operatii cursuri sedimentare,filtrare,uscare

7/29/2019 Operatii Cursuri Sedimentare,Filtrare,Uscare

1/63

7. SEDIMENTAREA

7.1. Generaliti

Operaia de separare a particulelor solide sau lichide din sistemele eterogene lichidesau gazoase, datorit aciunii difereniale a unei fore asupra fazelor cu densiti diferite

se numete sedimentare.

Prin sistem eterogen se nelege sistemul constituit din faze diferite: o faz intern,

dispers sau dispersat care se afl n stare fin divizat i o faz extern dispersant, sau

mediu de dispersie, care nconjoar particulele fazei disperse.

Sistemele eterogene se clasific dup cum urmeaz:

sisteme eterogene lichide: suspensii, emulsii, spume;

sisteme eterogene gazoase: praf, fum, cea, aerosoli.

Suspensiile prezint ca faz dispersat particule solide. Emulsiile prezint ca faz

dispersat picturi de lichid greu miscibile cu mediul de dispersie. Spumele prezint ca

faz dispersat bule de gaz. Praful i fumul prezint ca faz dispers particule solide.

Aerosolii i ceaa prezint n dispersie picturi de lichid.

Dup dimensiuni particulele se disting:

-suspensii:

grosiere d > 100 m;

fine d = 0,5100 m;

tulbureli d = 0,1 0,5 m;

soluii coloidale d


2/63

Un sistem eterogen se poate gsi la un moment dat ntr-un cmp oarecare de forte:

gravitaional, centrifugal, electric, etc. Ca urmare a aciunii difereniate a cmpului asupra

fazelor componente, ele se vor separa.

7.2.1. Viteza de sedimentare

Se consider o suspensie format dintr-un lichid cu densitate m,i din particule

sferice de diametru dp i densitate p aflate sub aciunea cmpului de fore g. Asupra

particulei aflate n stare de repaos acioneaz urmtoarele fore:

-greutatea real a particulei:

G = gd

gVgm pp

ppp ==

6

3

;

(7.1)

-fora lui Arhimede:

FAr = gd

gVgm mp

mp ==

6

3

;

(7.2)-fora de rezisten a mediului:

Fr =42

1

42

22

22 dw

dwSp sm

p

ms ==

;

(7.3)unde:p-pierderea de presiune local; -coeficient de rezisten hidraulic local.

Condiia de echilibru este FAr + Fr G de unde rezult viteza de sedimentare:

ws =m

mppd

g

3

4. [m/s]

(7.4)

Dac lichidul n care se gsete particula curge cu viteza wm, particula cu viteza

ws :

- va cdea: ws-wm>0;

- va pluti: ws-wm=0;- va fi antrenat n sus: ws-wm


3/63

Factorii ce caracterizeaz amestecul (suspensia iniial): concentraia fazei solide,

cantitatea sau debitul de suspensie i vrsta amestecului (de la momentul formrii

suspensiei);

Factorii ce definesc faza dispersant sunt: natura, masa i vscozitatea acesteia;

Factorii referitori la faza dispers sunt: natura, masa specific, granulomtria i

tendina de aglomerare;

Factorii referitori la operaia de sedimentare sunt: temperatura, viteza, durata de

sedimentare, adaosurile utilizate, modul de desfurarec (continuu, intermitent sau

mixt) i tipul decantorului (vasul de sedimentare);

Factorii referitori la produsele rezultate: reprezint concentraia fazei solide n

decantat i a fazei lichide n precipitat;

Factorii economici.

7.4. Influena micrii fluidului asupra sedimentrii

Se consider numai deplasarea pe orizontala i pe vertical a fluidului.

a) n cazul deplasarii fluidului pe orizontal, din figura 7.1 sunt: wf-viteza pe

orizontal a fluidului; ws-viteza de sedimentare [m/s]; h-nlimea fluidului din aparat; l-

lungimea aparatului.

-timpul necesar sedimentrii: =sw

h; -timpul necesar deplasrii pe orizontal: l =

fw

l.

Pentru sedimentare este necesar condiia ca s f, de unde rezult viteza

fluidului:

sfsf

wh

lw

w

h

w

l .

(7.5)

Debitul volumic al bazinelor de sedimentare paralelipipedice de dimensiuni lxl1xh

se exprim cu relaia:

ssfV wAwh

llhwlhQ === 11 , [m3/s]

(7.6)

n care 1llA = [m2] aria seciunii orizontale a bazinului.

Rezult c debitul de lichid ce trebuie limpezit depinde de A i ws.

