Основным признаком, определяющим тот или иной способ тепловой сушки, является принцип подвода тепла к высушиваемому продукту.
Из известных способов сушки в плодоовощном сушильном производстве применяют преимущественно конвективный, кондуктивный и радиационный. В последние годы все большее распространение находит вакуумная сушка и ее разновидность — сублимационная сушка.
Конвективный способ сушки
Характеризуется тем, что поступление тепла к поверхности частиц высушиваемого продукта происходит в результате движения теплоносителя (нагретого воздуха) и его перемешивания с испаряющейся из продукта влагой. Этим способом в основном сушат овощи, фрукты, ягоды.
Сушильная установка для конвективной сушки состоит из камеры, где происходит обезвоживание продукта, калорифера, где подогревается сушильный агент (воздух), и системы воздуховодов, служащих для подачи подогретого и отвода отработавшего воздуха. Калорифер может быть расположен как внутри сушильной камеры, так и вне ее. В зависимости от способа обогревания калориферы бывают огневые, паровые, водяные или газовые.
Конвективные сушильные установки различаются способами размещения высушиваемого материала (сита, полки) или устройствами для его перемещения (транспортеры). Сушка может происходить при атмосферном давлении или под вакуумом (вакуумные сушилки), с естественной тягой или принудительной циркуляцией сушильного агента.
По направлению движения воздуха относительно продукта различают сушилки перекрестного тока, противоточные и комбинированные.
В зависимости от конструкции сушильные установки делятся на шкафные, карусельные, туннельные, конвейерные, шахтные, а по принципу действия — на непрерывнодействующие и периодические.
В настоящее время на предприятиях, выпускающих сушеные овощи и фрукты, применяются преимущественно паровые конвейерные сушилки. Более мощные из этих сушилок СПК-4Г-90, КСА-80, менее мощные — СПК-4Г-45, СПК-4Г-30, СПК-4Г-15 и ПКС-40, ПКС-20, ПКС-10.
Применявшиеся ранее малопроизводительные и огнеопасные сушильные установки периодического действия канальные, шкафные и карусельные с огневым обогревом заменены на непрерывнодействующие паровые конвейерные сушилки.
Применение паровых конвейерных сушилок позволяет механизировать процесс обезвоживания, регулировать основные параметры, осуществлять сушку по оптимальным режимам применительно к отдельным видам сырья и получать сушеные продукты высокого качества.
Паровые конвейерные сушилки типа СПК-4Г отличаются от четырехленточных сушилок КСА-80 и ПКС наличием пятой конвейерной ленты.
В пятиленточных сушильных установках поступление продукта на сушку производится с передней торцовой стороны, а выход высушенного продукта — с противоположной задней. Нижняя пятая лента может служить для охлаждения продукта, выходящего из сушилки.
На многих заводах в настоящее время эксплуатируются пятиленточные паровые конвейерные сушилки марки СПК-4Г с разной рабочей поверхностью.
Рабочая поверхность сушильных лент для СПК-4Г-90 90 м2, СПК-4Г-45 45 м2, СПК-4Г-15 15 м2, СПК-4Г-30 30 м2.
Сушилки СПК-4Г-45 и СПК-4Г-90 представляют собой камеру, закрытую металлическими щитами и дверями. Для наблюдения за сушкой продукта, взятия проб, очистки и ремонта предусмотрены с одной стороны быстросъемные щиты, а с другой — двери. В конце камеры имеются двустворчатые двери, предназначенные для осмотра камеры изнутри, а также для очистки лент от налипшего продукта. Внутреннее пространство щитов и дверей заполнено теплоизоляцией.
Привод сушилок состоит из двух самостоятельных приводных станции, обеспечивающих регулировку скоростей движения продукта, расположенного на ведущих ветвях лент. Вращение приводных барабанов каждой ленты осуществляется от электродвигателя через вариатор скорости.
Над первой, второй и третьей лентами имеются ворошители с отдельным приводом, а для очистки сеток от налипшего продукта под первой и второй лентами установлены щетки. Барабаны очищаются специальными скребками.
Для удаления влажного воздуха из сушилки применяется вытяжное устройство, которое состоит из двух камер и двух вентиляторов на СПК-4Г-45 и трех камер и трех вентиляторов на СПК-4Г-90. Производительность вентиляторов можно регулировать клапаном, установленным в головке вытяжной камеры. Забор воздуха для подачи в сушилку осуществляется из помещения. Низ сушилок закрыт подвижными шторами, которыми можно регулировать количество поступающего воздуха, открывая или закрывая их.
Конструктивные решения системы вентиляции на сушилках этого типа могут отличаться от описанного варианта. В частности, завод-изготовитель предлагает вариант принудительной подачи воздуха в камеру. В этом случае воздух предварительно подогревается, проходя через калориферы, и вентилятором подается в сушилку. Применение такой системы вентиляции позволяет повысить производительность при некотором увеличении расхода электроэнергии и пара.
