ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

Изобретение относится к области сушки растительных материалов, в частности к камерным вакуумным сушилкам периодического действия, и может быть использовано, в частности, для сушки пищевых продуктов, а именно овощей, грибов, фруктов, зелени, специй и др.

На чертеже схематично представлена предлагаемая установка для сушки растительных материалов.

Предлагаемая установка для сушки растительных материалов состоит из сушильных камер 1 и 2, каждая из которых оборудована устройствами 3 для равномерного распределения теплоносителя (сушильного агента), калориферами 4 для нагрева теплоносителя и вентиляторами 5 для подачи теплоносителя по всему объему сушильной камеры. Трубопроводы 6 со встроенными в них быстродействующими клапанами 7 и 8 связывают сушильные камеры 1 и 2 с ресивером 9. Каждая сушильная камера 1 и 2 имеет клапан 10 для соединения сушильной камеры с атмосферой и клапан 11 для слива свободной влаги из камеры, а также имеет герметичные двери 12 для загрузки и выгрузки тележки с продуктом. Вакуумный насос 13 обеспечивает заданный вакуум в ресивере 9. Шлюзовая камера 14 предназначена для сбора и удаления конденсата из ресивера 9 и теплообменника 15, который охлаждается хладагентом с холодильной машины 16. Для слива жидкости из шлюзовой камеры 14, без разгерметизации всей системы используют клапаны 17. Работу пневмоклапанов 7 и 8 обеспечивает компрессор 18, который через пульт управления 19 обеспечивает сжатым воздухом быстродействующие клапана. В полости сушильных камер установлены уровнемеры жидкости 20. Установка для сушки растительных материалов работает следующим образом.

Растительный материал, предназначенный для сушки, предварительно вымытый, очищенный и нарезанный согласно требованиям стандарта, равномерно укладывают на сетчатые поддоны, которые затем устанавливают на тележку 21, которую закатывают в сушильную камеру 1, после чего герметично закрывают двери 12, включают нагрев калорифера 4, вентилятор 5 и нагревают воздух в камере сушки первоначально при атмосферном давлении. При этом сушильная камера 1 изолирована от ресивера 9 и внешней среды при помощи закрывания быстродействующих клапанов 7 и клапанов 10 и 11. Одновременно включается холодильная машина 16 для охлаждения теплообменника 15 до температуры 0 - 5 С и вакуумный насос 13 для создания в ресивере 9 давления 1-10 мм рт.ст. Одновременно с вакуумным насосом 13 включают компрессор 18.

Растительный материал в камере сушки 1 нагревают до среднеобъемной температуры, не вызывающей его денатурации. Нагрев приводит к снижению поверхностного натяжения воды в клетках и межклеточном пространстве растительного материала и к увеличению давления пара воды до значений, равных равновесному давлению пара при данной температуре. С помощью быстродействующих клапанов 7 камеру сушки 1 за время, равное 0,1-0,5 сек, соединяют с ресивером 9, в котором предварительно создано давление 1-10 мм рт.ст., создавая тем самым в сушильной камере 1 вакуум, под действием которого растительный материал выдерживают в течение, например, для моркови 5 мин, затем сушильную камеру 1 изолируют от вакуума посредством закрывания быстродействующих клапанов 7 и выдерживают растительный материал в сушильной камере под остаточным вакуумом до создания в ней равновесного давления пара при данной температуре, например, в течение 7 мин. При быстром, резком воздействии вакуума на растительный материал его температура понижается на 10-15 С. При этом свободная влага под действием более глубокого вакуумирования начинает выходить из растительного материала и скапливаться на дне сушильной камеры, которую сливают из камеры после удаления всей свободной влаги из растительного материала в шлюзовую камеру. Уровень влаги контролируется по уровнемеру 20. Подогрев растительных материалов до температуры, не вызывающей денатурации материала, поддерживается постоянно. Процесс ведут в автоматическом режиме с пульта управления 19.

Равномерную подачу теплоносителя при продувке, нагреве, многократном чередовании вакуумирования и выдержки растительного материала по всему объему изолированной сушильной камеры осуществляют потоками паро-воздушной смеси при помощи регулируемых направляющих устройства 3 от непрерывного, постоянного и встречного до противоположного.

Нагрев растительного материала, скоростное вакуумирование с нагревом, выдержка под вакуумом с прогревом растительного материала по всему объему составляет один цикл сушки. В зависимости от свойств растительного материала: плотности, толщины и др. параметров количество циклов может быть по крайней мере более двух, т.е. увеличено многократно до достижения остаточной влажности 30%.