Fig.7.1 Influena micrii fluidului

asupra sedimentrii


4/63

b)La deplasarea pe vertical de jos n sus a fluidului, condiia de sedimentare a

particulelor este: ws>wf. Acest sistem nu se indic pentru practica industrial.

Principiile sedimentrii expuse mai sus nu sunt valabile dect parial pentru

separarea soluiilor coloidale, acestea depunndu-se greu fiind caracterizate printr-o

anumit stabilitate ce se explic prin sarcinile electrice cu care sunt ncrcate particulele

solide. Particulele cu sarcini de acelai semn se resping,ceea ce d o anumit stabilitate

suspensiei,care poate fi distrus dac se neutralizeaz sarcinile prin adaos de electrolii

fini sau de coloizi cu sarcini electrice de semn contrar. Astfel particulele neutralizate se

vor reuni n aglomerate mai mari care se sedimenteaz uor.

7.5. Decantoare n sistem eterogen solid-lichid

Aparatele n care se realizeaz sedimentarea n sistem solid-lichid sub influena

forelor gravitaionale se numesc decantoare. Dup modul de funcionare avemdecantoare discontinuue, semicontinuue i continuue.

a) decantorul discontinuu (fig.7.2): acestea aparate pot fi simple rezervoare (1) de

form paralelipipedic n care se introduce lichidul cu suspensie pe partea superioar (2)

i se las pn se realizeaz sedimentarea produselor solide.

Dispozitivele de tipul sifonului sau de tip basculant (3) permit evacuarea lichidului

limpezit din stratul superior spre fundul vasului. Sistemul de evacuare poate fi nlocuit cu

un sorb plutitor. Precipitatul se evacueaz la orificiul cu robinet (4). Decantarea

discontinuu se realizeaz n toate rezervoarele de clarificare din industria vinului, n care

caz uneori se lucreaz cu adaosuri pentru grbirea limpezirii.

b) tava de rcire n industria berii (fig.7.3) face parte din categoria decantoarelor

semicontinue i sunt alctuite din: 1-vas de decantare; 2-perete pentru oprirea spumei; 3-

record alimentare cu bere; 4-racord de evacuare must limpede; 5,6-racorduri de evacuare

ap splare i sedimente; 7- plutitor pentru eav basculant.

c) decantoarele continuue funcioneaz cu alimentare i evacuare continuu att a

lichidului ct i a sedimentului. Din aceast categorie fac parte decantorul circular cu

brae (fig.7.4) i decantorul circular cu brae supraetajat. Decantorul circular cu brae este

ig.7.2 Decantor discontinuu

Fig.7.3 Tava de rcire n industria berii

Fig.7.4Decantorul circular cu brae


5/63

alctuit dintr-un rezervor cilindric cu diametrul mare 1 i nlime mic descoperit i cu

fundul puin nclinat spre centru. Pe un ax ventrical central sunt fixate 24 brae cu

raclei, acionate n micare de rotaie de un motor electric i reductor (0,50,025

rot/min). Pe ax n partea central este montat o conduct cilindric 2 care servete drept

alimentator. Elementele componente ale decantorului sunt: 1 rezervor cilindric; 2

conduct de alimentare; 3 pomp de nmol; 4 prag de preaplin; 5 sistem de

acionare (motor electric i redactor); 6 ax vertical; 7 brae cu raclei.

Lichidul limpezit traverseaz radial rezervorul spre periferie. La periferia

rezervorului este un prag de preaplin 4 peste care lichidul limpezit se deverseaz i este

evacuat. Particulele n suspensie n lichidul de alimentare sedimenteaz ajungnd pe

fundul vasului. Nmolul depus pe fundul decantorului este mpins continuu spre centrul

rezervorului de unde se evacueaz coninutul cu ajutorul unei pompe de nmol.

Acest decantor se utilizeaz pentru limpezirea apelor de splare din industria

zahrului. Debitele de decantare sunt mari, pn la 12,5 [m3/h] i au diametre de pn la

100 [m]. Un dezavantaj ar fi pierderea mare de ap odat cu nmolul evacuate prin 3.

Pentru reducerea suprafeei ocupate de aparat se construiesc decantoare etajate formate

din mai multe decantoare circulare cu brae supraetajate (fig.7.5). Astfel de aparate se

ntrebuineaz n industria zahrului pentru concentrarea nmolului din zeama

carbonatat, nmolul fiind trimis la filtre pentru recuperare zemii antrenate cu nmolul.Pentru funcionarea corect a filtrelor sub depresiune, nmolul trebuie s aib cel puin

15% substan uscat. Se construiesc aparate cu 35 etaje (compartimente) cu diametre

ntre 3 18 [m] n funcie de debitul de zeam limpezit.

