Технологія і обладнання переробки та зберігання сільськогосподарської продукції
  • Регистрация
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса)

СУШКА СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ ПРОДУКЦІЇ

Рослинна продукція, одержана в процесі сільськогосподарського виробництва, є капілярно-пористим матеріалом. З погляду хімії плодоовочева сировина - це колоїдно-дисперсна система, що складаються з високомолекулярних органічних сполук. Картопля, овочі, плоди і ягоди є системами, в яких переважаюче значення має вуглеводний комплекс (цукор, крохмаль, пектинові речовини, геміцеллюлоза і ін.).

У сушильній техніці воду, що міститься в матеріалі, прийнято називати поглиненою речовиною або ж масою поглиненої речовини. При температурі вище 0° вода знаходиться в матеріалі частково в рідкому, і частково в пароподібному агрегатному стані. Співвідношення між кількістю води, що знаходиться в тому або іншому стані, залежить від температури матеріалу і від вмісту в ньому вологи.

Всяка колоїдна система складається з дисперсної фази і дисперсійного середовища. Дисперсна фаза - це частинки твердої матерії (розміром 0,1...0,001 мкм), що знаходяться в зваженому стані в рідкій частині колоїдного розчину, яку називають дисперсійним середовищем. Колоїдні розчини в протилежність істинним розчинам неоднорідні (мікрогетерогенні).

Ця неоднорідність характеризується наявністю поверхні розділу між частинками (міцеллами) дисперсної фази і дисперсійним середовищем. Чим менше за частинку дисперсної фази, тим більше їх загальна поверхня розділу, тим, отже, більш виражені їх физико-хімічні властивості (здібність до адсорбції і гидратації, поверхневе натягнення і ін.) і тим важче видалити рідину з колоїдного розчину.

Видалення вологи з плодоовочевої сировини під час сушки утрудняє через наявність в колоїдних системах стабілізаторів, до яких відносяться іони металів і металоїдів, нейтральні молекули органічних сполук і найдрібніші гідратировані частинки дисперсної фази колоїдів.

Висока вогкість і живильні речовини є ідеальним середовищем для розвитку патогенних мікроорганізмів і роблять його потенційно швидкопсувним. Задача сушки полягає в зниженні вогкості продукту до кондиційної, при якій якість матеріалу тривалий час зберігається. Процес сушки починається з порушенням сил зв'язку вологи з матеріалом, на що необхідно витратити певну кількість енергії. Характер протікання процесу сушки залежить від форм зв'язку вологи з матеріалом і його фізико-коллоідних властивостей.

Зроблена класифікація форм зв'язку вологи з сухою речовиною висушуваного продукту, згідно якої всі форми зв'язку зводяться в три великі групи:

- волога, зв'язана фізіко-механічно; ця волога не входить до складу продукту, а лише утримується в ньому. Наприклад, змочуюча волога і заповнююча капіляри пористих продуктів;

- макрокапілярна волога, яка знаходиться в капілярах з середнім радіусом більше 10-5 см. Ця частина вологи найлегше віддаляється з матеріалу при сушці [8, 16];

- мікрокапілярна волога, що міститься в капілярах з радіусом менше 10-5 см, видалення якої значно складніше, ніж макрокапілярної. Волога, що міститься в капілярах, пов'язана з сухою речовиною механічно і в невизначеній кількості;

- волога набухання, звана також осмотично утримуваною вологою. Ця волога пов'язана з твердим скелетом матеріалу неміцно, тому вона віддаляється в процесі сушки раніше, ніж мікрокапілярна волога;

- волога, зв'язана физико-хімічно, яка входить органічно до складу продуктів. Сюди відноситься адсорбційна, осмотична і структурна волога. Видалення цієї частини вологи і є основною задачею сушки;

- адсорбційно зв'язана волога, розташована у вигляді якнайтонших плівок по поверхні міцелл і утримувана ними завдяки силам поверхневого натягнення. Ця волога, що характеризує ступінь гідрофільності колоїду, важко видаляєма. Для її видалення звичайно потрібна тривала сушка при невисокій температурі. Співвідношення ж цих форм вологи з сухою речовиною не строго визначене;

- волога, зв'язана хімічно, яка входить до складу молекул деяких складових частин продукту. Вона міцно пов'язана з матеріалом і не може бути видалена звичними методами сушки. При розрахунках, пов'язаних з сушкою вона не враховується.

