Сушка
Сушка — это процесс массообмена, заключающийся в удалении воды или другого растворителя. [1] путем испарения из твердого , полутвердого или жидкого состояния . Этот процесс часто используется как заключительный этап производства перед продажей или упаковкой продукции. Чтобы считаться «высушенным», конечный продукт должен быть твердым, в форме непрерывного листа (например, бумаги), длинных кусков (например, дерева), частиц (например, зерновых культур или кукурузных хлопьев) или порошка (например, песок, соль, стиральный порошок, сухое молоко). Часто используются источник тепла и агент для удаления паров, образующихся в процессе. В биопродуктах, таких как продукты питания, зерновые и фармацевтические препараты, такие как вакцины , растворителем, который необходимо удалить, почти всегда является вода. Высыхание может быть синонимом высыхания или считаться крайней формой высыхания.
В наиболее распространенном случае газовый поток, например воздух, передает тепло за счет конвекции и уносит пар в виде влаги . Другими возможностями являются вакуумная сушка , при которой тепло подается за счет проводимости или излучения (или микроволн ), а образующийся таким образом пар удаляется с помощью вакуумной системы. Другой непрямой метод — это барабанная сушка (используется, например, для производства картофельных хлопьев), при которой для подачи энергии используется нагретая поверхность, а аспираторы вытягивают пар за пределы помещения. Напротив, механическая экстракция растворителя, например воды, путем фильтрации или центрифугирования , считается не «сушкой», а скорее «осушением».
Механизм сушки
[ редактировать ]В некоторых продуктах, имеющих относительно высокое начальное содержание влаги, начальное линейное снижение среднего содержания влаги в продукте в зависимости от времени может наблюдаться в течение ограниченного времени, часто известного как «период постоянной скорости сушки». Обычно в этот период удаляется поверхностная влага снаружи отдельных частиц. Скорость сушки в этот период во многом зависит от скорости передачи тепла высушиваемому материалу. Поэтому максимально достижимая скорость сушки считается ограниченной теплопередачей. Если сушка продолжается, наклон кривой, то есть скорость сушки, становится менее крутым (период падения скорости) и в конечном итоге имеет тенденцию становиться почти горизонтальным в течение очень длительного времени. В этом случае содержание влаги в продукте остается постоянным и соответствует « равновесному содержанию влаги », где оно практически находится в равновесии с обезвоживающей средой. В период снижения скорости миграция воды из внутренней части продукта на поверхность происходит в основном за счет молекулярной диффузии, т.е. поток воды пропорционален градиенту содержания влаги. Это означает, что вода перемещается из зон с более высоким содержанием влаги в зоны с более низкими значениями. второй закон термодинамики . Если удаление воды является значительным, продукты обычно подвергаются усадке и деформации, за исключением хорошо продуманного процесса сублимационной сушки. Скорость сушки в период снижения скорости контролируется скоростью удаления влаги или растворителя из внутренней части высушиваемого твердого вещества и называется «ограниченной массообменом». Это широко наблюдается в гигроскопичных продуктах, таких как фрукты и овощи, где сушка происходит в период падающей скорости, а период постоянной скорости сушки считается незначительным. [2]
Способы сушки
[ редактировать ]
Ниже приведены некоторые общие методы сушки:
- Применение горячего воздуха ( конвективная или прямая сушка). Нагрев воздуха увеличивает силу сушки для теплопередачи и ускоряет сушку. Это также снижает относительную влажность воздуха , еще больше увеличивая движущую силу сушки. В период скорости падения, когда содержание влаги падает, твердые вещества нагреваются, а более высокие температуры ускоряют диффузию воды из внутренней части твердого тела на поверхность. Однако соображения качества продукции ограничивают применимое повышение температуры воздуха. Чрезмерно горячий воздух может практически полностью обезвоживать поверхность твердого тела, так что его поры сжимаются и почти закрываются, что приводит к образованию корки или «цементации», что обычно нежелательно. Например, при сушке древесины (лесоматериалов) воздух нагревается (что ускоряет сушку), но к нему добавляется и некоторое количество пара (что в определенной степени замедляет скорость сушки), чтобы избежать чрезмерного обезвоживания поверхности и деформации изделия из-за высокой влажности. градиенты по толщине древесины. Распылительная сушка относится к этой категории.
- Непрямая или контактная сушка (нагрев через горячую стену), барабанная сушка, вакуумная сушка. Опять же, более высокие температуры стенок ускорят сушку, но это ограничивается деградацией продукта или цементацией. Барабанная сушка относится к этой категории.
- Диэлектрическая сушка (радиочастота или микроволны, поглощаемые внутри материала) в настоящее время находится в центре интенсивных исследований. Его можно использовать для облегчения воздушной или вакуумной сушки. Исследователи обнаружили, что окончательная микроволновая сушка ускоряет очень низкую скорость сушки в конце классических методов сушки. Вакуумная микроволновая сушка используется в экспериментальном рационе для ближнего боя армии США. [3]
- Сублимационная сушка или лиофилизация — это метод сушки, при котором растворитель замораживают перед сушкой, а затем сублимируют , т. е. переходят в газовую фазу непосредственно из твердой фазы при температуре ниже температуры плавления растворителя. Его все чаще применяют к сухим продуктам, выходя за рамки уже классических фармацевтических или медицинских применений. Он сохраняет биологические свойства белков, сохраняет витамины и биологически активные соединения. Давление можно снизить с помощью высоковакуумного насоса (хотя сублимационная сушка при атмосферном давлении возможна и в сухом воздухе). При использовании вакуумного насоса пар, образующийся в результате сублимации, удаляется из системы путем преобразования его в лед в конденсаторе, работающем при очень низких температурах, за пределами камеры сублимационной сушки.