8.8. Separarea prin centrifugare

8.8.1. Generaliti

Fig.7.5 Decantorul circular cu brae supraetaja


6/63

Centrifugarea este operaia de separare a componenilor sistemelor eterogene

solid-solid, solid-lichid, solid-gaz, lichid-gaz sau lichid-lichid n cmp de fore centrifuge.

Cmpul de fore centrifuge poate fi realizat prin:

- alimentarea sistemului eterogen ntr-un organ n micare de rotaie al unui utilaj(centrifug, separator centrifugal), unde are loc separarea fazelor sistemului;

- imprimarea unei micri de rotaie sistemului eterogen prin alimentarea tangenial

n aparate fixe (hidrocicloane, cicloane);

Separarea amestecurilor eterogene sub influena forei centrifuge se realizeaz pe baza

a dou principii:

-prin sedimentare, separarea realizndu-se datorit diferenei de densitate a

componenilor;-prin filtrare, la care separarea amestecului solid-lichid are loc ca urmarea trecerii

fazei fluide printr-un material filtrant;

Cnd trebuie s se separe un amestec solid-lichid, utilajul se numete centrifug iar

cnd se separ un amestec lichid-lichid sau se purific un lichid, utilajul se numete

separator centrifugal. Separarea amestecurilor neomogene utiliznd efectul forei

centrifuge se realizeaz n utilaje care poart denumirea generic centrifuge.

8.8.2.Factorii care influeneaz centrifugarea sunt:

o mrimea forei centrifuge: fora centrifug care se nate n cazul unei micri

circulare a unui corp de mas m cu viteza unghiular pe o traiectorie de

raz R este: F = m2R = m(2n/60)2R [N]; n care n reprezint turaia. Din

expresia forei centrifuge reiese c, creterea acesteia se realizeaz mai uor prin

mrirea turaiei dect prin mrirea diametrului tamburului.

o caracteristicile materialului: viscozitatea, existena spumei influeneaz negativ

separarea;

o natura materialului din care se construiete centrifuga influeneaz prin calitile

de rezisten mecanic i rezisten la coroziune.

8.9. Centrifuge cu funcionare periodic n sistem solid-lichid


7/63

Acestea efectueaz urmtorul itinerar tehnologic: centrifugarea propriuzis, uscarea

sedimentului splat, frnarea i oprirea centrifugei urmat de descrcarea ei.

Fig.8.12 Centrifug filtrant cu descrcare manual

Fig.8.13 Centrifug filtrant cu tambur suspendat

1

h

2

3

4

n

A

E

E

A alimentare;E evacuare;1 tambur perforat;2 carcas;3 motor electric;4 transmisie; = 0,81 m;h = 0,350,52 m;n = 8501200 rot/min.

1

2 4n

E1

3E

1evacuare filtrat;

1 carcas;2 tambur perforat;3 motor electric;4 ax;

1

500

A 2

n3

4

E1

E2

A alimentare;E

1 evacuare filtrat;

E2

evacuare precipitat;

1 tambur perforat;2 motor electric;3 carcas;4 disc de alimentare;


8/63

Fig.8.14 Centrifug filtrant suspendat cu descrcare automat

8.10. Centrifuge cu funcionare continu cu ax orizontal n sistem solid-lichid

La acest tip de centrifuge, toate fazele operaiei de separare se realizeaz continuu,caracteristic fiind modul de descrcare a materialului. Acestea se mpart n centrifuge

filtrante cu ax orizontal i centrifuge cu ax vertical. Cele cu ax orizontal cu mpingerea

pulsant a precipitatului, la care evacuarea sedimentului se face cu ajutorul unui disc de

mpingere a crui micare pulsant este provocat de un piston coaxial acionat periodic

de un motor hidraulic cu ulei.

Fig.8.15 Centrifug filtrant orizontal

n figura 8.15 sunt reprezentate urmtoarele elemente: 1 tob filtrant, 2 con de

alimentare, 3 disc pentru mpingerea precipitatului, 4 carcas, 5 ax tubular, 6 ax

plin, 7 piston.

12-16 curse/min

675

4 3 1

2

Ap splare

filtrat Ap splare

precipitat

n


9/63

Centrifuge filtrante continue cu ax vertical (cu tob conic), are tamburul de form

tronconic, avnd un transportor elicoidal care se rotete cu turaie mai mic dect a tobei

conice, servind la deplasarea sedimentului.

8.11. Centrifuge cu funcionare continu cu ax vertical n sistem solid-lichid

Fig.8.16 Centrifug filtrant continu cu ax vertical

n figura 8.16 sunt reprezentate urmtoarele elemente: 1 tambur conic cu urubelicoidal, 2 tambur tronconic filtrant, 3 orificiu alimentare cu ap de splare.

