Расчет комбинированной сушильной установки

Введение

 

Сушкой называется процесс  удаления из материала любой жидкости, в результате чего в нём увеличивается  относительное содержание сухой  части. На практике при сушке влажных  материалов, в том числе пищевых  продуктов, удаляют главным образом  воду, поэтому под сушкой понимают процесс обезвоживания материалов. Т.о., хотя понятие сушка является более общим, однако практически термин “сушка” и “обезвоживание” являются идентичными. 

Материалы сушатся с  различной целью: для уменьшения массы (это удешевляет их транспортировку), увеличения прочности (керамические изделия, древесина), повышения теплоты сгорания (топливо), повышения стойкости при хранении и для консервирования (зерно, пищевые продукты, биопрепараты).

Большинство пищевых продуктов  являются влажными телами, содержащими значительное количество воды. Вода входит в состав растительных и животных тканей и являются необходимой составной частью пищи человека. Однако избыток воды снижает питательную ценность пищевых продуктов, значительно удорожает их транспортировку и может вызвать порчу продуктов вследствие жизнедеятельности различных микроорганизмов в водной среде. Поэтому большинство пищевых продуктов подвергают сушке, в процессе которой  их влажность значительно снижается.

Сушка – это сложный  технологический (физико-химический) процесс, который должен обеспечить не только сохранение качественных показателей материала, но в ряде случаев и улучшение этих показателей.

Процесс тепловой сушки  пищевых продуктов заключается  в переводе влаги, находящейся в  них, в парообразное состояние и удаление образующегося пара во внешнюю, окружающую продукты, среду.

Существуют  различные  методы сушки материалов. Можно выделить 2 основных принципа:

1. удаление влаги из материала без изменения её агрегатного состояния – в виде жидкости,
2. удаление влаги из материала с изменением её агрегатного состояния, т.е. при фазовом преобразовании жидкости в пар.

 

 

1 Состояние вопроса

 

Мясо – один из основных источников полноценных  и легкоусвояемых белков. В нем  содержится значительное количество витаминов группы В, микроэлементов. Входящие в состав мяса экстрактивные вещества, определяющие его вкусовые и ароматические свойства, благоприятно влияют на секреторную деятельность желудочно-кишечного тракта. 
 Биологическая ценность мяса зависит от содержания в нем мышечной ткани, в состав белковых веществ которой входят в оптимальных количественных соотношениях незаменимые аминокислоты.

В настоящее время высушивание мяса в том или ином виде получает широкое распространение. Во-первых, для производства пищевых концентратов и продуктов быстрого приготовления. Во-вторых, при консервировании мяса на продолжительное время, методами конвективной, ИК и сублимационной сушки. В-третьих, при производстве сырокопченых и сыровяленых колбас. Мясо может высушиваться как в цельномышечном состоянии, так и в измельченном, что несомненно повышает скорость обезвоживания и доведения продукта до нужной степени остаточной влаги. 
 Сушка - завершающая операция технологического процесса производства сырокопченых и сыровяленых цельномышечных мясопродуктов.

  Продолжительность сушки составляет от 3 до 15 суток и зависит от вида изделий. Для филея, шейки и балыка, которые коптят и сушат в оболочке, длительность процесса - 10-15 суток; для окороков, рулетов, грудинки - 3-7 суток.

  Сушку осуществляют в специальных камерах, оснащенных системой кондиционирования, поддерживающей определенную температуру (12-15 °С), относительную влажность (75-82%) и скорость движения воздуха (0,05-0,1 м/с).

  Цель сушки - обезвоживание изделия, что сопровождается снижением влагосодержания, увеличением концентрации сухих веществ (и в первую очередь, поваренной соли и коптильных веществ), обеспечивающих консервирующее действие.

В связи с наличием в продукции сохраненной естественной тканевой структуры, процесс эвакуации влаги из сырья на этапе сушки через систему капилляров и пор идет с падающей скоростью. Количество испаряемой влаги в час составляет в среднем от 0,05 до 0,15% (к сухому веществу).

Однако, кроме чисто  физического обезвоживания, в мясопродуктах протекает ряд сопряженных друг с другом биохимических, физико-химических и микробиологических процессов, ход которых во многом предопределяет качество готовых сырокопченых (вяленых) изделий.

В частности, продолжается развитие тканевых ферментов и микроорганизмов, деятельность которых вызывает частичную деструкцию клеточных элементов мышечной ткани, формирование выраженных упруго-эластичных и твердообразных свойств, сдвиг рН в кислую сторону (в интервале 5,0-5,4). При этом снижение уровня рН вызывает уменьшение водосвязывающей способности, интенсифицирует процессы цветообразования, стимулирует деятельность молочнокислой микрофлоры.

