Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf

а крупные — менее длительного цикла сушки;

Рис. 6-3. Кинетика процесса самозамораживания в вакууме влажного кварцевого песка.

Глубина заделки термопар, мм: 1 — 0; 2 — 2,5; 3 — 5; 4 — 7; 5 — 10.

3)мелкокристаллическая структура улучшает подвод тепла кондукцией к остаточному льду, но ограничивает массообмен;

4)слишком большие кристаллы оказывают разру­ шающее воздействие на клеточную структуру и ухудша­ ют качество продукта.

Влияние замораживания на характер процесса субли­ мации фруктово-ягодных продуктов. Температура замо­ раживания, косвенно определяющая степень разрежения в сублиматоре, является весьма существенной для каж­ дого конкретного материала в организации устойчивого процесса сублимационной сушки. В МЭИ исследовалась кинетика замораживания (образования твердого кри­ сталлического тела) некоторых фруктовых соков (вишне­ вого, виноградного, персикового, клубничного, овощного)

И его роль в механизме сублимационного обезвожива­ ния. Мерный контейнер с исследуемым соком помещался в криостат с постоянной температурой (—20-1— 0,1°С). Во всех экспериментах порции замораживаемых соков составляли 15 мл.

На рис. 6-4 представлены кривые кинетики замора­ живания исследованных соков. На кривых можно выде­ лить три характерных участка.

Рис. 6-4. Кривые кинетики замораживания.

вишневое;3 —яблочное;4 — абрикосовое; 5 —черносмородиновое.

1.Участок начального и предкристаллизационного охлаждения (область А на рис. 6-4,а). Этот участок ха­ рактеризуется переменной скоростью охлаждения. Перед началом кристаллизации (область В) у большинства фруктовых соков наблюдается перегиб на кривой замо­ раживания.

2.Участок кристаллизации (горизонтальная площад­ ка, область В). Для трех соков (персиковый, абрикосо­ вый и виноградный) этот участок лежит в непосредст­ венной близости от 0°С. Вишневый сок кристаллизиро­ вался при более низкой температуре (—Г°С).

Для сливового сока явно выраженной горизонтальной площадки не наблюдалось. Для всех исследованных со­ ков темп кристаллизации определялся как отношение объема замороженного сока V к времени кристаллиза­

ции Д1ткр:

242

3.Участок переохлаждения замороженного материа­

ностью заморожен; образцы абрикосового, персикового и вишневого сока образовали твердую массу, покрытую со стороны, противоположной плоскости, обращенной к кри­ огенной жидкости, тонкой пленкой льда. Сливовый сок оказался промерзшим на глубину 6 мм, остальная часть образца была некристаллизованной. Виноградный сок представлял собой густую жидкостно-ледяную массу с тонким кристаллизованным слоем на поверхности, об­ ращенной к криогенной жидкости. Визуальное наблюде­ ние характера сублимационного обезвоживания иссле­ дуемых фруктовых соков производилось следующим об­ разом: предварительно замороженные до t = —10 °С в промышленном холодильнике образцы в специальных кюветах помещались в сублиматор, где создавался ва­ куум 0,3—0,4 мм рт. ст.

В качестве источника терморадиационной энергии ис­ пользовался панельный излучатель. Поверхность образ­ ца, обращенная к нагревателю, равнялась 4,5-ІО-3 м'1, плотность теплового потока менялась для различных экс­

Время каждого эксперимента 90 мин. Кинетика замора­ живания фруктовых пюре дана на рис. 6-4,6.

При вакуумировании образцов вишневого, персико­ вого, клубничного сока поверхность образца «вскипала» и покрывалась большим количеством пузырей (диамет­ ром до 12 мм), которые в процессе сушки уменьшались по своим размерам, в некоторый момент времени проры­ вались и медленно опадали.

Процесс сублимационного обезвоживания виноград­ ного сока не сопровождался образованием пузырей на поверхности. Таким образом, явление «вскипания» мож­ но отнести за счет взрывного выброса остаточной (неза­ мороженной) насыщенной сахаром влаги из участка твердого каркаса образца, расположенного в непосредст­ венной близости к поверхности.