Для поддержания заданной температуры в сушильной камере установлены приборы для автоматического регулирования теплового режима.
Сушилки СПК-4Г-15 и СПК-4Г-30 имеют по одному электроприводу, естественную вытяжку отработавшего воздуха; ворошители и очистители на лентах отсутствуют.
На некоторых заводах установлены паровые конвейерные сушилки марки СПК-4Г-90 с бланширователем КТБ-900 и системой автоматического регулирования теплового режима.
Эта сушилка выполнена в виде каркаса, внутри которого установлен пятиярусный сетчатый конвейер из коррозиестойкой стали. Все сетчатые ленты конвейера имеют одинаковую длину и противоположное друг другу направление движения. Для лучшего пересыпания высушиваемого продукта с одной ленты на другую оси приводных и натяжных барабанов смещены одна относительно другой. Между конвейерными лентами установлены калориферы в виде ярусов.
На каждом ряду калориферов имеются регулирующие вентили в местах подвода пара, а в местах отвода пара — конденсатоотводчики. Это позволяет индивидуально и в широком диапазоне регулировать тепловой режим в каждой зоне. Подвод пара и его распределение по ярусам производятся от впускного коллектора через автоматический клапан.
Весь каркас сушилки вместе с конвейерами и встроенными в них калориферами огражден с одной стороны съемными щитами, а с другой стороны и торцов — металлическими дверями. Внутреннее пространство щитов и дверей заполнено теплоизоляцией.
На щитах, установленных в начале и конце конвейерных лент, устроены смотровые остекленные, герметически закрывающиеся лючки, позволяющие производить отбор проб продукта и вести наблюдение за процессом сушки. Лючки освещаются электролампами, установленными внутри сушильной камеры. Осмотр и очистку сеток можно производить на холостом ходу, открыв торцовые двери сушилки.
Привод сушилки состоит из двух самостоятельных приводных станций, на каждой из которых установлены два редуктора и цепной вариатор. Один редуктор используется для привода ведущих барабанов конвейерных лент, а другой — для привода щеток и ворошителей.
Благодаря такому устройству основного привода на сушилке можно раздельно осуществлять изменение скорости движения конвейерных лент: второй и четвертой от одного привода, а первой, третьей и пятой от другого. Регулировка скорости движения лент осуществляется без остановки. Различные скорости лент, а следовательно, и время нахождения продукта в отдельных зонах обеспечиваются также и за счет того, что на ведущих барабанах установлены звездочки разных диаметров.
В начале первой (верхней), а также в середине первой, второй и третьей лент установлены ворошители с отдельным приводом, а для очистки сеток от налипшего продукта под первой и второй лентами (в конце) установлены щетки. Очистку барабанов от налипшего продукта производят специальные скребки, смонтированные в пространстве между рабочей и холостой ветвями лент. Осыпающиеся кусочки продукта попадают в установленные под скребками лотки, из которых их убирают вручную одни раз в смену.
Для удаления отработавшего воздуха имеется вытяжное устройство, которое состоит из трех камер и трех осевых вентиляторов. Забор воздуха для подачи в сушилку осуществляется из помещения, а также из системы принудительной вентиляции.
Для поддержания заданного температурного режима во всех зонах сушильная установка снабжена системой автоматизации.
Автоматический процесс регулирования температурного режима обеспечивается за счет подачи необходимого количества пара в калориферы электронными потенциометрами, получающими сигнал от термопар и передающими команды на исполнительный механизм. Сушилка имеет также ряд контрольных приборов, установленных на панелях сушильной камеры и щите управления.
При монтаже сушилки типа СПК-4Г-90 часто вместо наклонного загрузочного транспортера устанавливают наклонный паровой бланширователь с ширимой конвейерной ленты 2000 мм, выполняющий роль и загрузочного транспортера. Бланширователь работает от отдельного электропривода, скорость движения его транспортера можно регулировать.
Шебекинским машиностроительным заводом разработана и выпускается паровая конвейерная ленточная сушилка типа 4Г-КСК с улучшенными параметрами по сравнению с параметрами сушилок типа СПК-4Г. Конструкция ее и принцип действия аналогичны сушилке СПК-4Г-90, но эта сушилка имеет большую производительность по испаренной влаге и по высушиваемому продукту, уменьшена масса, а также снижен расход тепла и электроэнергии.
Ленточная конвейерная сушилка марки СКО-90 с огневыми калориферами на жидком топливе предназначена для сушки овощей, фруктов и другого растительного сырья, допускающего пересыпание высушиваемого продукта с одной конвейерной ленты на другую. Такие сушилки работают на предприятиях, не имеющих промышленного пара. Производительность по испаренной влаге в них составляет 630 кг/ч, по высушенному продукту для яблок кружками и груш четвертинками — 75, для слив — 80, для вишен — 120 кг/ч.