8.12. Hidrocicloane

Hidrocicloanele se utilizeaz la separarea particulelor solide dintr-un lichid cudensitate mai mic dect solidul (n industria amidonului, zahrului, a grsimilor vegetale

i animale, la purificarea apelor reziduale). Hidrociclonul se compune dintr-o manta

cilindric acoperit la partea superioar cu un capac i terminat la partea inferioar cu o

manta tronconic (fig. 8.17).

ap splare

2

1

3

alimentare

evac.ap splare

evac.siropn

1

n2

n2


10/63

Camer de evacuare superioar evacuare(E)

alimentare (A)preaplin

descrcare sediment

Fig.8.17 Hidrociclon

(A) (E)

La partea superioar a sectorului cilindric este montat racordul de alimentare npoziie tangenial (de regul de seciune ptrat sau dreptunghiular). Partea tronconic

de diametru mic este prevzut cu orificiul de descrcare. Capacul are un racord central

de evacuare denumit i preaplin, amplasat n camera de evacuare i care trebuie s aibe

seciunea mai mare dect cea a racordului de alimentare.

Hidrocicloanele se utilizeaz pentru clarificare, ngroare sau limpezire. Dup

diametrul prii cilindrice, hidrocicloanele se mpart n: mari cu = [3001200] mm;

medii cu = [100300] mm; mici cu = [8100] mm; Hidrocicloanele pot fi grupates lucreze n paralel, formnd un multihidrociclon sau n serie cnd se mrete mult

gradul de separare.

Calculul de dimensionare (dup Zanker) const n calculul urmtoarelor elemente

(fig.8.18):

L/D = 5

b/D = 0,28 e/D =0,34

e > u

B

B

be

L

DL

1

L2

u

Fig. 8.18 Elemente de dimensionare


11/63

8.13. Separatoare centrifugale n sistemlichid-lichid

.5. 8.13.1. Separatoarele cu talere cilindrice concentrice (fig. 8.19)

Sunt ntlnite n industria vinului, berii, i a sucurilor din fructe. Elementulprincipal este toba cu talere, acionat n micare de rotaie printr-un ax vertical la turaia

cuprins ntre 100250 rot/sec. Lichidul care trebuie limpezit este Introdus la presiune

constant (pentru separatoarele ermetice) sau la presiune hidrostatic (la separatoarele

semiermetice) axial, de unde va fi proiectat de ctre fora centrifug pe faa interioar a

talerului inelar cel mai mic, unde sedimentul se reine i lichidul se deverseaz n zig-zag

urcnd i cobornd printre talere pn ce ajunge la carcasa tobei la partea inferioar.

Dup un numr de ore de funcionare se demonteaz si se ndeprteaz sedimentul.

8.13.2. Separatoare cu talere tronconice (fig. 8.20)

Sunt utilizate n industria uleiului la rafinarea acestuia i n industria laptelui (la

obinerea smntnei). Prile principale sunt toba, sistemul, de alimentare i evacuare a

produselor, axul de antrenare n micare de rotaie i carcasa de protecie i fixare. n tob

se gsesc trei tipuri de talere: talerul central de alimentare, o serie de talere curente care

realizeaz separarea fazelor i un taler superior cu rolul de a mpiedica amestecarea deja

separate. Alimentarea se realizeaz sub influena presiunii hidrostatice i separarea are

loc n regiunea talerelor curente. Faza cu densitatea cea mai mic (smntna) se

colecteaz n partea dinspre axul de rotaie, se ridic i se evacueaz printr-o conduct de

evacuare cu seciune variabil. Faza cu densitate mai mare i sedimentul solid sunt

mpinse spre exterior spre carcas, sedimentul se fixeaz lng peretele carcasei iar faza

lichid se evacueaz prin curgere liber printr-o alt conduct de evacuare.

Realizarea unui factor de separare mai mare impune o turaie mai mare (fig.8.21),chiar n detrimentul diametrului, deoarece factorul de separare este proporional cu

ptratul turaiei i cu raza. n general alimentarea se face la partea inferioar a tamburului.

n timpul deplasrii n lungul tamburului, lichidul se mparte n straturi dup densitatea

prilor componente. Evacuarea componenilor separai se face pe la partea superioar.

Fig. 8.20 Separatoarecu talere tronconicc

Fig.8.19 Separator cu talere cilindrice concentrF

Fig.8.21. Supercentrifuge


12/63

Componentul uor este eliminat prin orificiile centrale n plnia de evacuare superioar.

Componentul greu prin orificiile marginale n plnia de evacuare inferioar.

