VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Воздушно-дымовая смесь, применяемая при копчении продуктов питания, должна удовлетворять технологическим требованиям как по составу, так и по температуре, которая зависит от условий дымогенерации и от свойств древесных опилок. Для осуществления сухой перегонки древесные опилки предварительно должны быть высушены, для чего они нагреваются до температуры 180 °С, при которой выпаривается основная масса воды.

Для проведения экспериментальных исследований процесса предварительного обезвоживания и выявления кинетических закономерностей процесса удаления влаги была использована смесь опилок с удельной поверхностью 9,0…12,0 м²/кг из следующих лиственных пород деревьев: дуб, орешник, клен, ольха, бук, береза без коры, ясень, тополь, осина, груша, липа, содержащие наименьшее количество смолистых веществ [6] и относительной влажностью 75 %. Задачей исследования процесса сушки древесных опилок является изучение факторов, влияющих на скорость процесса сушки как с обычным составом смеси теплоносителя, так и с повышенным содержанием азота в воздушной смеси.

Решение задачи. С целью интенсификации процесса сушки в экспериментальных исследованиях использовали инертный газ – азот. Для исключения влияния других интенсифицирующих факторов (перемешивания, комбинированных способов подвода энергии, обновление поверхности раздела фаз и т.д.) и выделения эффективности использования неконденсирующихся инертных газов при конвективном энергоподводе для чистоты проведения исследований кинетические закономерности процесса предварительного обезвоживания древесных опилок осуществлялись на лабораторной экспериментальной установке.

В экспериментах сушка проводилась при условиях нагрева опилок до температуры 180 ⁰С, так как превышение данного значения температуры приводит к опасности возгорания опилок. Сушку проводили с обычным составом воздушной смеси теплоносителя и с повышенным содержанием азота в воздушной смеси теплоносителя при следующих режимных параметрах процесса: высота слоя опилок h = 20 мм, скорость теплоносителя υ = 0,1-2,5 м/с .

Из анализа полученных кинетических зависимостей как с обычным составом смеси теплоносителя, так и с повышенным содержанием азота в воздушной смеси теплоносителя процесс обезвоживания древесных частиц характеризуется наличием явно выраженных периодов: прогрева, постоянной и падающей скорости сушки. В периоде постоянной скорости сушки происходит удаление из высушиваемого материала в основном свободной влаги, находящейся в полостях клеток и межклеточных пространствах, а периоде падающей скорости сушки осуществляется удаление связанной влаги из клеток [2, 3, 5].

Период удаления свободной влаги в древесных частицах заканчивается при изменении влажности от начального значения до критического W_кр [1, 4]. Этот показатель зависит от породного состава смеси древесных опилок и условий проведения процесса обезвоживания. Установленный уровень W_кр= 30 -50 % с достаточной для технологии сушки точностью можно принять при последующем моделировании процесса изменения влажности древесных частиц [7].

В периоде постоянной скорости сушки угол наклона кривых сушки с обычным составом воздушной смеси теплоносителя к оси абсцисс больше, чем для кривой сушки с повышенным содержанием азота в воздушной смеси теплоносителя, продуваемого через продукт, следовательно, скорость сушки увеличивается с применением азота.

Кривые, соответствующие периоду падающей скорости сушки – после точки перегиба выпуклостью к оси ординат с обычным составом воздушной смеси теплоносителя более «пологие», т. е. данный период является более продолжительным. В этот период эффект увеличения скорости сушки достигается за счёт того, что азот является транспортёром влаги, создавая с её парами ассоциативные группы, которые имеют большую подвижность в воздушной среде, чем отдельные молекулы воды и, соответственно, быстрее удаляются из слоя продукта, то есть молекулы азота играют роль переносчика молекул пара с поверхности древесной частицы в сушильную камеру и далее к поверхности конденсации. Кроме этого молекулы инертного газа «бомбандируют» продукт, ослабляя силы взаимодействия между молекулами в местах их попадания [8].

Из анализа результатов исследований кинетики процесса обезвоживания древесных опилок с повышенным содержанием азота в воздушной смеси теплоносителя для разной скорости установлено, что при большей скорости теплоносителя увеличивается и скорость удаления влаги из древесных опилок. Однако при этом увеличение скорости опилок имеет свой предел, обусловленный возникновением уноса опилок (особенно мелкой фракции) с теплоносителем при его скорости больше 2,5 м/с.

В процессе сушки наблюдается одновременно несколько физических процессов, происходящих в структуре древесных материалов. В то время как влажность древесины постепенно падает, температура частиц повышается и приближается к температуре осушающего агента. Поэтому, с целью исключить возгорание легковоспламеняемых мелкодисперсных составляющих смеси, температуру теплоносителя, подаваемого в сушильное оборудование, ограничивают до безопасного уровня.

Таким образом, на основании проведенных исследований среди факторов, влияющих на скорость процесса сушки, необходимо выделить следующие результаты: температуру теплоносителя, продуваемого через слой опилок; относительную скорость его движения в процессе сушки; удельную площадь поверхности частиц древесных материалов, связанную с их размером; физические свойства материалов, подвергаемых сушке.

Литература

1. Вулка М. Ф. Физико-химические свойства водных систем [Текст] / М. Ф. Вулка, О. Ф. Безрукова. – СПб., 1991. – 200 с.

2. Гинзбург, А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов [Текст] / А. С. Гинзбург . – М. :Пищевая промышленность, 1973. – 528 с.

3. Гинзбург, А. С. Технология сушки продуктов [Текст]. – М. : Пищевая промышленность, 1973. – 527 с.

4. Дущенко, В. П. Свойства материалов как объектов сушки и методы их исследования [Текст] / В. П. Дущенко // В кн.: Интенсификация тепло-влагопереноса в процессах сушки]. – Киев, Наукова думка, 1979. – С. 84–93.

5. Лыков, А. В. Теория сушки [Текст] / А. В. Лыков. – М. : Энергия, 1968. – 470 с.

6. Черноусова, Н. Ю. Совершенствование процесса горячего копчения рыбной продукции с использованием импульсной ультразвуковой обработки [Текст]: автореферат дис. на степ. кан. тех. наук / Черноусова Н. Ю. – Воронеж, 2009. – 24 с.

7. Чудинов, Б. С. Вода в древесине. [Текст] / Б. С. Чудинов. –Новосибирск : Наука, 1984. – 270 с.

8. Шумский, К.П. Основы расчета вакуумной сублимационной аппаратуры [Текст] / К.П. Шумский, А.И. Мялкин, И.С. Максимовская. – М.: Машиностроение, 1967. – 223 с.

Код для цитирования: Скопировать