Popis sušení

Sušením rozumíme fyzikální děj, při němž se účinkem teplené energie zmenšuje obsah kapaliny v látkách, aniž se mění jejich chemické složení. Účelem sušicího procesu je změna technologických vlastností materiálu. Vlhké materiály lze pokládat za systém tvořený absolutně suchou tuhou látkou a kapalinou. Většinou váže suchá látka vodu, a to současně v kapalné a plynné fázi. Koncentraci vlhkosti v materiálu bývá výhodné vztahovat na relativní množství kapaliny (udávané v %).

 

Sušený materiál je v převážné části strukturně porézní povahy a obsahuje určité množství kapaliny. Je uložen do vzduchu konstantních parametrů (teplota a relativní vlhkost). Tento sušený materiál má po určité době neměnný obsah vlhkosti - rovnovážnou měrnou vlhkostí. Tento stav je charakterizován tím, že nedochází k látkové ani tepelné výměně mezi sušeným materiálem a okolním vzduchem. Ve stavu rovnovážné vlhkosti dochází k vyrovnání parciálního tlaku páry v materiálu s parciálním tlakem páry obsažené v okolním prostředí. Budeme vyšetřovat mechanizmus úbytku kapaliny v sušeném materiálu - proces sušení. Sušíme vlhké materiály ohřátým suchým vzduchem při konstantních podmínkách. Tepelná energie potřebná pro snížení (vypaření) vlhkosti sušeného materiálu a na ohřev sušeného materiálu je dodávána z okolního ohřátého vzduchu. Teplotu, měrnou vlhkost a rychlost proudění vzduchu považujeme za konstantní.

 

Zvláštnosti procesu sušení vlhkých materiálů je možné objasnit pomocí sušicí křivky (obr. 1) a křivky rychlosti sušení (obr. 2).

 

Stýká-li se jakákoli sušený materiál se sušícím vzduchem plynem, přechází následkem rozdílu vlhkostí kapalina ze sušeného materiálu do sušícího vzduchu, a to změnu kapalné fáze ve fázi plynnou, tj. odpařováním. Úbytek kapaliny v sušeném materiálu se projevuje úbytkem hmotnosti sušeného materiálu. V průběhu křivky rychlosti sušení (obr. 2) od začátku do konce sušení se obvykle vyskytují tyto charakteristické části:

 

Rychlost sušení rychle stoupá až do maximální hodnoty. V tomto období se přiváděná tepelná energie zužitkuje hlavně na ohřev sušeného materiálu, až se dosáhne rovnováhy mezi tepelnou energií předávanou sušenému materiálu a výparným teplem.

 

Rychlost sušení je konstantní. Toto období je charakterizováno tím, že je v něm dostatek vlhkosti přiváděné z vnitřku látky na její povrch. Tlak páry nad povrchem sušené látky je tedy stejný jako nad volným povrchem kapaliny, a proto bude i rychlost sušení v tomto období stejná jako u volného povrchu. V tomto období je možno sušit při poměrně vysoké teplotě, protože na povrchu sušené látky je dostatek vlhkosti, kterou je třeba odvádět a nehrozí nebezpečí vytvoření nepropustné vrstvy, která by bránila difůzi vlhkosti na povrch sušené látky. Rychlost sušení se drží na maximální hodnotě dosažené v období ohřevu až do určité hodnoty XK, kterou nazýváme kritickou vlhkostí.

 

Rychlost sušení klesá po dosažení kritické vlhkosti XK. V tomto období již není dostatek vlhkosti přiváděné vnitřku sušené látky. Povrch sušené látky nelze tedy již považovat za volný povrch kapaliny, tlak par nad povrchem látky klesá. Rozdíl tlaků mezi sušenou látkou a sušícím plynem se snižuje a rychlost sušení klesá až na nulu. Oproti předcházejícímu období je nutno snížit teplotu, protože difůze vlhkosti na povrch již není dostatečná jako v předcházejícím období. Difůze vlhkosti na povrch sušeného materiálu je přímo závislá na teplotě. Při sušení vyšší teplotou by došlo k zaschnutí povrchové vrstvy a tím by se zabránilo výstupu vlhkosti z vnitřních vrstev materiálu. XK, kterou nazýváme kritickou vlhkostí.

 

Vzhledem ke zvláštní povaze potravinového materiálu (zvláště těstovin) je třeba rychlost sušení regulovat (měnit teplotu sušícího vzduchu). Její počáteční vzestup nesmí být příliš strmý (vzduch přiváděný do styku s čerstvou potravinou nesmí být příliš suchý a horký), protože by povrchové vrstvy částic sušeného materiálu nepřiměřeně rychle osychaly, kožnatěly a bránily výstupu vody z vnitřních vrstev. Z příliš prudce sušeného šťavnatého ovoce mimoto vytéká na počátku procesu šťáva. Nejteplejší a nejsušší vzduch je proto nejlépe přivádět do styku se zbožím již zčásti předsušeným. Zcela čerstvé zboží se může sušit vzduchem spíše teplejším, nikoli však příliš suchým a dosoušet se má naopak vzduchem chladnějším a co nejsušším.