Введение
Удаление воды или другого растворителя путем испарения из твердого, полутвердого или жидкого вещества.
Сушка – это процесс переноса массы, заключающийся в удалении воды или другого растворителя путем испарения из твердого, полутвердого или жидкого вещества. Этот процесс часто используется как заключительный этап производства перед продажей или упаковкой продукции. Чтобы продукт считался "высушенным", он должен быть твердым, в форме непрерывного листа (например, бумаги), длинных кусков (например, древесины), частиц (например, зерновых или кукурузных хлопьев) или порошка (например, песка, соли, стирального порошка, молочного порошка). Обычно требуется источник тепла и средство для удаления образующегося в процессе пара. В биопродуктах, таких как продукты питания, зерно, и фармацевтических препаратах, таких как вакцины, растворителем, подлежащим удалению, почти всегда является вода. Десикация может быть синонимом сушки или рассматриваться как ее крайняя форма. В наиболее распространенном случае, поток газа, например, воздуха, передает тепло конвекцией и уносит пар в виде влаги. Другие варианты – вакуумная сушка, при которой тепло подается посредством теплопроводности или излучения (или микроволн), а образовавшийся пар удаляется вакуумной системой. Еще один косвенный метод – сушка на барабанах (например, для производства картофельных хлопьев), где нагретая поверхность обеспечивает энергию, а аспираторы отводят пар из помещения. В отличие от этого, механическое извлечение растворителя, например, воды, посредством фильтрации или центрифугирования, не считается "сушкой", а скорее "дренажем" или "удалением жидкости".
Механизм сушки
В некоторых продуктах с относительно высоким начальным содержанием влаги может наблюдаться начальное линейное уменьшение среднего содержания влаги в продукте с течением времени в течение ограниченного периода, часто называемого "периодом постоянной скорости сушки". Обычно в этот период удаляется влага с поверхности отдельных частиц. Скорость сушки в течение этого периода в основном зависит от скорости теплопередачи сушимому материалу. Следовательно, максимально достижимая скорость сушки считается ограниченной теплопередачей. При продолжении сушки наклон кривой, то есть скорость сушки, становится менее крутым (период убывающей скорости) и в конечном итоге стремится стать почти горизонтальным при очень длительном времени. Содержание влаги в продукте затем стабилизируется на уровне "равновесного содержания влаги", находясь в практическом равновесии с обезвоживающей средой. В период убывающей скорости миграция воды изнутри продукта к поверхности происходит главным образом посредством молекулярной диффузии, то есть поток воды пропорционален градиенту содержания влаги. Это означает, что вода перемещается из зон с более высоким содержанием влаги в зоны с более низким содержанием, явление, объясняемое вторым законом термодинамики. При значительном удалении воды продукты обычно сжимаются и деформируются, за исключением хорошо разработанных процессов лиофилизации (сушки замораживанием). Скорость сушки в период убывающей скорости контролируется скоростью удаления влаги или растворителя изнутри сушимого твердого тела и называется "ограниченной массопереносом". Это особенно заметно в гигроскопичных продуктах, таких как фрукты и овощи, где сушка происходит в период убывающей скорости, а период постоянной скорости сушки считается незначительным.
Образование пленки
В индустрии покрытий и клеев сушка применяется для отверждения плёнок, содержащих растворитель. В некоторых случаях это может приводить к образованию высокоструктурированных плёнок. Например, испарение растворителя из раствора, содержащего спиральный полимер, приводит к формированию высокоупорядоченного массива сжатых тороидальных структур.
Еда
Продукты сушат для подавления развития микроорганизмов и предотвращения ухудшения качества. Однако степень сушки зависит от назначения продукта. Зерновые и масличные культуры сушат после сбора урожая до содержания влаги, обеспечивающего микробиологическую стабильность при хранении. Овощи бланшируют перед сушкой, чтобы избежать быстрого потемнения, и сушка проводится не только для подавления роста микроорганизмов, но и для предотвращения потемнения при хранении. В случае сухофруктов, снижение содержания влаги в сочетании с их кислотностью и содержанием сахара обеспечивает защиту от развития микроорганизмов. Продукты, такие как сухое молоко, необходимо сушить до очень низкого содержания влаги для обеспечения сыпучести и предотвращения слеживания. Это содержание влаги ниже, чем необходимо для подавления развития микроорганизмов. Другие продукты, например крекеры, сушат до уровня, превышающего порог роста микроорганизмов, чтобы придать им хрустящую текстуру, которую ценят потребители.
Непродовольственные товары
Среди непродовольственных товаров, некоторые из тех, что требуют значительной сушки, — это древесина (в процессе переработки), бумага, лён и стиральный порошок. Первые два, благодаря своему органическому происхождению, могут покрыться плесенью при недостаточной сушке. Дополнительным преимуществом сушки является уменьшение объёма и веса.
Лягушки и фекальные материалы от санитарных процессов
В области санитарии сушка осадка сточных вод от очистных сооружений, фекального осадка или фекалий, собранных в разделяющих мочу сухих туалетах (UDDT), является распространенным методом обеззараживания, поскольку патогенные микроорганизмы могут выживать только при определенном уровне влажности. Кроме того, сушка необходима как этап процесса, если материалы на основе экскрементов предназначены для сжигания.