- волога кристалізації, що входить до складу молекул речовини в строго певній кількості, інакше звана хімічною вологою. Таку вологу не можна видалити з матеріалу без його руйнування, тобто без різкої зміни физико-хімічних властивостей, що спостерігається, наприклад, при прожаренні деяких хімічних з'єднань.

Стан вологого матеріалу характеризується його вогкістю і температурою. Вогкістю W (в %) називають процентний вміст вологи в продукті, віднесений до загальної маси вологого продукту.

(6.8)

де – маса вологи в матеріалі, кг; G – маса вологого матеріалу, кг.

У процесах сушки вологий матеріал прийнято розглядати як суміш абсолютно сухої речовини і води:

(6.9)

де - – маса абсолютно сухої речовини, кг.

Вогкість матеріалу змінюється від 0 (абсолютно сухий матеріал) до 100 % (чиста вода при = 0).

Кількість випарованої вологи

(6.10)

де G1 і G2 – маси матеріалу до і після сушки, кг.

(6.11)

W1 і W2 – початкова і кінцева вогкість матеріалу, розрахована на загальну масу, в %.

При обезводненні продукту з нього віддаляється тільки волога, кількість абсолютно сухої речовини залишається незмінною, тому поняття вологовміст точніше характеризує процес сушки. Питомим вологовмістом (в кг вл./кг сухої. реч.) матеріалу називають кількість вологи, віднесену до маси абсолютно сухої речовини :

(6.12)

Вологовміст матеріалу, виражений у відсотках, є відношенням маси вологи до маси сухого матеріалу :

(6.13)

при рівномірному розподілі вологи в матеріалі

(6.14)

Вологовміст змінюється від нуля (абсолютно сухий матеріал) до безкінечності ( чиста вода ).

Маса абсолютно сухого матеріалу

(6.15)

Кількість випарованої вологи в процесі сушки

(6.16)

де U1 и U2 – початковий і кінцевий вологовміст матеріалу (кг  вологи/кг сухої речовини).

Вологовміст матеріалу і його вогкість зв'язані рівняннями

U = W/(100 – W) (6.17)

W = 100 U/(U + 1) (6.18)

По характеру взаємодії вологи висушуваного продукту з навколишнім середовищем - повітрям, розрізняють вологу гігроскопічну, рівноважну і вільну.

Вільною вважається частина вологи матеріалу, яка випаровується так само інтенсивно, як випаровується вода з вільної поверхні. Кількісно вільна волога складає різницю між початковим вологовмістом матеріалу Un і кількістю гігроскопічної вологи в ньому UF.

Гігроскопічний вологовміст UF відповідає максимальному вологовмісту, який може мати висушений матеріал, поміщений в середу (повітря), повністю насичену вологою (u = 100%).

Значення гігроскопічного вологовміста залежно від температури варіюються в межах: картопля – 0,5...1,3; морква – 0,45...0,80; цибуля – 0,53...0,90; столовий буряк – 0,80...1,0; зелений горошок – 0,47...0,82; яблука – 0,42...0,47; абрикоси – 0,63...0,80. Із збільшенням температури величина гігроскопічного вологовміста зменшується [17, 18].

Співвідношення між вільною і гігроскопічною вологою в сировині залежить в основному від його колоїдно-хімічних властивостей. Чим більше в сировині вільної вологи, тим швидше воно сохне. Тому для картоплі, овочів і плодів тривалість першого періоду сушки (періоду постійної швидкості сушки), коли з сировини віддаляється вільна волога, вимірюється десятками хвилин або навіть менше. В цей період волога в матеріалі переміщається переважно у вигляді рідини, і його температура рівна температурі мокрого термометра. Решта часу сушки, званого другим періодом сушки характеризується убуваючою швидкістю процесу. Найважче віддаляється волога в кінці цього періоду, коли висушуваний продукт віддає свою гігроскопічну вологу і вогкість його близька в умовах даного середовища до рівноважного.