Основная сложность  реализации технологии сырокопченых и  сыровяленых изделий как раз  и заключается в необходимости  создания условий для селективного развития микрофлоры. В мясном сырье, поступающем на переработку, находится большое количество самых разнообразных микроорганизмов, но только лишь некоторые из них нам необходимы для технологических целей.

В условиях посола (введение хлорида натрия, нитрита), копчения (воздействие фенолов), сушки (обезвоживание, увеличение концентрации соли, снижение уровня рН) количественно-видовой состав микрофлоры существенно изменяется. В начале сушки задерживается рост грамотрицательных бактерий на фоне нарастания количеств молочнокислых бактерий и микрококков. В конце сушки санитарно-показательная микрофлора полностью отмирает, а количество молочнокислых после достижения максимума стабилизируется и даже несколько снижается. Этому же способствует применение при посоле Сахаров, при сбраживании которых образуются уксусная, молочная, муравьиная и другие кислоты, накопление которых, кроме снижения рН и подавления развития патогенных микроорганизмов, обеспечивает формирование вкусо-ароматических показателей.

В целом букет "ветчинности" обусловлен наличием карбонильных соединений (альдегиды, кетоны), серосодержащих компонентов (меркаптаны), органических кислот, спиртов, эфиров, фенолов.

Специфика механизма  цветообразования в сырокопченых изделиях определяется невысокими температурами ведения процесса, постепенным снижением влагосодержания и увеличением концентрации поваренной соли. В этих условиях падает активность естественных ферментных систем, что оказывает негативное действие на реакции формирования окраски. Однако сдвиг рН в кислую сторону значительно ускоряет этот процесс.

Применительно к технологии сырокопченых цельномышечных мясопродуктов  следует иметь в виду, что:

- с целью ускорения  процесса обезвоживания, созревания  и цветообразования в состав рассолов (или сухих посолочных веществ) можно ввести вещества - коагулянты и, в частности, ионы Са в виде водных растворов хлорида кальция;

- использование при  изготовлении сырокопченых (вяленых)  изделий сырья, имеющего признаки DFD, замедляет процесс сушки и повышает вероятность микробиологической порчи;

- добавление в посолочную  смесь 0,3% глюконо-дельталактона  интенсифицирует развитие молочнокислой  микрофлоры, стабилизирует цвет  и сокращает продолжительность  сушки;

- наличие в готовых  сырокопченых изделиях 4-7% (в среднем - У/о) поваренной соли обеспечивает микробиологическую стабильность продукции при хранении;

- обесцвечивание сырокопченых (вяленых) изделий (особенно в  летний период) обусловлено чрезмерным  накоплением перекисей, образуемых  молочнокислыми бактериями. В нормальных условиях перекиси разрушаются стафилококками. В случае дисбаланса количества молочнокислой микрофлоры (более 30% от общего количества микроорганизмов) и стафилококков перекиси остаются, вызывая изменение цвета;

- при нарушении рекомендуемых параметров сушки (температура, относительная влажность и скорость движения воздуха) на поверхности изделий может образовываться чрезмерно уплотненный слой, препятствующий испарению влаги и ухудшающий внешний вид и вид на разрезе. Для устранения этого дефекта опустите изделие на 15-20 мин. в теплую воду, после чего продолжите сушку;

- при применении воздуха  с повышенной относительной влажностью  на поверхности изделий может  появиться плесень; удаление её  производят слабым раствором  уксуса или питьевой соды; гарантированную защиту поверхности мясных изделий от поражения плесневыми грибами, дрожжами и гнилостной микрофлорой обеспечивают дельвоцид, сорбиновая кислота, либо фунгистатики отечественного производства (ДГК)-Е265 и (ДГК-Ма)-Е266 и зарубежного ("Натомакс") производства;

- сушку следует вести,  расположив изделия на рамах  или вешалках таким образом, чтобы между ними оставались промежутки, достаточные для свободной циркуляции воздуха;

- наилучшим образом  сушка проходит в камерных  сушилках; сушилки зального типа - менее эффективны.