8.14. Sortarea dup culoare a amestecurilor polidisperse solid-solid

8.15. Separarea pe baza diferenei de mas specific

Metoda de separare pe baza diferenei de masa specific este separarea impuritilor

cu dimensiuni apropiate de a produselor cu densitate mare (de ex. pietre din semine).

Componentele mainii din

figura 8.23 sunt urmtoarele:

1-motor; 2-dispozitiv de

aspiraie; 3-jgheab de

alimentare cu mazre; 4 -tub

electronic; 5- dispozitiv de

eliminare; F filtru lumin; CF

celul foto; SL surs de

lumin; A amplificatoare

electronice; C condensator;O oglind semitransparent;

Fig.8.23 Schema mainii de sortat cu celulefotoelectrice pentru mazre

Fig.8.22 Schema mainii de sortat cu celulefotoelectrice pentru roii, mere, lmi

Componentele mainii de sortat

otoelectrice din figura 8.22:

1-main de splat;

2-main de calibrat;

3-alimentator;

4 i 6- transportoare;

ob de sortat cu alveole;

8-camer fotometric;

14.1. Instalaii de sortare fotoelectrice se folosesc i pentru

mate, mere, lmi, etc.

Fig.8.24 Main de separare pe baza diferenei de mas specific

1 alimentare;

2 - stratificare (uor, greu);

3- sit trapezoidal din

srm;

4 ventilator;

5 - vibraii de la excentric;

nclinaie longitudinal;

nclinaie transversal.


13/63

11. Filtrarea

11.1. Consideraii teoretice

Filtrarea este operaia de separare a amestecurilor solid-fluid; fiind un proces

hidrodinamic se obine reinerea particulelor solide pe un mediu poros prin care trece

numai faza fluid. Fora motrice o constituie diferena de presiune care apare pe cele

dou fee ale filtrului.

Dup modul n care se realizeaz diferena de presiune la efectuarea filtrrii, filtrele

se grupeaz n:

filtre care funcioneaz la presiune hidrostatic curgerea are loc sub influenapresiunii coloanei de lichid;

filtre care funcioneaz sub presiune i care folosesc pompe, filtrarea numindu-se

i filtrare la presiune ridicat;

filtre care funcioneaz sub depresiune care folosesc pompe cu vid.

Dup modul de realizare al filtrrii ntlnim filtre cu funcionare continu i filtre

cu funcionare discontinu sau periodic.

Scopul filtrrii este reinerea particulelor solide i ndeprtarea fazei fluide sau

ndeprtarea fazei solide i reinerea fazei fluide sau reinerea ambelor faze. Alt scop este

acela de separare a componentelor pentru evitarea polurii mediului nconjurtor.

Condiiile pe care trebuie s le ndeplineasc filtrarea sunt:

- puritate ct mai mare a filtratului;

- umiditatea precipitatului s fie sczut;


14/63

- productivitatea ct mai mare a filtrului;

- regenerarea ct mai uoar i rapid a materialului filtrant.

Din punct de vedere al mecanismului de reinere a particulelor solide, filtrarea

poate fi:

a) superficial (la suprafaa filtrului) ex: filtrarea apei prin pietri

b) de profunzime (de adncime) n cazul adsorbiei.

11.2. Schema simplificat a filtrrii

Fazele operaiei de filtrare sunt:

1) Iniierea filtrriin care materialul filtrant reine particulele solide iar filtratul

fluid se supune unei noi filtrri.

2) Filtrarea propriu zis prin care se rein toate particulele solide, chiar i cele

mici.3) Splarea precipitatului.

4) Zvntarea (uscarea) precipitatului.

5) regenerarea suprafeei filtrante.

n figura 11.1 este reprezentat un filtru

care funcioneaz la presiune hidrostatic i

care are urmtoarele componente: 1-

conduct de alimentare; 2- corpul superioral filtrului; 3- strat de precipitat de nlime

h1; 4- filtru; 5- corpul inferior tronconic al

filtrului prin care curge filtratul; 6- conduct

de creare a depresiunii(n cazul filtrelor cu

funcionare sub depresiune).

Materialele filtrante din care se

execut filtrul sunt:

- table perforate cu = 1,5...3 mm; de

regul acestea sunt destinate ca suport de

rezisten pentru precipitat, acesta fiind

lipsit de rezisten mecanic; - mpletituri

metalice; -esturi textile; -hrtia de filtru;

h1

h2

p

6

Fig.11.1 Schema simplificat a filtrrii


15/63

-straturi granulare (nisip); -crbune activ; -gel de silice; -materiale fibroase: celuloz,

azbest.

