Рекуперация тепла. Повышение энергоэффективности процесса сушки

Не дочитывая до конца статьи вы можете скачать коммерческое предложение Рекуперация КП 1 модуль. (обновлено 24.03.2019.  Цены действительны один месяц).

Сушка продуктов всегда сопряжена с высокими энергозатратами, связанными с необходимостью подведения энергии к продукту для испарения влаги. Вяление и сушка рыбы/мяса/колбас производится при низких температурах, что бы не допустить плавления и окисления жира, поэтому производители вынуждены использовать холодильное оборудование для охлаждения и осушения воздуха.

Каждый, кто ощущал тепло от черной решетки на задней стенке своего домашнего холодильника знает, что холодильная машина создает не только холод, но и греет. Если говорить точнее, холодильный агрегат не создает тепло, а всего лишь перемещает его. Это то тепло, которое машина «откачала»  из холодильника и передала наружу. Там, где требуется постоянно поддерживать пониженную температуру,  нужно отбирать тепло и избавляться от него.

В отличие от холодильников, в сушильном оборудовании стоит задача поддерживать постоянную положительную температуру, а холод требуется только для конденсации (сбора) влаги на поверхности холодного испарителя.  После осушения прохладный воздух в большинстве случаев приходится догревать до рабочей температуры водяным или электрическим калорифером. Выбрасывать драгоценное тепло от уличного конденсатора холодильного агрегата в атмосферу = выбрасывать деньги на ветер. Поэтому мы разработали систему, которая позволяет использовать это «бесплатное» тепло, которое вырабатывается холодильной машиной в любом случае, для подогрева воздуха в камере сушки. Это позволяет значительно сократить затраты электроэнергии для поддержания заданной температуры процесса.

схема рекуперации2

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ без рекуперации:

1. Нагревшийся от быстрого сжатия в компрессоре фреон под большим давлением подается в конденсатор
2. В конденсаторе фреоновая магистраль обдувается уличным воздухом и остывает. Это приводит к переходу газообразного фреона в другое фазовое состояние – жидкость.
3.Теплый фреон в виде жидкости подается в регулятор потока.
4. После регулятора потока (ТРВ или капиллярная трубка) давление в трубопроводе резко падает, что приводит к расширению жидкости и её вскипанию.
5. Закипая, фреон испаряется, а для кипения и испарения требуется подвод энергии — что бы вода в кастрюле кипела, требуется сжигать газ на конфорке плиты. Эту энергию фреон отбирает у проходящего через ламели испарителя влажного теплого воздуха.
6. Нагревшийся испарившийся фреон уже в виде газа всасывается в компрессор, где происходит адиабатическое сжатие — быстрое уменьшение объема приводит к нагреву газа. Цикл повторяется.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ОСУШЕНИЯ И ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА без рекуперации:

А. Воздух, прошедший через рамы с продуктом, набирает влагу, остывает и подается в фреоновый испаритель (охладитель)
Б. Расширяющийся (испаряющийся) в трубках испарителя фреон, забирает у проходящего между ламелями испарителя воздуха тепловую энергию. Воздух остывает до температуры точки росы, и не может более удерживать в себе водяной пар, на холодной поверхности испарителя выпадает конденсат и вода отводится в дренаж.
В. Из испарителя выходит охлажденный осушенный (по абсолютному значению влагосодержания) воздух с относительной влажностью близкой к 100%.
Г. В калорифере воздух нагревается до заданной рабочей температуры и при постоянном влагосодержании его относительная влажность падает до значений пригодных для сушки.

Добавив еще один теплообменник и дополнительную фреоновую магистраль выбрасываемое на улицу тепло можно контролируемо возвращать в камеру сушки

схема рекуперации2_1

 

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ с рекуператором:

1. Нагревшийся от быстрого сжатия в компрессоре фреон под большим давлением подается в пред-конденсатор.
2. В предконденсаторе (рекуператоре) горячий газ отдает часть тепла охлажденному в испарителе воздуху, нагревая его. Происходит возврат тепла в сушильную камеру.
3. В уличном конденсаторе происходит окончательное охлаждение фреона и его переход в жидкое состояние. Остаточное тепло сбрасывается в атмосферу. Уличный конденсатор нельзя исключать их системы, поскольку холодильная машина производит тепла больше, чем холода, на величину, равную мощности компрессора. Если возвращать полностью всё тепло сжатого фреона в сушильную камеру, будет происходить непрерывный рост температуры в камере, что приведет к перегреву продукта.
4.Теплый фреон в виде жидкости подается в регулятор потока.
5. После регулятора потока (ТРВ или капиллярная трубка) давление в трубопроводе резко падает, что приводит к расширению жидкости и её закипанию.
6. Закипая, фреон испаряется, а для испарения требуется энергия. Эту энергию фреон отбирает у проходящего через ламели испарителя влажного воздуха.
7. Нагревшийся испаренный фреон уже в виде прохладного газа всасывается в компрессор, где происходит адиабатическое сжатие газа — быстрое уменьшение объема приводит к нагреву газа. Цикл повторяется.