После выдержки продукта под остаточным вакуумом и достижения давления пара воды в сушильной камере давлению, равному равновесному давлению пара при данной температуре, давление в сушильной камере 1 сбрасывают за 0,5-5,0 с, до давления ниже равновесного давления насыщенного пара для данной температуры и вновь делают выдержку растительного материала в создавшемся в сушильной камере более глубоком вакууме. Во время второй выдержки растительного материала под вакуумом через клапаны 17 без разгерметизации системы производят удаление - слив образовавшейся, выделившейся из растительного материала воды и конденсата, уловленных ресивером 9 и теплообменником 15 и скопившихся в шлюзовой камере 14. Далее сушильную камеру 1 посредством перекрытия быстродействующих клапанов 7 изолируют от ресивера 9. При этом непрерывно производят подогрев растительного материала под остаточным давлением до среднеобъемной температуры, не вызывающей денатурации материала.

Вода в растительных материалах находится в двух основных структурных элементах: в полостях клеток и капилляров - свободная влага, а в стенках клеточных оболочек - связанная влага. Размер клеточных пор находится пределах 100 и 10 . Максимальное количество связанной влаги, которое может находится в растительных материалах, примерно одинаково для всех растительных материалов и составляет при 20 С примерно 30 мас.%. Вся остальная влага является свободной. При сушке продуктов с влажностью более 30% в первую очередь удаляется свободная влага, а затем связанная.

При нагревании растительных материалов гигроскопичность понижается и часть связанной влаги переходит в свободную.

Сушка растительных материалов на предлагаемой установке включает в себя две стадии. На первой стадии производят удаление свободной влаги, когда влага из капилляров и межкапиллярного пространства удаляется за счет быстрого создания давления насыщенных паров воды в объеме сушильной камеры и находящихся в ней растительных материалов при данной температуре и влага выталкивается из капилляров за счет расширения растворенного и защемленного в растительных материалах газа и частично происходящего в материале процесса парообразования.

На второй стадии производится удаление связанной влаги только за счет интенсивного парообразования и последующего удаления ее из объема пор растительного материала. Это достигается тем, что предварительно нагретый растительный материал при давлении, равном равновесному давлению насыщенных паров при данной температуре, подвергают быстрому соединению с вакуумом ресивера и кратковременному созданию в сушильной камере давления ниже равновесного давления насыщенных паров, т.е. приступают к повторному вакуум-импульсному воздействию на растительный материал, но уже для удаления связанной влаги.

Создание в сушильной камере 1 давления ниже равновесного давления насыщенных паров приводит их в ненасыщенное состояние, аналогичное перегретому пару и резкому превращению влаги находящейся на поверхности материала в пар. Это приводит к охлаждению жидкости на поверхности растительного материала ниже температуры ее кипения при данном давлении. Вследствие низкой теплопроводности растительных материалов пар, находящийся во всем объеме материала и внутри капилляров, не успевает охладиться до температуры ниже температуры кипения и вследствие повышенного его давления по отношению к наружной поверхности выдавливает влагу из капилляров. Создание в сушильной камере 1 давления ниже равновесного приводит также к резкому расширению защемленных и растворенных в капиллярной жидкости газов. Резкое увеличение объема газа выталкивает жидкость из капилляров в объем сушильной камеры в виде мелкодисперсной фазы.

Начало удаления связанной влаги определяется по уменьшению изменения температуры растительных материалов в процессе скоростного вакуумирования. С уменьшением влагосодержания увеличивается пористость растительного материала и уменьшается теплопроводность, это приводит к уменьшению выдержки под вакуумом после скоростного вакуумирования и увеличению времени прогрева растительного материала под остаточным вакуумом до достижения равновесного давления.

Удаление связанной влаги осуществляется в процессе проведения следующих операций: скоростного вакуумирования с выдержкой и нагревом под вакуумом, нагревом растительного продукта в изолированной сушильной камере под остаточным вакуумом до достижения равновесного давления при максимально возможной для данного продукта температуре.

Конкретный пример осуществления сушки растительного материала.

Процесс сушки растительных материалов экспериментально реализован на промышленной установке, технологическая схема которой представлена на чертеже.

В две сушильные камеры 1 и 2 объемом по 4 м ³ каждая, оборудованные устройствами 3 для направления и равномерного распределения воздушных потоков, калориферами 4 для нагрева и вентиляторами 5 для перемещения теплоносителя, размещают равномерным слоем растительный материал на сетчатых поддонах подвижной тележки. Каждая камера соединена трубопроводами 6 со встроенными в них быстродействующими клапанами 7 и 8 с ресивером 9. В сушильные камеры 1 и 2 загрузили по 1 м ³, предварительно промытые и порезанные пищевые продукты.

