Жарочные печи являются одним из основных элементов производства жареных сыпучих продуктов. В них используются все известные способы тепловой обработки исходного материала. Развитие технического прогресса не могло не повлиять на конструкцию, характеристики, внешний вид. И, тем не менее, в силу ряда объективных причин на большом количестве действующих производств по обжариванию сыпучих продуктов в основном используются барабанные печи, изготовленные в Словении, Черногории, Турции. Активная реклама, ссылки на богатый опыт этих стран в выпуске жарочного оборудования, большое количество посреднических фирм занимающихся поставками, отсутствие должной информации о новых отечественных разработках способствуют принятию решения начинающими производителями о целесообразности приобретения такого оборудования. Подталкивает к приобретению печей, переведенных на газовый энергоноситель и возможность решения проблем, связанных с дальнейшей эффективной эксплуатацией оборудования, снижения производственных затрат за счет ощутимой экономии средств на использование более дешевых энергоносителей (газовое сырьё имеет низкую стоимость эксплуатации), снижения убытков от внеплановых или веерных отключений электроэнергии. Соответственно газовые жарочные печи в сравнении
с электрическими печами экономически предпочтительнее. Однако, принимая решение о переводе электрических барабанных жаровен на газ, не следует забывать, что при этом неизбежно изменяется качество выпускаемой продукции.
Известно, огонь не обладает инерцией, продукты в таком жарочном барабане нагревается более оперативно, чем в жаровнях с тепловыми электрическими нагревателями (ТЭНами). Интенсивность нагрева исходного сыпучего материала в печах с открытым пламенем можно менять в широких пределах, устанавливая необходимую температуру путем регулирования расхода газа (в некоторых моделях электрических жаровен этот эффект достигается путем переключения секций нагревателей). При выключении газа интенсивность нагрева уменьшается, что снижает опасность пережога исходного сырья. Воздействие открытого пламени на барабан приводит к более активному нагреву через стенки сыпучего продукта, находящегося в нем, что сокращает время тепловой обработки (его жарки). Не удивительно, что фирмы, выпускавшие электрические барабанные жарочные печи (К-15, К-30, К-60, серии VM-30...VM-60 и др.), учитывая приведенные доводы и преимущества газа, не меняя конструкции электрических печей (топливники, дымоходы, регуляторы воздуха и др.), просто вместо ТЭНов стали устанавливать газовые горелки. При этом упустили важный момент, ведь разработчиками электрических печей для ускорения жарки предусмотрен дополнительно пропуск нагретого ТЭНами воздуха через жарочный барабан, что существенно повышает КПД печи, ускоряет обработку исходного материала. Но при замене электрического носителя на газ необходимо обеспечить не только безопасность и экономичность, но и выполнить обязательное условие сохранения качества выпускаемой продукции. Проверим, выполняются ли в газовых барабанных печах, например, К-60 эти условия.
Производственниками (практиками) проверено, что дымоходы электрических жарочных печей при нормальной тяге существенно не влияют на их взрывобезопасность после перевода на газообразное топливо, хотя и увеличивается вероятность возгорания скапливающейся в них сажи. При этом конструкцией печи не предусмотрены места для чистки дымоходов, соответственно удаление сажи представляет довольно сложную задачу. Схема движения дымовых газов в наиболее распространенных барабанных жарочных печах, приведена на рисунке. Система последовательного вертикально горизонтального канала чаще всего применяется в печах серий К-15, К-20, К-60 и др., VM-30, VM-60 и др. В барабанных печах, поставляемых в Россию из Словении, Черногории, Турции, используются инжекционные газовые горелки 14 , устанавливаемые под жарочным барабаном 5.
Воздушный поток в смеси с продуктами сгорания, омывая со всех сторон вращающийся барабан 5, по вертикальному восходящему каналу 7 собирается над верхней его поверхностью и через отверстия в дне барабана в полном объеме (100 %) поступает в барабан 7.
Примечание. Конструктивно печь выполнена так, что горячие топочные газы, поднимаясь вверх, заполняют все пространство (печь К-60 имеет значительный объем) над барабаном, что способствует образованию в этом месте избыточного давления, которое увеличивается с ростом температуры дымовых газов, выходящих из топливника. В случае отключения электроэнергии или выхода из строя вентилятора может произойти взрыв газовоздушной смеси.