Содержание глюкозы в томатном соке значительно меньше, чем во всех исследованных образцах. На по­ верхности образца можно заметить выступы каркаса

е отдельными кристалликами льда. Процесс обезвожи­ вания овощного сока по характеру наиболее близок к процессу сублимации химически чистого льда из пори­ стого каркаса (вследствие малого содержания глюко­ зы). Поэтому в начальный период сушки на поверхности образца (в твердом каркасе) образуются зоны свободно сублимирующегося льда. Как и при сублимации из ка­ пиллярно-пористых тел, в данном случае наблюдалось заглубление фронта сублимации.

Проведенные эксперименты показывают, что для фруктовых соков с большим содержанием глюкозы за­ мораживание с целью проведения устойчивого процесса

244

при более низких температурах, чем температура началь­ ного замерзания продукта.

В табл. 6-3 показано влияние концентрации сухих веществ пюреобразного фруктового продукта на началь­ ную температуру замораживания по данным эксперимен­ тов, проведенных в Молдавском НИИПП В. Г. Попов­ ским. В табл. 6-4 приведены результаты определения криоскопической температуры растворов глюкозы и са­ харозы в дистиллированной воде различной температу­ ры. Сопоставление данных табл. 6-3 с количеством глю­ козы и сахарозы в исследуемом продукте может дать ориентировочно минимальное значение температуры его замораживания.

6-3. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЭНЕРГОПОДВОДА, ИСТОЧНИКИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОПТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ

Для поддержания значительной интенсивности сушки в вакууме тепло, необходимое для испарения (сублима­ ции) влаги, стремятся подводить непосредственно к по­ верхности (зоне сублимации). Специфические особенно­ сти и свойства каждого сушимого сублимацией материа­ ла делают инженерное решение этой задачи достаточно сложным. Наиболее распространенными методами энер­ гоподвода в процессах сублимационной сушки являются: подвод тепла к материалу путем теплопроводности от на­ гретой поверхности (контактная сушка), подвод радиа­ цией от нагретых экранов и ламп (сушка инфракрасны­ ми лучами), подвод тепла с одной стороны образца кон­ тактом, с другой, противоположной стороны, обращенной в вакуум, — радиацией (контактно-радиационная сушка). Правильный выбор способа энергоподвода в сублимаци­ онной сушке, помимо экономических соображений, опре­ деляется анализом качества высушенного продукта:

Оценка высушенного сублимационной сушкой про­ дукта зависит от многих факторов, из которых наиболее важными являются: коэффициент регидратации, вакуум в сублиматоре, температура и скорость замораживания, обесцвечивание продукта, изменение запаха и вкуса, по­ тери витаминов (в процессе хранения продуктов вследст­ вие абсорбции влаги материалом).

Контактная сушка сублимацией. Первые попытки дать представление о механизме контактной сублимационной

245

сушки дано в [Л. 1-13, 1-14, 3-37]. На рис. 6-5,о—в пред­ ставлены кинетика и механизм процесса сублимационной контактной сушки: даны графики изменения скорости сушки, убыли влаги в капиллярно-пористом модельном материале (стеклянные шарики-лед), температуры, пред­ ставлена схема изменения структуры материала.

Вакуум

Поверхностьнагрева

г)

Высушенный IЗамороженный спой , слой

шт

ж? М

‘Нагребаемаяплита

робщее давление в сублиматоре; і п —температура нагревателя; Т в , Т —тем­

пературы материала; в — изменение термодинамических параметров (давления, температуры) в материале; г — развитие зональной сублимации в слое мо­ дельного материала; т<С!3,08 ч — сублимация с плоской заглубляющейся по­

верхности; т^>3,08 ч — зональная сублимация.

При контактной сушке тепло от нагревателя через зо­ ну контакта передается каркасу материала и заморожен­ ному^ продукту. На рис. 6-5,8 показана схема изменения полей температуры и давления в процессе контактной сублимационной сушки. Уравнение теплопередачи для

246