Сушилка марки СКО-90 состоит из корпуса, представляющего собой закрытую теплоизолированную сушильную камеру, внутри которой расположено один над другим пять бесконечных ленточных транспортеров. Со всех сторон корпуса имеются теплоизолированные двери, обеспечивающие доступ к лентам во время осмотра, чистки и ремонта. Две двери на лицевой стороне корпуса (сушильной камеры) имеют по четыре открывающихся застекленных люка, а две другие двери — но четыре лампы для подсвечивания. Через люки наблюдают за состоянием продукта во время работы и отбирают пробы. Каждый ленточный транспортер смещен относительно другого по длине сушильной камеры для пересыпания продукта с одной ленты на другую.
Для загрузки продукта в сушильную камеру и равномерного распределения его по ширине ленты предусмотрен загрузочный транспортер, который приводится в движение от автономной приводной колонки.
Над верхними ветвями трех ленточных транспортеров установлены ворошители. Для очистки лент от налипшего продукта под нижними ветвями двух верхних ленточных транспортеров установлены щетки. Для очистки поверхностей барабанов от налипшего продукта у барабанов приводных первого, третьего и пятого транспортеров и барабанов натяжных второго и четвертого ленточных транспортеров установлены скребки, прижимаемые пружинами. Две приводные колонки, которые приводят в движение ленточные транспортеры, ворошители и щетки, расположены в начале сушилки.
Приводные колонки состоят из электродвигателя, вариатора скорости, двух редукторов и промежуточного вала, собранных на одной раме. Вариатор скорости обеспечивает бесступенчатую регулировку скорости движения конвейерных лент.
Теплогенераторы предназначены для нагревания сушильного агента (воздуха) без непосредственного контакта его с продуктами сгорания топлива (нагревание осуществляется через стенку теплообменника). Теплогенераторы соединены между собой последовательно (попарно в каждом контуре теплоносителя).
Система циркуляции сушильного агента представляет собой два замкнутых контура, в каждый из которых входят центробежные вентиляторы, цилиндрические воздуховоды, коллекторы, короба, сушилка и теплогенераторы. Для выброса части отработавшего сушильного агента и подсоса свежего воздуха в системе воздуховодов установлены ручной и автоматический клапаны.
Продукт, подлежащий сушке, подается в бункер загрузочного транспортера, из которого равномерно распределяется по ширине его ленты и поступает на первую ленту в сушильную камеру.
С первой ленты подсушенный продукт пересыпается на вторую, со второй — на третью и т. д. до выхода высушенного продукта из сушилки. Движущийся на ленточных транспортерах продукт перемешивается ворошителями. Во время сушки подогретый воздух проходит через продукт сверху вниз.
Схема циркуляции сушильного агента в сушилке СКО-90 следующая. Воздух центробежными вентиляторами направляется в теплогенераторы, где нагревается до требуемой температуры и поступает в верхнюю зону сушильной камеры. При прохождении сверху вниз через продукт, лежащий на ленточных транспортерах, температура сушильного агента ступенчато снижается. Часть сушильного агента возвращается на рециркуляцию, часть выбрасывается в атмосферу. Одновременно из атмосферы подсасывается воздух в количестве, равном выбрасываемому.
Поддержание заданной температуры сушильного агента на входе в сушильную камеру обеспечивается количеством топлива, подаваемого на сгорание, а также подачей различного количества воздуха из атмосферы в рециркуляционный контур. Контроль за влагосодержанием сушильного агента осуществляется психрометрами, установленными на входе и выходе сушильной камеры. Система КИГ1иЛ обеспечивает измерение, контроль и автоматическое регулирование основных параметров сушильного процесса. Зажигание и контроль наличия факела также регулируются автоматически.
Для сушки фруктов, легко выделяющих плодовый сок (сливы, абрикосы, виноград), в настоящее время еще широко применяют туннельные сушилки.
По конструкции они менее совершенны, чем ленточные конвейерные, но в них создается специфический режим, благоприятный для сушки сочных плодов.
К недостаткам туннельных сушилок следует отнести неравномерное высушивание продукта и относительно высокие затраты ручного труда на обслуживание.
Особенностью конвективных атмосферных туннельных сушилок является наличие собственных встроенных теплогенераторов, работающих на жидком топливе, что исключает необходимость строительства котельных.
В современных конструкциях туннельных сушилок применяется два способа нагревания воздуха: прямой и непрямой.
При прямом способе нагревание происходит непосредственно продуктами сгорания топлива, т. е. при огневом обогреве. В этом случае агентом сушки является смесь воздуха с продуктами сгорания.
При непрямом способе нагревание воздуха осуществляется через калориферы различных систем. При этом агентом сушки является лишь нагретый воздух. Этот способ нагревания более прогрессивен, так как гарантирует санитарную безвредность вырабатываемых сухофруктов.
Сушка плодов осуществляется в вагонетках, периодически передвигающихся в рабочем канале сушилки.
