curs 13-14 semestrul ii - uscarea

7/25/2019 Curs 13-14 Semestrul II - Uscarea

1/12

USCAREA GeneralitiUscarea este operaia unitar care const n evaporarea superficial a umiditii, urmat de

transportul vaporilor rezultai, de ctre agentul purttorde cldur i concomitent difuziuneaumiditii de la interior spre suprafaa materialului supus uscrii. n procesul de uscare,umiditatea din material realizeaz o deplasare din interior spre exterior prin difuziune dup carese evaporeaz. Se deosebesc dou forme de uscare: natural i artificial.Uscarea natural se efectueaz n aer liber, fr nclzire artificial i ndeprtarea agentului de uscare, caracterizat prin durat mare, fr posibilitatea de reglare a procesului.

Uscarea artificial se realizeaz cu ajutorul unui agent de uscare de regul nclzit care,dup prelucrarea umiditii din material, se evacueaz prin ventilare.

Uscarea poate fi realizat prin dou metode:a) Uscare prin fierbere n care analog evaporrii, produsul este adus la o temperatur la carelichidul volatil se vaporizeaz. Aceast metod se ntlnete i la uscarea prin depresiune (vid)sau la uscarea prin biofilizare (sublimare) a produselor congelate;b) Uscarea prin antrenare presupune contactul produsului cu un agent gazos care furnizeaz cldura necesar antrenrii prin evaporare a umiditii, sistemul evolund spre echilibrulpresiunii pariale al vaporilor lichidului n faz gazoas i al celui de la suprafaa produsului.

Operaia de uscare este rspndit n industria alimentar. n procesul de uscare se elimin

o parte din apa coninut n produs. Agentul care vehiculeaz apa este n general aerul care decele mai multe ori este i agentul termic al procesului.Cantitatea de ap absorbit de aer depinde de proprietile aerului i de condiiile pe care le

poate asigura instalaia de uscare pentru a aduce aerul ct mai aproape de starea de saturaie n umiditate. Apa coninut de produs poate fi legat mecanic, fizico- chimic i chimic. Apa poatefi legat mecanic de produs datorit udrii acestuia sau a mbibrii capilarelor acestuia.Legtura fizico chimic se realizeaz prin absorbie, osmoz sau poate fi structural (n interiorul celulelor vegetale etc.). Apa legat chimic este inclus n reeaua cristaln a unorproduse.


2/12

Din acel moment caracterul evaporrii se schimb. Aerul nu se mai satureaz cu vaporii de

ap pn la valoarea de 100 % dect la o valoare mai mic, egal cu umiditatea de echilibru.Temperatura aerului se va apropia de temperatura termometrului uscat. Evaporarea se vaproduce tot mai mult n profunzimea produsului ptrunznd spre centrul bucii. n momentul n care umiditatea ntregii buci va fi egal cu umiditatea higroscopic a produsului, zona devaporare atinge centrul acesteia.

n consecin viteza de uscare se reduce treptat n a doua perioad, proporional cureducerea umiditii produsului. A doua perioad poart numele de perioada de scdere a vitezeide uscare. Aceste dou perioade de uscare sunt delimitate de umiditatea critic, de a crei valoare depind att durata uscrii ct i calitatea produsului uscat.

n cazul legumelor i fructelor procesul de uscare se desfoar n dou etape distincte(fig.22.1). n prima etap se produce o evaporare a apei libere cu o sintez de uscare constant, temperatura aerului fiind egal cu temperatura termometrului umed, pn cnd umiditatea de lasuprafaa produsului pe care-l uscm se va egala cu umiditatea higroscopic constituindumiditatea critic a produsului respectiv.

Temperatura aer (t umed)

Temperatura produs

Temperatura aer (t uscat) T[ oC]

umiditate 9 8 7 6 5 4 3 2 1 [kg/kg s.u.]

Fig.22.1 Relaia dintre temperatura aerului i umiditatea produsului


3/12

Prin vitez de uscare se nelege cantitatea de umiditate eliminat n unitatea de timp ( v =dU/dt ). Din urmrirea uscrii unui material n timp s-a construit diagrama din fig 22.2.

