В статье представлены свойства выбранных жидких дисперсных материалов растительного и животного происхождения, формирующих при сушке характерные для пастообразных материалов кинетические кривые.
Ключевые слова: сушка, паста, дисперсная система, кинетика.
Многие продукты химической, пищевой и других отраслей промышленности перерабатываются в диспергированном, растворенном или смешанном состоянии в жидкости: в воде, в органическом растворителе или разбавителе. Они могут быть исходными продуктами для дальнейшего производства, промежуточными, конечными или являться отходами производства, требующими утилизации или переработки [1, c. 635].
Для получения сухих или концентрированных продуктов применяется процесс сушки. При этом чаще всего сушка дисперсий производится на поверхности разного рода вспомогательных носителей (в дальнейшем называемых подложками) или совмещается с нанесением слоя на специально обрабатываемую поверхность [2, c. 340].
В различных отраслях промышленности широко распространены процессы нанесения определенного вида дисперсного состава на различного рода подложки (диффузионно-непроницаемые и проницаемые) с последующей сушкой или термообработкой. Так, например, нанесение клеевых, латексных, лакокрасочный, эмалевых и прочих покрытий на различного рода подложки (диффузионно-непроницаемые и проницаемые) с последующей сушкой и тепловой обработкой широко применяется [3, c. 293; 4, c. 58]:
- в технике лакокрасочных, полимерных, эмалевых и др. покрытий;
- в технике склеивания;
- в текстильной и легкой промышленности (производство плащевых, обувных и прочих тканей с покрытиями, искусственной кожи и меха, различного рода пластырей, клеенок и т. п.);
- в производстве разнообразных профилированных полимерных материалов и слоистых пластиков;
- в производстве различных электроизоляционных материалов;
- в производстве кино-фото материалов;
- в производстве фанеры, ДСП;
и т. д.
При этом для каждого типа производства существуют свои, часто весьма специфические требования к качеству готового продукта, определяющие проведение процесса сушки.
Продукция сельского хозяйства, являющаяся сырьем для пищевой промышленности, как правило, содержит значительное количество воды. Продукты же пищевых производств, с целью их лучшего сохранения и увеличения транспортабельности, должны содержать минимальное количество влаги. При этом важным фактором является сохранение или придание высушиваемому продукту определенных свойств. Эти требования определяют специфику процесса сушки применительно к пищевой промышленности [5, c. 15].
Сушка в пищевой промышленности используется для переработки:
- молока на сухое молоко; белковых дисперсии яиц на яичный порошок;
- сахарных и иных пищевых растворов и дисперсии на сахар песок, дрожжи, крахмал;
- хлеба на сухари; макаронное тесто, мармелад, пастилу на макароны, мармелад, пастилу;
- зерно для лучшего хранения и повышения всхожести;
- фрукты, овощи на сухие фрукты, овощи;
- отходы яблочного и свеклосахарного производства — жом на корм скоту;
- мясо на сухое мясо; отходы мясного производства на мясо-костную муку;
и т. д.
В основном целью сушки в пищевой промышленности является обеспечение длительного хранения, эффективной транспортировки или переработка исходного продукта в готовый или на корм скоту.
При этом технологию сушки пищевых продуктов определяет их исходное состояние, термолабильность и требования к готовому продукту.
Определенные классы пищевых продуктов технологически сушат непосредственно на диффузионно-непроницаемых подложках, используемых в качестве носителей, в различного типа аппаратах — например, сушка хлеба, мармелада, пастилы, макаронных изделий в ленточных, камерных, полочных сушилках [7, c. 94].
Некоторые жидкие продукты (молоко, сахарные растворы, растворы удобрений и т. п.) сушат в распылительных сушилках, сушилках с инертом или грануляторах. В данном случае в качестве подложки выступает либо частица инерта, на которой происходит сушка дисперсии, либо сам высушенный продукт, ставший затравкой для дальнейшего роста на нем гранулы [6, c.20].
Для исследования кинетики сушки жидких дисперсных продуктов, формирующих характерные кинетические кривые, нами были выбраны следующие пастообразные дисперсные продукты растительного и животного происхождения: мясо-костная жидкость, кукурузная жидкость, желатин, крахмал.
Мясо-костная жидкость представляет собой жидкость коричневого до черного цвета со спецефическим запахом. Жидкость получается как отход мясного производства и включает в себя несъедобные отходы и конфискаты от убоя скота. Содержание твердой фазы в жидкости составляет 8–12 % (масс.). Исходная жидкость содержит 29.8–30.9 % (?) жиров, 27.8 % белков, 85 мг/кг пероксидов жиров. В процессе сушки мясо-костной жидкости получается мука или гель (зависит от применяемого типа сушки) с высоким содержанием протеинов (40–60 %). Конечная влажность муки 1–3 %.
