ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРОЦЕССА СУШКИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье анализируется, как осуществляется теплообмен в процессе сушки. Учитывая, что процесс сушки является актуальной проблемой, важно изучить влияние тепла на продукт. Важно правильно выбрать параметры сушки, учитывая изменения формы и состава продукта в процессе сушки. Поскольку содержание воды в продуктах разное, параметры сушки также различаются. Изучение процесса сушки дает возможность определить параметры и методы сушки.

ABSTRACT

This article analyzes how heat transfer occurs during the drying process. Given that the drying process is a pressing issue, it is important to study the effect of heat on the product. It is important to choose the right drying parameters, taking into account changes in the shape and composition of the product during the drying process. Since the water content of products varies, drying parameters also vary. Studying the drying process makes it possible to determine drying parameters and methods.

Ключевые слова: теплообмен, массообмен, сушка, тепловой эффект, твердое тело.

Keywords: heat transfer, mass transfer, drying, thermal effect, solid body.

Термическая сушка представляет собой сложный процесс, включающий одновременные явления массо- и теплопереноса. Это позволяет сохранять агропродовольственные продукты за счет снижения содержания в них воды до остаточной стоимости, позволяющей их хранить в данной среде.

Вода в пористом теле существует в трех формах:

- cвободная вода - ее можно добывать без затрат энергии;

- связанная вода - ее можно извлечь только при наличии достаточного запаса энергии, чтобы разорвать связи между этой водой и твердым телом.

Большинство твердых веществ меняют поведение во время высыхания. При высоком содержании воды они негигроскопичны, а при низком содержании воды становятся гигроскопичными.

Твердое тело считается негигроскопичным, если в равновесии со средой, в которой оно находится, давление пара жидкости, которой оно пропитано, максимально для данной температуры. Все происходит так, как будто изделие покрыто пленкой свободной воды, которая легко удаляется до тех пор, пока количество воды, мигрирующей изнутри к его поверхности под действием сил капиллярности и диффузии, достаточно для компенсации испарения при его поверхность.

Твердое вещество считается гигроскопичным, если содержащаяся в нем вода находится в равновесии с воздухом, парциальное давление водяного пара которого для рассматриваемой температуры ниже, чем давление насыщенного пара на поверхности твердого тела. В этих телах капиллярные силы стремятся удерживать воду в жидкой фазе. Эти тела невозможно полностью высушить, как негигроскопичные твердые вещества.

Рисунок 1. Схематическое изображение материала и теплообмена во время конвекционной сушки

Сушка гигроскопичных продуктов имеет три фазы:

- фаза прогрева продукта. Температура продукта повышается до тех пор, пока не достигнет значения, при котором возможна диффузия свободной воды;

- фаза скорости сушки при постоянной скорости;

- фаза сушки на уменьшающейся скорости.

Фаза сушки с постоянной скоростью наблюдается, когда содержание воды на поверхности продукта велико и диффузия свободной воды из внутреннего пространства к его поверхности происходит достаточно быстро, чтобы компенсировать испарение. На этом этапе скрытая теплота испарения полностью удаляется осушающим воздухом. Сушка происходит при постоянной энтальпии. Кроме того, температура продукта постоянна и равна температуре сушильного воздуха. Когда вода на поверхности изделия перестает во время сушки достаточно быстро обновляться за счет подачи воды изнутри, диффузионные явления ограничивают эту миграцию и скорость сушки снижается до тех пор, пока содержание воды в изделии не станет равным равновесное содержание воды в осушающем воздухе. Продолжительность фазы сушки при уменьшающейся скорости всегда больше, чем при постоянной скорости [1-3].

В процессе сушки продукт подвергается различным очень сложным явлениям, таким как усадка, биохимические реакции и т.д. Рисунок 2 иллюстрирует основные физико-химические и биохимические явления, позволяющие оценить процесс сушки.

Рисунок 2. Сложность процесса сушки пищевых продуктов.

