Сравнение эффективности процессов сушки

При определении критерия эффективности той или иной технологии необходимо, прежде всего, исходить из себестоимости получаемой продукции и конкурентоспособности получаемого товара.

Определяющими факторами в себестоимости являются:

• стоимость энергозатрат на кг готового продукта, определяемая типом энергоносителя, его стоимостью и коэффициентом полезного использования этого энергоносителя (КПД);

• стоимость производственных площадей (арендная плата)

• стоимость вспомогательных материалов и процессов (вентиляция, фильтрация, вода, очистка и т.п.);

• размер заработной платы и количество обслуживающего персонала;

• стоимость обслуживания и амортизации, связанные с надежностью оборудования. Стоимость исходного сырья является важнейшим фактором в определении общей

себестоимости, но она практически не зависит от технологии обработки, поэтому здесь не анализируется. С этой точки зрения удобно анализировать дополнительные затраты вносимые технологией.

Из анализа представленных данных и практики построения технологических линий следует, что стоимость энергозатрат на единицу продукции является, зачастую, определяющей.

Следует заметить, что практически все процессы с использованием микроволновой энергии связаны с преобразованием этой энергии в тепловую энергию внутри тела. От того, для каких целей используется такой нагрев (размораживание, жарка, плавление или сушка), зависит эффективность (рентабельность) использования микроволновой энергии. Рассмотрим наиболее важные технологические процессы по отдельности, т.к. энергоемкость этих процессов различна.

Практически все технологические процессы сушки (за исключением центрифугирования и ультразвукового воздействия) связаны с нагревом

продуктов и материалов. При этом нагрев может быть поверхностным (внешним) или объемным (внутренним). Внешний подвод энергии обеспечивается горячим теплоносителем, движущимся у поверхности (конвективный способ), горячей поверхностью подложки, на которой расположен материал (кондуктивный способ). К внутреннему подводу энергии относятся технологии с использованием электромагнитной энергии длинноволнового диапазона электромагнитного спектра. Для ПК излучения характерна длина волны от 0.1 до Юмкм, для микроволнового излучения от 10см до 50см, для УВЧ более 1м. Большая длина волны определяет и большую глубину проникновения волны в диэлектрический материал - отсюда и понятие «внутренний» нагрев. Следует заметить, что с общей физической точки зрения любой процесс нагрева можно рассматривать как объемный, но с разной глубиной проникновения.

Безусловно, что генерация энергии внутри тела очень эффективна, что повышает общий КПД процесса. Однако для генерации ПК, микроволновой или УВЧ энергии требуется исключительно дорогая электрическая энергия, в то время как для создания конвективных потоков воздуха или другого теплоносителя можно легко использовать более дешевые носители, такие как газ, дизельное топливо, пар, отходящие дымовые газы, древесные отходы и т.п. Для наглядности сравним ценовую эффективность использования газа, пара, дизельного топлива и электроэнергии для такого процесса как испарение одного литра воды. При первой оценке будем считать КПД сушки равным 100%, т.е. потерь энергии не происходит. Для испарения одного литра воды необходимо 2.4МДж энергии (0.67кВт*час) [3].

Таблица 1. Сравнение стоимости энергоносителей

Энергоноситель	Стоимость	Теплотворная	Стоимость
		способность	испарения одного литра воды руб.
Газ	1рубза 1мЗ	35МДжна 1мЗ	0.057
Пар	300 руб за 1Гкал.	1Гкал=4.2ГДж	0.17
Дизельное топливо	Юру б 1литр	37МДж на 1литр	0.65
Электроэнергия	1руб за 1 кВт*час	3.6МДж=1кВт*час	0.67

Если добавить к этой таблице коэффициент усушки сырых продуктов (7-12), а также учесть реальный КПД сушки не более 40-50%, то затраты на электроэнергию составят не менее (15-20)руб. на кг сухого продукта.

Из таблицы наглядно видно, что для снижения стоимости энергозатрат выгодно использовать, прежде всего, газ. Применение пара хотя и выгодно, но доступность этого энергетического источника невысока. Ввиду дороговизны энергетических источников в последнее время успешно развивается энергетика использования древесных и бытовых отходов, отработанного масла и т.п. Но широкого распространения в данный момент эти технологии и установки не получил и [4].

Для пересчета полученных энергозатрат применительно к конкретному технологическому процессу сушки с известной начальной и конечной влажностью необходимо провести расчет количества влаги, испаряемого из одного килограмма исходного продукта.

Ввиду неизбежного подорожания всех энергетических носителей, актуальным направлением является использование принципов рекуперации энергии, а также оптимизации в целом технологии с точки зрения энергозатрат. Рекуперация энергии при сушке осуществляется путем частичной конденсации отходящих паров. Это может быть реализовано в установках, путем циркуляции теплоносителя (воздуха). Готовыми инженерными решениями являются так называемые тепловые насосы, которые позволяют получить до 3-х литров испаряемой влаги на 1кВт*час затраченной энергии. Однако их применение увеличивает капитальные затраты, требующиеся для построения таких систем.

Важно отметить, что в процессе сушки коэффициент использования тепловой энергии падает. На начальных этапах, когда идет испарение «свободной» влаги, он достигает 70%. в то время как в конце, когда испаряется

«связанная» влага, не более 15-25%. Это связано с трудностью подвода влаги на поверхность, а энергии внутрь, из-за теплоизолирующих свойств высушенных верхних слоев. Для исключения этих эффектов и существенного сокращения периода сушки, целесообразно использовать внутренний нагрев, в частности, микроволновую энергию. Важным аспектом использования этой энергии на низких влажностях является существенное увеличение глубины проникновения волны в продукт, что улучшает равномерность воздействия на продукт. Другим сопутствующим фактором использования такого подхода является; «равномеризация» (улучшение однородности) продукта по влажности, стерилизующий эффект, а также замеченное на практике, улучшение органолептических свойств конечного продукта, в частности, улучшение яркости цвета конечного продукта.

Учитывая вышеизложенные факторы, представляется целесообразным сочетание «дешевых» энергоносителей на первых стадиях сушки при удалении свободной влаги с микроволновым способом на стадии удаления связанной влаги[3].

Список используемой литературы

1 Учебное пособие под редакцией А.П.Нечаева. Технологии пищевых производств. - М: «КолосС», 2005.

2 Сайт в интернете www.prombiofit.ru

3 Сайт в интернете www.sushka.com.ua

4 Сайт в интернете www.prom.izhart.ru

Дата добавления: 2015-07-20