Сушка это что: программа тренировок и пример меню на неделю

это процесс, параметры процесса, виды оборудования, классификация сушилок

Сушка – это процесс удаления влаги с поверхности и из объема полимеров. В основе сушки воздействие тепла на материал, за счет чего испаряется влаги. Оборудование для сушки полимеров называется сушилками.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Посмотреть объявления о продаже сушек для полимеров, вы можете на нашем сайте.

В процессе производства пластмассовых изделий, а также вторичного сырья путем рециклинга на поверхности полимера остается вода и растворитель. На первоначальном этапе жидкость концентрируется только на поверхности частиц, затем распространяется по всему объему. При сохранении высокого содержания влаги в материале значительно увеличивается процент производственного брака. Может наблюдаться снижение заданного показателя прочности, теплостойкости и диэлектрических характеристик, пористость в разрезе, дефекты на поверхности материала, неравномерная усадка. Наличие брака приводит к неизбежным финансовым потерям для производителя.

В различных полимерах допустимо определенное количество влаги, которое не должно превышать 1,5% у полиамида, 2% у фенопластов, 0,2% у полиформальдегида. Для достижения предельного уровня влаги необходимо правильно подобрать способ сушки.

Способы сушки различных видов полимеров

Для удаления влаги на поверхности и в объеме полимера используется специальное сушильное оборудование. В основе его работы лежит воздействие на полимер горячего воздуха, вакуума. Выбор типа сушки зависит от предрасположенности полимера к влагопоглощению, размера частиц, уровня влаги, влажности воздуха в помещении.

Параметры сушки

К определяющим параметрам сушки относятся:

— тип полимера;

— точка росы;

— время сушки;

— количество тепла;

— мощность воздушного потока.

Тип полимера

Все полимеры по способности накапливать влагу делятся на гигроскопичные и негигроскопичные. Этот параметр является основным при выборе типа сушки.

Фото заимствовано с сайта granula.pro

К категории гигроскопичных полимеров относятся ПА, ПММА (оргстекло), ПК. Они поглощают влагу всей молекулярной структурой. Гигроскопичные полимеры нуждаются в тщательном просушивании как на этапе производства сырья, так и на этапе формования изделий.

Удалить влагу до требуемого значения одним горячим воздухом не всегда возможно. Гигроскопичные полимеры накапливают влагу не только на поверхности, но и в объеме материала. Сила притяжения воды молекулами пластика настолько большая, что они связываются с полимерными цепями. Они вытягивают влагу из воздуха. Когда давление в грануле становится равным давлению вокруг нее, речь идет о равновесной влажности.

В определенный момент давление пара внутри гранулы становится выше, чем вокруг нее. При этом сама окружающая среда представляет собой горячий сухой воздух. Стремясь к выравниванию давления, вода из внутреннего объема гранул перемещается наружу. Таким образом происходит сушка гигроскопичного пластика.

Негигроскопичные полимеры способны абсорбировать влагу только на поверхности, не аккумулируя ее внутри. К данной группе относятся ПВХ, ПП, ПС, ПЭ, АБС, ПЭТ, ПБТ, ПУ, нейлон, акрил. При правильном производстве и хранении этих полимеров требуется стандартная сушка потоком теплого воздуха.

Время сушки

Время сушки напрямую зависит от типа полимера и его теплопроводности. Влага не может испариться мгновенно. Первоначально необходимо прогреть гранулят, затем выдержать время, в течение которого молекулы воды будут выходить из внутреннего объема гранул и рассеиваться по поверхности гигроскопичных полимеров. Для негигроскопичных материалов также необходимо время для рассеивания молекул воды по поверхности полимера. Однако для них время просушки значительно короче.

Теплота

Сушка холодным воздухом позволяет удалить молекулы воды только с поверхности, подходит только для негигроскопичных полимеров. Для гигроскопичной группы пластмасс применяется нагретый воздух.

Если гранула не будет нагрета, из ее внутреннего объема не выделится влага. Под действием тепла молекулы начинают двигаться быстрее, они тратят много энергии на движение, тем самым ослабляя цепные связи полимера с водой. Свободные молекулы воды мигрируют на поверхность гранул, после чего могут легко удаляться горячим воздухом.

Температура сушки зависит от конкретного полимера. Она может варьироваться от 60°С до 200°С. Если температура прогретого воздуха будет ниже указанного значения, влага останется в объеме полимера. При превышении предельной температуры сушки может наблюдаться такое побочное явление, как комкование гранул.

Точка росы

Точка росы – это оптимальная температура, при которой содержащийся в воздухе пар становится насыщенным. При дальнейшем охлаждении воздуха наблюдается конденсация влаги. Иными словами, точка росы – это температура выпадения конденсата. Чем выше влажность воздуха, тем выше точка росы. При понижении влажности наблюдается понижение точки росы.

При сушке полимеров на материал нагнетается сухой воздух с низкой точкой росы. При разогреве гранул молекулы влага отделяются от полимера и концентрируются на поверхности. Далее сухой воздух впитывает влагу, тем самым удаляя молекулы воды с поверхности полимера.

Сила воздушного потока

Воздушный поток обеспечивает перемещение горячего или холодного воздуха к высушиваемому полимеру. Для негигроскопичных полимеров воздушный поток должен быть направлен на гранулы с их одновременным перемешиванием для удаления поверхностной влаги. Возможна сушка полимеров не только при перемешивании, но и в неподвижном слое.

Общая классификация сушилок

При классификации сушилок используют следующие параметры:

1) Тип сушильного агента (воздух, газ, пар).

2) Давление в рабочем пространстве (вакуумные и атмосферные сушилки).

3) Способ подвода тепла (конвекционные, контактные, сублимированные, радиационные).

