Сушка — это процесс массопереноса, состоящий из удаления воды или другого растворителя [1] путем испарения из твердого , полутвердого или жидкого вещества . Этот процесс часто используется в качестве конечного этапа производства перед продажей или упаковкой продуктов. Чтобы считаться «высушенным», конечный продукт должен быть твердым, в форме непрерывного листа (например, бумаги), длинных кусков (например, дерева), частиц (например, зерен злаков или кукурузных хлопьев) или порошка (например, песка, соли, стирального порошка, сухого молока). Часто задействованы 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. Высушивание может быть синонимом высушивания или считаться крайней формой высушивания.
В наиболее распространенном случае поток газа, например, воздуха, применяет тепло посредством конвекции и уносит пар в виде влажности . Другие возможности — вакуумная сушка , где тепло подается посредством проводимости или излучения (или микроволн ), в то время как образующийся таким образом пар удаляется вакуумной системой. Другой косвенный метод — барабанная сушка (используется, например, для производства картофельных хлопьев), где для подачи энергии используется нагретая поверхность, а аспираторы вытягивают пар за пределы помещения. Напротив, механическое извлечение растворителя, например, воды, путем фильтрации или центрифугирования , не считается «сушкой», а скорее «сушкой».
Механизм сушки
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 называемого «периодом постоянной скорости сушки». Обычно в этот период удаляется поверхностная влага снаружи отдельных частиц. Скорость сушки в этот период в основном зависит от скорости передачи тепла к высушиваемому материалу. Поэтому максимально достижимая скорость сушки считается ограниченной теплопередачей. Если сушка продолжается, наклон кривой, скорость сушки, становится менее крутым (период падающей скорости) и в конечном итоге имеет тенденцию становиться почти горизонтальным в течение очень длительного времени. Содержание влаги в продукте тогда постоянно на уровне « равновесного содержания влаги », где оно, на практике, находится в равновесии с обезвоживающей средой. В период падающей скорости миграция воды из внутренней части продукта на поверхность в основном осуществляется путем 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, явление, объясняемое вторым законом термодинамики . Если удаление воды значительно, продукты обычно подвергаются усадке и деформации, за исключением хорошо спроектированного процесса сублимационной сушки. Скорость сушки в период падающей скорости контролируется скоростью удаления влаги или растворителя из внутренней части высушиваемого твердого тела и называется «ограниченной массопередачей». Это широко замечено в гигроскопичных продуктах, таких как фрукты и овощи, где сушка происходит в период падающей скорости, а период постоянной скорости сушки считается незначительным. [2]
Применение горячего воздуха ( конвективная или прямая сушка). Нагрев воздуха увеличивает силу сушки для теплопередачи и ускоряет сушку. Он также снижает относительную влажность воздуха , еще больше увеличивая движущую силу сушки. В период падающей скорости, когда содержание влаги падает, твердые частицы нагреваются, и более высокие температуры ускоряют диффузию воды из внутренней части твердого тела на поверхность. Однако соображения качества продукта ограничивают применимое повышение температуры воздуха. Чрезмерно горячий воздух может почти полностью обезвоживать твердую поверхность, так что ее поры сжимаются и почти закрываются, что приводит к образованию корки или «закалке поверхности», что обычно нежелательно. Например, при сушке древесины (бревен) воздух нагревается (что ускоряет сушку), хотя к нему также добавляется некоторое количество пара (что в определенной степени снижает скорость сушки), чтобы избежать чрезмерного обезвоживания поверхности и деформации продукта из-за высоких градиентов влажности по толщине древесины. Распылительная сушка относится к этой категории.
Косвенная или контактная сушка (нагрев через горячую стенку), как барабанная сушка, вакуумная сушка. Опять же, более высокая температура стенки ускорит сушку, но это ограничивается деградацией продукта или закалкой. Барабанная сушка относится к этой категории.