Режим сушки зависит от способа подачи сушильного агента в рабочий канал. По этому признаку сушилки делятся на четыре группы:
- прямоточные — поток сушильного агента передвигается параллельно движению вагонеток с сырьем. Максимальная температура теплоносителя на входе сырья в рабочий канал;
- противоточные — сушильный агент движется навстречу вагонеткам с сырьем. Максимальная температура у выхода продукта из сушилки;
- комбинированные — прямоточно-противоточные двухзонные сушилки; первая зона прямоточная, вторая противоточная;
- с перекрестным потоком теплоносителя — поток направлен перпендикулярно направлению движения продукта (многозонная). Теплоноситель циркулирует в каждой зоне самостоятельно с поддержанием заданных для каждой зоны постоянных параметров. Температура в первой зоне (у входа продукта) максимальная, она ступенчато снижается к выходу продукта из сушилки.
Для сушки косточковых плодов и винограда в настоящее время применяются главным образом противоточные туннельные сушилки. В нашей стране наиболее распространены туннельные сушилки югославских фирм ЦЕР, «Чачак», а также отечественные Б6-КФА и Молдавского научно-исследовательского института пищевой промышленности МНИИПП-1. Принципиальное устройство этих сушилок практически одинаково.
Сушилка фирмы ЦЕР представляет собой камеру кирпичной кладки длиной 14 м, шириной 2,2 и высотой 3,5 м. По высоте она разделена армированной бетонной перегородкой на два канала. Верхний служит для подготовки и нагнетания нагретой газовоздушной смеси (сушильного агента) в нижний канал — в рабочую сушильную камеру. В торцовой части верхнего канала установлена камера сгорания, оснащенная автоматической горелкой для сжигания жидкого топлива.
Камера сгорания имеет цилиндрическую форму, выполнена из трехмиллиметровой листовой стали и облицована изнутри огнеупорным кирпичом. В одном торце камеры имеются отверстия для установки горелки и смотровое окно для наблюдения за горением, в противоположном — 28 отверстий размером 120X60 мм, через которые горячие газы из камеры поступают в верхний канал, где смешиваются с холодным и рециркуляционным воздухом.
Для перемещения газовоздушной смеси и нагнетания ее в рабочий канал в верхнем канале установлен осевой вентилятор, электродвигатель которого укреплен на крыше сушилки.
Свежий воздух для смешивания с продуктами сгорания поступает через два отверстия с шиберами в стенах капала. В сушилке предусмотрена рециркуляция части отработавшего воздуха, что повышает ее экономичность. Отработавший воздух выходит через нижнюю сетчатую часть загрузочной дверцы.
Требуемые параметры газовоздушной смеси создаются путем перемещения шиберов, регулирующих поступление свежего и отработавшего воздуха. Жидкое топливо подается к горелке из расходного бачка, установленного вне сушилки. Работа горелки автоматизирована с помощью приборов, регулирующих подачу топлива и свежего воздуха. Приборы автоматического управления и контроля расположены на пульте управления.
Для обслуживания горелки на торцовой части сушилки имеется площадка с лестницей. Торцовые стороны рабочего капала снабжены металлическими двустворчатыми дверцами. Нижняя половина закрыта сеткой, и через нее из канала выходит часть отработавшего воздуха. Сырье загружается в сушильный канал со стороны расположения камеры сгорания, а выгружается с противоположной стороны.
Дверцы для выгрузки вагонеток двухслойные с термоизоляцией для снижения потерь тепла. Сушилка оборудована термометрами для контроля температуры поступающего и отходящего сушильного агента.
Для подачи подготовленных фруктов в рабочий сушильный канал, перемещения их и выгрузки готового продукта используются вагонетки-стеллажи. Одновременно в рабочем канале должно находиться 12 вагонеток. Загрузка очередной вагонетки с сырьем и выгрузка готового продукта происходит через определенные промежутки времени, установленные для каждого вида плодов.
Каждая вагонетка имеет 25 полок, на которые устанавливают сита (поддоны) с сырьем. Сита могут быть деревянными или металлическими, что предпочтительней, так как они более долговечны. Площадь поверхности одного сита 1,64 м2, а всех сит на одной вагонетке 41 м2.
Вагонетки после загрузки ситами с сырьем закатывают в рабочий капал сушилки. Они перемещаются по двум металлическим шинам, расположенным вдоль канала на расстоянии 250 мм от стен. Для предупреждения перекоса вагонеток при движении по центру канала проложена направляющая металлическая полоса. Для передвижения вагонеток и выгрузки их из сушилки используется лебедка, установленная снаружи на расстоянии 3 м от выходной дверцы. Для этой цели может также применяться шаговый транспортер.
Производительность сушилки фирмы ЦЕР зависит от вида и сорта сырья, от технологических параметров подготовки и сушки плодов и составляет (в кг/сут): при сушке слив с содержанием сухих веществ 17—22 % 2100—2450; груш половинками 1520; яблок 1500—1700; абрикосов: мелких 3330, средних 2285, крупных 1900; винограда; кишмиш белый 2550, кишмиш черный 2036.