4) Направление движения теплоносителя (прямоточные, противоточные, перекрестные).

5) Цикличность сушки (периодическая или непрерывная сушка).

Тип сушильного агента

По типу сушильного агента все применяемые на практике сушильные устройства делятся на три категории:

— воздух;

— перегретый пар;

— газ в смеси с воздухом.

Для полимерного сырья чаще всего используется воздух в нагретом состоянии. При этом он может подаваться в емкость с материалом в обычном или осушенном виде. Для осушения воздуха используются адсорбирующие осушители.

Давление в рабочем пространстве

Сушилки для полимерных материалов могут работать с вакуумом и атмосферным давлением. Они имеют свои особенности, преимущества и недостатки.

Вакуумные сушилки высушивают полимер без «стрессового» воздействия на него. Материал не разрушается в процессе сушки, полностью сохраняет свои свойства. Конструкция сушилки имеет минимальное количество движущихся частей, что положительно отражается на ее ремонтопригодности. Фильтры отсутствуют, снижается стоимость обслуживания оборудования. Сушка каждой партии производится непрерывно и в короткие сроки. Среднее время термической обработки материала в подготовительном бункере достигает 20 минут, вакуумный цикл в следующей камере занимает 15-20 минут. Общее время сушки составляет 40 минут. При высокой производительности энергозатраты при работе вакуумной сушилки на 85% меньше, чем при работе стандартной влагопоглотительной сушилки.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Сушилки атмосферного типа обеспечивают просушку материала под действием горячего воздуха, обдуваемого материал по поверхности и в массе. Данный тип оборудования работает в периодическом режиме. Для загрузки и выгрузки сырья может требоваться остановка процесса. При этом наблюдается потеря значительного количества тепла, что значительно удлиняет цикл сушки. В среднем он может составлять 5-16 часов. Точное время зависит от типа полимера, степени его насыщения влагой и объема. Важно, что после такой сушки при хранении во влажном помещении полимер может снова насытиться влагой.

Направление движения теплоносителя

Сушка полимеров может проходить в прямотоке, противотоке, перекрестном потоке. Прямоток используется в пневмотранспортных сушилках. При прямоточном направлении теплоносителя в процессе сушки дисперсных полимерных материалов можно использовать горячий воздух или пар уже на начальном этапе сушки. По мере продвижения через пневмотранспортную сушилку теплоноситель теряет температуру, что предотвращает перегрев просушиваемого материала.

При противоточном движении теплоносителя увеличивается средняя движущая сила, за счет чего улучшается качество прогрева материала. Однако при этом возникает риск перегрева полимерного сырья, поскольку уже просушенный агент остается в емкости сушилки и вступает в контакт с горячим теплоносителем. Потому противоточные сушилки целесообразно применять для просушивания термостойких материалов.

Способ подвода тепла

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу сушилки делятся на несколько видов:

— конвекционные;

— контактные;

— сублимационные;

— радиационные.

Конвекционные сушилки работают по принципу обдува нагретым воздушным (паровым) потоком массы высушиваемого полимера. Сушильный агент одновременно является теплоносителем, транспортирующей средой для влаги, удаленной из полимера.

При сушке полимеров контактным способом происходит непосредственный контакт влажного материала с нагретой поверхностью. Сублимационные сушилки удаляют влагу из материала в замороженном состоянии под действием отрицательного давления — вакуума. Радиационные сушки основаны на работе инфракрасного излучения.

Цикличность сушки

Оборудование для сушки полимеров может работать в периодическом или непрерывном режиме. В сушилках непрерывного действия процесс обезвоживания материала проходит без перемещения по зонам от начала до конца цикла. Может меняться только сам режим сушки. При непрерывном воздействии материал перемещается последовательно по зонам рабочего пространства, пока не дойдет до зоны выгрузки. В каждой зоне выдерживаются определенные условия сушки. При этом в загрузочный бункер постоянно подается новый влажный материал для последующей сушки. Загрузка и выгрузка материала выполняется с противоположных сторон.

Виды сушильного оборудования

От типа выбранного оборудования для сушки зависит процент остаточной влаги, время сушки, качество сухого полимерного сырья. Так при работе с полиамидом, имеющим начальную влажность 1% после сушки на протяжении 5 часов при температуре 75°С в сушильном шкафу можно добиться остаточного значения влажности 0,01%.

К основным типам оборудования для сушки относятся:

— конвекционные сушилки;

— сушильные шкафы;

— камерные сушилки;

— бункерные сушилки;

— адсорбционные осушители

— циклонные аппараты;

— сквизеры.

Конвекционные сушилки

Сушилки конвекционного типа используются для удаления влаги из негигроскопичного полимера перед переработкой за счет потока нагретого воздуха. Подходят для крупномасштабного производства.

К конвекционным сушилкам относятся:

— сушильные шкафы;

— камерные сушилки;

— бункерные сушилки.

В основе работы конвекционного сушильного оборудования лежит принцип циркуляции воздуха, нагретого до заданной температуры. Отработанный воздух отправляется на регенерацию или выбрасывается в атмосферу.

Сушильные шкафы

Сушильные шкафы полочного типа – самый простой вид оборудования для конвекционной сушки. Они оптимальны при работе со средним объемом пластика. Возможна одновременная сушка различных видов полимеров.

Основной вид просушиваемого сырья – фенопласты и аминопласты. Нагрев воздуха производится до температуры 70-80°С. При более высоких температурах может наблюдаться преждевременное сшивание полимеров и, как следствие, потеря им текучести. Контроль над температурой в сушильном шкафу осуществляет термоонтроллер. Горячий воздух равномерно подается к лоткам, на которых насыпано сырье слоем до 50 мм. Лотки движутся по металлическим полозьям.