ОПИСАНИЕ СХЕМЫ ОСУШЕНИЯ И ПОДОГРЕВА ВОЗДУХА с рекуператором:

А. Воздух, прошедший через рамы с продуктом, набирает влагу, остывает и подается в фреоновый испаритель (охладитель)
Б. Расширяющийся (испаряющийся) в трубках испарителя фреон, забирает у проходящего между ламелями испарителя воздуха тепловую энергию. Воздух остывает до температуры точки росы, и не может более удерживать в себе водяной пар, на холодной поверхности испарителя выпадает конденсат и вода отводится в дренаж.
В. Из испарителя выходит охлажденный осушенный (по абсолютному значению влагосодержания) воздух с относительной влажностью близкой к 100%.
Г. В предкондесаторе (рекуператоре) происходит нагрев холодного осушенного воздуха энергией горячего фреона.
Д. При необходимости воздух подогревается ТЭНами (но уже значительно меньшей мощности), поскольку тепловой баланс в камере сушки должен быть отрицательным, что бы избежать неконтролируемого нагрева воздуха в камере. Стоит так же учитывать, что работающие в сушильной камере вентиляторы циркуляции, нагревают воздух на величину мощности потребляемой своими электродвигателями, т.к. вся затраченная на движение воздуха электрическая энергия в итоге переходит в тепло.

Александр Витренюк. Март 2019.

СНЕКИ. РАСЧЕТ ЗАГРУЗКИ.

Технологические приемы и практические примеры использования оборудования для сушки снековой продукции. Информация от реальных заказчиков с опытом эксплуатации оборудования от полугода и более.

Объект 1. Оборудование для теплой сушки на 5 рам. Продукт — чипсы из карбонада, чипсы из куриного филе. Полная фактическая загрузка по сырью 240-250кг. Используются сетки 1х1м, 15 сеток на одну раму (можно было бы и больше полок для сеток, но закупили именно такие рамы). Температурный режим 35-38гр. Время непрерывной обработки 6-8 часов. Выход 50% по свинине, 40% по курице.

Объект 2. Камера теплой сушки на 4 рамы + камера теплой сушки на 6 рам. Продукт — чипсы из карбонада. Используются сетки 1000х500мм, загрузка — 1…1,2кг на одну сетку. 16 сеток на одну раму. Температурный режим 28-30гр. Технологический режим: 8 часов сушка, потом сортировка (отсеивание) толстых мокрых кусков и последующая сушка еще 8 часов. Из-за невысокой температуры увеличивается время сушки, но продукт более равномерно успевает просыхать — не образуется корочка на поверхности, внутри не остается избыточной влаги. Выход 48%.

Объект 3. Камера теплой сушки на 8 маленьких рам 750х750х1750мм. Продукт — чипсы из фарша (слайсы из замороженных брикетов), полотна фарша в целлюлозе, колбаски охотничьи/пивчики. температура до +50гр. Время сушки 4-7ч.
Камера холодной сушки на 8 маленьких рам 750х750х1750мм. Продукт — сыровяленые безоболочные колбасы на решетках. 5 дней при температуре +15гр.

Объект 4. Оборудование для холодной и теплой сушки на 10рам — 8 камер. Продукт — «пастила» из реструктурированного рыбного сырья — высушенное полотно режется на палочки. Загрузка одной камеры 3,6т. На одной раме 22 полки. Выход готовой продукции 50%. Время обработки 36ч. Температура до +38гр.

Объект 5. Камера теплой сушки на 12 нестандартных рам 1800х1000х2000 (ДхШхВ). Продукт — филе минтая. Загрузка 1,8т. Время обработки 24ч. Температура +38гр. 1час сушка + 1 час пауза (перераспределение). Эту «секретную» технологию заказчик подсмотрел на заводе в Китае у своего бывшего поставщика.