11.3. Factorii referitori la condiiile de realizare a filtrrii

Diferena de presiune realizat ntre cele dou fee ale stratului poros s fie ct

mai uniform, iar la nceputul filtrrii s fie mic i s creasc odat cu

naintarea filtrrii. Este necesar i o repartizare uniforma a presiunii pe ntreaga

suprafa a filtrului;

Viteza de filtrare este exprimat prin raportul dintre volumul de filtrat, aria de

filtrare i durata operaiei:f

ff dA

dVdw

= . Viteza de filtrare este influenat i

de vscozitate; Temperatura amestecului poate avea influene favorabile atunci cnd produce

coagularea unor substane care ar ngreuna filtrarea, sau influene nefavorabile

cnd duce la umflarea materialului filtrant sau la solubilizarea unor particule

solide din amestec pe care vrem s le eliminm.

11.4. Teoria filtrrii

Filtrarea prin stratul de precipitat:

Filtrarea este o curgere de lichid printr-un strat granular. Se constatn timp o

cretere a grosimii stratului i a rezistenei hidraulice .

11.4.1. Ecuaia general a filtrrii prin stratul de precipitat este:

[ ]smR

p

d

dV 3=

;

(11.1)

unde: dV/d reprezint debitul volumic de filtrat (m3/s); R=

A

lr - este rezistena

hidraulic a stratului de precipitat la momentul (se exprimn kg/m4s), r- rezitena

hidraulic specific stratului de precipitat (m-2), vscozitatea dinamic a lichidului

(Pas),A-aria suprafeei filtrului (m2);p - reprezint pierderea de presiunen stratul de

precipitat (Pa).


16/63

12.4.2. Ecuaia diferenial a filtrrii prin stratul de precipitat este:

pentru p=constantVxr

pA

d

dV

=

12

;

(11.2)

Prin integrarea relaiei de mai sus obinem: ( ) ( )xr pkkxr pAV ===

112

;

pentrud

dV=constant: ( )

= 12 pkA

V i

xrk

=

12 .

12.4.3.Filtrarea prin strat de precipitati prin filtru:

( )[ ]sm

VVxr

pA

d

dV t 312

'+

=

;

(11.3)'pppt +=

p diferena de presiune necesar pentru trecerea filtratului prin stratul suport

p - diferena de presiune necesar pentru trecerea filtratului prin stratul de precipitat. pentru pt=constant se ajunge la ecuaia lui Ruth:

VbVa += 2 ;(11.4)

n relaia 11.4 coeficienii sunt:( )

=122 tpA

xra ; 22 A

xrVab

==

. Prin derivare se

va ajunge la ecuaia bVad

dV+= 2

care reprezint ecuaia unei drepte cu coeficienii

unghiulari 2a i b.

pentrud

dV =constant va rezulta:

( ) ( )[ ]

= 112

2 'ppxr

AV t ;

(11.5)Notaiile utilizare n relaiile 11.211.5 sunt: p - pierderea de presiunen stratul de

precipitat; - reprezint porozitatea precipitatului; suprafaa specific a

granulelor; vscozitatea dinamic [Pa/s]; l grosimea stratului de precipitat [m];A

aria filtrului [m2],

r rezistena hidraulic specific a stratului [m],A

xVr= unde Veste volumul, x este

fracia volumic de faz solidn suspensie iarA este aria.

12.4.4. Splarea precipitatului:

Se face cu ap al crei debit este:


17/63

baVd

dVQ

fs +

== = 21

)(1

[m3/s],

(11.6)

unde Vf volumul de filtrat la sfritul filtrrii, a,b coeficienii utilizai i la relaia 11.4.

n cazul n care splarea se face cu un alt lichid dect cel care formeaz faza lichid

a suspensiei sau la alt temperatur, debitul lichidului de splare se calculeaz cu

urmtoarea relaie:

baVQ

fs

fs +

=2

1

[m3/s].

(11.7)

11.5. Filtre cu funcionare la presiune hidrostatic

n industria alimentar se folosesc urmtoarele tipuri de filtre ce funcioneaz la

presiune hidrostatic: filtrul pentru filtrarea laptelui, cazanul de filtrare n industria berii,

filtrul cu nisip pentru ap prezentate n figurile 11.2...11.4.

Fig. 11.2 Filtrul pentru filtrareatelui: 1- intrare lapte; 2- capaculrului; 3- corpul filtrului; 4- sit dinon; 5- conduct de lapte filtrat.

Fig. 11.3 Cazanul de filtrare din industriaberii: 1- cazan de filtrare; 2 - sit; 3-conduct de ieire a filtratului; 4-amestector cu cuite; 5- angrenaj melc-roat melcat; 6- conduct de alimentare cuplmad; 7-conduct de ieire a filtratului;8- conduct ap splare; 9- vas golire.

