Третий период сушки при радиационном энергоподводе

Третий период сушки при радиационном энергоподводе   называют периодом вакуумной досушки. Данный период сушки наименее изучен. На этом этапе происходит изменение влажности слоя (имеющего нижнюю экстремальную температуру  ) от критической  до конечной , а влажность остальных слоев продукта стремится к равновесной  . К началу заключительного этапа сушки вся замороженная в объекте влага уже удалена, поэтому его обычно называют периодом вакуумной досушки. Естественным окончанием процесса вакуумного обезвоживания материала является момент, когда давление пара над продуктом при его постоянной температуре становится равным давлению насыщенного пара над поверхностью десублимации, т.е. материал достигает равновесной влажности. В этот момент удаление из него влаги прекращается, а процесс обезвоживания может возобновиться либо при понижении температуры десублимации, либо при повышении температуры материала.

Таким образом, каждой паре значений температур продукта и десублиматора соответствует определенное для каждого материала значение его равновесной влажности. Это положение подтверждается опытами при сублимационной сушке биологических материалов. При постоянной температуре десублиматора (-78°С) и конечной температуре продукта -10°С через 36 ч сушки была достигнута равновесная влажность 4,8%, в то время как в тех же условиях при конечной температуре продукта 30°С через 20 ч сушки достигнута равновесная влажность 0,6%. В реальных условиях обезвоживание до равновесной влажности экономически невыгодно из-за неоправданно большой продолжительности сушки. После удаления сублимацией всей замороженной в продукте влаги скорость дальнейшего обезвоживания до момента достижения равновесной влажности зависит лишь от энергии связи оставшейся влаги с материалом и соответствует значению текущей влажности объекта сушки. Для каждого материала можно экспериментально устанавливать в стадии вакуумной досушки зависимость между скоростью сушки   и текущим влагосодержанием u (при постоянных значениях температур продукта и десублимации) и по этой зависимости определять момент окончания сушки. Однако использование этого метода на промышленных установках маловероятно, так как затруднительно измерение весьма малых значений скорости сушки в заключительной стадии процесса.

Другой метод определения момента окончания процесса сушки, успешно апробированный на установках ОПВСУ-01 и СУ-3,0 основан на экспериментальном определении зависимости между нижней экстремальной температурой и среднеобъемной влажностью материала. В частности, для кусков говядины толщиной 2h=12 мм в условиях сублимационной сушки с двусторонним радиационным энергоподводом эта зависимость имеет линейный характер. Для достижения стандартного значения среднеобъемной влажности сублимированной говядины ( = 2,5%) необходимо довести нижнюю экстремальную температуру до уровня  =35°С. Экспериментальное определение зависимости   в третьем периоде сушки необходимо выполнить отдельно для каждого вида материала, высушиваемого на конкретной сублимационной установке.

Изменение влагосодержания по слоям материала в процессе сублимационной сушки. Экспериментальные точки обозначены: кружками ; крестиками ; квадратами ; треугольниками вершиной вверх ; ромбами ; треугольниками вершиной вниз

В заключительном периоде сушки влагосодержание   произвольного слоя изменяется во времени по экспоненциальному закону. На рисунке перестроены в полулогарифмическом масштабе кривые относительного влагосодержания   в безразмерной форме. По-видимому, при сушке влажных материалов в заключительном периоде упорядоченный режим может устанавливаться не только в поле температур, но и в поле влажности. Из рисунка видно, что, начиная с  = 90 мин, кривые влажности всех слоёв имеют экспоненциальный характер (отклонения экспериментальных точек от этого закона при  = 210 мин объясняются трудностями измерения   при малых значениях влажности материала). Наличие в конце сушки упорядоченного режима и по влажности материала может значительно упростить задачу расчета третьего периода. С этой целью достаточно установить зависимость темпа обезвоживания (показателя экспоненты) каждого слоя от его координаты и решить эту зависимость относительно времени   для слоя с нижней экстремальной температурой. Если в третьем периоде существует упорядоченный режим по влажности, то очевидно, что искомая зависимость будет логарифмической.

Другой метод расчета третьего периода сушки при радиационном энергоподводе, основан на следующих предположениях: скорость сушки в третьем периоде пропорциональна текущему значению среднеобъемной влажности материала и скорость изменения температуры   в центре образца пропорциональна текущему значению этой температуры. Таким образом, в периоде   также существует своеобразный упорядоченный режим по температуре и влажности объекта сушки.

При обработке многочисленных опытных данных, полученных при сублимационной сушке мясных и молочных продуктов, отмечено, что в течение третьего периода интенсивность энергоподвода q изменяется, как правило, в узких пределах (в среднем   не превосходит 7…12%). Это позволяет получить расчетную формулу   путем использования граничных условий первого рода в простейшем виде  .

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.