Сравнительная оценка сушки продуктов питания инфракрасным и конвективным способом в устройствах камерного типа.

Наиболее распространенным способом сушки продукции растениеводства является конвективная сушка. Для сравнения эффективности инфракрасного и конвективного способа нагрева выполнены экспериментальные сушки физической модели капиллярно-пористого коллоидного тела (рис.2), яблок и моркови.

Масса сухих пыжей при температуре воздуха 15°С и относительной влажности 60% составляла 120 грамм. Перед сушкой пыжи выдерживались в воде, растворе крахмала или желатина в течение 30 минут. После этого для стекания остатков жидкости пыжи выкладывались на сито, и выдерживали 5-10 минут. Концентрация желатина и крахмала составляла 1,5% и 3% соответственно. Масса влажных пыжей перед сушкой составляла 850-1000 грамм.

В качестве контрольных образцов продукта сушки использовались яблоки нарезанные кружками толщиной 5 мм, морковь нарезанная соломкой толщиной 2 мм и выжимка винограда с остаточным содержание влаги не более 40%.

В эксперименте регистрировались температура воздуха на входе в камеру, температура продукта сушки (6 точек), относительная влажность и температура воздуха на выходе из камеры. Схема расположения средств измерения приведена на рис. 9.

1…8 – термопара хромель-алюмель, 9 – преобразователь температуры и относительной влажности воздуха. Рис.9. – Схема расположения средств измерения в сушильной камере.

Программа эксперимента:

- тепловая мощность инфракрасных и конвективного нагревателей 800Вт и 400 Вт;

- вентиляция камеры:

- естественная конвективная с объемным расходом 5 м3/ч;

- принудительная с объемным расходом 50 м3/ч

На рис. 10 и 11 показаны временные протоколы регистрации экспериментальных данных при сушке «пыжей» с раствором желатина. Тепловая мощность камеры – 800 Вт. Вентиляция камеры естественная конвективная с объемным расходом воздуха через камеру 10м3/ч. Участки АВ и ВС на графиках показывают соответственно периоды постоянной и повышающейся температуры материала [1].

Критериями для сравнения способов сушки выбраны скорость сушки на участке АВ и удельные затраты энергии на испарение 1кг влаги. Скорость сушки определялась как тангенс угла наклона касательной кривой сушки. Удельные затраты энергии рассчитывались по формуле:

,

где w – затраты энергии, кВт·ч/кг испаренной влаги; W – тепловая мощность камеры, кВт; τ – время сушки (в точке С на рис. 9 и 10), ч; m – масса испаренной влаги, кг.

Рис. 10. Временной протокол ИК сушки пыжей в растворе желатина. Тепловая мощность - 800Вт, вентиляция камеры – естественная конвективная. m – остаточная масса продукта сушки, %; t2-t7 – температура продукта сушки, °С; t1 и t8 – температуры воздуха на входе и на выходе из камеры, °С; φ – относительная влажность воздуха на выходе из камеры, %.

Рис. 11. Временной протокол конвективной сушки «пыжей» в растворе желатина, тепловая мощность - 800Вт. m – остаточная масса продукта сушки, %; t2-t7 – температура продукта сушки, °С; t1 и t8 – температуры воздуха на входе и на выходе из камеры, °С; φ – относительная влажность воздуха на выходе из камеры, %.

Результаты инфракрасной и конвективной сушки «пыжей» с раствором желатина (1,5%), крахмала (3%), яблок и моркови представлены в таблице 1. Режимные параметры экспериментальных сушек показаны на рис. 12, 13 и 14.

Таблица 1.