Время сушки в сушильных шкафах может достигать 36 часов. Для равномерного обезвоживания материала рекомендуется его периодически перемешивать.

Камерные сушилки

По конструкции камерная сушилка представляет собой промышленную печь, в которую за один цикл сушки загружается моносырье в небольшом объеме. Они часто используются для сушки пробных партий.

Камера сушилки имеет наружную изоляцию. Внутри расположены перфорированные полки, на которых размещают сырье. Нагрев агента выполняется электрическими нагревателями, распределение воздушного потока — теплообменником или вентилятором. Воздух прогревается до определенной температуры, проходя через нагревательные элементы, и подается в камеру сушки. Внутри камеры он циркулирует между лотками с перфорацией, отбирая влагу у полимеров. Направление движения воздуха может быть различным: по поверхности сырья или непосредственно через его слой. Среднее время сушки 6-24 ч.

Бункерные сушилки

Конвекционные бункерные сушилки используются для просушивания материала непосредственно перед его переработкой без промежуточного складского хранения. Бункерные сушилки работают в непрерывном режиме и часто устанавливаются непосредственно в термопластавтомате или в линии экструзии.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

Подача материала осуществляется сверху с постоянным его добавлением по мере отбора из нижней части высушенного полимера. В конструкцию входит сам бункер для сушки, воздуходувка, система защиты от перегрева и нагревательный элемент.

Воздух подается в бункер сушилки, заполненный гранулами, снизу. Он проходит через слой просушиваемого сырья, впитывает влагу, после чего пропускается через холодильник для удаления накопленной влаги регенерации воздушного потока для повторного использования.

В бункерных сушилках используется горячий или сжатый воздух. При сушке горячим воздухом происходит его забор из помещения, нагрев, подача через высушиваемый материал с параллельным насыщением влагой, высвобожденной полимером, и обратный выброс в помещение. При выбросе воздух уносит с собой часть тепла и влагу, что ведет к определенным теплопотерям и повышенным затратам на электрообогрев сушилки. В помещении увеличивается влажность и температура. Сушка таким способом актуальна для полимеров с невысокими требованиями к остаточному содержанию влаги на момент переработки.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

При сушке горячим сжатым воздухом степень насыщения агента влагой ниже. Такой воздух изначально имеет минимальную влажность. После прохождения через полимер и впитывания влаги он остается относительно сухим на момент выброса в помещение. Для снижения теплопотерь используется зонный впрыск воздуха с подогревом сырья, что позволяет экономить на электрообогреве. Сжатый воздух эффективнее впитывает влагу из полимера, что позволяет использовать такие сушилки для сырья с высокими требованиями к остаточной влаге.

Каскад циклонов

Циклонное сушильное оборудование используется для максимального удаления влаги и растворителей из сыпучих полимерных материалов за счет длительного пребывания материала в камере оборудования. Каскад циклонов чаще всего устанавливается после мойки и может включаться практически в любую линию для переработки и измельчения пластика. В процессе сушки в циклоне сохраняется первоначальное агрегатное состояние материалов.

Фото заимствовано с сайта p-z-o.com

Принцип работы следующий: в камеру циклонной сушилки газовсвесь полимера, после чего начинается его движение по винтовой траектории и перемещение. По мере раскручивания от полимера отделяется влага, высушенные гранулы начинают вытесняться из циклона, а им на смену засыпается новое сырье. Средняя продолжительность сушки одной партии сырья составляет 5 минут. При недостаточной просушке полимера выполняется его досушка до полного удаления воды по всему объему.

Сквизеры

Сквизер – это пресс-отжим, который используется для обезвоживания полимеров методом прессования. Сырье с исходным содержанием влаги подается в бункер сквизера и при помощи винтового шнека перемещается зоне выгрузки. Проходя вдоль цилиндра, сырье уплотняется, разогревается под действием силы трения и одновременно отжимается. Отжатая из сырья вода через перфорацию в цилиндре попадает в бункер слива.

Фото заимствовано с сайта ok-stanok.ru

При помощи сквизера невозможно добиться полного обезвоживания сырья. Требуется дополнительная сушка.

Вакуумные сушилки

Более эффективного удаления влаги из гранулята, в сравнении с конвекционными сушилками, можно достичь при использовании вакуумных сушильных установок. Принцип их работы основан на снижении давления в бункере, за счет чего снижается температура испарения влаги. Так в атмосферном давлении испарение начинается при температуре 100⁰С. Если же давление будет снижено до 400 мбар, температура испарения будет составлять всего 40-45⁰С. При дальнейшем снижении давления температура испарения продолжает уменьшаться. Этот способ сушки оптимален для обезвоживания полимеров с низкой термостабильностью без наступления термической деструкции.

Перед процессом сушки полимерные гранулы нагревают, чтобы связи между молекулами воды и полимера начали разрушаться. Под действием вакуума пары влаги выходят из полимера в воздух.

Адсорбционные осушители

Сушка при помощи осушителей предполагает использование агентов, адсорбирующих влагу. При насыщении адсорбирующих агентов влагой до максимального значения они отправляются на регенерацию для удаления влаги, после чего могут использоваться повторно.

Регенерация осушителей может быть холодной или горячей. При холодной регенерации удаление происходит при охлаждении до температуры ниже точки росы. Влага конденсируется, а осушенный адсорбент повторно отправляется в систему сушки. Горячее восстановление происходит с нагревом агента до температуры более 180⁰С и последующим испарением влаги.

Системы сушки с емкостями с осушителем

Адсорбционные осушители включают систему бункеров для сушки, генератор сухого воздуха. Для повышения эффективности сушки воздух может дополнительно нагреваться. Проходя через полимер, сухой воздух насыщается влагой и уносит ее в бункер с адсорбентом, где она удаляется. Осушенный воздух повторно отправляется в сушилку. Цикл повторяется до полного расходования ресурса адсорбента. Воздух циркулирует в замкнутой системе без выброса в помещение.

