Способ вакуумной сушки

Способ вакуумной сушки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологическим процессам концентрирования жидких и получения сухих пищевых продуктов путем выпаривания и сушки в вакууме.

Известен способ вакуумной сушки продуктов растительного и животного происхождения, включающий нагрев, перемешивание и последующее удаление паров [1]. Однако данное устройство предполагает нагрев высушиваемого продукта до температуры 70-90°С, тогда как применение температур, превышающих 50°С, сопровождается потерей биологической активности конечного продукта.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ вакуумной сушки жидковязких материалов [2]. Способ включает нагрев материала и отвод конденсата и состоит из стадии удаления свободной влаги, на которой температуру материала путем регулирования разрежения и температуры подогрева поддерживают на уровне кипения свободной влаги, и стадии удаления связанной влаги, когда при неизменном разрежении материал сначала доводят до кипения путем нагрева до предельно допустимой температуры, а затем, поддерживая температуру на уровне, не превышающем предельно допустимой величины, понижают давление до 70-10 Па.

Однако данный способ обладает недостатками. При неизменном давлении температура кипения свободной влаги является величиной постоянной и уменьшается с уменьшением давления. Наименьшая температура кипения соответствует наименьшему давлению. С целью максимального сохранения биологически активных веществ в конечном продукте вакуумную сушку следует осуществлять при наименьшей температуре, которая достигается при наибольшем разрежении. При кипении свободной влаги изменение температуры подогрева, т.е. подведенной мощности, определяет скорость испарения и не сказывается на величине температуры кипения. Следовательно, на стадии удаления свободной влаги достаточно лишь контролировать постоянство температуры кипения и скорости испарения. Регулирование разрежения и температуры нагрева на данной стадии необходимо на начальном этапе в случае возникновения пенообразования и угрозы попадания продукта в сборник конденсата. Однако подавление пенообразования данный способ не предполагает. Известный способ не предусматривает также перемешивания продукта, которое существенно повышает скорость сушки на заключительном этапе стадии удаления связанной влаги.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении эффективности способа за счет подавления пенообразования на стадии удаления свободной влаги и перемешивания продукта на стадии удаления связанной влаги.

Это достигается тем, что в известном способе вакуумной сушки путем создания разрежения 10-5 Па, нагрева продукта и удаления паров воды, включающем регулирование разрежения и температуры нагрева на стадии удаления свободной влаги и нагрев материала до температуры, не превышающей предельно допустимого значения, на стадии удаления связанной влаги, на начальном этапе стадии удаления свободной влаги при образовании пены и возникновении угрозы попадания продукта в приемник конденсата уменьшают разрежение до подавления пенообразования, затем разрежение восстанавливают до первоначального, при необходимости операцию подавления пенообразования повторяют до установления стационарного режима сушки, на заключительном этапе стадии удаления связанной влаги при прекращении конденсации осуществляют перемешивание продукта.

Введение операции уменьшения разрежения при образовании пены и возникновении угрозы попадания продукта в приемник конденсата на начальном этапе стадии удаления свободной влаги позволяет сократить пенообразование и не допустить выброс продукта в приемник конденсата.

Операция восстановления первоначального разрежения дает возможность вернуться к продолжению испарения при меньшем объеме пены и постепенно перевести процесс нагрева продукта в установившийся режим удаления свободной влаги, характеризуемый постоянством температуры и скорости испарения.

Повторение операции подавления пенообразования до установления стационарного режима сушки вызвано необходимостью завершения переходного процесса нагрева продукта, приводящего к пенообразованию.

На заключительном этапе стадии удаления связанной влаги при прекращении конденсации перемешивание продукта обеспечивает большую интенсивность и равномерность процесса сушки, предотвращая пригорание продукта к стенкам камеры.

Испытание способа осуществлено с помощью малогабаритного устройства для удаления влаги в вакууме [3]. Устройство позволяет контролировать пенообразование, температуру в камере испарителя и скорость испарения влаги, а также регулировать температуру подогрева и разрежение и осуществлять перемешивание продукта, не нарушая вакуума.

Согласно заявляемому способу в камеру испарителя объемом 40 л загружено 8 л сока черной смородины. С помощью форвакуумного насоса в системе создано разрежение 10 Па. Начальная температура продукта составила 20°С. Через 8 мин после включения нагрева при температуре 24°С началось образование пены, сопровождавшееся угрозой попадания продукта в приемник конденсата. Уменьшение разрежения в камере путем перекрытия паропровода привело к снижению пенообразования. После опускания пены плавное повышение разрежения в камере испарителя до первоначального уровня привело к бурному кипению продукта. Кипение сопровождалось испарением и конденсацией свободной влаги без пенообразования. В установившемся режиме температура в камере испарителя составила 30°С, а скорость испарения, оцененная по изменению влажности w^c, отнесенной к сухой массе, - dw^c/dτ=4,4 час^-1. В процессе стационарного режима испарения влажность уменьшилась от начальной величины до критического значения .

Дальнейшее уменьшение влажности имело место при падающей скорости испарения, соответствовало испарению связанной влаги и осуществлялось при поддержании температуры стенки камеры испарителя не более 50°С. При влажности w^c=1,6 скорость испарения уменьшилась до величины, близкой к нулю, после чего осуществлялось перемешивание продукта. Перемешивание сопровождалось скачкообразным возрастанием скорости испарения с последующим ее уменьшением до нуля, при этом конечная влажность продукта снизилась до величины .

Результаты эксперимента представлены в виде кривой скорости сушки на чертеже.

Данный способ позволяет повысить эффективность известного способа за счет подавления пенообразования на начальном этапе стадии удаления свободной влаги и перемешивания продукта на заключительном этапе стадии удаления связанной влаги.

Источники информации

1. Патент RU №2151984, кл. F25B 5/04, 2000.

2. Патент RU №2126941, кл. F26B 5/04, 1999 - прототип.

3. Патент RU №2276314, кл. F26B 5/04, 2006.

Способ вакуумной сушки жидких пищевых продуктов путем создания разрежения 10-5 Па, нагрева продукта и удаления паров воды, включающий регулирование разрежения и температуры нагрева на стадии удаления свободной влаги и нагрев материала до температуры, не превышающей предельно допустимого значения, на стадии удаления связанной влаги, отличающийся тем, что на начальном этапе стадии удаления свободной влаги при образовании пены и возникновении угрозы попадания продукта в приемник конденсата уменьшают разрежение до подавления пенообразования, затем разрежение восстанавливают до первоначального, на заключительном этапе стадии удаления связанной влаги при прекращении конденсации осуществляют перемешивание продукта.