Curba poate avea o prim poriune ascendent A-B reprezentnd perioada iniial destabilire a regimului de uscare cnd suprafaa materialului supus uscrii ajunge la temperaturatermometrului umed al agentului de uscare, apoi o poriune orizontal BC de uscare la vitez constant i o poriune CD de uscare la vitez descrescnd .Punctul C de pe curb, numit i punct critic corespunde umiditii critice. n unele cazuri cnd materialele au umiditatea critic foarte ridicat lipsete perioada de uscare la vitez constant.

dU/d umid

U I

U C

A

B v

D

C

timp

U

Fig.22.2 Diagrama uscrii n timp : v = viteza ;u = umiditatea


4/12

Uscarea se poate realiza utiliznd diferite instalaii care pot fi clasificate dup mai multe criterii:Clasificarea usctoarelor

dup modul de funcionare: usctoare discontinue i usctoare continue.dup modul de transmitere al cldurii necesare pentru evaporarea umiditii din produs se

ntlnesc:

dup presiunea la care se efectueaz uscarea: la presiune atmosferic, la suprapresiune isub vid;

dup natura agentului de uscaresunt usctoare cu aer cald, cu gaze de ardere, cu abur

supranclzit; dup circuitul matrialului i agentului de uscarese ntlnesc usctoare n echicurent, n

contracurent i mixte; dup timpul constructiv : usctoare tip camer sau dulap, tunel, tip band transportoare,

rotative, turbin, prin pulverizare, prin fluidizare i pneumatice, speciale (caban pentrucereale i tip valturi).

usctoare prin convecie, la care agentul care ndeprteaz umiditatea (aerul sau alt gaz)este i agentul termic;

uscarea prin conduciecare transmit cldura prin intermediul unei suprafee de transfer; uscatoare prin radiaie;usctoare combinate(prin conducie, convecie, radiaie), prin sublimare, prin pulverizare,

uscarea cu CIF (dielectric), n cmp sonor, prin fluidizare.


5/12

Metode de uscare. Tipuri de usctoare a) Uscarea prin convecie

Fig.22.3.Usctoare tip camer sau dulap: cu recirculare parial a aerului

Uscarea prin convecie este un proces prin care nclzirea i evaporarea n vederea reduceriiumiditii materialelor se face cu ajutorul aerului umed sau cald sau a gazelor de ardere fierbini.Procesul se poate realiza printr-o singur trecere a aerului peste material.

Pentru realizarea procesului de uscare prin convecie aparatele respective prezint dou pri distincte: un element de

nclzire a aerului, de obicei un

schimbtor de

cldur, sau

n cazul

folosirii gazelor de ardere, un focar i o camer de amestec i elementul de realizare alprocesului de uscare propriu zis; aceste elemente putnd fi separate sau ntr -un singur aparat.Dup construcie, acest tip de usctoare pot fi de tipul: usctoare camer, usctoare cu band, usctoare tambur, usctoare turbin, usctoare tunel i usctoare prin pulverizare. n industriaalimentar,se ntlnesc usctoarele cu zone pentru uscarea fructelor i legumelor i usctoarele de mal cu camere verticale. Usctoare tip camer saudulap: sunt formate dintr-o ncpere de mrimea unui dulap pn lamrimea unei camere 1, care poateatinge mai multe nivele. Materialul,aezat n stive pe stelaje crucioare sau tvi 2, va fi supus unui curent deaer n circuit forat, asigurat deventilatoarele 3, nclzirea luifcndu-se n bateriile de nclzire 4. Aerul poate fi parial recirculat


6/12

Usctoarele cu band

Viteza benzilor este de 0,3...0,5 m/s. nclzirea aerului asigur prin bateria deradiatoare 2. Un dezavantaj al acestortipuri de usctoare este c este utilizat numai ramura superioar a benzii. Pentru nlturarea acestui incovenient s-auconstruit benzi cu plci rabatabile(fig.22.5).

Fig.22.4 Usctor cu benzi

Pentru deplasarea continu a materialului prin usctor se utilizeaz forme constructive n care deplasarea materialului se realizeaz pe benzi transportoare. Usctorul cu benzi face partedin categoria usctoarelor cu funcionare continu i sunt formate din mai multe transportoarecu band 1, pe care materialul naintez n contracurent cu agentul de uscare (fig. 22.4)

Fig.22.5. Usctor cu benzi cu plci rabatabile

Banda este confecionat dintr-o plas din srm de oel. n usctoarele cu band materialulse usuc neuniform datorit amestecrii la trecerea de pe o band pe cealalt. Pentru ouniformizare mai bun a uscrii, pe benzile superioare se pot prevedea dispozitive de uscare.