- Сверхкритическая сушка (сушка перегретым паром) предполагает сушку паром продуктов, содержащих воду. Этот процесс осуществим, поскольку вода в продукте выпаривается и соединяется с сушильной средой, увеличивая ее текучесть. Обычно он используется в замкнутом контуре и позволяет восстановить часть скрытого тепла путем повторного сжатия, что невозможно, например, при обычной воздушной сушке. Этот процесс потенциально можно использовать в пищевых продуктах, если его проводить при пониженном давлении, чтобы снизить температуру кипения.
- Естественная воздушная сушка происходит, когда материалы сушат ненагретым принудительным воздухом, используя его потенциал естественной сушки. Этот процесс медленный и зависит от погоды, поэтому необходимо разработать разумную стратегию «вентилятор выключен-вентилятор включен» с учетом следующих условий: температура воздуха, относительная влажность и содержание влаги, а также температура высушиваемого материала. Зерно все чаще сушат с помощью этого метода, и общее время (включая периоды выключения и включения вентилятора) может длиться от одной недели до нескольких месяцев, если в холодных регионах допускается зимний отдых.
Применение сушки
[ редактировать ]Формирование пленки
[ редактировать ]В промышленности покрытий и клеев сушка используется для отверждения пленок на основе растворителей. В некоторых случаях могут образовываться высокоструктурированные пленки. Например, испарение растворителя из раствора, содержащего спиральный полимер, приводит к образованию высокоупорядоченного массива сплющенных тороидальных структур. [4]
Еда
[ редактировать ]
Пищевые продукты сушат, чтобы предотвратить развитие микробов и ухудшение качества. Однако степень сушки зависит от конечного использования продукта. Зерновые и масличные культуры после сбора урожая сушат до содержания влаги, обеспечивающей микробиологическую устойчивость при хранении. Овощи перед сушкой бланшируют, чтобы избежать быстрого потемнения, а сушку проводят не только для подавления роста микробов, но и во избежание потемнения при хранении. Что касается сухофруктов, снижение влажности в сочетании с содержанием кислоты и сахара обеспечивает защиту от роста микробов. Такие продукты, как сухое молоко, необходимо сушить до очень низкого содержания влаги, чтобы обеспечить сыпучесть и избежать слеживания. Эта влажность ниже той, которая необходима для подавления развития микробов. Другие продукты, такие как крекеры, сушат за пределами порога роста микроорганизмов, чтобы придать им хрустящую текстуру, которая нравится потребителям.
Непродовольственные товары
[ редактировать ]Среди непродовольственных товаров к числу тех, которые требуют значительной сушки, относятся древесина (в рамках лесопереработки), бумага, лен, стиральный порошок. На первых двух из-за их органического происхождения может образоваться плесень, если они недостаточно высушены. Еще одним преимуществом сушки является уменьшение объема и веса.
Шлам и фекалии от санитарных процессов
[ редактировать ]В области санитарии сушка осадка сточных вод очистных сооружений , фекального осадка или фекалий , собранных в сухих туалетах с отводом мочи (UDDT), является распространенным методом уничтожения патогенов , поскольку патогены могут переносить только определенный уровень сухости. Кроме того, сушка необходима в качестве технологического этапа, если материалы на основе экскрементов подлежат сжиганию. [5]
См. также
[ редактировать ]Библиография
[ редактировать ]- Гринсмит, М. (1998). Практическое обезвоживание . Вудхед Паблишинг, ООО
- Генскоу, ЛР; Беймеш, МЫ; Хехт, JP; Кемп, IC; Лэнгриш, Т.; Шварцбах, К.; Смит, (Флорида) (2007). Справочник инженера-химика . МакГроу Хилл Профессионал. стр. Глава 12 (Испарительное охлаждение и сушка твердых частиц).
- А.С., Муджумдар (1998). Справочник по промышленной сушке . Бока-Ратон: CRC Press.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «сушка — определение сушки в бесплатном онлайн-словаре, тезаурусе и энциклопедии» . Фарлекс . Проверено 23 апреля 2011 г.
- ^ Онвуде, Дэниел И.; Хашим, Норхашила; Яниус, Римфиэль Б.; Нави, Назми Мат; Абдан, Халина (4 февраля 2016 г.). «Моделирование тонкослойной сушки фруктов и овощей: обзор» (PDF) . Комплексные обзоры в области пищевой науки и безопасности пищевых продуктов . 15 (3): 599–618. дои : 10.1111/1541-4337.12196 . ПМИД 33401820 .
- ^ Корд, Тайлер (29 июня 2019 г.). «Приготовление (и сокращение) современного боевого рациона» . www.yahoo.com .
- ^ Кэрролл, Грегори Т.; Йонгежан, генеральный директор Махтильд; Пайпер, Дирк; Феринга, Бен Л. (2010). «Спонтанная генерация и формирование рисунка тороидов с хиральной полимерной поверхностью» . Химическая наука . 1 (4): 469. doi : 10.1039/c0sc00159g . ISSN 2041-6520 .
- ^ Странде, Л., Ронтелтап, М., Брджанович, Д. (ред.) (2014). Книга «Управление фекальным осадком» (FSM) — Системный подход к внедрению и эксплуатации . Архивировано 14 октября 2017 г. в Wayback Machine . Издательство IWA, Великобритания ( ISBN 9781780404738 )