Властивості повітря як агента сушки

Повітря в процесі конвективної сушки є активним учасником обезводнення, виконуючи одночасно три функції: теплоносія, вологопоглинача і вологовидалителя.

Роль теплоносія полягає в передачі частини тепла повітря висушуваному матеріалу, завдяки чому інтенсифікують дифузійні процеси усередині нього. При цьому, чим вища температура нагрітого повітря, що підводиться до поверхні висушуваного матеріалу, тим більша кількість теплової енергії він несе з собою і тим швидше і більше він може випарувати вологу з продукту.

У сушильній техніці повітря розглядається як суміш сухих газів з парами води. Барометричний тиск вологого повітря рівний сумі парціального тиску його складових, тобто сухої частини і пари.

(6.19)

де p – загальний барометричний тиск вологого повітря, Па;

pС. В і – парціальний тиск відповідно сухого повітря і пари.

Здатність повітря виконувати функцію вологопоглинача залежить від ступеня його насиченості водяними парами. Існує строга залежність між температурою повітря і максимальним вмістом водяної пари.

При русі повітря відносно висушуваного матеріалу з одночасним поглинанням пари, що виділяється, здійснюється функція вологовидалителя.

До термодинамічних параметрів повітря відносяться вогкість (абсолютна і відносна ), густина, об'єм і ентальпія.

Абсолютна вогкість сп – маса водяної пари, що знаходиться в 1 м3 вологого повітря, тобто густина пари.

Абсолютна вогкість повітря може зростати до максимально можливого вмісту пари, тобто до повного насичення

смах = сп

Температура, при якій повітря даного стану стає насиченим, називається точкою роси tp.

Густину насичення Сн визначають по таблицях водяної пари.

Відносна вогкість повітря u – відношення маси водяної пари (в %), що знаходиться в 1 м3 вологого повітря, до максимально можливої маси його в цьому ж об'ємі при тому ж тиску і температурі:

(6.20)

Застосовуючи приблизно для вологого повітря рівняння стану газу, одержимо

(6.21)

де: рП – парціальний тиск пари в повітрі, Па;

рН – тиск насиченої пари, Па.

Відносна вогкість повітря характеризує здатність повітря поглинати вологу, тобто ступінь його насичення парою: чим вона нижча, тим вища сушильна здатність повітря. Повітря, повністю насичене водяними парами (u = 100%), не здатне поглинати вологу, його сушильна здатність рівна нулю.

Питомий вологовміст d (в грамах) або х (в кілограмах) – маса водяної пари, віднесена до 1 кг сухого повітря.

(6.22)

(6.23)

На підставі формули замінимо , тоді

(6.24)

(6.25)

Об'єм вологого повітря визначають по рівнянню:

(6.26)

Густину вологого повітря можна розрахувати по формулі:

(6.27)

де Т – температура вологого повітря, К.

Питома ентальпія i вологого повітря визначається як сума ентальпії 1 кг вологого повітря і ентальпії пари, що доводиться в суміші на 1 кг сухого повітря. Виражається в кДж/кг.

(6.28)

або

(6.29)

де, – ентальпія відповідно сухого повітря і пари, кДж/кг;

– питома теплоємність сухого повітря, яка може бути прийнята рівною 1,0046 кДж/(кг. До);

– питома теплота пароутворення при 0 °С, рівна 2499,0  кДж/кг;

– питома теплоємність пари, рівна 1,8418 кДж/(кг К).

Теплоємність вологого повітря можна визначити по формулі:

(6.30)

Параметри вологого повітря взаємозв'язані певною залежністю, на підставі якої складені таблиці і I–d діаграма вологого повітря. Отже, по двох відомих термодинамічних параметрах і можна визначити інші.