Непосредственное прямое воздействие пламени горелки 14 на цилиндрическую поверхность барабана 7, а также продукты сгорания газа, проходящие через барабан, передают теплоту стенкам барабана и содержащемуся в нем сыпучему продукту, меняют теплосодержание. После интенсивного контакта с сыпучими продуктами через продуктопровод 3 отработанные нагретые газы вместе с водяными парами и мелкими фракциями обжариваемого сыпучего материала направляются вверх по продуктопроводу (в нем установлен датчик температуры отводящих газов) и наружной горизонтальной металлической трубе 4 вновь в жарочную печь. И далее по нисходящему вертикальному каналу 6 направляются в сборник-расширитель 8. Движение продуктов сгорания в нисходящей ветви 8 прямо противоположно действию подъемных сил, что увеличивает гидравлическое сопротивление дымохода, приводящее к снижению КПД печки.
В сборнике-расширителе 8 более плотные частицы, теряя скорость, оседают в нижней его части, а легкие выносятся улиткой 10 вентилятора 11 в атмосферу 12.
Горение газа и взаимодействие его продуктов горения с частицами обрабатываемого сыпучего материала сопровождается сложными физико-химическими процессами.
Известно, что при сжигании горючих газов в продуктах сгорания могут содержаться компоненты как полного (диоксид углерода и водяной пар), так и неполного сгорания (оксиды углерода и азота, водород, ненасыщенные, насыщенные, ароматические углеводороды и частицы сажи). Причем устойчивый процесс горения газа протекает только при допустимых колебаниях давления газа в сети и изменении его теплотворной способности, непрерывной (и достаточной) подаче воздуха, высокой температуре в топливнике, хорошем перемешивании в инжекционной горелке газа с воздухом.
В обследованных нами печах регулятор давления газа не предусмотрен. Наблюдая за процессом сжигания газа, не трудно заметить, что при колебании давления или при изменении калорийности газа пламя горелки начинает пульсировать, т. е. часть язычков пламени то удлиняется, то становится короче. Так как регулировка расстояния между горелкой и барабаном в рассматриваемых моделях печей не предусмотрена, то верхняя часть язычков (зона диффузионного сгорания) может соприкасаться с поверхностью барабана. Это становится одной из причин химического недожога, появления продуктов неполного сгорания. В некоторых печах обнаружена неустойчивость работы горелки (признаки копоти в верхней зоне газового факела), то есть не обеспечивалась полнота сжигания газа характеризующаяся так же химическим недожогом. В зимнее время приток воздуха в помещение ограничен. В результате нехватки кислорода происходит неполное сгорание газа, что приводит к образованию сажи. Кроме этого в электрических печах (например, К-60) в нижней части нисходящего канала установлена задвижка для регулирования времени нахождения горячего воздуха внутри барабана (для электрических печей это оправдано). Однако сжигание газа сопровождается получением большого количества продуктов сгорания (для природного газа в зависимости от его состава объем продуктов полного сгорания при теоретическом расходе воздуха составляет 10...12 м3 на 1 м3 сожженного газа). Практически же объем продуктов сгорания бывает несколько большим, так как сжигание газа производится со значительным избытком воздуха (в обследованных печах нет регулировки вторичного воздуха). Ограничивая в переведенных на газ печах этой заслонкой своевременное и полное удаление топочных газов, оператор увеличивает вероятность проникновения продуктов сгорания в помещение, а ухудшение условий работы горелки приведет опять к образованию сажи.
При движении продуктов сгорания через внутренний объем барабана, и сырье, находящееся в нем, частицы сажи, состоящие в основном из углерода, оседают на поверхности семечки. Обладая большой токсичностью, частицы сажи дополнительно адсорбируют канцерогенные вещества. Известно, что одним из сильнейших канцерогенов являются оксиды углерода и азота, бензопирен.
