продукт или новый процесс) важно следовать тщательной процедуре, ведущей к правильному выбору оборудования.

Важно помнить, что изменение условий работы одной и той же сушилки может повлиять на качество продукта. Таким образом, помимо типа сушилки, важно также выбрать правильные условия эксплуатации для получения оптимального качества и стоимости процесса дегидратации.

Правильный выбор сушильного оборудования включает в себя следующие шаги:

• Перечисление всех ключевых характеристик процесса сушки, постановка задачи на выбор оборудования в виде технического задания в произвольной форме.
• Отправка технического задания производителю сушильного оборудования.
• Проведение лабораторных испытаний, включая проверку качества лабораторных образцов готовой продукции.
• Оценка экономической эффективности применения предложенного согласно техническому заданию оборудования.
• Наработка пилотной партии готовой продукции (для новых продуктов).
• Приобретение подходящей по всем заявленным пунктам технического задания сушилки.

Традиционные сушилки часто имеют недостатки, таких как получение на выходе продукта неоднородного качества. Это происходит из-за пересушивания или недосушивания, вызванного либо длительным, некорректным, либо неравномерным воздействием сушильной среды на продукт; длительного времени сушки из-за низкой эффективности контакта между сушильной средой и высушиваемыми твердыми частицами, а также более твердой текстуры из-за затвердевания поверхности продукта, вызванного пересушиванием и т. д. Все эти обстоятельства приводят к снижению эффективности сушки и увеличению эксплуатационных расходов. Большинство традиционных сушилок, используемых в пищевой промышленности, относятся к прямому или конвекционному типу, которые используют электричество, твердое топливо, жидкое топливо и природный газ в качестве источника энергии. Часто такие сушилки имеют низкую тепловую эффективность, поскольку рекуперация тепла от низкотемпературных отработавших газов, как правило, нерентабельна.

Наши сублимационные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки лишены этих недостатков, поэтому являются по-настоящему энергоэффективными. Энергозатраты холодной атмосферной сушилки всего 0.5 кВт на 1 кг удаленной влаги. Энергозатраты вакуумно-импульсной сушилки 0,73 кВт на 1 кг удаленной влаги.

Наши конвективные сушилки по принципу теплового насоса и вакуумно-импульсные сушилки:

• подходят для производства новых продуктов, трудно поддающихся сушке;
• улучшают тепловую эффективность и производительность процесса сушки;
• обеспечивают лучшее качество и его контроль процесса сушки по сравнению с традиционными сушилками;
• обеспечивают пожаро-, взрывобезопасность;
• производят сушеные продукты с качеством, как у сублиматов, но стоят гораздо дешевле сублимационных сушилок;
• позволяют снизить капитальные и эксплуатационные затраты на производство сублимированных продуктов;
• сокращают время обработки сырья при сохранении высокого качества продукции;
• просты в управлении.

Подробно ознакомиться с оборудованием для холодной сушки вы можете в каталоге товаров.

Различные технологии сушки 

Всем нам с детства знаком процесс сушки. У ботаников плотное знакомство с ним начиналось с создания гербария, у рыбаков – с вяления засоленной рыбы, у домохозяек – с сушки грибов и ягод. Во всех случаях применяется процесс естественной сушки, серьезную конкуренцию которому по ряду параметров составляет процесс промышленной сушки. Самыми важными параметрами эффективности сушки являются время сушки и качество готового продукта.

Естественная сушка материалов

Естественная сушка очень продолжительна во времени, поэтому за период сушки успевают пройти нежелательные химические ферментативные и неферментативные реакции, приводящие к значительному ухудшению качества готовой продукции: размягчение структуры, потемнение, закисление и прогоркание конечного продукта. К тому же, организация процесса естественной сушки требует много ручного труда и больших площадей для размещения высушиваемого сырья, а ее скорость может быть нулевой при повышенной влажности в летнее время года. Даже с принудительным подогревом воздуха при его высокой относительной влажности в летнее время года скорость сушки может быть практически нулевой. Это как раз тот случай, когда технические работники на своих предприятиях греют воздух, пытаются его всячески перераспределить внутри камеры сушилок, и не могут добиться повышения скорости сушки и, соответственно, получают при этом отвратительное качество готовой продукции или вовсе не могут достичь желаемой конечной влажности готового продукта.

Для того, чтобы сушка принесла желаемый результат в виде быстро полученного высококачественного продукта с отличными потребительскими свойствами и низкой себестоимостью, она должна быть правильной.

Оборудование для сушки при низких температурах

Близкими к совершенству современными сушилками пищевых и непищевых продуктов являются энергоэффективные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки. В конструкциях наших сушилок навсегда исключён вредный температурный фактор интенсификации процесса сушки, заменив его на подготовку воздуха осушением и вакуумно-импульсными режимами сушки. Поэтому эффективная температура сушки вашего плодово-ягодного сырья, мяса, рыбы, сыра, меда, густых экстрактов и других вязких пастообразных продуктов теперь может быть не более 20 градусов по Цельсию, а время сушки - занимать от 3 минут.  Получаемые продукты устойчивы к прогорканию, имеют  выраженные вкус, цвет, аромат и повышенную биологическую ценность, дольше хранятся.

Данное оборудование наголову выше сублимационных сушилок как в капитальных затратах на этапе приобретения, так и в удельных затратах на производство продукции.

Сублимационная сушилка при наличии таких конкурентов становится логически нецелесообразной для производства сухих пищевых продуктов, так как при их сушке не стоит задача сохранения ферментативных и гормональных систем сырья. Более того, как известно, для безопасности, лучшего качества продукта и его сохранности ферментативные и гормональные системы сырья должны быть подавлены. Поэтому рациональнее и предпочтительные для сушки пищевого и фармсырья использовать холодные атмосферные сушилки или вакуумно-импульсные сушилки.

Задумайтесь, вакуумно-импульсная сушилка в пять раз дешевле, а холодная атмосферная – в 10 раз дешеле сублимационной. Удельные энергозатраты на процесс сушки в вакуумно-импульсных сушилках в 1,5 раза меньше, а в атмосферных – в 2 раза меньше энергозатрат при сублимационной сушке.  Качество пищевых продуктов, полученных в наших сушилках сопоставимо, а по некоторым показателям превосходит качество продуктов сублимационной сушки.

Успех вашего производственного бизнеса целиком и полностью зависит от технологического оборудования, которое будет производить готовую продукцию. Знайте, что наше оборудование позволяет добиваться желаемых результатов быстро, качественно и с минимальными расходами.