Потенціал сушильного агента

При випаровуванні вологи без підведення теплоти температура повітря знижуватиметься, а його відносна вогкість збільшуватися. При максимальному насиченні (u =100%) температура повітря стане рівній температурі води, що випаровується. Ця температура називається температурою мокрого термометра .

Потенціал сушильного агента е характеризує здатність повітря поглинати випаровувану вологу:

(6.31)

де і – температура повітря, зміряна сухим і змоченим термометрами; r – прихована теплота випаровування, кДж/кг;

(6.32)

де: – ентальпія насиченої водяної пари при ;

- теплоємність вологого повітря, кДж/(кг До).

Чим більше різниця між температурами, тим вище сушильна здатність повітря і менше його відносна вогкість.

Матеріальний баланс сушильної установки

У сушильній установці відбувається процес відділення рідини від твердого матеріалу, що супроводжується перенесенням енергії і маси. За законом збереження матерії кількість речовини після проходження сушильної камери дорівнює поступаючій кількості речовини. Всю масу речовини можна розділити на три матеріальні потоки: сухого матеріалу, вологи і повітря. Запишемо баланс для кожного потоку.

Для сухої речовини:

(6.33)

де: – потік сухої речовини, що міститься в матеріалі при вході в сушильну установку, кг/с;

– потік сухої речовини, що виходить з сушильної установки, кг/с.

Для повітряного потоку:

(6.34)

де: і –кільксть сухого повітря відповідно на вході і виході з сушильної установки, кг;

– витрата повітря на процес сушки, кг.

Витрата повітря для сушки в теоретичній сушарці визначається з рівняння:

(6.35)

Насправді, з урахуванням витрати тепла на нагрів матеріалу, транспортуючих пристроїв і на втрати в навколишнє середовище витрата повітря буде на 10...15 % більше і дійсна витрата повітря виразиться формулою:

(6.36)

Потік повітря і висушуваного матеріалу на вході і виході з сушарки дозволяють виразити кількість вологи, що бере участь в процесі сушки.

(6.37)

де U1 і U2 – відповідно початковий і кінцевий вологовміст матеріалу, кг/кг.

і – вологовміст повітря до і після сушки, г/кг сухого повітря.

Кількість випаровуваної вологи розраховується по формулі:

(6.38)

Класифікація сушильних установок

Для сушки сільськогосподарських продуктів в даний час використовують геліосистеми різних конструкцій. Існує наступна класифікація геліосушарних установок.

1. Залежно від способу підведення тепла до матеріалу геліосушарки підрозділяються на камерні, радіаційні і комбіновані. В камерних геліосушарках атмосферне повітря нагрівається в геліоповітрянагрівачі і далі поступає в сушильну камеру, де розміщений висушуваний продукт.

У радіаційних геліосушарках сушильні камери суміщені в одній установці, тобто висушуваний матеріал сам і є промінесприймаючою поверхнею.

У комбінованих геліосушарках висушуваний продукт розташовується як в геліоустановці, так і в сушильній камері, максимально використовуючи при цьому сушильний потенціал агента.

2. За способом нагріву сушильного агента застосовують сушарки тільки з сонячними повітрянагрівачами або в поєднанні повітрянагрівачів з паливним дублером. Схеми з паливним дублером можуть бути двох типів:

а) змішення заздалегідь нагрітого повітря в геліоустановці з продуктами згорання;

б) двохступеневий нагрів повітря в геліоустановці і далі - в рекуперативному тепло­обміннику паливного дублера.

3. За принципом циркуляції сушильного агента розрізняють сушарки з природною циркуляцією, що досягається за рахунок похилого розташування геліоустановки, і примусовою циркуляцією, в яких рух сушильного агента здійснюється за допомогою вентиляторів.

4. По конструкції сушильної камери найширше вживання для сушки сільськогосподарських культур рослинного походження одержали стрічкові, тунельні і камерні конструкції апаратів.

5. За способом монтажу геліоустановки підрозділяють на стаціонарні і збірно-розбірні, які після закінчення сезону сушки розбираються і складаються до початку нового сезону.