Возможно использование двух бункеров с адсорбентом, работающих последовательно. Пока один используется для сушки, во втором происходит регенерация.

Барабанные роторные сушилки с осушителем

Барабанные роторные сушилки предназначены для удаления влаги из сыпучих или пастообразных масс, в том числе, из взрывоопасных, пожароопасных и токсичных материалов, ядохимикатов. В полимерной промышленности они используются для сушки флекса или гранулированного пластика, например, полипропилена, лавсана.

Воздух засасывается вентилятором из внешней среды или после восстановления и подается в емкость с осушителем, представляющую собой вращающийся ротор. Емкость условно делится на три зоны, где происходит регенерация отработанного осушителя (1 зона), его охлаждение (2 зона) и непосредственное удаление влаги из поступающего воздуха – его осушение (3 зона).

Материал загружают в барабан с вертикальной осью. После загрузки сырья через барабан проходит поток осушенного воздуха, поступающего из емкости с осушителем. Сухой воздух забирает влагу из полимера, после чего отправляется в емкость с осушителем. Обезвоженный полимер отбирается через линию выгрузки сырья.

Среднее время сушки может варьироваться от 0,5 до 4 часов при температуре в диапазоне 60-90⁰С для большинства полимеров, например, для ПЭНД, ПЭВД, ПП, ПС, ПА. Для ПК, ПОМ, ПСФ температура сушки может достигать 120⁰С.

Белковая диета как основа «сушки»

Время на прочтение статьи — 10 минут

Назад к направлению

Сушка – это вид спортивной диеты, основанной на белковом питании. За счет резкого сокращения потребления углеводов и повышения содержания белка в пищи она позволяет быстро сжечь подкожный жир.

Для приготовления рациона при белковой сушке отдают предпочтение следующим продуктам:

• Вареная и запеченная рыба, нежирное мясо и птица;
• Обезжиренный творог, кефир, молоко;
• Яйца;
• Морепродукты;
• Овощи, за исключением картофеля;
• Гречневая, льняная, пшенная, перловая, ячневая крупы, бурый рис;
• Любые орехи и растительные масла в ограниченных количествах.
• Специализированные протеиновые добавки.

При этом блюда должны быть приготовлены путем варки, тушения или запекания. Категорически запрещены жареные и копченые блюда, а также исключается потребление сладких фруктов, мучных изделий, картофеля, алкоголя, белый рис и любые продукты с добавлением сахара.

Основы белковой сушки

Основа белковой диеты – сокращение потребляемых углеводов до 10-20% для мужчин и 20-30% для девушек. При этом содержание белков в пище должно составлять 40-60% и около 20-30% жиров.

Продолжительность белковой сушки составляет 1,5 месяца, обязательным условием является постепенный переход к диете в течение 1-2 недель, при котором содержание углеводов в пище составляет 30%.

Потребление углеводов при сушке приходится на первую половину дня, режим питания – дробный, небольшими порциями 4-6 раз в день.

Обязательно соблюдать питьевой режим (до 1.5-2 литров чистой воды), употребление кофеинсодержащих напитков стоит свести к минимуму и отдать предпочтение травяным отварам и чаям.

Примерный рацион питания на первые две недели сушки может быть следующим:

• Завтрак: каша на воде и чай без сахара (допускается зеленый чай).
• Второй завтрак: 150г творога (возможно с добавлением меда), 50 г орехов.
• Обед: омлет с овощами, тыквенный крем-суп.
• Перекус: стакан кефира, половина плода авокадо.
• Ужин: 200-250 г вареной рыбы, овощной салат, травяной чай.

Далее следует повысить содержание белка:

• Завтрак: запеченный овощной омлет с чаем.
• Второй завтрак: 150 г творога.
• Обед: 200 г гречневой каши, вареная говядина.
• Перекус: протеиновый коктейль.
• Ужин: отварная куриная грудка, овощной салат, травяной чай.

Последняя неделя является переходной к привычному питанию и предполагает меню, аналогичное первым двум неделям.

Особенности сушки для девушек

Белковая диета для девушек имеет ряд отличий:

• Большее содержание жиров (около 40%). В меня включают орехи, яйца и растительные масла, увеличивают количество потребляемой птицы и мяса;
• Меньшая калорийность блюд: от 1200 до 1600 ккал.
• Строгое соблюдение водного баланса. Недостаток воды в организме может привести к сухости кожи, слабости, быстрой утомляемости, нарушению обмена веществ.

Тренировки при сушке

Сушка как вид спортивной диеты предполагает особый вид тренировок. Особое внимание при белковой диете уделяется кардионагрузкам: бег, упражнения на велотренажере, так как они способствуют быстрому сжиганию жировой массы. Продолжительность силовых тренировок следует увеличить, а рабочие нагрузки снизить количество повторов до 1/3.

Узнайте больше о плюсах наших рационов, задайте любые вопросы и закажите доставку

Ваш телефон

СУШКА

Сушка определяется как процесс, при котором влага испаряется из материала и смывается с поверхности, иногда под вакуумом, но обычно с помощью газа-носителя, который проходит через материал или над ним [Keey (1992)]. Обычно сушка понимается как удаление воды в поток горячего воздуха, но сушка может включать удаление любой летучей жидкости в любой нагретый газ. Для сушки, определенной таким образом, влажный материал должен получать тепло из окружающей среды за счет конвекции, излучения или теплопроводности или за счет внутренней генерации, такой как диэлектрический или индуктивный нагрев; влага в теле испаряется, и пар принимается газом-носителем. Этот процесс сушки показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Процесс конвективной сушки.