Диэлектрическая сушка (радиочастота или микроволны, поглощаемые внутри материала) является предметом интенсивных исследований в настоящее время. Она может использоваться для воздушной сушки или вакуумной сушки. Исследователи обнаружили, что микроволновая финишная сушка ускоряет очень низкую скорость сушки в конце классических методов сушки. Вакуумная микроволновая сушка используется для экспериментального пайка Close Combat Assault армии США. [3]
Сублимационная сушка или лиофилизация — это метод сушки, при котором растворитель замораживается перед сушкой, а затем сублимируется , т. е. переходит в газовую фазу непосредственно из твердой фазы, ниже точки плавления растворителя. Он все чаще применяется к сухим продуктам, помимо его уже классических фармацевтических или медицинских применений. Он сохраняет биологические свойства белков и сохраняет витамины и биоактивные соединения. Давление можно снизить с помощью высоковакуумного насоса (хотя сублимационная сушка при атмосферном давлении возможна в сухом воздухе). При использовании вакуумного насоса пар, полученный при 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) подразумевает паровую сушку продуктов, содержащих воду. Этот процесс возможен, поскольку вода в продукте выпаривается и соединяется с сушильной средой, увеличивая ее поток. Обычно она применяется в замкнутом контуре и позволяет извлекать часть скрытого тепла путем рекомпрессии, что невозможно при обычной воздушной сушке, например. Процесс имеет потенциал для использования в пищевых продуктах, если проводится при пониженном давлении, чтобы снизить температуру кипения.
Естественная воздушная сушка происходит, когда материалы сушатся ненагретым принудительным воздухом, используя его естественный потенциал сушки. Процесс медленный и зависит от погоды, поэтому необходимо разработать мудрую 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 этой технологии, и общее время (включая периоды выключения и включения вентилятора) может составлять от одной недели до нескольких месяцев, если в холодных регионах допускается зимний отдых.
Применение сушки
Образование пленки
В производстве 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]
Пищевые продукты сушат, чтобы подавить развитие микробов и ухудшение качества. Однако степень сушки зависит от конечного использования продукта. Зерновые и масличные семена сушат после сбора урожая до содержания влаги, которое обеспечивает микробную стабильность во время хранения. Овощи бланшируют перед сушкой, чтобы избежать быстрого потемнения, а сушка проводится не только для подавления роста микробов, но и для предотвращения потемнения во время хранения. Что касается сухофруктов, то снижение влажности действует в сочетании с содержанием кислоты и сахара, обеспечивая защиту от роста микробов. Такие продукты, как сухое молоко, должны быть высушены до очень низкого содержания влаги, чтобы обеспечить сыпучесть и избежать слеживания. Эта влажность ниже, чем требуется для обеспечения подавления развития микробов. Другие продукты, такие как крекеры, сушатся за пределами порога роста микробов, чтобы придать им хрустящую текстуру, которая нравится потребителям.
Непродовольственные товары
Среди непищевых продуктов, некоторые из тех, которые требуют значительной сушки, это древесина (как часть деревообработки), бумага, лен и стиральный порошок. Первые два, из-за своего органического происхождения, могут покрываться плесенью, если их недостаточно высушить. Еще одним преимуществом сушки является уменьшение объема и веса.
Шламы и фекальные материалы, образующиеся в процессе санитарии
^ "сушка - определение сушки в Бесплатном онлайн-словаре, тезаурусе и энциклопедии". Farlex . Получено 23 апреля 2011 г.
^ Онвуде, Даниэль И.; Хашим, Норхашила; Джаниус, Римфиел Б.; Нави, Назми Мэт; Абдан, Халина (2016-02-04). «Моделирование тонкослойной сушки фруктов и овощей: обзор» (PDF) . Комплексные обзоры по пищевой науке и безопасности пищевых продуктов . 15 (3): 599–618. doi : 10.1111/1541-4337.12196 . PMID 33401820.
^ Корд, Тайлер (29 июня 2019 г.). «Приготовление (и уменьшение) современного боевого пайка». www.yahoo.com .
^ Кэрролл, Грегори Т.; Йонгеджан, Махтильд ГМ; Пайпер, Дирк; Феринга, Бен Л. (2010). «Спонтанное образование и формирование паттернов хиральных полимерных поверхностных тороидов». Chemical Science . 1 (4): 469. doi :10.1039/c0sc00159g. ISSN 2041-6520.
^ Strande, L., Ronteltap, M., Brdjanovic, D. (ред.) (2014). Книга Faecal Sludge Management (FSM) - Системный подход к внедрению и эксплуатации. Архивировано 14 октября 2017 г. в Wayback Machine . IWA Publishing, Великобритания ( ISBN 9781780404738 )