Максимальное исходное содержание воды в фруктах и овощах колеблется от 50 до 80% [4-6]. Содержание воды во фруктах и овощах отличается от содержания воды в лекарственных растениях. Учитывая это, параметры сушки лекарственных растений отличаются от выбранных для фруктов и овощей. Уровень ароматические и лекарственные растений относительно высок; она достигает около 80%. Конечное содержание воды в ароматические и лекарственные растений после сушки составляет менее 10%. Поэтому они очень скоропортящиеся. Некоторые ферменты и микроорганизмы вызывают химические модификации ароматические и лекарственные растений, которые быстро развиваются в присутствии воды в продукте. Рынок качественных продуктов быстрого приготовления требует, чтобы органолептические свойства сушеного продукта поддерживались на высоком уровне, близком к свежему продукту. Поэтому глубокое знание параметров, ответственных за снижение качества продукта во время сушки, имеет большое значение. Действительно, сушка основана на уменьшении содержания воды в высушиваемом продукте до тех пор, пока не будет достигнут баланс между переносом воды или водяного пара из продукта и средой сушки. Этот перенос зависит соответственно от содержания воды и температуры высушивающего воздуха. Однако при конвективной сушке в условиях контролируемой сушки воздухом листы ароматические и лекарственные растений меняют не только цвет и массу, но часто и размеры. Изменения поверхности или усадка, вызванные сушкой, как правило, плохо контролируются, и ими не следует пренебрегать, поскольку очень часто чрезмерная усадка продукта приводит к ухудшению качества [4]. Ущерб, причиняемый высыханием ароматические и лекарственные растений, в большинстве случаев представляет собой проблему значительных масштабов. Можно предположить, что лист ароматические и лекарственные растений испытывает сжатие, равномерно распределенное по поверхности. Таким образом, его форма не меняется в процессе сушки. Однако лист не имеет однородной структуры; он состоит из тканей или элементов с разными характеристиками: эпидермиса, мезофилов и жилок. В частности, эпидермис и вены играют важную роль в укреплении структуры листа ароматические и лекарственные растений.

Поэтому возможны изменения формы или уменьшение размеров листьев при сушке. Это приводит к значительной структурной деформации формы и размеров листа ароматические и лекарственные растений во время сушки. Кроме того, при удалении воды с поверхности изделия поверхность клеточных тканей и стенки заполненных водой пор испытывают давление, вызывающее перемещение всей твердой матрицы к ее центру. Это сжатие вызывает структурные изменения, а на его поверхности может развиться резкое растрескивание из-за механических напряжений и деформаций внутри конструкции. Эта усадка, называемая усадкой при высыхании, играет важную роль в формировании внешнего вида изделия. Это влияет на скорость сушки. На этом уровне для лучшего понимания и моделирования механизма транспорта или перемещения воды и тепла при сушке с учетом деформации продукта в литературе предлагаются различные подходы к моделированию усадки различной агропродовольственной продукции. Большая часть работ по моделированию усадки при высыхании основана на корреляциях между изменением плотности и уменьшенной площадью поверхности, которая оценивается как функция уменьшенного содержания воды. Таким образом,  что приведенный объем агропродовольственной продукции при сушке зависит главным образом от ее содержания воды, ее геометрии и состава, а также параметров сушильного воздуха. Кроме того, температура сушильного воздуха не оказывает существенного влияния на усадку во время сушки. С другой стороны, эффективный коэффициент диффузии воды продукта сильно зависит от времени высыхания.

Список литературы:

1. Medjakovic S., Hobiger S., Ardjomand-Woelkart K., Bucar F., Jungbauer A. Pumpkin seed extract: cell growth inhibition of hyperplastic and cancer cells, independent of steroid hormone receptors, Fitoterapia 110, 2016. P.150-156.
2. Gutierrez R.M.P. Review of Cucurbita pepo (pumpkin) its phytochemistry and pharmacology, Med. Chem. 6, 2016. P.12-21.
3. Dyshlyuk L., Babich O., Prosekov A., Ivanova S., Pavskya V., Yang Y. In vivo study of medical and biological properties of functional bakery products with the addition of pumpkin flour, Bioact. Carbohydr. Diet. Fibre 12, 2017. P.20-24.
4. Литвинюк Н.Ю. Совершенствование процесса сублимационной СВЧ–сушки плодового-ягодных соков: Дис.канд.техн.наук. -Ижевск: ИжГСХА, 2001. -198 с.
5. Понасенко А.С., Самандаров Д.И., Султанова Ш.А., Сафаров Ж.Э. Разработка технологии сушки растительного сырья. // Universum: технические науки. –Москва, 2022. №12(105), часть 2. –С.33-37.
6. Понасенко А.С., Сафаров Ж.Э. Анализ сушильных установок и способов сушки сельскохозяйственных и пищевых продуктов. III-Международный научно и научно-технической конференции «Проблемы и перспективы инновационной техники и технологий в аграрном-пищевом секторе». Ташкент, 2023. Часть 1. -С.364-365.