—————————————

Разбор одного примера. Самый простой продукт. Чипсы из карбонада или куриного филе. Сырого мяса помещается около 1000-1700г на сетку размером 500х1000мм или 2-3,5кг на сетку 1х1м. На одной полке рамы размещается 2 сетки 500х1000мм или одна сетка 1000х1000мм. Две маленьких сетки удобнее в работе, но одна большая — дешевле. Одна рама для сушки снеков 1х1х2м (ДхШхВ) позволяет установить 15-25 сеток в зависимости от своей конструкции. Общая загрузка 50…75кг сырья на 1 раму. Выход готовой продукции около 40% по куриному филе и 50% по свинине. Время сушки 5-10ч (6-8ч обычно) в зависимости от толщины продукта и температуры обработки (+30…+40 °С).

В СРЕДНЕМ, ОДНА СУШИЛКА НА 5 РАМ ПОЗВОЛЯЕТ СТАБИЛЬНО ЗАГРУЖАТЬ 300КГ МЯСА, ПОЛУЧАЯ 150КГ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ ЗА ОДИН ЦИКЛ. УЧИТЫВАЯ ЗАГРУЗКУ-ВЫГРУЗКУ ПРОДУКЦИИ И ЗАПОЛНЕНИЕ СЕТОК ПРОДУКТОМ В СУТКИ МОЖНО СПОКОЙНО ДЕЛАТЬ 2 ЦИКЛА МИНИМУМ — 300КГ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ. ДЛЯ СУШИКИ НА 10 РАМ — 600КГ ГОТОВОГО ПРОДУКТА В СУТКИ.

При проектировании сушилки следует понимать, что увеличение количества полок на раме (уменьшение расстояния между сетками) затрудняет движение воздуха, что вместе с увеличением количества высушиваемого продукта (увеличением количества влаги, которую нужно удалить из камеры) удлиняет процесс сушки, но позволяет сделать бОльшую разовую загрузку.

Александр Витренюк 2018.

Коптильная камера в контейнере. Ответы на вопросы #1

На почту приходят письма с повторяющимися вопросами по вопросам сушки, копчения и всякого. Решил публиковать актуальные и часто задаваемые.

Владимир Е. спрашивает

 — Добрый день. А вы делаете (мобильные)сушильные и коптильные камеры в термос контейнерах 20ти или 40 футовых? Просто так удобнее, не надо вашим специалистам выезжать и доставка в любую часть страны быстро и удобно!

— Здравствуйте, Владимир.
Все ниже сказанное будет относиться к современному автоматическому оборудованию, которое соответствует существующим пищевым стандартам и требованиям современных технологичных производств. Поставить небольшую коптилочку с ручным управлением на 50-80кг загрузки в контейнер вам никто не запретит.

Идея мобильного контейнера хороша с первого взгляда.
Если абстрагироваться от того, что геометрия контейнера (узко и длинно) не особо удобна для использования в ней промышленных пищевых стандартов, например, рам для продукта (1х1х2 метра) и закрыть глаза на низкий для изготовления оборудования потолок, то появляется другой вопрос: для воплощения этой идеи в первую очередь нужен источник доступных контейнеров и удобное (близкое) расположение их склада с производству и транспортной компании, что бы сократить логистику. К сожалению, мы находимся не на дальнем востоке и не в прибалтийском порту. Новые контейнеры стоят достаточно дорого, что бы перестать о них думать. Значит, надо поехать куда-то на поиски «хорошего» БУ контейнера, купить его, заказать платформу, привезти, заказать кран, разгрузить, оборудовать коптильной техникой, погрузить на платформу и отвезти в транспортную компанию. Так же что бы сформировать готовое решение, нужно знать необходимые заказчику размеры коптильное камеры, расположение входов/дверей/выбросных и приточных труб, точки подвода сервисных сред, что делает каждый проект всё равно индивидуальным.

Оборудование достаточно технологичное и требует настройки у заказчика, а так же обязательного обучения технологов, операторов и наладчиков, поэтому выезжать все равно придется. Из всего следует вывод, что решение везти «за 3 моря» громоздкий, тяжелый и не удобный в эксплуатации корпус в виде контейнера — имеет спорную экономическую выгоду. Внутри корпус всё равно необходимо обшить нержавейкой, поскольку моющие щелочные растворы и вода испортят металл контейнера, нужно сделать в нем вентиляцию. Нужно будет делать канализацию и обогрев слива, что бы он не замерз зимой. И это только то, что пришло в голову на первый взгляд.

