Перспективным является теплоподвод с помощью поля электрического тока высокой (10—25 мГц) и сверхвысокой (2450±50 или 915 мГц) частоты. Влажные материалы органического происхождения являются диэлектриками, обладают свойствами полупроводников. В состав пищевых материалов входят ионы электролитов, электроны, молекулы полярных и неполярных диэлектриков, молекулы воды, обладающие дипольными моментами. В электромагнитном поле диполи располагаются осью вдоль поля. Попадая в переменное электромагнитное поле, они совершают колебания, поворачиваются то в одну, то в другую сторону, стремясь следовать за полями.
При сушке органический материал помещают между обкладками конденсатора, к которым подается ток высокой (ТВЧ) и сверхвысокой (СВЧ) частоты. Обкладки конденсатора имеют противоположные заряды, поэтому электроны и ионы перемещаются внутри материала к той или иной обкладке. При смене заряда на обкладках они перемещаются в противоположных направлениях, в результате чего неизбежно возникает трение с выделением теплоты. Диполи несимметричной формы приходят в колебания, при этом возникает молекулярное трение и выделяется теплота. Для полярных молекул, состоящих из упругих диполей, помимо изменения ориентации возможны и смещения одних молекул относительно других. Возникающий при этом эффект деформации также сопровождается выделением теплоты за счет трения. Энергия электромагнитных волн, затрачиваемая на продолжение этих трений, переходит в теплоту.
Под действием переменного электрического поля высокой частоты происходит регулируемый нагрев материала. Вследствие испарения влаги, тепломассообмена с окружающей средой поверхностные слои материала обезвоживаются и теряют теплоту. Поэтому температура и влажность материала внутри выше, чем снаружи. Возникают градиенты влагосодержания ΔU и температуры ΔT, под действием которых влага изнутри перемещается к поверхности. При этом, в отличие от конвективной сушки, направление обоих градиентов совпадает, что интенсифицирует процесс сушки.
При сушке ТВЧ и ТСВЧ испарение происходит во всем объеме тела, и внутри частицы возникает градиент давления Δр, ускоряющий перенос влаги. Изменяя напряженность поля, можно плавно регулировать температуру материала при сушке.
Количество теплоты, выделяемой из 1 м3 материала, определяется по формуле
Q = 0,556E2vε tgδ 10-3,
где E — напряженность электрического поля, В/м; v — частота поля, Гц; ε — относительная диэлектрическая проницаемость материала; δ — угол диэлектрических потерь (он дополняет до 90° угол сдвига фаз между током и напряжением в конденсаторе, между обкладками которого помещен материал).
Диэлектрическая проницаемость определяет способность перехода энергии электромагнитных волн в теплоту и представляет собой отношение емкости конденсатора, заполненного органическим материалом, к емкости незаполненного конденсатора. Диэлектрическая проницаемость определяет способность материала реагировать на внешнее электромагнитное поле и зависит от физико-химических свойств, температуры и влагосодержания материала, от частоты и напряженности электрического поля.
Изменение диэлектрической проницаемости приводит к изменению режима работы высокочастотной установки. Диэлектрическая проницаемость воды уменьшается при увеличении температуры; 0°С — 87,83; 10 — 83,86; 20 — 80,1; 25 — 78,26; 30 — 76,47; 40 — 73,02; 50 °С — 69,73. Диэлектрическая проницаемость воздуха равна единице, льда при —12 °С 3,2 и т. д. Диэлектрическая проницаемость сухих веществ пищевых материалов равна 2—3, т. е. значительно меньше, чем воды.
Чем меньше значение диэлектрической проницаемости, тем на большую глубину материала проникают электромагнитные колебания ТСВЧ.
Угол диэлектрических потерь δ является мерой превращения в теплоту энергии электромагнитного поля ТВЧ и ТСВЧ. С увеличением tgδ возрастает выделение теплоты при обработке материала ТВЧ и ТСВЧ.
Сушка ТВЧ и ТСВЧ основана на различии диэлектрических свойств воды и сухих веществ пищевых продуктов: влажный материал значительно быстрее нагревается, чем сухой. В процессе сушки с применением ТВЧ и ТСВЧ температура более влажных внутренних слоев выше, чем наружных, более обезвоженных.
Преимущества сушки ТВЧ и ТСВЧ по сравнению с конвективной и контактной состоят в возможности регулирования и поддержания определенной температуры материала, значительной интенсификации процесса обезвоживания, улучшении качества сушеных продуктов.
В последние годы сушка ТВЧ практически не используется в промышленности из-за низкого КПД ламповых и машинных генераторов, больших затрат электроэнергии (от 2,5 до 5 кВт на 1 кг влаги).
Применение ТСВЧ получает все большее распространение и в сушильной технике. Современные генераторы ТСВЧ — магнетроны и клистроны — имеют КПД от 55 до 70% и затраты электроэнергии составляют 1,2 кВт на 1 кг испаренной влаги.
Источник: Б.Л. Флауменбаум, С.С. Танчев, М.А. Гришин. Основы консервирования пищевых продуктов. Агропромиздат. Москва. 1986