7/12

Banda este confecionat din plci care cu ajutorul unor piese de ghidaj sunt inute n poziie orizontal pn n apropierea tamburului de la capt unde ele se deschid, lsnd materialul s cad pe ramura inferioar a benzii. Astfel toat banda va fi ncrcat uniform cu materialul.Usctoarele cu benzi suprapuse se ntrebuineaz pentru uscarea legumelor i fructelor,amidonului, pastelor i spunului.

Usctoare rotat ive:

Pentru uscarea materialelorpulverulente cu ar fi borhotul,zahrul, tutunul, lactoza sefolosesc usctoare rotative, n care agentul de uscare - aerulcald sau gazele de ardere vine n contact direct cu produsul supususcrii.

Usctoare p r in pulver izare Fig.22.6 Usctor rotativ

Uscarea prin pulverizare este destinat n special uscrii produselor lichide: lapte, pastesubiri etc. care sunt pulverizate n particule fine cu diametrul cuprins ntre 2 i 200 m. Prinacest procedeu se obine o suprafa de evaporare mare, vitez mare a agentului de uscarefr a necesita o nclzire la temperaturi care ar periclita calitatea produsului. Materialul uscatse obine sub form de pulbere fr a mai necesita o mrunire ulterioar.


8/12

Fig.22.8 Usctor prin pulverizare

Usctorul prin pulverizare este prevzut cu oconduct de alimentare 1 care aduce suspensia pediscul 2 de unde este pulverizat n camera deuscare 3 prin centrifugare (fig. 22.8). Pulverizarea seface mecanic cu ajutorul duzelor cu orificii mici ( 0,5 mm) sau prin pulverizare pneumatic cu ajutorulinjectoarelor cu aer comprimat la presiunea de1,5...7 [daN/m 2]. Aerul nclzit n bateria 4, ptrunde n camera de uscare, preia umiditatea de laparticulele de material, dup care, trece prin filtrul cusaci 7 fiind aspirat de ventilatorul 6. Particulele finese separ cznd pe transportorul melc de

evacuare.Uscarea prin fluidizare sau n strat fluidizat

Fig.22.9 Usctor cu jet de aer VT1

Aerul cald este debitat de ventilatorul 5 , la un debitcare s asigure o vitez n camera de uscare aproapeegal cu viteza de plutire a materialului supus uscrii.

Aerul trece n ciclonul 3 i se separ de material, aerul

eliminndu-se la partea superioar iar materialul uscatprin ecluza interioar. Pentru buna funcionare ausctorului este necesar reglarea automat atemperaturii aerului .

Usctoarele n strat fluidizat se folosesc pentruuscarea materialelor cu umiditate ridicat, nelipicioasegranulate i neaglomerate cum ar fi: seminele deoleaginoase, cerealelor, legumelor, a drojdiei, amidonuluii a zahrului.


9/12

Fluidizarea se obine prin suflarea unui gaz cu anumit vitez printr-o mas de granule ce segsesc pe o plac poroas sau pe un grtar, i datorit deplasrii aerului, granulele sedistaneaz formnd un aa zis strat dens.

Usctor pentru semine oleaginoase

Usctorul este orizontal i este prevzut cu un grtar 4 limitat de un prag 7 peste care trebuie s treac materialul uscat prin fluidizare. Camera este prevzut cu un mecanism cu excentricpentru a fi supus unor oscilaii forate. Materialul se introduce prin plnia de alimentare la undebit reglat, deasupra grtarului din camera de uscare. Datorit micrii de oscilaie materialul sedeplaseaz pe suprafaa grtarului n plan orizontal. Curentul de aer nclzit n bateria 1, debitatde ventilatorul 2 cu o vitez sub viteza de plutire a materialului supus uscrii se producefluidizarea acestuia, care dup trecerea peste pragul 7 se descarc prin plnia de evacuare.

b ) Usctoare p r in conducie n industria alimentar, uscarea prin conducie se aplic n special produselor care nainte de

uscare se prezint n stare lichid. Procesul de uscare const n principal prin turnarea saupulverizarea lichidului pe o suprafa fierbinte unde umiditatea va fi ndeprtat prin evaporareiar produsul uscat se rzuiete cu un cuit. Acest procedeu poate influena negativ calitateaprodusului uscat datorit aciunii temperaturii ridicate asupra acestuia, n special la produselecoloidale termolabile ca snge, ou, vitamine, enzime etc.