Fig.11.4 Filtrul cu nisip pentru ap: 1-corpfiltru; 2-plnie pentru apa de splare; 3-suport perforat; 4- strat granular (nisip); 5-plnie tronconic pentru realizarea presiuniicu aer comprimat; 6- ap de splare; 7-evacuare ap filtrat;8- conduct de aerisire.


18/63

11.6. Filtre cu funcionare discontinu

Cele mai folosite n subramurile industriei alimentare sunt filtrele cu plci, filtre

sterilizante, filtre cu saci:

11.6.1Filtrul pres cu placiare ca elemente filtrante o serie de plci aezate una

lng alta (fig.11.5). Placa are un orificiu central de alimentare, o margine cadru cu

suprafaa neted pentru a se asigura strngerea etan, o suprafa n interiorul cadrului

neted, prevzut cu striuri care uureaz scurgerea filtratului, iar la partea inferioar unul

sau dou canale de colectarea a filtratului. La extremiti se gsesc plci de capt i un

dispozitiv de strngere i etanare.

Dup poziia i forma canalului de evacuare a filtrului se deosebesc dou tipuri de

filtre-pres cu plci:

- cu evacuarea printr-un racord cu robinet care se poate nchide sau deschide i

filtratul curge ntr-un canal deschis (filtrul deschis);

- cu canal interior de evacuare, etan, comun pentru toate plcile (filtrul cu

evacuare nchis).

Primul tip este frecvent folosit n industria alimentar, dei evacuarea deschis se

consider dezavantajoas pentru filtrarea lichidelor calde, putnd degaja vapori i miros.

El prezint avantajul controlului filtrrii la fiecare plac i chiar al separrii unei placi

dac se observ c la ea apare lichidul tulbure.

Suspensia supus filtrrii este pompat n camerele filtrului pres ntre pnzele

filtrante. Precipitatul rmne ntre pnze, lichidul trece prin porii pnzei ntre pnz i

plac, este colectat la partea inferioar i printr-un racord iese de la fiecare plac ncanalul colector. Operaia de filtrare se continu pn cnd viteza de filtrare devine

neeconomic sau pn la umplerea camerelor cu precipitat. Dup filtrare se realizeaz n

unele cazuri splarea precipitatului cu ap care circul n acelai sens cu filtratul.

Evacuarea precipitatului se realizeaz prin deprtarea plcilor i desprinderea

manual a precipitatului de pe pnze. Pnzele se cur, se spal, sunt uscate i refolosite.

Fig.11.5. Filtre pres cu plci i rame cuci:1- cadru metalic; 2- grinzi; 3 umeri de

rijin rame; 4 intrarea zemii filtrat; 5 trare ap splare; 6- urub strngere; 7-

heab colector zeam filtrat i ap delare; 8,9- vane pentru trecerea zemiispectiv a apei de splare.

1- brae de sprijin; 2-grinzi cadruetalic; 3- intrare zeam tulbure; 4- ieiretrat.

b)

a)


19/63

11.6.2. Filtrele sterilizante (fig.11.6)

Filtrul sterilizant cu plci are un singur tip de plci curente 1 care nu sunt simetrice

astfel c se aeaz alternant, una rsturnat fa de cealalt. Placa, dei sub aspect de

suprafa filtrant este n mod normal ptrat, are o form special adic prezint o partengroat construit special ca s se poat mbina alternant n care este prevzut un

orificiu care poate constitui un canal de alimentare sau de evacuare. Pe faa plcii sunt

prevzute orificii 3 care comunic cu canalul colector. Pentru etanare se introduc

garnituri de etanare 4 n poriunea canalului. Filtrarea se realizeaz prin membrane

filtrante 2, obtinute prin presarea materialului fibros, care sunt fixate n spaiul liber

dintre plci, etanndu-l pe contur prin strngerea plcilor.

Lichidul din canalul de alimentare ptrunde n spaiul dintre plci prin orificiile 3,

traverseaz porii membranelor i trece la evacuare. Filtrarea se face fr splarea

precipitatului. La terminarea operaiei, plcile se cur, membranele se spal i se fierb

pentru sterilizare, dupa care se refolosesc.

11.6.3. Filtrul Sweetland(fig.11.7)

Elementul filtrant 4 este n form de disc pe care este ntins pnza filtrant.

Discurile filtrante sunt construite din piese circulare din tabl ondulat, marginea discului

avnd o garnitur inelar cu seciunea n form de U care protejeaz pnza filtrant.