Сушка имеет ряд близких синонимов. Обезвоживание — это процесс лишения материала воды или потери воды в качестве составной части. Этот термин часто используется в операциях сушки пищевых продуктов для описания процессов, направленных на удаление влаги, но сохраняющих другие летучие компоненты в исходном материале и отвечающих за ценные ароматические и вкусовые свойства. Десикация подразумевает более тщательное удаление воды. Он применяется при сушке пищевых продуктов, чтобы указать почти полное обезвоживание этих материалов для сохранения. Этот термин также обычно используется для описания полного удаления влаги из газов.

В то время как тепло может использоваться для удаления влаги из влажного вещества, влага может быть отделена от основного материала под действием градиентов давления. Этот процесс известен как

обезвоживание и обычно используется в качестве предварительного этапа сушки очень влажных материалов, когда связь между влагой и твердым веществом не является прочной. Обезвоживание может осуществляться механическими средствами, такими как прессование или центрифугирование. Эти операции в данной энциклопедии не рассматриваются, так как не затрагиваются совместные процессы тепломассопереноса.

Вода также может быть удалена осмотической дегидратацией . Пищевые продукты можно обрабатывать концентрированными растворами соли или сахара, чтобы добиться значительного удаления воды с ограниченным поглощением растворенных веществ. Процесс был описан в терминах связанной диффузии воды и растворенного вещества [Raoult-Wack et al.

(1989)]. Обезвоживание шламов осуществлялось действием внешнего поля постоянного тока; это известно как электроосмос [Yoshida and Yukawa (1992)]. Эти осмотические методы также лежат за пределами процессов тепло- и массопереноса.

Сушка – энергоемкая операция, имеющая определенное значение. Оценки потребности в энергии колеблются от 7 до 15 % от национального промышленного энергопотребления [Keey (1992)], но недавнее исследование в Соединенном Королевстве в 1990 г. предполагает, что эта цифра может достигать 20 %, что выше 12 %, полученных в аналогичном обзоре в 1978 г. [Oliver and Jay (1994)]. Эта разница может отражать изменение модели промышленной деятельности в этой стране за период.

Хотя в качестве сушильной среды обычно используется воздух, использование других сред имеет свои преимущества. Если высушиваемое твердое вещество образует горючий порошок или сама влага является легковоспламеняющимся растворителем, то целесообразно использование инертного или инертного по своей природе газа.

Сушка в паре имеет дополнительные преимущества, заключающиеся в более низком потреблении энергии и более высокой скорости теплопередачи. Выше так называемой температура точки инверсии , сушка в паре происходит быстрее, чем сушка в абсолютно сухом воздухе при той же температуре. Выделение влаги является равномерным, и эта особенность наблюдается, например, при сушке перегретым паром древесины в вакууме, процессе, используемом в промышленности для производства высококачественной выдержанной дощатой древесины с минимальной деградацией, вызванной развитием стрессов при сушке. Для сушки паром не требуется закрытый вакуум или сосуд высокого давления. Позволяя воздуху в сушильной камере вытесняться водяным паром по мере нагрева сосуда и начала выделения влаги, пар остается в сушилке, и для входа и выхода твердых частиц не требуются сложные герметизирующие устройства. Пар при 100°C имеет только 55% плотности воздуха при той же температуре и, таким образом, останется внутри камеры. Запатентованная технология известна как безвоздушная сушка , а устройства для работы в периодическом режиме показаны на рисунке 2. Если выпускаемый пар можно использовать для других целей, например, для производства горячей воды, то система безвоздушной сушки может обеспечить значительную экономию тепла по сравнению с обычной сушкой на воздухе.

Рисунок 2. Система безвоздушной сушки с рекуперацией тепла. После удара ножом (1994).

Сушка происходит только в том случае, если влажный материал содержит больше влаги, чем равновесное значение для окружающей среды. Самые ранние представления о конвективной сушке подразумевали, что жидкая влага диффундирует к открытой поверхности влажного тела, где она испаряется, а пар диффундирует через пограничный слой в объем окружающего воздуха. Этот взгляд явно неудовлетворителен, за исключением сушки однородных материалов, в которых эффективно растворяется влага. Механизмы движения влаги, как правило, более сложны.

Большинство материалов состоит из субъединиц, таких как частицы и волокна, которые могут быть свободными или удерживаться в какой-либо матрице. Количество и характер пустот между этими объектами и порами внутри них определяют количество удерживаемой влаги и степень сцепления с твердыми телами. Если отверстия образуют капиллярную сеть, говорят, что материал капиллярно-пористый . Капиллярно-пористый материал может быть негигроскопичным : то есть влага, содержащаяся в теле, оказывает полное давление паров. Это предельный случай, обнаруживаемый в некоторых крупных непористых минеральных агрегатах. Влага просто задерживается между частицами. По мере того, как пространство между частицами становится более тесным, давление пара снижается в соответствии с уравнением Кельвина

где p _k – капиллярное давление пара, p ₀ — давление насыщенного пара, σ — поверхностное натяжение, ν — молярный объем жидкости, d _p — размер капилляра.

Гигроскопичность может быть связана с этой капиллярной конденсацией в пустотах, но обычно она возникает из-за структуры первичных сущностей с их более тонкими проходами и их способностью удерживать влагу различными способами. Материал может быть не просто капиллярно-пористым, а состоять из сложных механизмов капилляров, сосудов и клеток, как это видно из материалов растительного происхождения. Некоторые из них можно охарактеризовать как капиллярно-пористые и коллоидные, состоящие из коллоидной по своей природе матрицы, но при высыхании образующие пористую структуру. Коллоидные взвеси неорганических частиц теряют объем по мере удаления влаги до тех пор, пока масса не уплотнится. Коллоидный материал биологического происхождения, напротив, не сжимается до тех пор, пока не будет удалена сконденсированная влага из межмицеллярных пространств. Это состояние называется точка насыщения волокна при сушке древесного материала. После этого, когда клеточная влага вытесняется, материал сжимается по мере того, как клетки сморщиваются.