Тяжелая кукурузная жидкость-паста (“Heavy corn steep water”) представляет собой вязкую светло-коричневую пасту с несильным, но резким запахом. Продукт перерабатывающих предприятий получается при переработке кукурузы и содержит около 50 % масс. твердого вещества. Из них: 50–55 % протеинов, 22–20 % молочных кислот, 4–12 % редуцированных сахаров (декстроза, мальтоза). Плотность 1200–1400 кг/м3. Легко растворима в воде. Главным при переработке является сохранение белков и сахаров; имеется опасность “пригорания” сахаров.
Желатин (коллаген) — фибриллярный белок, составляющий основу соединительной ткани животных (кожи, связок, сухожилий, костей, хрящей и др.) и является наиболее распространенным белком животного мира.
По происхождению и составу желатин был выбран первоначально как аналог, более “чисто” моделирующий мясо-костную жидкость.
В действительности, механизм и кинетика сушки коллоидов желатина оказались принципиально отличными от мясо-костной жидкости.
Однако в целом, это представило для анализа даже больший интерес, чем если бы желатин оказался полным кинетическим аналогом мясо-костной жидкости.
Свойства желатина изучались всесторонне, однако для использования в наших целях они нуждаются в дополнениях и коррективах. Разброс свойств у разных сортов и даже партий весьма велик и практически не меньше, чем у мясо-костной жидкости.
Крахмал — главный резервный полисахарид растений, накапливается в клетках семян, зерен, луковиц, клубней. Не растворим в холодной воде. В промышленности получают главным образом из картофеля и кукурузы.
По происхождению и составу крахмал был выбран первоначально как анлог, более “чисто” моделирующий кукурузную жидкость-пасту.
В действительности ситуация оказалась такой же, как для желатина и мясо-костной жидкости.
Однако от этого полученные данные по механизму и кинетике процессов сушки и термообработки оказались только более общими и ценными для анализа.
Использовались также истинные высоко- и низкомолекулярные дисперсии:
- водный раствор пищевого свекловичного сахара, 50 % масс.
- насыщенный водный раствор пищевой поваренной соли, 26 % масс.
Их свойства также изучались всесторонне, однако при реальных расчетах также возникают некоторые вопросы, требующие решения или проверки.
Литература:
1. Пахомов, А. Н. Возможности самоорганизации дисперсных систем при сушке на подложке / А. Н. Пахомов, Ю. В. Пахомова, Е. А. Ильин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 2012.- Т. 18, № 3, — С.633–637.
2. Пахомов, А. Н. Расчет кинетики сушки капли жидкости на подложке / А. Н. Пахомов, Б.Ш. Д. Аль Саиди, Е. А. Ильин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 2013. — Т.19, № 2, — С. 339–345.
3. Пахомов, А. Н. Алгоритм расчета кинетики испарения капли с диффузионно-непроницаемой подложки / А. Н. Пахомов, Е. А. Ильин // «Вопросы современной науки и практики». — Университет им. В. И. Вернадского, № 2(45), 2013 г. — С. 292–296.
4. Пахомов, А. Н. Анализ свойств жидкой послеспиртовой барды / А. Н. Пахомов, Р. Ю. Банин, И. Г. Елисеева, Е. А. Черных // Наука в центральной России. — 2013. — № 2. — С. 57–61.
5. Пахомов, А. Н. Возможности повышения энергоэффективности утилизации жидкой послеспиртовой барды // А. Н. Пахомов, Е. А. Ильин, А. В. Баландина, Л. А. Козлова, Е. А. Хатунцева // Научно-производственный периодический журнал, спецвыпуск по итогам международной конференции «Достижения европейской науки» «Наука в центральной России». — 2012. — С.15–17.
6. Пахомов, А. Н. Применение цифрового микроскопа для оценки дисперсного состава жидкой послеспиртовой барды/ А. Н. Пахомов, А. В. Баландина, Л. А. Козлова//Потенциал современной науки.-2014.-№ 6, -С.19–22.
7. Пахомов, А. Н. Экспериментальная установка для изучения кинетики формирования отложений на стенках теплообменных аппаратов/А.Н Пахомов, Р.Ю, Банин, Е.А Черных, Е. Ю. Ловягина//Новый университет.-2014.-№ 03–04(25–26),-С.93–95.
