Анализ тепло- и массообменных процессов, происходящих в макаронных изделиях при сушке

Ключевые слова: сушка, пограничный слой, влажность материала, интенсивность сушки.

В процессе производства макаронных изделий после их нарезки необходимо полностью высушить их. Для сушки используются трабатто (вибросушилка) и сушилка. Трабатто — это вибрационная машина, которая является первым сушильным элементом. В ней происходит первая стадия сушки макарон. Продукт проходят по вибрирующим ярусам, на него действуют потоки горячего и влажного воздуха. В трабатто макароны находятся 5–7 мин.; влажность продукта на выходе составляет 25–27 %, после чего они попадают в ковши элеватора. Элеватор поднимает макароны наверх на сушилку и выбрасывает их на вибрационное сито, чтобы равномерно распределить их по всей ширине сушилки. Сушилка позволяет полностью высушивать макароны, выходящие из трабатто. Макароны поступают в сушилку с начальной относительной влажностью 26 %, выходят из сушилки с влажностью 12,5–12 %. Сушилка разделена на 3 секции: предварительная сушилка, основная сушилка и последний уровень — стабилизация, где температура достигает 40–45С. Внутри предсушки поддерживается относительная влажность на постоянном уровне. Продукт проходит предварительную сушку и сушку за 5- 7 часов. В течение этого времени продукт вентилируется и нагревается для выпаривания воды. Секция стабилизации позволяет уже на последнем ярусе сушки стабилизировать температуру макарон для того, чтобы они не трескались на выходе из сушилки [1, с.4].

Так какие же тепло- и массообменные процессы происходят в макаронных изделиях при их сушке? Закономерности сушки влажных материалов обуславливаются одновременным протеканием переноса теплоты и массы [2, с. 118]:

– теплообмен между поверхностью материала и окружающей средой;

– испарение влаги с поверхности материала в окружающую среду (массоотдача);

– перемещение теплоты внутри материала (теплоперенос);

– перемещение влаги внутри материала (массоперенос).

В сухих макаронных изделиях передача теплоты осуществляется теплопроводностью через твердый скелет тела и конвекцией и излучением между стенками пор. Во влажных изделиях теплообмен всегда сопровождается массообменом [3].

В процессе сушки происходит непрерывное углубление поверхности испарения и постоянное увеличение ее толщины. Температурный напор в зоне испарения создается в результате того, что температура внутри макаронных изделий ниже, чем на их внешней поверхности. С увеличением температурного напора увеличивается и коэффициент теплоотдачи. При углублении поверхности испарения коэффициент теплоотдачи больше, чем при испарении с внешней поверхности [3].

Таким образом, тепло- и массообмен между влажной поверхностью макаронных изделий и окружающей средой в процессе сушки можно рассмотреть как сочетание тепло- и массопереноса в зоне испарения внутри материала и в пограничном слое воздуха. Основными коэффициентами такого переноса являются коэффициенты теплопроводности, диффузии, температуропроводности и термовлагопроводности [3].

Рис. 1. Схема процесса сушки

При сушке горячим воздухом влага перемещается от центра изделия к поверхности. Перемещение влаги в материале может быть в виде жидкости и (или) в виде пара в зависимости от свойств материала [5].

Затем на поверхности тела образуется воздушно-паровой слой, находящийся в равновесии с влагой материала. Влага из поверхностной пленки движется в окружающую среду под действием разности парциальных давлений водяного пара в пограничном слое и окружающей среде. Количество влаги, прошедшее через пограничный слой, равно количеству влаги, которая подошла из глубин материала, что, собственно, и определяет скорость сушки [5].

Таким образом, крайне важно иметь представление о том какие именно тепло- и массообменные процессы происходят при сушке макаронных изделий, особенно если стоит задача подобрать оптимальные параметры сушки и правильно рассчитать конструкцию самой сушилки.

Литература:

1. Отчет по проведенному тепловизионному обследованию технологических линий макаронного цеха Магнитогорского комбината хлебопродуктов «СИТНО», 2014
2. Сажин Б. С. Основы техники сушки. — М: Химия, 1984 -320с.
3. URL: https://megalektsii.ru/s30205t7.html (дата обращения 24.10.2018)
4. Стабников В. Н. Процессы и аппараты пищевых производств/ В. Н. Стабников, В. И. Баранцев — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Пищевая промышленность, 1974–349 с
5. Чагин О. В. Оборудование для сушки пищевых продуктов/ О. В. Чагин, Н. Р. Кокина, В. В. Пастин — Ивановский химико — технологический университет: Иваново, 2007–138 с.