Туннельные сушилки фирмы «Чачак» отличаются от описанной наличием калориферов. Отсутствие прямого контакта между продуктами сгорания жидкого топлива и воздухом обеспечивает более высокие санитарно-гигиенические условия ведения процесса.
В сушилке МНИИПП-1 сушильным агентом является воздух. Для его нагревания установлен теплогенератор ТГ-2,5, работающий в автоматическом режиме на жидком топливе, оснащенный автоматической горелкой. Продукты сгорания топлива после прохождения через калорифер выбрасываются наружу и с высушиваемым продуктом не соприкасаются. Благодаря значительной рециркуляции отработавшего воздуха КПД теплогенератора составляет 98 %, а температура воздуха при поступлении в сушилку — 80—85 °С.
В описанных сушильных установках обезвоживание продуктов происходит в плотном слое, когда не вся поверхность высушиваемого материала участвует в теплообмене, в связи с чем процесс протекает медленно, продолжительность сушки значительная. Поэтому применяемые для такого способа сушки аппараты имеют небольшую производительность при значительных габаритах. Значительное ускорение процесса достигается при сушке продуктов конвективным способом в перемешиваемом слое.
Одним из таких методов является сушка в кипящем слое. Сушилки, работающие по этому принципу, предназначаются для обезвоживания пищевых продуктов в виде небольших кусочков (кубиков) или крупинок (гранул). При сушке в кипящем слое создают повышенные скорости (4—6 м/с) воздуха, который поступает под сетку сушилки.
Напором воздуха кусочки продукта отрываются от сетки и поддерживаются во время сушки в полувзвешенном состоянии. Благодаря этому увеличивается общая поверхность испарения, усиливается конвекция, улучшается влагообмен между продуктом и сушильным агентом, что интенсифицирует процесс и позволяет получать хорошо восстанавливающийся сушеный продукт.
На многих овощесушильных заводах в линиях производства картофельной крупки установлены компактные сушилки с кипящим слоем КС-250 для подсушки картофельных гранул.
Работа сушилки осуществляется следующим образом. Гранулированное картофельное пюре влажностью 40—45 % непрерывно подается вибропитателем в сушильную камеру, в которой продукт находится в псевдосжиженном (полувзвешенном) состоянии за счет подачи подогретого воздуха через воздухораспределительную решетку, площадь которой составляет 1 м2. Решетка беспровального типа выполнена на нескольких слоев бронзовой сетки, зажатой между перфорированными металлическими листами. Нагрузка продукта на воздухораспределительную решетку составляет 45—90 кг/м2.
Воздух под решетку подается вентилятором через систему паровых калориферов и воздухораспределительный коллектор. Высушенный продукт выгружается из камеры через регулируемый по высоте пересыпной порог в разгрузочный патрубок. Отработавший воздух из сушильной камеры направляемся в циклопы отсасывающим вентилятором.
Производительность сушилки по испаренной влаге 160 кг/ч, по высушенному продукту 250 кг/ч, длина 3,3 м, ширина 0,8, высота 3,1 м.
Еще более эффективной разновидностью сушки в кипящем слое является сушка в виброкипящем слое.
Сушка в виброкипящем слое основана на комбинированном воздействии на высушиваемый продукт нагретого воздуха и механических колебаний решетки. Этот способ позволяет наряду с интенсификацией обезвоживания значительно снизить гидравлическое сопротивление высоких слоев продукта и газораспределительной решетки. Благодаря этому можно уменьшить в 2 раза скорость сушильного агента, обеспечить равномерное распределение воздуха, организовать направленное перемещение материала в сушилке по сравнению с сушкой на неподвижной решетке.
Конвективная сушка жидких продуктов в тонкодиспергированном (распыленном) состоянии — один из современных высокоинтенсивных способов обезвоживания. Распылительная сушка применяется для обезвоживания овощных и фруктовых паст, пюре, соков и др.
При обезвоживании распылением жидкие продукты диспергируются на капли весьма малых размеров (5—500 мкм), что значительно увеличивает поверхность испарения, благодаря этому повышается интенсивность процесса, а продолжительность пребывания продукта в аппарате составляет 5—30 с.
Сушку продукта в распыленном состоянии можно проводить при высокой температуре сушильного агента; вследствие большой скорости испарения влаги температура высушиваемых частиц остается невысокой, т. е. ниже предела, опасного для качества продукта.
Установка для сушки продуктов распылением состоит из следующих основных узлов: распыливающего устройства, сушильной камеры, где распыленные частицы продуктов контактируют с теплоносителем, системы нагревания воздуха, приемника высушенного продукта и циклонов для отделения от воздуха порошкообразного продукта.
В зависимости от вида продукта устанавливают метод распыления, скорость и температуру воздуха, устройство для сбора готового продукта, конструкцию сушильной камеры.
