Файл: Стабников, В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств учебник.pdf

Влага, связанная тем или иным путем с материалом, назы­ вается гигроскопической. Она не может быть полностью удале­ на при сушке.

Наименее прочно связана с материалом влага, удерживае­ мая механически. Она содержится в капиллярах вещества и на его поверхности. Влага, находящаяся на поверхности, называ­ ется влагой смачивания. Связанная-механически влага может быть удалена отжатием. Она называется свободной влагой.

Влага, содержащаяся в материале, распределена в нем не­ равномерно. Обычно для характеристики влажности материала определяют среднюю концентрацию влаги в нем.

Влажность материала выражают в процентах к массе влаж­ ного материала:

О

где ш— влажность материала, %;

О — масса влаги, кг;

В

G— масса влажного материала, кг.

Влагосодержанием материала называется отношение массы влаги в материале к массе абсолютно сухого материала, содер­ жащегося в нем.

Ов

Е = ------—

G ~ G B ’

где Е — влагосодержание материала.

Если пренебречь потерями сухого вещества при сушке, то можно написать уравнение баланса сухих веществ:

Количество влаги, которое может быть удалено из влажного материала, зависит от состояния воздуха, используемого при сушке. Если для сушки используется воздух с определенным по­ стоянным парциальным давлением водяного пара, то сначала из материала удаляется свободная влага, затем часть связан­

276

ной влаги. Остальная час!ъ этой влаги останется в материале и при данных условиях сушки не будет удалена. Влажность ма­ териала в этом состоянии называется равновесной влажностью. Для большинства материалов, равновесная влажность, как ус­ тановлено опытом, не зависит от температуры, а зависит толь­

Таким образом, следует иметь в виду, что в зависимости от влажности воздуха можно удалить ту или иную часть влаги, содержащейся в материале.

Влага, которая может быть удалена из материала, называ­ ется удаляемой влагой wYд и выражается в процентах:

где wр — равновесная влажность, %.

Чтобы увеличить wya нужно уменьшить wv, т. е. для сушки нужно использовать воздух с меньшей относительной влажно­ стью.

6.КИНЕТИКА СУШКИ

Впроцессе сушки материалов влага должна пройти слож­ ный путь. Сначала она должна из глубины материала перемес­ титься к его поверхности, затем поступить в сушильный агент (воздух), который уносит влагу из сушилки.

Перемещение влаги в материале является диффузионным процессом. Движущей силой этого процесса является разность между концентрациями влаги в глубине материала и на его поверхности. Так как с поверхности материала вода испаряет­ ся, то в глубине материала концентрация влаги больше, чем на поверхности. Количество перемещаемой влаги за счет указан­ ной движущей силы может быть определено по формуле

277

где Gm— количество влаги, прошедшей через поверхность F (в м2), кг;

Д С — разность между концентрациями влаги в глубине материала и на его поверхности, кг/кг;

т— время сушки, с;

б—■толщина слоя, через которую происходит диффузия влаги, м;

К— коэффициент диффузии влаги.

Влага в материале может перемещаться как в виде жидко­ сти, так и в виде пара. Осмотически связанная влага перемеща­ ется в растительных продуктах в виде жидкости, а адсорбционно

причинами:

1)термодиффузией, т. е. молекулярным движением влаги под влиянием температурного градиента; это явление рассмот­ рено в главе XIV;

2)уменьшением поверхностного натяжения с повышением температуры; поэтому в капиллярах пористых тел происходит движение жидкости в сторону меньших температур, т. е. по нап­ равлению теплового потока (рис. 159,а).

если потоки влаги Gw и Gt направлены противоположно.

278

Влага в материале перемещается к его поверхности и испа­ ряется. Пар образует на поверхности материала пограничный воздушно-паровой слой. Этот слой находится в равновесии с влагой материала и насыщен водой при температуре матери­ ала. Из этой поверхностной пленки водяной пар диффундирует в окружающий воздух. Движущей силой этого процесса диффу­ зии является разность между давлениями пара в пленке /?н и в окружающем воздухе рв\

Количество пара, поступившего в воздух, может быть найде­ но по формуле

где В — коэффициент диффузии;

F — поверхность испарения, м2.

Количество влаги, определенное по этой формуле, должно быть равно тому количеству влаги, которое поступает из глуби­ ны материала в поверхностный слой. Таким образом, скорость сушки зависит от скорости диффузии внутри материала и от скорости удаления влаги с его поверхности, т. е. скорость сушки зависит от свойств материала и от условий сушки.

Для расчета и конструирования сушилок необходимо знать скорость сушки и [в кг/(м2-с)], т. е. какое количество влаги W удаляется за единицу времени с единицы поверхности мате­ риала:

(345)

Скорость сушки определяют экспериментально в лабора­ торной сушилке (рис. 160).

Сушилка состоит из вентилятора 1, электрического подогре­ вателя 2, сушильной камеры 3 с дверцей 4 и весовым устрой­ ством 5. Воздух, подогретый в электрическом подогревателе 2, вентилятором 1 подается в сушильную камеру 3. В камере име­ ется дверца, через которую вводится высушиваемый материал. Его помещают на чашку весов, при помощи которых следят за изменением массы материала при высушивании. По этим дан­ ным строят кривую сушки.

Кривая сушки строится в координатах w — влажность мате­ риала в процентах и т — время в минутах или в часах при по­ стоянных параметрах воздуха (рис. 161).

В начале процесса сушки одновременно с удалением влаги происходит прогревание материала. Этот период непродолжи­ телен, и линия сушки имеет вид кривой. После окончания про­ грева материала линия сушки становится прямой. Этот период сушки характеризуется постоянной скоростью. Он заканчивает­ ся в точке К\ при влажности материала wKр.

279