Режим вентиляции камеры	Скорость сушки, ( кг/с) *10-5	Время сушки, час	Затраты энергии, кВт*ч/кг	Количество испаренной влаги, кг	Темп. пыжей, °С	Темп. воздуха в камере, °С	Отн. влажность воздуха, %
Вода (естественная вентиляция)
800 ИК	3,500	2,3	3,94	0,460	46,4	44,4	31,5
800 конв.	2,410	3,8	5,01	0,603	32,5	41,7	19,1
400 ИК	1,526	5,1	4,27	0,478	29,0	35,2	27,8
400 конв.	1,422	5,5	4,39	0,498	37,1	40,3	20,1
Вода (принудительная вентиляция 50 м3/ч)
800 ИК	1,271	7,6	9,47	0,640	16,5	23,8	32,1
800 конв.	1,365	6,8	10,28	0,532	16,0	25,0	26,8
400 ИК	5,731·10-6	8,7	12,73	0,586	11,7	15,1	47,6
400 конв.	8,845·10-6	10,2	5,32	0,611	13,9	18,0	45,0
Желатин (1,5%) (естественная вентиляция)
800 ИК	3,052	3,2	4,02	0,632	46,6	43,2	29,0
800 конв.	2,293	4,4	5,33	0,652	31,3	43,8	13,6
400 ИК	1,578	6,3	3,78	0,664	33,4	40,2	24,4
400 конв.	1,469	5,0	4,19	0,476	34,0	39,2	20,3
Крахмал (3%) (естественная вентиляция)
800 ИК	2,837	2,5	3,35	0,598	47,5	47,8	13,8
800 конв.	3,024	3,5	4,04	0,683	42,2	62,8	7,2
400 ИК	1,490	5,7	4,03	0,563	30,9	36,8	25,5
400 конв.	1,468	6,1	3,37	0,577	28,7	35,5	20,0
Яблоки (кружки толщиной 5 мм )
800 ИК (естеств. вентиляция)	2,217	4,3	6,48	0,525	48,5	46,3	19,7
800 ИК (принуд. вентиляция)	8,085·10-6	5,44	16,12	0,27	33,0	55,7	11,1
Морковь («соломка» толщиной 2 мм) (естественная вентиляция)
800 ИК	2,613	3,4	4,81	0,573	49,2	54,4	17,2
800 конв.	1,341	4,1	6,90	0,445	45,2	58,5	9,8

1 – 800 ИК; 2 – 800 конв.; 3 – 400 ИК; 4 – 400 конв.; 5 – 800 ИК; 6 – 800 конв.; 7 – 400 ИК; 8 – 400 конв.

Рис. 12. Режимные параметры сушки пыжей с водой при естественной (1-4) и принудительной (5-8) вентиляции камеры.

1 – 800 ИК; 2 – 800 конв.; 3 – 400 ИК; 4 – 400 конв.

Рис. 13. Режимные параметры сушки пыжей с раствором желатина при естественной вентиляции камеры.

1 – 800 ИК; 2 – 800 конв.; 3 – 400 ИК; 4 – 400 конв.

Рис. 14. Режимные параметры сушки пыжей с раствором крахмала при естественной вентиляции камеры.

Результаты ИК и конвективной сушки выжимки винограда представлены в таблице 2.

Таблица. 2. Результаты ИК и конвективной сушки выжимки винограда.

Тепловая мощность камеры, Вт.	Скорость сушки, кг/с.	Затраты энергии, кВт·ч/кг влаги (MДж/кг влаги).	Время сушки, ч.	Количество испаренной влаги, кг.
Выжимка винограда
800(ИК)	8,53·10-6		3,3	0,031
800(конвект)	7,3·10-6		5	0,026
400(ИК)	2,98·10-6		7,5	0,0091
400(ИК)	1,57·10-6		3,9	0,0056

Рассогласование скоростей сушки желатина и крахмала вызвано тем, что пыжи в растворе крахмала при ИК сушке покрывались корочкой, что замедляло удаление влаги из внутренних слоев войлока.

При одинаковой тепловой мощности скорость ИК сушки на 20-25% выше, чем конвективной. Затраты энергии при этом на 30% выше на процесс конвективной сушки.

Для интенсификации испарения и минимизации затрат энергии нужно поднимать температуру поверхности материала и уменьшать расхода воздуха через камеру. Расход воздуха должен обеспечивать 100% влажность удаляемого из камеры воздуха. Максимальную скорость сушки и минимальные энергозатраты можно получить, если температура поверхности продукта равна или больше температуры воздуха в камере (см. рис. 12, 13 и 14).

Реализация указанного режима сушки возможна только в случае раздельного управления потоками тепла и влаги в рабочем объеме сушильного устройства. Это возможно при использовании ИК способа сушки и трудно реализуемо при конвективном способе передачи тепла.