Самые популярные статьи







Радиационный подвод энергии

Радиационный подвод энергии  
Рис. 1. Сублимационная сушка кусковых продуктов животного происхождения при лучистом энергоподводе:
а - модель движения границы фазового перехода;
б - график энергоподвода и термограммы при управлении процессом по экстремальным температурам tв.э и tн.э
 

Наибольшее применение в современной сублимационной технике имеет радиационный подвод энергии к объекту сушки. Используемые в вакуум-сублимационных установках генераторы излучения можно разделить на две группы: «светлые», (коротковолновые) с температурой до 2873 К и длиной волны максимального излучения примерно λн≤1,0 мкм и «темные» (длинноволновые), в спектре которых преобладают инфракрасные лучи λн≥2,5 мкм (табл. 1).

Пищевые продукты как объекты поглощения лучистой энергии представляют собой оптически неоднородные среды, способные к селективному поглощению и анизотропному рассеиванию излучения.

Селективность поглощения подводимой энергии инфракрасного излучения пищевыми продуктами требует специального подбора генераторов. Как видно из табл. 1, для обработки большинства продуктов животного происхождения целесообразно использовать электровакуумные излучатели с вольфрамовой нитью накаливания и колбой из силикатного стекла. Спектральный диапазон излучения такого генератора (1,0—3,0 мкм; см. табл. 1, графа 8) полностью «перекрывает» спектральную зону наибольшего поглощения радиационной энергии продуктов животного происхождения (1,5—2,5 мкм; см. табл. 1, графа 14). Разрыв спектральной характеристики этого источника объясняется тем, что его стеклянная колба поглощает излучение с длиной волны свыше 3 мкм, а собственный спектр излучения колбы начинается лишь с 6 мкм (графа 6). В то же время для сушки этих продуктов неэффективны «светлые» излучатели с кварцевой колбой и «темные» источники. Кварцевая колба не пропускает излучение с длиной волны выше 1,4 мкм (графа 6). У «темных» источников спектральный диапазон излучения (графы 10, 12) лежит ниже зоны наибольшего поглощения продуктов животного происхождения (графа 14).

Для сублимационной сушки объектов растительного происхождения наиболее целесообразно применение «темных» электрических источников, что видно из сравнения граф 10 и 16 табл. 1.

Таблица 1  
Радиационный подвод энергии  

В целях повышения эффективности «темных» излучателей с жидким теплоносителем зарубежные фирмы [«Атлас» (Дания), «Стоке» (США) и др.] покрывают поверхность источников (плит) специальным составом, имеющим высокую степень черноты (0,95). Поэтому характеристики источников (графы 11, 12, 13) приближаются к параметрам излучения абсолютно черного тела (графы 3, 4). Наблюдаемая в зарубежной сублимационной технике тенденция повышения температуры жидкого теплоносителя, по-видимому, имеет целью улучшить спектральные характеристики излучателей, приблизив их к спектрам наибольшего поглощения энергии объектов сушки. Достигнутый в настоящее время верхний температурный предел [установка фирмы «Крио-Майд» (США)] составляет 623 К (графа 11). Однако с ростом температуры плит увеличивается интенсивность их излучения (графа 13), что повышает опасность ожога поверхности продукта и поэтому снижает длительность использования плит в напряженном температурном режиме, а, следовательно, увеличивает общую длительность сушки. Электрические генераторы лучистой энергии («светлые» и «темные») в известной мере свободны от указанного недостатка. Их излучающими элементами является не сплошная плоскость, а нить накаливания, цилиндрическая колба или кожух. Уменьшая плотность монтажа этих генераторов в кассете, можно добиться высоких температур излучения (1000-2800 °С) при умеренной интенсивности потока энергии (1,5-3,0 кВт/м2). Недостатком электрических генераторов является необходимость создания равномерного поля энергетической освещенности на поверхности продукта.

При лучистом подводе энергии поверхностная форма фазового перехода влаги является неустойчивой; в толще материала возникают термические напряжения и по всей толщине образца появляются полости, щели и трещины, по которым пар выходит из глубинных слоев. При этом ширина зоны сублимации определяется проникающей способностью лучистого потока. При медленном замораживании материалов образуются крупные кристаллы, которые способствуют развитию более широкой зоны фазового перехода, чем при сублимации мелкокристаллических структур.

При интенсивном радиационном подводе энергии создаётся напряженный температурный режим в материале, что связано с необходимостью использования специальных методов управления процессом.

На основе исследования кинетики сублимационной сушки говядины при энергоподводе от светлых излучателей разработан метод управления процессом по экстремальным температурам обрабатываемого материала, обеспечивающий высокую скорость сушки при стандартном качестве готового продукта. Для экспериментальной проверки метода использованы средства современной термометрии, а для его промышленного применения предложен соответствующий способ измерения температуры. Метод нашел широкое применение в производственной практике, а также в технике экспериментальных исследований. Впоследствии было установлено, что этот способ эффективен не только при лучистом подводе энергии, но при кондуктивном и комбинированном энергоподводе. Недостатком способа является необходимость измерения температуры в тонком слое.

Суть способа состоит в следующем. В процессе сублимационной сушки в материале одновременно существуют две экстремальные зоны (рис. 1,а): максимальной температуры tв.э, где тепловой режим наиболее напряженный, и минимальной температуры tн.э. Обезвоживание объекта начинается с зоны, имеющей температуру tв.э. До тех пор пока температура в этой зоне не достигнет допустимого уровня tдоп (рис. 2,б), плотность потока qI внешней энергии поддерживается максимальной, далее энергоподвод qII(τ) регулируется таким образом, чтобы до конца сушки поддерживать tв.э на уровне tдоп. Процесс сушки заканчивается, когда завершается обезвоживание зоны, имеющей температуру tн.э (теоретически эта зона расположена на оси симметрии образца — см. рис. 1,а). Об окончании процесса сушки оператор судит по достижению температуры в этой зоне, равной заранее установленному значению tк.



Материал подготовлен по книге: Камовников Б. П. и др. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов (Основы теории, расчет и оптимизация) /Б. П. Камовников, Л. С. Малков, В. А. Воскобойников. — М.: Агропромиздат, 1985 — 288 с.



Нашли ошибку? Выделите её и нажмите Ctrl+Enter. Будем благодарны за помощь.