Распылительные сушильные установки могут быть горизонтальные и вертикальные. Они могут работать с противотоком, параллельным или комбинированным током сушильного агента. По способу распыления различают сушилки с пневматическими форсунками или центробежными дисками. При сушке фруктовых и овощных паст, пюре и соков пользуются большей частью распылительными сушилками с параллельным током.
Обезвоживание овощных и фруктовых паст, пюре и соков имеет свои специфические особенности. При определенной температуре сухие частицы продукта становятся термопластичными и налипают на стенки сушильной камеры. Продолжительное пребывание порошка в зоне высокой температуры приводит к его потемнению и ухудшает вкус. Для устранения этого сушильные камеры должны иметь охлаждающую рубашку, в которой циркулирует воздух необходимой температуры, а также специальное обдувочное приспособление для сдувания порошка со стенок на дно камеры.
Башенные сушилки применяются для сушки распылением, когда обезвоживание протекает при низкой температуре (30 °С) в башне во время свободного падения распыленного продукта. Высушиваемый продукт движется в башне сверху вниз, а осушенный подогретый воздух или инертный газ — в противоположном направлении.
Сушильная установка состоит из башни, систем фильтрации, осушения, подогрева и нагнетания воздуха (или инертного газа). В состав установки входят циклон и камеры с кондиционированным воздухом, где производится фасовка и упаковка гигроскопичных сушеных продуктов.
Высота башни 70—80 м, производительность от 1000 до 5000 кг/ч по испаренной влаге (в зависимости от диаметра башни).
Кондуктивный (контактный) способ сушки
Широко применяется для обезвоживания разнообразных высоковлажных овощных, картофельных и фруктовых пюре и др.
В отличие от конвективной сушки при кондуктивном способе испарение влаги происходит за счет передачи тепла высушиваемому продукту через нагретую поверхность. Основным преимуществом кондуктивной сушки является значительная интенсивность процесса, обусловленная быстрой передачей тепла от горячей поверхности к продукту, благодаря чему он быстро обезвоживается. Этот способ сушки отличается малыми затратами энергии, сравнительной простотой и невысокой стоимостью оборудования.
В овощесушильной промышленности кондуктивная сушка применяется при производстве сухого картофельного пюре (хлопьев, крупки).
Сушка копдуктнвным способом происходит на вальцах, источником тепла для нагревания которых является преимущественно пар, а в отдельных случаях — нагретое масло. Сушка может проходить при атмосферном давлении или под вакуумом.
По конструкции кондуктивные сушилки разделяются на одно- и двухвальцовые.
Одновальцовые сушилки состоят из одного сушильного вальца, нескольких намазывающих валков, позволяющих постепенно увеличивать толщину слоя высушиваемого продукта, и бруса с соскребающими ножами, который расположен в верхней части сухой стороны сушильного вальца.
Двухвальцовые сушилки состоят из двух сушильных вальцов. Толщина высушиваемого слоя продукта между ними регулируется изменением зазора. В сушилках этого типа вращение вальцов происходит навстречу друг другу.
В кондуктивных сушилках жидкие или пастообразные продукты наносятся тонким слоем на поверхность нагретого вальца. Высушенный продукт соскабливается с вращающегося вальца и имеет вид хлопьев или порошка.
Воздух повышенной влажности отсасывается из сушилки вентилятором. К параметрам сушки относятся температура греющей поверхности, толщина слоя продукта, продолжительность сушки. Продолжительность сушки регулируется скоростью вращения вальцов.
Одновальцовые сушилки используют преимущественно для обезвоживания картофельного пюре.
Работа одновальцовой сушилки осуществляется следующим образом. Картофельное пюре поступает на середину сушильного вала и распределяется в обе стороны по спирали. При этом верхний распределительный ролик, устанавливаемый на расстоянии 12,5 мм от сушильного вала, обволакивается пюреобразной массой и наносит ее топким слоем на сушильный вал. Для увеличения толщины этого слоя служат еще три распределительных ролика, на которые наносится пюре. На нижнем (пятом) ролике обычно накапливаются остатки кожицы и глазки, не удаленные с клубней при очистке и дочистке. Поэтому его периодически очищают и снятое пюре передают на корм скоту. Сушку производят на сушильном валу, внутрь которого поступает пар при давлении 0,5—0,6 МПа. Сушеный продукт снимается в виде сплошной ленты ложами, расположенными на противоположной от загрузки стороне сушильного вала. Лента сухого пюре поступает по наклонному лотку в ломач, выполненный в виде бокового лопастного шнека. Здесь продукт измельчается и одновременно транспортируется к разгрузочному копну шнека, где засасывается осевым вентилятором в трубу и улавливается циклопом. Отсюда хлопья поступают на фасовку. Производительность сушилки 300—350 кг/ч картофельных хлопьев.
Кондуктивные сушилки относятся к скоростным, так как сушка в них длится меньше 1 мин. Например, за 10—15 с влажность вареного картофельного пюре уменьшается с 80 до 5 %.