Изменение состояния  белков мышечной ткани при автолизе мяса, замораживании, сушке и последующем  хранении во многом предопределяет особенности  его технологической обработки. Температура денатурации наиболее лабильных мышечных белков определяет допустимый предел температуры в процессе сублимационной сушки на стадии удаления остаточной влаги. 
 Практически решение вопроса о максимальной температуре продукта в процессе сушки должно быть сделано с учетом продолжительности воздействия этой температуры и степени обезвоживания мышечной ткани, поскольку устойчивость белков к тепловому воздействию при обезвоживании возрастает. В случае сублимационной сушки вареного мяса, в котором белковые вещества денатурированы предварительной тепловой обработкой, температура продукта на стадии удаления остаточной влаги может быть более высокой. 
 Повышенное содержание соединительной ткани в мясе снижает его биологическую ценность и отражается на скорости и равномерности его обезвоживания в процессе  сушки. Наличие плотной соединительной ткани и хрящей затрудняет выделение влаги при сушке кусков мяса и замедляет процесс их регидратации. 
 Высокое содержание жировой ткани в мясе, поступающем на сушку, может принести к пониженной скорости сушки и уменьшению количества влаги, воспринимаемой высушенным мясом при его регидратации, так как в период испарения остаточной влаги не исключена возможность расплавления жира и уменьшения в связи с этим свободного сечения пор. 
 Окислительные превращения жиров на стадии храпения высушенного мяса могут значительно ухудшить его органолептические показатели и понизить питательную ценность. Нежелательные изменения в результате накопления продуктов окислительного превращения жиров могут быть особенно значительными в свином мясе и мясе птицы, в жирах которых содержится большое количество непредельных жирных кислот.

  Сушка мяса, как и другие способы технологической обработки мяса, обеспечивает сохранность исходных свойств сырья, поэтому уровень развития автолитических процессов оказывает существенное влияние на свойства высушенного продукта.

  В некоторых исследованиях отмечается, что при органолептической оценке кулинарных блюд, приготовленных из говяжьего мяса после сушки разных стадий автолиза, наиболее нежным и сочным было мясо длительных сроков созревания. По некоторым данным высушенное говяжье мясо на разных стадиях автолиза, имеет разные физико-химические и органолептические показатели. Для осуществления процесса тепловой сушки получили ленточные и ИК сушильные установки разных конструкций и исполнений, где главным рабочим органом является ленточный конвейер. Частные случаи данных сушильных установок показаны на рисунках 1 и 2.

 

Рисунок 1 – Схема ИК сушильной  установки

В корпусе аппарата 1 расположен конвейер 3, несущий продукт 2. Установка оборудована излучателями 4. В зависимости от технологических нужд могут использоваться ИК - элементы различных конструкций и видов, с разными температурами поверхности, частотой излучения, габаритными размерами и т.д.

 

 

 

Рисунок 2 – Схема ленточной сушилки

 

Ленточная сушилка для хлопка показана. Лентой является металлическая сетка 5, прикрепленная к звеньям цепи, огибающей звездочки 1. Влажный материал укладывается на  движущуюся бесконечную металлическую  ленту 5 на загрузочном участке и  поступает в сушилку, проходя зоны, где установлены циркуляционные вентиляторы 2. В каждой зоне имеются два вентилятора 4, насаженные на одном валу, и два подогревателя 3 из ребристых труб. Воздух для разрыхления материала циркулирует снизу вверх. Над конвейером в одном с ним направлении движется сетка 6, служащая для задерживания частиц, увлекаемых воздухом; в конце и вначале камеры эта сетка очищается специальными скребками. Несмотря на наличие сетки,  ребристые подогреватели быстро засоряются частицами высушиваемого материала и требуют остановки сушилки для их чистки. Высушенный материал сходит с конвейера в ящик или на отводящий транспортер.

 

 

 

 

 

 

2 Технические  описания работы установки

 

2.1 Описание принципа  работы технологической схемы

 

 

Рисунок 3 –  Технологическая схема установки

 

Исходный  продукт – фарш, с размером частиц 3 мм с начальным содержанием влаги W_н1=38%  и температурой t_н1=10°С из бункера Б₁ подается в ленточную сушилку МЛС. Сбоку в сушильную камеру вентилятором В нагнетается воздух, нагреваемый в калориферной батарее КБ.  Воздух на входе в калориферную батарею имеет температуру t₀=10°С и  относительную влажность φ₀=79 %. В калориферной батарее воздух нагревается до температуры t₁=102°С. Подогрев воздуха в калориферной батарее осуществляется за счёт конденсации греющего пара, имеющего давление 0,31 МПа. Из верхней части сушильной камеры отработанный воздух с температурой t₂=80°С поступает на очистку от мелких частиц в циклон ЦН-11 и далее выбрасывается в атмосферу. Подсушенный продукт с температурой  t_к1=33°С и влажностью W_к1=18% из нижней части сушильной камеры поступает в шнековый измельчитель Ш, куда также поступает фарш после циклонной очистки воздуха и далее, измельченный до частиц размером 1мм, попадает на ленточный транспортёр ИК сушильной установки, с общей мощностью всех излучательных элементов 46 кВт. Высушенный продукт выходит из сушильной камеры с температурой t_к2=72°С и влажностью W_к2=4% и далее на ленточный транспортер.