Отношение давления паров влаги к величине насыщения при той же температуре называется относительной влажностью ψ . Чем ниже относительная влажность, тем прочнее влага связана с материалом-хозяином. Свободная энергия ΔG, необходимая для высвобождения единицы молярного количества этой влаги, определяется выражением

для изотермического обратимого процесса без изменения состава. Изотермическое изменение равновесного содержания влаги (которое является функцией этого изменения свободной энергии) в зависимости от относительной влажности дает изотерма влажности , а при сушке представляет интерес изотерма десорбции. Изотермы влажности обычно имеют сигмовидную форму, если они нанесены на график во всем диапазоне относительной влажности, но часто можно подобрать простое экспоненциальное выражение для более ограниченного диапазона при более высокой относительной влажности. Общая форма изотермы отражает характер влажного материала, как показано на рисунке 3. Исключением из такого поведения являются неорганические кристаллические твердые вещества, которые имеют несколько гидратов. Для этих материалов относительная влажность падает ступенчато с потерей влаги по мере исчезновения каждого гидрата.

Рисунок 3. Изменение относительной влажности при равновесной влажности для различных материалов. После Ки (1978).

Когда поры в твердом теле имеют молекулярный размер, влага может удерживаться в них только за счет объемного заполнения , так что адсорбат, хотя и сильно сжатый, не считается отдельной фазой. Химический потенциал адсорбента изменяется в зависимости от адсорбированного количества, в отличие от поведения при более высоком содержании влаги, когда существует отдельная фаза адсорбата — с равновесием между фазами — и химический потенциал остается неизменным. Долевое заполнение этих микропор представляет собой сложную экспоненциальную функцию сорбции свободной энергии, РТ пер ψ . При больших размерах пор влага может сорбироваться молекулярными слоями на основном материале. Рассмотрение многомолекулярной адсорбции приводит к уравнению

для равновесного влагосодержания X при относительной влажности ψ, где X ₁ — влагосодержание для полного монослоя, k — ехр (± ΔH/RT), где ΔH — постоянная разность энтальпий адсорбционных теплот между первым и последующими молекулярными слоями влаги, а C — коэффициент. Когда k равно нулю, уравнение сводится к мономолекулярной адсорбции. В диапазоне 0 < k < 1 это уравнение может описывать влагосорбционное поведение материалов, которое, по-видимому, достигает конечного содержания влаги, когда относительная влажность приближается к единице. Это количество иногда называют максимальное гигроскопическое содержание влаги . Это трехкоэффициентное уравнение (с C, k и X ₁ в качестве регулируемых параметров) было протестировано для сорбции водяного пара на 29 материалах при комнатной температуре в широком диапазоне относительной влажности (от 0,07 до 0,97) и для некоторых из этих материалов в более узком диапазоне температур от 45 до 75% C [Jaafar and Michalowski (1990)]. В большинстве случаев экспериментальные данные можно было согласовать с точностью ±8% до относительной влажности 0,7, а в некоторых случаях и во всем диапазоне влажности. Чтобы справиться с гигроскопическим поведением коллоидного материала при высокой относительной влажности, который набухает при увеличении содержания влаги, Schuchmann et al. (1990) рекомендовали выбирать –ln (1 – ψ) в качестве зависимой переменной, а не саму у в корреляции. Неразумно экстраполировать корреляции сорбции за пределы испытанного диапазона относительной влажности из-за изменений в гигроскопическом поведении в экстремальных значениях в этом диапазоне по сравнению с таковым при промежуточных значениях.

Способ высыхания материала зависит не только от его структуры, но и от его физической формы. Сушка мелкой древесной щепы в основном контролируется переносом влаги и паров через пограничный слой; шпон и тонкие рейки из той же древесины по сухой доле открытой поверхности; при сушке дощатого бруса внутренними влаготранспортными механизмами внутри самого пиломатериала. Ранние эксперименты по сушке материалов в лотках для образцов в воздушном потоке показали, что первоначально скорость сушки была почти такой же, как и у свободной поверхности жидкости в тех же условиях, и оставалась относительно постоянной по мере высыхания материала [Keey (19).72)]. За этим периодом сушки следует период, в котором скорость сушки резко снижается, поскольку содержание влаги снижается до равновесного значения, хотя условия сушки остаются неизменными. Эта заметная разница в поведении привела к разделению сушки на периодов постоянной скорости и периодов падения скорости соответственно. «Колен» на кривой сушки между этими двумя периодами известен как критическая точка . Иногда эти периоды обозначают как беспрепятственное высыхание и затрудненное высыхание соответственно, чтобы указать, играет ли сам материал контролирующую роль в ограничении потери влаги. Появление начального периода может быть замаскировано индукционными эффектами в начале сушки, когда влажное твердое тело нагревается или охлаждается до температуры динамического равновесия, которая является температурой по влажному термометру, если поверхность нагревается только конвективно. Эта температура поверхности поддерживается до тех пор, пока поверхность достаточно влажная, чтобы эффективно насытить ее. Пример кривой сушки показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Пример кривой сушки.

