Сушкой называют процесс удаления влаги из твердых влажных, пастообразных или жидких материалов (суспензий) путем ее испарения и отвода образовавшихся паров. Это сложный тепломассообменный процесс. Скорость его во многих случаях определяется скоростью внутридиффузионного переноса влаги в твердом теле.Сушке подвергают пищевые материалы, находящиеся в различном агрегатном состоянии, а именно; гранулированные, формованные и зернистые материалы; пастообразные материалы; растворы и суспензии.Выбор метода сушки и типа сушилки осуществляется на основе комплексного анализа свойств пищевых материалов как объектов сушки.Наиболее важными отличительными свойствами пищевых материалов, которые следует учитывать при выборе метода сушки, являются низкая термостойкость, склонность к окислению и деструкции; склонность к короблению и потере товарного вида; неоднородность материала по начальному содержанию воды; наличие активных биохимических и химически активных веществ и ряд других особенносгей.Основными путями интенсификации процессов сушки и повышения экономичности работы сушилок являются:
проведение процессов в условиях эффективной гидродинамической обстановки, что позволяет значительно увеличить коэффициенты тепломассоотдачи;
применение комбинированных способов подвода теплоты, что позволяет наиболее рационально нагревать материал до температуры сушки;
создание комбинированных сушильных агрегатов (например, первая ступень — сушка в разбавленном псевдоожиженном слое, вторая — сушка в псевдоожижающем слое, распылительная сушка в сочетании с сушкой в псевдоожиженном слое и др.);
создание сушильных агрегатов с замкнутым циклом теплоносителя.
По способу подвода теплоты к высушиваемому материалу различают следующие методы сушки:
конвективная, или воздушная, сушка — подвод теплоты осуществляется при непосредственном контакте сушильного агента с высушиваемым материалом;
контактная сушка — путем передачи теплоты от теплоносителя(например насыщенного водяного пара) к материалу через разделяющую их стенку;
радиационная сушка — путем передачи теплоты инфракрасными излучателями;
диэлектрическая сушка (СВЧ-сушка) — путем нагревания материала в поле токов высокой частоты;
сублимационная сушка — сушка в глубоком вакууме в замороженном состоянии.
Статика сушки.Каждый твердый влажный материал способен поглощать влагу из окружающей среды или отдавать ее окружающей среде. Окружающая влажный материал среда может содержать либо только водяной пар, либо смесь водяного пара с газами. Обозначим парциальное давление водяного пара в смеси с воздухом через ра. Влаге, содержащейся во влажном материале, соответствует определенное давление водяного пара ри, называемое давлением водяного пара во влажном материале.
При контакте материала с влажным воздухом возможны три состояния системы:
1) давление водяного пара во влажном высушиваемом материале ри больше, чем его парциальное давление в окружающем материал воздухе или газе, т. е. рм>рп. В этом случае происходит процесс десорбции влаги из материалов в окружающую среду, т. е. процесс сушки. Давление водяного пара в высушиваемом материале рм зависит от влажности материала, температуры и характера связи влаги с материалом;
2) парциальное давление пара в окружающей среде больше, чем его давление во влажном материале, т. е. рп>рм. В этом случае происходит сорбция влаги материалом, т. е. процесс увлажнения материала;
3) давления водяного пара во влажном материале и в окружающей среде равны, т. е. ри=рп- В этом случае наступает динамическое равновесие. Влажность материала, при которой наступает динамическое равновесие, называется равновесной влажностью Ур. Равновесная влажность зависит от парциального давления водяного пара рп или пропорциональной ему относительной влажности воздуха q. Зависимость равновесной влажности от фи при t=const называется изотермой сорбции и устанавливается экспериментальным путем.
Состояние динамического равновесия является предельным в процессах сушки и увлажнении. При сушке давление пара у поверхности материала, уменьшаясь, стремится к равновесному. При увлажнении; наоборот, давление паров у поверхности, увеличиваясь, стремится к равновесию.Различают свободную и связанную влагу в материале.Под свободной влагой понимают влагу, скорость испарения которой из материала равна скорости испарения воды со свободной поверхности (pM=pн) Скорость испарения связанной влаги из материала всегда меньше скорости испарения воды со свободной поверхности. При этом рм-рн> где pн—давление насыщенного водяного пара.Для характеристики содержания влаги в материале используются понятия: влажность материала % выраженная в процентах, и влагосодержание л, которое представляет собой содержание влаги в килограммах на 1 кг материала.Влажность материала может быть рассчитана по отношению к его общему количеству или по отношению к количеству находящегося в нем абсолютно сухого вещества.Формы связи влаги с материалов:
Связанная влага по классификации акад. П. А. Ребиндера, в основу которой положена энергия связи, может существовать в следующих формах:
химически связанная влага, образующаяся в результате химической реакции;
физико-химически связанная влага, образующаяся при адсорбции молекул газа "через полунспроницаемую оболочку;
физико-механически связанная влага, возникающая при поглощении паров микрокапиллярами (г<10-7), макрокапиллярами (г>10-7), а также при образовании геля.
Наиболее легко удаляется поверхностная влага и наиболее трудно — химически связанная влага.Химически связанная влага представляет собой воду гидроксида, вошедшую в результате реакции гидратации в состав гидроксидов и соединений типа кристаллогидратов. Эту влагу можно удалить в результате прокаливания.Формы физико-химической связи разнообразны. Адсорбционно связанная влага удерживается у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой- Обладая значительной поверхностью, коллоидные структуры имеют большую адсорбционную способность. Адсорбционная влага удерживается молекулярным силовым полем. Адсорбция влаги сопровождается выделением теплоты, которая называется теплотой гидратации.
Осмотически связанная влага, или влага набухания, находится внутри скелета материала и удерживается осмотическими силами.
Капиллярно-связанная влага находится внутри макро- и микро капилляров. Эта влага механически связана с материалом и относительно легко удаляется. Давление пара над поверхностью материала тем меньше, чем прочнее связь между водой и материалом. Наиболее прочна эта связь у гигроскопичных веществ.