Для получения хлопьев и порошков из фруктов и овощей (яблок, томатов и др.) разработаны усовершенствованные двухвальцовые сушильные установки, которые отличаются от серийно выпускаемых двухвальцовых наличием кожуха в нижней части вальцов и двух зон с низкой относительной влажностью воздуха для сбора и досушки готового продукта.
Между кожухом, облегающим нижнюю поверхность вальцов по концентрической окружности, и вальцами имеется зазор 2,54 см, но которому в противоположном вращению вальцов направлении подается воздух со скоростью 5 м/с. Относительная влажность воздуха в зонах сбора конечного продукта 15—20%.
Радиационная сушка
Это обезвоживание прямым воздействием на высушиваемый продукт лучей инфракрасной части спектра (ИК-лучей) производится с помощью ламп инфракрасного излучения или нагретых поверхностей. Радиационная сушка применяется преимущественно как вспомогательный способ для ускорения обезвоживания в комбинации с конвективным, контактным или сублимационным способом сушки.
Сублимационная сушка
Сушка продукта в замороженном состоянии под вакуумом носит название сублимационной, лиофильной или молекулярной.
Способ сублимационной сушки отличается тем, что в процессе обезвоживания влага переходит в пар из замороженного состояния, минуя жидкое состояние. Вследствие этого сублимированные продукты резко отличаются от продуктов, высушенных другими способами: они сохраняют цвет, вкус, первоначальный объем, легко поглощают при восстановлении влагу, в значительной степени остаются неизменными и летучие компоненты. Готовые продукты длительное время могут храниться в помещениях с нерегулируемым режимом в соответствующей упаковке. Сушка может осуществляться с предварительным замораживанием при низкой температуре в холодильных камерах или самозамораживанием продукта в условиях вакуума.
Сущность вакуум-сублимационной сушки состоит в следующем. Предварительно замороженный продукт помещают на сетку между нагревательными плитами. После создания вакуума в установке от нагревательных плит к продукту подается тепло в количестве, необходимом для сублимации льда, т. е. для перевода воды из твердого состояния в парообразное. Образующийся пар перемещается от продукта к охлаждаемой поверхности конденсатора, конденсируется и частично отводится вместе с неконденсируемыми газами вакуум-насосом. Для обеспечения нормального протекания процесса в такой системе необходимо создавать перепад давлений водяного пара между сублиматором и конденсатором.
Процесс удаления влаги из продуктов протекает в три стадии: при снижении давления в сублиматоре происходят быстрое самозамораживание влаги и сублимация льда за счет тепла, отдаваемого самим продуктом, или предварительное замораживание; удаление основной части влаги сублимацией; удаление остаточной (незамороженной) влаги тепловой сушкой.
В Советском Союзе действует несколько типов промышленных сублимационных установок. Наиболее мощная из них УСС-5.
Установка состоит из трех автономно работающих сублиматоров, каждый из которых представляет собой горизонтальный цилиндр из коррозиестойкой стали длиной 9,6 м и диаметром 2,8 м. В процессе сушки парогазовая смесь удаляется через четыре патрубка, установленных по обеим сторонам цилиндра по образующим. Патрубки с помощью вакуум-проводов соединяются с конденсаторами-вымораживателями. Крышки сублиматоров открываются и закрываются с помощью специальных гидроагрегатов. Через герметические вводы в сублиматор введены датчики термопар. Внутри сублиматора установлены нагревательные элементы в виде горизонтально расположенных полых плит. В качестве теплоносителя используется смесь из растворов органических веществ, которая нагревается в специальном котле и системой насосов прокачивается через полые плиты сублиматоров. На полые плиты устанавливают лотки с высушиваемым продуктом, которые размещены на тележке.
Конденсатор-вымораживатель — полый горизонтально установленный цилиндрический теплообменный аппарат длиной 7,64 м и диаметром 2,2 м, разделенный вакуумно-плотной перегородкой на две половины, работающие как самостоятельные аппараты. В каждой половине размещены батареи из труб, в которые подастся аммиак. Парогазовая смесь откачивается из сублиматора системой вакуумных насосов, состоящей из трех насосов ВН-500М и шести насосов ВН-6МГ, что обеспечивает создание рабочего разрежения. Сублиматор может быть отделен от конденсатора-выморажпватсля шиберными вакуумными затворами, установленными на вакуум-проводах.
Производительность установки 5 т за цикл; площадь поверхности сушильных лотков 144 м2; способ подвода тепла к продукту радиационный; температура нагревательных плит максимальная 180 °С, минимальная 25 °С; температура конденсатора-вымораживателя минус 40 °С. Холодильный агент — аммиак.