Причины появления периода высыхания с постоянной или почти постоянной скоростью высыхания сложны, особенно потому, что маловероятно, что на поверхности существует пленка жидкой влаги, за исключением редких случаев [van Brakel (1980)]. Действительно, период постоянной скорости может наблюдаться, если размеры влажных и сухих пятен на поверхности достаточно малы по сравнению с толщиной пограничного слоя. Требование состоит в том, чтобы давление паров влаги на поверхности поддерживало значение насыщения при средней температуре поверхности и, следовательно, скорость потери влаги на единице открытой поверхности ( ) является:

где p _G — парциальное давление паров влаги в объеме газа, а p _S — значение газа, прилегающего к влажной поверхности. При расчетах сушки целесообразнее использовать влажности (отношения массы паров влаги к массе сухого газа), и приведенное выше выражение преобразуется в

где β _y — коэффициент массообмена, основанный на разнице влажности; φ — коэффициент потенциала влажности, который эффективно «корректирует» введение линейной движущей силы влажности [Кей (19).78)]; Y _S и Y _G — влажность на поверхности и в объеме газа соответственно. Период падающей скорости начинается, когда движение влаги внутри твердого тела больше не может поддерживать скорость испарения или если содержание влаги на поверхности падает ниже максимального гигроскопического значения, а также уменьшается парциальное давление паров влаги. Ясно, что при сушке коллоидного материала никогда не может наблюдаться период постоянной скорости, когда относительная влажность достигает единицы только при очень высоком содержании влаги.

В первом приближении кинетику сушки в период падения скорости можно считать первопорядковой, и, таким образом, скорость сушки прямо пропорциональна разнице между средней влажностью влажного материала (X) и ее равновесным значением (X _e ):

Интегрирование этого уравнения дает время Δt для высыхания от содержания влаги X ₁ до X ₂ :

где а — коэффициент, который может быть пропорционален «коэффициенту диффузии» влаги. Однако справедливость этого уравнения не является доказательством того, что движение влаги происходит за счет диффузии, поскольку это выражение коррелирует со временем сушки для ряда материалов, высушенных в статическом и псевдоожиженном слоях, в которых диффузионные процессы маловероятны [van Brakel (19).80)]. Появление кинетики первого порядка иногда называют регулярным режимом сушки.

Было предпринято несколько попыток создать фундаментальную теоретическую основу для описания сушки и развития профилей содержания влаги и температуры в высушиваемых материалах. К ним относятся использование необратимой термодинамики для определения соответствующих транспортных потенциалов [Луйков (1966)]; теории, основанные на влаго-паровой диффузии и капиллярном переносе жидкости в пористых средах [Кришер и Каст (1978)]; и усреднение по объему уравнений непрерывности, сохранения массы и энергии, которые применяются к каждой из прерывистых фаз во влажном пористом теле [Whitaker (1980)]. Хотя эти подходы добились некоторого ограниченного успеха в описании процессов тепло- и массопереноса при определенных идеализированных условиях, эти теории ограничены в применении допущениями, сделанными для получения численных решений.

На практике было найдено больше эмпирических подходов, которые полезны для описания поведения при сушке реального материала в промышленных условиях. Один из таких методов основан на концепции характеристическая кривая сушки [Keey (1978)]. Это обобщенная кривая сушки, полученная в результате лабораторных испытаний при постоянных условиях сушки с образцом материала. Это график скорости высыхания, нормализованной относительно ее максимального значения (m _W ) в период постоянной скорости, в зависимости от характеристического содержания влаги, определяемого как отношение содержания свободно испаряемой влаги (X – X _e ) к содержанию свободной влаги в критической точке (X _cr – X _и ). Таким образом, эти безразмерные параметры становятся

и

соответственно. Пример характеристической кривой сушки показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Пример кривой сушки.

Уникальная характеристическая кривая сушки получается только в том случае, если отношение открытой поверхности к объему материала поддерживается постоянным или имеет уникальное значение при заданном характеристическом содержании влаги, если материал дает усадку. Строго говоря, такая кривая наблюдается только при крайних значениях интенсивности сушки, когда содержание влаги в материале практически однородно (низкоинтенсивная сушка) или когда имеется резкий фронт между высохшим материалом близко к поверхности и все еще влажным внутренним пространством (высокоинтенсивная сушка). На практике, однако, в диапазоне практических условий сушки характерные кривые сушки появляются при сушке различных твердых и сыпучих материалов при условии, что размер частиц меньше 20 мм [Кей (19).92)]. Обычно между параметрами f и Ф нет простой зависимости, хотя бывают и частные случаи. Кинетика первого порядка соответствует тождеству f = Ф, при этом сушка проницаемых материалов близка к этому поведению. При контроле сушки по сухой доле открытой поверхности (например, у тонких листов) f = Ф ^2/3 . Сушка непроницаемых материалов типа ядровой древесины примерно соответствует f = Ф ² . Если в эксперименте с сушкой не наблюдается критической точки, можно построить характеристическую кривую, основанную на нормировании содержания влаги по отношению к мнимому началу периода падения скорости, при условии, что к характеристической кривой можно подобрать простое алгебраическое соотношение. Особое преимущество концепции характеристической кривой сушки состоит в том, что можно написать упрощенное уравнение для описания скорости сушки в любом месте внутри сушилки, если потенциал влажности (Y _W – Y _G ), где Y _W – влажность насыщения при температуре смоченного термометра:

Примеры использования этого выражения для описания промышленных процессов сушки приведены Keey (1978, 1992).

Интенсивность сушки (I) определяется отношением максимальной скорости беспрепятственной сушки (m _W ) к максимальной скорости переноса влаги через материал при диффузионном процессе:

где D – коэффициент диффузии влаги, X ₀ — начальное содержание влаги, b — эффективная толщина или радиус материала. Это говорит о том, что продукт m _W b является полезным свойством; он называется параметром потока , F. Если построить график зависимости ln F от влагосодержания X, то для каждого начального влагосодержания X ₀ в период проникновения будет найдена отдельная кривая по мере того, как в материале развиваются профили влагосодержания и температуры. В обычном режиме имеется общая кривая, не зависящая от исходной влажности и потока сушки.