Мы делали проекты сушильных и коптильных камер встроенных в контейнер, но в итоге со всеми доработками, доставкой и приведениями контейнера к стандартам пищевого производства стоимость такого решения превосходила стоимость «обычной» или встраиваемой камеры копчения или вяления. Поэтому в современной истории ни одного выполненного проекта в контейнере у нас нет.

Мы разрабатываем комплекты сборного оборудования, которое помещается на пару больших паллет, и легко перевозится в «Бычке». комплект весит около 2 тонн вместе с нержавеющим корпусом (один только изотермический контейнер 20″ будет весить 2,5 тонны без оборудования) — вот это быстро и удобно. Например, так https://www.youtube.com/watch?v=2HWaRfSYVQY

Так же мы изготавливаем встраиваемое в готовое помещение заказчика оборудование. Выполненные проекты по встраиваемым коптильным камерам

 

ТЕОРИЯ СУШКИ СНЕКОВ

Сушка чипсов, соломки или мясного фарша кардинально отличается от вяления рыбы или созревания колбас. Требуется обеспечить особые параметры воздуха, что накладывает определенные требования к оборудованию. Теория сушки снеков и не только.

Скорость процесса высушивания — комплектный параметр. Аргументов этой функции, от которых зависит скорость сушки три —  температура, относительная влажность и скорость потока. Время высушивания, конечно, будет так же зависеть от самого продукта, площади его поверхности, типа нарезки, и проч., но мы сейчас готовим об оборудовании, поэтому работать придется с воздухом.

Скорость сушки Х — есть функция от трех переменных:
Температура воздуха=Т
Относительная влажность воздуха = RH
Скорость движения воздуха вдоль продукта = V

скорость сушки
время сушки

Эта «формула» наглядно дает понять, как на скорость высушивания (затраченное для сушки время) влияет каждый параметр. Высокая влажность в камере (дождь на улице) — долго сохнет, низкая влажность (зима) — быстро сохнет. Выключили вентилятор (скорость обдува стремится к нулю) — долго сохнет, поставили мощный вентилятор на обдув — получилась корочка — очень быстро сохнет. Не пытайтесь подставлять в эту формулу реальные числа, получится непредсказуемый результат. «Формула» приводится для того, что бы понять — в сушке участвует три параметра. Некоторые «технологи» причиняют мне боль, когда говоря о сушке, упоминают необходимую температуру, возможно, они даже почитали где-то о каких-то скоростях воздуха и может быть даже держали в руках анемометр (но это не точно), и при этом напрочь забывают про относительную влажность воздуха, которая имеет огромную роль. Можно поставить вентилятор от вертолета и прогреть воздух до нужной температуры, но если влажность в камере будет 87%, то никакой сушки не будет происходить.

Сушка снеков отличается от вяления рыбы или колбас огромным влагопритоком, связанным с огромной площадью поверхности испарения никак не закрытой шкурой, чешуёй или оболочкой. По этой же причине в благоприятных условиях сушка происходит в несколько раз быстрее, чем при сушке рыбы и тем более колбасы. Из-за низкого содержания жира в снековом сырье температура сушки может быть достаточно высокой +30…+40…+60 градусов, а при небольшой толщине и высокой однородности каждого куска, опасность сделать корку стремится к нулю — это значит, что для сушки снеков нужно хорошо греть, интенсивно дуть и активно снижать количество влаги в воздухе.

Что бы уверенно разбить облако пара вокруг вялящейся рыбы и заместить этот влажный отработанный воздух сухим, достаточно скорости потока 0,5-1м/ (хотя сушилка будет работать и при меньшем обдуве), для колбас используют диапазон 0,1-0,3м/с, тогда как для чипсов скорость  и в 2м/с не является критической. Сводная таблица параметров воздуха для классических режимов термообработки обработки некоторых продуктов:

Температура Отн.влажность Скорость воздуха
Чипсы +30…+50 °С 40-55% 1-3м/с
Сыровяленая колбаса +12…+16 °С 70-85% 0,1-0,3м/с
Вяленая рыба +21…+24 °С 50-65% 0,5-1м/с

Сушка снековой продукции производится при температуре от +30 °С и выше, это позволяет не использовать холодильное оборудование, ввиду способности воздуха удерживать значительное количество влаги при высоких температурах. Сравнительная таблица влагосодержания воздуха при разных температурах (100% влажности):