Пример 1

Сушке подвергали морковь столовую с начальным массовым содержанием влаги 83%. Предварительно вымытую и очищенную, нарезанную в форме кубиков с размерами сторон от 5 до 10 мм морковь раскладывали на сетчатые поддоны слоем до 30 мм толщиной. Требуемая конечная влажность по ГОСТ 12326-66 "Морковь столовая сушеная для экспорта" должна быть не более 8%.

В каждую сушильную камеру 1, 2 на тележках было установлено по 8 поддонов с кубиками моркови. В дверцах 12 каждой сушильной камеры, при проведении процесса сушки моркови были установлены оребренные электрические ТЭНы мощностью по 1 кВт в количестве 25 шт. и по два осевых вентилятора № 4 производительностью по 3000 м ³ воздуха, при нормальных условиях, обеспечивающих напор не менее 50 мм вод. ст. при 3000 об/мин.

Для создания вакуума в ресивере 9 использовали вакуумный насос АВЗ-20, который обеспечивал создание рабочего вакуума в ресивере 9 и отсос балластных газов из него. Скоростное вакуумирование осуществляли при помощи ресивера 9 объемом 4 ³ и пневмоклапанов 7 и 8 Ду-88-мм - тип 65233. Охлаждение теплообменника 15 проводили холодильной машиной 16, тип ОЭ 2,8-20 хладопроизводительностью 8,85 КВТ.

Сушильную камеру 1 герметично закрыли и включили калориферы 4 и вентиляторы 5 для нагрева воздуха и моркови в сушильной камере 1. Воздух из калорифера выходил с температурой 60 С при атмосферном давлении в сушильной камере 1, которая была изолирована от ресивера 9 и от внешней среды путем перекрытия быстродействующих клапанов 7 и клапана 10. Одновременно с включением подогрева включили вакуумный насос 13 для создания в ресивере 9 давления 1-10 мм рт.ст. После достижения среднеобъемной температуры моркови 60 С (время нагрева составило 12 мин - для каждого вида продукта определяется индивидуально) включили быстродействующие клапаны 7, соединяющие сушильную камеру 1 с ресивером 9, и сделали выдержку моркови под вакуумом в течение 7 мин. Затем быстродействующие клапаны 7 сушильной камеры 1 перекрыли, изолировав таким образом сушильную камеру 1 от ресивера 9, и сделали выдержку моркови под остаточным вакуумом в течение 5 мин. При этом калорифер работал без отключения и температура в сушильной камере и температура моркови во время выдержки при остаточном вакууме вновь достигла 60 С. Быстродействующие клапаны 8 второй сушильной камеры 2 в это время находились в положении "Закрыто".

Данные операции повторили два раза и общее время, которое потребовалось для удаления свободной влаги, составило 36 мин. Свободную влагу, выделившуюся из моркови, удалили из камеры сушки 1 путем открытия сливного клапана 11, соединяющего ее со шлюзовой камерой.

Во время первой выдержки моркови под остаточным вакуумом в первой сушильной камере запустили нагрев во второй сушильной камере 2, с такой же последовательностью проводимых в ней в дальнейшем операций сушки.

Удаление связанной влаги до остаточной влажности 8% производили посредством проведения операций скоростного вакуумирования с нагревом и выдержкой моркови под вакуумом в течение 5 мин, нагревом моркови в сушильной камере под остаточным вакуумом до равновесного давления при температуре 60 С в течение 5 мин. Количество вышеуказанных циклов при этом равняется трем.

Общее время сушки моркови составило:

- 36 мин - удаление свободной влаги;

- 36 мин - удаление связанной влаги.

Всего 72 мин. Полученный продукт по своим качественным показателям соответствовал ГОСТ 12326-66.

Предлагаемая установка сушки растительных материалов, в частности продуктов питания, успешно прошла экспериментальные испытания в условиях промышленного предприятия по сушке овощей в г. Барнауле и дала хорошие, стабильные результаты по качеству сушки. Качество сушки растительных материалов (картофель, лук, морковь, болгарский перец и др.) полученных на данной установке, соответствует требованиям Российских стандартов.

Предложенная установка сушки растительных материалов не вызывает трудностей при ее изготовлении и эксплуатации, позволяет использовать существующее оборудование и предотвращает возможные затраты на изготовление дорогостоящего и громоздкого оборудования.

В настоящее время авторами проводится работа по более широкому использованию предлагаемой установки.