При определенных обстоятельствах кривые сушки могут иметь как отрицательный, так и положительный градиент скорости сушки по мере потери влаги. При сушке слоев растворимых красителей могут наблюдаться разрывы из-за образования и растрескивания поверхностных корок, особенно если корку периодически удалять. При сушке пористых тел, содержащих смешанный летучий растворитель, также могут наблюдаться периоды падения и повышения скорости из-за избирательного испарения влаги с изменением относительной летучести по мере изменения состава.

ССЫЛКИ

Jaafar, F. and Michalowski, S. (1990) Модифицированное уравнение БЭТ для изотерм сорбции/десорбции, Drying Technol. 8(4), 811-827.

Ки, Р. Б. (1978) Введение в операции промышленной сушки , Пергамон, Оксфорд.

Ки, Р. Б. (1992) Сушка сыпучих и твердых материалов , Hemisphere, Нью-Йорк.

Кришер, О. и Каст, В. (1978) Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik , 3-е изд. Springer-Verlag, Берлин Гейдельберг, Нью-Йорк.

Лыков А.В. (1966) Тепломассоперенос в капиллярно-пористых телах , Pergamon, Oxford.

Stubbbing, T.J. (1994) Airless Drying, in Proc. 9-я междунар. Сушка Симп. , Голд-Кост, Квинсленд, 1-4 августа

ван Бракель, Дж. (1980) Массоперенос при конвективной сушке, глава 7 в Достижения в области сушки , 1, (под ред. А.С. Муджумдара), Hemisphere, Washington.

Уитакер, С. (1980) Тепло- и массообмен в гранулированных пористых средах, глава 2 в Advances in Drying , 1, (Ed. A.S. Mujumdar), Hemisphere, Washington.

Сушка продуктов в домашних условиях | Расширение UMN

1. Дом
2. Еда, здоровье и питание
3. Безопасности пищевых продуктов
4. Сохранение и подготовка
5. Сушка продуктов в домашних условиях

Сушеные продукты вкусны, питательны, легки, просты в приготовлении, удобны в переноске и просты в использовании. Низкая влажность, низкая температура и хорошая циркуляция воздуха имеют решающее значение для успешной сушки. Вы можете использовать дегидратор, духовку, микроволновую печь или даже сушить на воздухе некоторые продукты. Начните с продуктов хорошего качества. Сначала бланшируйте овощи и предварительно обработайте большинство фруктов. Помните, что для успешной сушки требуется время. После высыхания храните продукты в темном прохладном месте в контейнерах, защищающих от влаги и насекомых.

Как сушка предотвращает порчу продуктов?

Сушка или «обезвоживание» пищевых продуктов — это метод сохранения пищевых продуктов, при котором из пищевых продуктов удаляется достаточное количество влаги, чтобы бактерии, дрожжи и плесень не могли размножаться.

Как безопасно сушить продукты

Используя правильное сочетание тепла, низкой влажности и потока воздуха, вы можете безопасно сушить продукты. Для успешной сушки продуктов вам понадобится:

• Низкая влажность. Низкая влажность позволяет влаге перемещаться из пищи в воздух.

• Источник слабого тепла . Теплая температура позволяет влаге испаряться.

• Циркуляция воздуха . Потоки воздуха ускоряют высыхание.

Примечание. В Миннесоте не рекомендуется сушка на солнце из-за высокой влажности и низких ночных температур.

Посмотрите наше 5-минутное видео о сушке продуктов

Мини-модуль: высушите, вам понравится

Дегидратор с вялеными томатами

Методы сушки пищевых продуктов

Дегидраторы

• Производить продукт самого высокого качества по сравнению с другими методами сушки.

• Большинство пищевых дегидраторов имеют электрический элемент для нагрева, а также вентилятор и вентиляционные отверстия для циркуляции воздуха.

• Эффективные дегидраторы предназначены для равномерной сушки продуктов и сохранения их качества.

Сушка в духовке

Придерживайте дверцу духового шкафа открытой во время сушки

Чтобы использовать духовой шкаф для сушки:

• Проверьте циферблат духовки, чтобы увидеть, не показывает ли он значение ниже 140 F, или используйте настройку «поддержание тепла». Если термостат не упадет до такого минимума, ваша пища будет готовиться, а не сушиться.

• Термометр для духовки, помещенный рядом с продуктом, дает точные показания температуры сушки.

• Оставьте дверцу духовки приоткрытой на 2-4 дюйма и поместите вентилятор рядом с наружной частью дверцы духовки, чтобы улучшить циркуляцию воздуха.

Сушка на солнце

• Сушка на солнце не рекомендуется в Миннесоте из-за высокой влажности и низких ночных температур.

• Продукты, высушенные на солнце, могут сохнуть 3-4 дня; если влажность высокая, как это обычно бывает в Миннесоте, пища заплесневеет до того, как высохнет.

• Сушка на солнце требует постоянного воздействия прямых солнечных лучей в течение дня и относительной влажности менее 20%. Эти условия встречаются только в таких областях, как долина Сакраменто в Калифорнии или в Аризоне.

Травы для сушки в перевернутом виде

Сушка на воздухе

• Сушка на воздухе отличается от сушки на солнце тем, что происходит в помещении, на хорошо проветриваемом чердаке, в комнате или на веранде.

• Травы, острый перец и грибы являются наиболее распространенными продуктами сушки на воздухе.

• Травы и перец предварительно не обрабатываются, а просто нанизываются на веревку или связываются в пучки и подвешиваются до полного высыхания.