В диссертационной работе |1| «Развитие научных основ и практических методов повышения эффективности технологии зерносушения» Савченко Светлана Вениаминовна установила, что если используемое топливо содержит повышенное количество бензапирена, то его диспергированные частицы, не сгоревшие в топке сушилки, уносятся потоком теплоносителя. Это, в свою очередь, обусловливает вероятность появления продукта со значительно повышенной загрязненностью бензапиреном. Если учесть, что процессы сушки и обжаривания схожи, и те и другие протекают при тепловом воздействии на термолабильные продукты биологической природы, то полученные учеными результаты исследований загрязнения зерна при сушке в полной мере применимы и к процессам жарки сыпучих пищевых продуктов. По данным С.В. Савченко установленное содержание нитрозаминов представляет значительную канцерогенную опасность. К тому же, имеющаяся в барабанных печах К-60 вытяжная вентиляция (необходимая производительность должна составлять не менее 2 м куб/ч воздуха на каждый кВт мощности установленного газового оборудования) ускоряет процесс насыщения обжариваемых продуктов выбросами топочных газов. На их поверхности появляется налет мелкодисперсных частиц сажи. Диаметр частиц сажи составляет 0.19...0.54 мкм - прекрасный продукт для химического производства, однако употреблять его в пищу не желательно.
Да и, употребляя продукты, покрытые сажей, придется столкнуться с проблемой «грязные пальцы и губы». Решению этой проблемы не помогают даже более жесткие требования, предъявляемые нормативными актами к условиям размещения и правилам эксплуатации газового оборудования.
В процессе эксплуатации нами установлено, что в электрических печах, например, серии К, переведенных на газ, частицы обрабатываемого сыпучего материала постоянно перемешиваются установленными в барабане пересыпными лопатками. Ссыпаясь с них в верхнем положении, они под действием гравитационных сил движутся вниз (эффект псевдоожижения), взаимодействуя с потоком смеси горячего воздуха, отработанных топочных газов и водяных паров. Активное взаимодействие частиц продукта с такой смесью приводит к насыщению их канцерогенными веществами, изменению вкусовых характеристик, образованию на поверхности серого пачкающегося налета из пыли и сажи, что оказывает негативное влияние на их безопасность и качество. Причем проблема качества и «грязных рук и губ» не только чисто Российская. С ней столкнулись все производители, которые используют барабанные электрические жаровни серии К, переведенные на газовое топливо. Так попытались разобраться с ситуацией на рынке семечек журнал «Эксперт вкуса» вместе с пищевиками клуба «Технолог». Ими были проверены 9 образцов фасованной брендированной продукции, закупленной в супермаркетах Киева и Донецка. «...Шесть производителей из девяти обжарку подсолнечных семечек проводят в газовых печах, из-за чего на руках остаются следы копоти. Это «Юзовские, «Захід», «Посиделки», «Соняшний млин», «Семки» и «Mogui». Лучший результат у новичка рынка - ТМ «Сонце». Его семечки одного калибра и хорошего вкуса, без подпорченных зерен, а, кроме того, данная продукция достойно выдержала проверку на «чистые руки». Предприятие проводит обжарку в электропечах, что объясняет отсутствие копоти...».
Проведенные нами обследования расфасованных в пакеты семечек, приобретенных в магазинах г. Новочеркасска, Ростовская обл. дали не лучшие результаты. Из 8 образцов только один (произведен в Б. Калитве с использованием потока нагретого электронагревателями воздуха) выдержал проверку на «чистые руки и губы».
Итак, обжарочные печи серии К из-за значительных затрат электроэнергии переводятся заводами-изготовителями на газовое топливо, при этом качество обжариваемой продукции ухудшается. Вряд ли стремление уменьшить производственные затраты такой ценой (без серьезной модернизации печей |2|) оправдано.
ЛИТЕРАТУРА
1. САВЧЕНКО С.В. Развитие научных основ и практических методов повышения эффективности технологии зерносушения. А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва 2009.
2. Шуляк В.А., Буглак А.В. Обжарочные аппараты малой производительности //Пищевая промышленность. - № 9. - С. 18-21.
Филин Виктор Михайлович,
кандидат технических наук, г. Новочеркасск Ростовской области
Публикации и статьи 