6. По кратності використовування сушильного агента в робочій камері - з однократним використовуванням і з рециркуляцією.

7. По конструкції захищаючої ізоляції геліоустановки: залізобетонна, дерев'яна, цегляна, пластмасова, з металевого каркаса, а також надувна плівкова.

8. По типу прозорої ізоляції - полімерні плівки або шибка з одношаровим або багатошаровим склінням.

9. По режиму роботи - періодичної дії і безперервні.

10. За способом розміщення висушуваного матеріалу в геліоустановці - одноярусні і багатоярусні.

11. По розташуванню - горизонтальні або похилі під кутом до горизонту, мають південну орієнтацію.

12. По конструкції геліоприймача - з плоскими геліоприймачемі, засновані на принципі роботи “гарячого ящика”, і з концентрацією сонячної енергії.

Комплект обладнання ГПВ-240 служить для підігріву повітря, якій застосовується при досушуванні трав в сіносховищах, що мають системи активного вентилювання, і як додаткове обладнання до установки УВС-16 (рис. 6.12).

Теплообмінники виконані у вигляді концентричних рукавів з полімерної плівки (внутрішній - з чорної і зовнішній з світлопрозорої стабілізованої), діаметром на 50...70 мм більше, ніж внутрішній.

Схема комплекту ГВП-240

Рис. 6.12. Схема комплекту ГВП-240:

1-вихідний патрубок; 2-збірний повітропровід; 3-теплообмінні рукави; 4-вентилятор; 5-сполучний рукав; 6-розподільний повітропровід; 7 - електричний кабель; 8 - пуськозахистна електроапаратура; 9 - штирі кріплення протиповітряні системи; 10-протиповітряний шнур; 11 - вентилятори; 12 - повітророзподільні грати; 13 - повітророзподільний канал; 14- прозора поверхня; 15 – теплосприймаюча поверхня.

Кріплять теплообмінники до патрубків збірного і розподільного повітропроводів хомутами з легкораз'емними фіксаторами. Повітропроводи зібрані з шести послідовно сполучених модульних металевих секцій, закріплених на опорах, і полотнищ з полімерної плівки, прикріплених до верхнього і нижнього країв секцій. Вихідний патрубок вентилятора наддуву сполучений з торцем розподільного повітропроводу перехідним рукавом з плівки.

Для усунення дії вітрових навантажень передбачена система кріплення теплообмінників, яка складається з шнурів і стрижнів, забиваних в грунт.

При роботі ГПВ-240 атмосферне повітря подається вентилятором наддуву в розподільний повітропровів, потім в теплообмінники. Потік повітря розподіляється по двох напрямах: основний потік проходить у внутрішній рукав, а частина повітря подається в простір між рукавами.

Поверхня внутрішнього рукава нагрівається сонцем. Повітря, обтікаючи її, відбирає тепло і підігрівається. Швидкість повітря і його витрату регулюють рухомою заслінкою, розташованою на вході в збірний повітропровід. Із збірного повітропровіда за допомогою вихідного патрубка потік повітря, що підігрівається, прямує в огорожний патрубок нагнітаючого вентилятора установки активного вентилювання, змішується з атмосферним і подається в шар досушуємого матеріалу.

Конструкція ГПВ-240 допускає багатоваріантне розміщення комплекту біля сіносховища. Відповідно до вимог комплект обладнання ГПВ-240 встановлюють так, щоб осі теплообмінників співпадали з напрямом “південь - північ”.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

По темам:

История Украины

Культурология

Высшая математика

Информатика

Охотоведение

Статистика

География

Военная наука

Английский язык

Генетика

Разное

Технологиеские темы

Украинский язык

Филология

Философия

Химия

Экология

Социология

Физическое воспитание

Растениевосдство

Педагогика

История

Психология

Религиоведение

Плодоводство

Экономические темы

Бухгалтерские темы

Маркетинг

Иностранные языки

Ветеринарная медицина

Технические темы

Землеустройство

Медицинские темы

Творчество

Лесное и парковое хозяйство