Температура воздуха, °С Влагосодержание, г/м3
-18 (как в морозилке) 1
-10 (зима в центральной России) 2
0 (фазовый переход) 5
+14 (вяление колбас) 12
+23 (сушка рыбы) 20
+38 (сушка чипсов) 45
+55 (горячая сушка чипсов) 100
+100 (для примера) 588

Легко заметить, что при возрастании температуры на 32 градуса от -18 °С до  +14 °С максимально возможное влагосодержание воздуха увеличивается всего на 13г, тогда как при увеличении температуры всего на 15 градусов (вдвое меньший интервал) в диапазоне от +23 °С до +38 °С влагосодержание увеличилось на вдвое большую цифру — 25г. Разница в 4 раза. Это показывает почему при высоких рабочих температурах можно не использовать холодильную машину для конденсации влаги в сушилке, а достаточно лишь вовремя включать приточно-вытяжную вентиляцию.

Вернемся от теории к практическим вопросам. Для сушки продукции, которая располагается на сетках или поддонах, используется специализированное оборудование с горизонтальным потоком воздуха. Классическая система обдува снизу вверх в таких условиях не работает, поскольку восходящий рабочий фронт имеет горизонтальные преграды поперек движения, поток разбивается и сушка происходит неэффективно или вообще не происходит . Поэтому реверсивный горизонтальный поток воздуха, свободно проходящий вдоль камеры над (и под) решетками с чипсами или  поддонами с фаршем, — оптимальное решение данной задачи.

сушилка для чипсов
сушка на сетках

 

Оборудование для сушки снековой продукции. Описание и цены

ВЯЛИТЬ ИЛИ СУШИТЬ?

вялить или сушить.jpg

Вяленая рыба или сушеная, в чём разница и какая из них лучше?

Ответ на этот вопрос, к сожалению, зачастую не знают даже сами производители. Некоторые считают, что вяленая продукция отличается от  сушеной бОльшим содержанием влаги, но это не так. Количество остаточной влаги тут ни при чем. Что бы правильно ответить на вопрос «что лучше?» надо разобраться в различии технологических процессов.

Во время сушки из продукта удаляется влага. И всё. Только обезвоживание и, как правило, максимально быстрое.

Во время вяления параллельно с высушиванием продукта  происходят сложные биохимические процессы с участием ферментов, перераспределяется жир, появляется «тот самый» вкус и аромат, Для этих процессов нужно длительное время, которого у современного «эффективного» производства нет.

При сушке эти процессы тоже проходят, точнее, только начинаются.  Высушивание производят настолько быстро, что на всю химию не хватает времени. На фоне скорого обезвоживания и повышения концентрации соли останавливаются и все биохимические реакции.

Кстати, скорость сушки ограничена скоростью диффузии влаги из центра продукта к поверхности. Если удалять влагу с поверхности продукта быстрее, чем она выходит изнутри, тогда происходит «закал» — образуется корка на поверхности продукта, закрываются микрокапилляры и тогда сушка останавливается. Получаем пересушенную поверхность и мокрый центр, что приводит к порче продукта. Есть способы это исправить, но проще предупредить, чем ликвидировать. При длительном вялении распределение влаги по продукту естественным образом происходит более равномерно.

Некоторые продукты при вялении созревают активно и явно, а некоторые — не очень, формирование вкуса зависит от исходного сырья и условий. Но в целом, вяление занимает минимум в 2-3 раза больше времени, чем сушка. Поэтому на отечественных прилавках в общей массе лежит сушеная рыба вместо вяленой и подваренный карбонад/колбаса под видом сыровяленной.

К примеру,  если  среднего леща или воблу рыбу можно высушить за 3-5 дней в зависимости от размера и жирности, то вяленой эта рыба станет, если медленно высушивать  её в течение 1-2 недель, давая мясу созреть и проявиться вкусу. Свиная нога может быть высушена за полгода, в то время как испанский хамон, готовится от года до трех лет.

Резюме: настоящая с/к колбаса,  хамон, вяленая вобла не могут готовиться быстро и не могут стоить дешево. Сушим быстро – получаем унылое убожетсво, сушим медленно – получаем вяленый вкусный деликатес, долго, дорого.

#сушка
#вяление
#smairflow
#технология
#сыровял
#производство
#эффективность
#
настоящийвкус
#вяленаярыба
#секретымастерства
#какэтосделано