Обслуживание сушильных установок и техника безопасности
Перед пуском сушилок после монтажа или ремонта требуется провести следующие работы:
- для предохранения сушильных лент от разрывов необходимо обшить края лент тесьмой из бельтинга или брезента. Обшивка должна быть шириной 30 мм, прошивают ее скобами из коррозиестойкой стальной проволоки в два ряда;
- тщательно очистить ролики, которыми поддерживаются ленты, от прилипших к ним частиц сушеных овощей;
- проверить правильность движения лент, достаточность и равномерность их натяжения. При проверке необходимо учитывать, что при неравномерном натяжении ленты сходят в сторону меньшего натяжения. Поэтому усиливать натяжение следует с той стороны, куда лента сходит. Регулировку натяжения лент можно считать законченной, если после движения в течение 3—4 ч положение их на барабанах не изменяется;
- промыть ленты, паровые батареи, а также каркас, щиты и заслонки сушилки горячей водой до полной очистки их от всяких загрязнений. Очистку и промывку лент и других частей сушилки вести сверху вниз;
- обсушить промытую сушилку воздухом при помощи вентиляторов (или открыванием шиберов вытяжной трубы при естественной тяге);
- покрыть калориферы под третьей, четвертой и пятой лентами двускатными щитами из кровельного железа для защиты их от засорения мелочью (длина щита 2 м, ширина 40 мм, высота 45 мм). Щиты должны покрывать ребра радиаторов только над трубами. Для устойчивости щиты соединяют между собой попарно железными полосками;
- предварительно прогреть сушилку, для чего продуть паровые батареи (для удаления из них воздуха) и пропустить весь конденсат по обводным конденсатопроводам (в обход конденсационных горшков); пар при продувке впускать в батареи постепенно медленным поворотом вентиля во избежание гидравлических ударов;
- при появлении пара в продувных вентилях обводных конденсатопроводов закрыть обводные конденсатопроводы и включить конденсационные горшки;
- постепенно поднять давление пара до избыточного (0,6 МПа) и просмотреть всю нагревательную систему;
- после прогревания прекратить подачу пара, дать батареям остыть и очистить конденсационные горшки;
- установить скорости движения сушильных лент в соответствии с режимом сушки;
- проверить, в достаточном ли количестве наполнены маслом вариаторы скоростей движения сушильных лент;
- плотно закрыть заслонками боковые стороны сушильной камеры, а щитами — торцовые, чтобы исключить всякую возможность подсоса воздуха через неплотности. Необходимо иметь в виду, что воздух, поступающий в сушку через неплотности заслонок, не проходит через калориферы, мало нагревается и почти не участвует в сушке. Создаваемая же подсосами воздуха излишняя нагрузка на вентиляторы уменьшает поступление в сушилку воздуха снизу, что замедляет сушку и затрудняет получение равномерно высушенного продукта.
По окончании подготовки сушилки к пуску приступают к се нагреванию.
Перед пуском пара в батареи открывают вентиль на обводном конденсатопроводе (для спуска конденсата в обход конденсационного горшка). Затем медленно впускают пар в батареи и продувают их, не допуская гидравлических ударов. Продувка продолжается до тех пор, пока в продувном кране не покажется пар. Тогда закрывают обводный коиденсатопровод, включают конденсационный горшок и при медленной подаче пара поднимают давление в батареях. Когда давление в батарее верхней ленты дойдет до нормы, установленной по режиму сушки для данного вида овощей, пускают в ход сушильные ленты, включают вентиляторы и начинают загружать сушилку сырьем.
Во время сушки необходимо следить, чтобы вентиляторы сушилки как на отсосе отработавшего воздуха, так и на подаче его в аппарат работали на полную мощность, так как от этого зависят производительность сушилки и качество продукта.
Система вентиляции, предназначенная для удаления из сушилки отработавшего воздуха, должна создавать в ней некоторое разрежение (4—5 мм вод. ст. над верхней лентой). При этом ускоряется процесс испарения влаги. Такое малое разрежение измеряется при помощи специальных приборов — микроманометров.
Для обогрева сушилок применяется насыщенный водяной пар. При отдаче тепла пар конденсируется, т. е. превращается в воду. Тепло, выделяющееся при конденсации, передается окружающему воздуху, который является сушильным агентом, поглощающим влагу из продукта.
Конденсат должен непрерывно удаляться, иначе он может заполнить батареи. Тогда прекратится поступление пара в калорифер и приостановится обезвоживание продукта. Спуск конденсата должен производиться через конденсационные горшки, в которых жидкость отделяется от пара и уходит в конденсатопровод. При спуске конденсата в обход горшка уходит и неиспользованный пар, вследствие чего непроизводительно теряется много тепла.
На паропроводах сушилок должны быть установлены манометры, предохранительные клапаны и термометры. Клапан должен быть закрыт кожухом или колпаком, исключающим возможность произвольного перемещения или увеличения груза на рычаге.
При продувке клапана вручную струю направляют в сторону от рабочего места так, чтобы исключалась возможность ожогов людей.
Источник: З.А. Кац. Производство сушеных овощей, картофеля и фруктов. Изд. 2-е, перераб. и доп. «Легкая и пищевая промышленность». Москва. 1984