Fig.22.10 Usctor cufluidizare cu camer orizontal pentru semine oleaginoase


10/12

Usctoarele cele mai utilizate sunt de tipul usctoarelor cu cilindri (fig.22.11).c ) Usctoare p r in radiaie

Cldura necesar realizrii uscrii poate fi transmis prin radiaiile infraroii. Ca surs de radiaii se pot folosilmpi electrice cu temperatur de incandescen redus sau elemente metalice i ceramice n care se ardecombustibil sau circul gaze fierbini. Energia radiantinfraroie obinut din radiaii electrice necesit un consummare de energie electric, dar prezint avantajele lipsei deinerie termic.

La uscarea cu radiani nclzii cu flacr sau gazefierbini, produsele de ardere prsesc usctorul fierbini, darpot fi utilizate la prenclzirea materialului ce intr n usctor . n industria alimentar uscarea cu radiaii infraroii esteaplicat n industria lactozei cazeinei i legumelor

Fig.22.11. Usctor cu cilindri

Produsul ce se usuc Temperatura optim de uscare

[0C] Grosimea stratului

[mm] Lactoz

Cazein

Morcovi

60...65

70

50

5...10

5...7

15...20

n tabelul 22.1 sunt prezentate condiiile optime pentru uscarea unor produse. Tabelul 22.1

Instalaiile de uscare cu radiaii infraroii folsesc n mod obinuit pentru deplasareamaterialului, benzile de transport pe care materialul este supus aciunii radiaiilor, de sus n jos,de jos n sus sau din ambele direcii.


11/12

Operaia de uscare se desfoar de regul n dou stadii. n primul stadiu, n urma presiunii joase i a aportului de cldur necesare vaporizrii i topirii gheii umiditatea se extrage prinsublimare, temperatura materialului fiind mult mai sczut dect temperatura de congelare. n acest stadiu se ndeprteaz 98...99 % din umiditatea continu n material.

Aportul de cldur trebuie astfel s fie astfel reglat nct s corespund continuu

posibilitilor de evacuare a vaporilor formai i pentru a se evita fenomenele de topireintercristalin i evaporare direct. n al doilea stadiu, nclzirea nu este att de important, umiditatea rmas n material

datorit tructurii poroase a produsului se ndeprteaz prin desorbie sub depresiune avansat i temperatur constant.

Procesul de uscare trebuie astfel condus nct s fie oprit la o umiditate restant care s asigure conservabilitatea produsului.

Uscare prin sublimare este aplicat pentru conservarea produselor care conin substane sensibile la nclzire i biodegradabile cum ar fi: plasma sanguin, petele, laptele, drojdia,sucurile de fructe i legume etc.

d) Usc toare pr in su blim are (l iofi l izare)

Uscarea la presiunea atmosferic i temperaturi sczute decurgnd foarte lent, se practic uscarea n vid, ceea ce are ca efect creterea vitezei de evaporare. n procesul de uscare prinsublimare, denumit i liofilizare, materialul destinat uscrii este supus congelrii i sublimrii umiditii ngheate, sub presiune redus de ordinul a 10...40 Pa, la temperaturi cuprinse ntre 10... 40 [ 0C]. Umiditatea sublimat este condensat n condensatoare prevzute cu sistemede rcire. Sublimarea umiditii ngheate ncepe la suprafaa materialului, stratul uscat

rmnnd n stare congelat


12/12

O instalaie de liofilizare cuprinde trei pri principale: o camer n care produsul congelateste supus sublimrii sub vid naintat, un sistem de nclzire uor reglabil pentru a sigura unaport de cldur produsului, fr s fie depii parametrii de uscare fixai i un sistem pentrurealizarea vidului naintat i evacuarea vaporilor i gazelor necondensabile, cu debit marepentru meninerea depresiunii n limitele necesare.

Fig.22.16. Instalaie de liofilizare prin pulverizare n vid naintat

n figura 22.16 este prezentat o instalaie deliofilizare prin pulverizare n vid naintat. Lichidulsupus uscrii prin liofilizare din rezervorul 1 estepulverizat n interiorul camerei 2 .

Particulele pulverizate congeleaz i cad n colectorul conic 3 de unde sunt aspirate subinfluena vidului naintat prin tuburile 4 n ciclonul desedimentare 5 . n jurul tuburilor 4, elemente de nclzire electrice asigur cldura necesar biofilizrii. Din ciclonul 5 vaporii trec prin filtrul 7 spre condensatorul 8 care este n legtur cuinstalaia de producere a vidului naintat.

curs 13-14 semestrul ii - uscarea

Documents