Fiecare element este legat prin ajutajul 5 i conducta transversal 7de canalul colector6

destinat evacurii filtratului. Elementele filtrante sunt montate unul lng altul n

interiorul unei carcase formate din doi semicilindrii 1 i 2. Semicilindrul superior1 este

fixat rigid pe doi supori, iar cel inferior 2 este rabatabil. Buloanele 3 se strng

concomitent prin intermediul unui ax excentric, iar etanarea este asigurat de o garnitur

din cauciuc.

Pentru filtrare, soluia este pompat i distribuit uniform la partea inferioar a

carcasei pe toat lungimea aparatului prin intermediul unei plci de distribuie 9. Dincarcas filtratul trece prin pnz, prin ajutajul elementului i se elimin n canalul

colector. Splarea se poate face n acelai sens cu filtrarea. Precipitatul se ndeprteaz

prin deschiderea carcasei i insuflarea de aer comprimat sau abur n sens invers filtrrii,

sau cu jet de ap. Presiunea de abur maxim este de (34)x104 Pa, iar grosimea maxim

a precipitatului 50 mm.

Fig.11.6 Filtru sterilizant cu pl

F

i

g

.1

2

.

7

.

F

i

l

t

r

u

l

S

w

e

e

tl

Fig

.11.

7

Filt

ru

Sw

eetl

and


20/63

11.6.4. Filtrul cu saci Seit-Komet(fig 11.8)

Este un vas cilindric din oel inoxidabil 1 n interiorul cruia se gsesc elementele

filtrante sub form de site tubulare tronconice 2, dispuse pe cercuri concentrice.

Elementele filtrante sunt din plasa de alama, fiind liber atrnate de placa de susinere 3.

Alimentarea se face la partea inferioar a cilindrului, lichidul fiind mpins cu presiune

prin sacul filtrant si ajunge la partea superioar prin supapele 5.

Aceste filtre se utilizeaz la filtrarea vinului n care se adaug 0,1% diatonita din

cauza coninutului redus n suspensie. Dupa colmatare se procedeaz la splarea filtrului.

La filtrare presiunea se admite de 106 Pa, iar viteza de filtrare este 3m3/m2h.

11.7. Filtre cu funcionare continu

11.7.1. Filtrul Gaudfrin (fig.11.9)

Elementele componente sunt: 1- elemente filtrante (plci mbrcate cu pnz) care

pivoteaz n coloana filtrant 2. Mobilitatea plcilor n raport cu placa colectoare 3 se

realizeaz printr-o conduct de legatura flexibil 4. Ciclul filtrrii este comandat prin capul

de distributie fix 5 i corespunde unei rotaii complete n filtru. La partea inferioar

racloarele 7mping nmolul spre agitatorul 6unde este amestecat cu zeam tulbure. Cu

ajutorul camei 8 se realizeaz o scuturare a plcii care desprinde nmolul. Elementele

filtrante sunt cadre dreptunghiulare cu latura mare pe vertical, dispuse radial n jurul

unui ax central, mbrcate n pnz filtrant, avnd posibilitatea de a se roti n jurul axului

central de fixare.

Fiecare element este legat la un cap de distribuie montat n interiorul filtrului i

care asigur trei trepte de diferen de presiune, crescnd n sensul de rotaie pentru

filtru i o treapt de desprindere a precipitatului i de splare a pnzei cu un curent de

zeam limpede n sens invers filtrrii. Elementele fac o rotaie complet n decurs de 30

de minute pn la cteva ore. Interiorul aparatului este compartimentat prin perei

verticali. Pentru a-i depi, cadrele se deplaseaz pe vertical dup care revin n poziia

iniial.

11.7.2. Filtrul celular rotativ (fig.11.10)

Fig.12.8 Filtrul cu saci Seit-Komet

n

d

l

Fig.11.9. Filtru Gaudfrin


21/63

Elementele componente sunt: 1 tambur; 2 cuv cu soluia de filtrat; 3 - agitator;

4 - celul; 5 - ax; 6 - duz; 7 rzuitor; 8 - ieire filtrat respectiv ap de splare; 9

intrare ap splare respectiv aer comprimat.

Cuva (compartimentat n mai multe celule) se introduce n soluia de filtrate. Dinfiecare celul a filtrului pleac cte o conduct care este n legatur cu un cap de

distribuie.

La micarea de rotire a tamburului, celulele situate la partea inferioar se vor

umple cu lichid care este preluat de conducte. Umiditatea precipitatului depus pe

suprafaa exterioar a filtrului este micorat n celulele care au ieit din zona de contact

cu soluia prin depresiunea creat n interiorul celulelor. Ulterior, precipitatul se spal

prin stropire cu ap n partea superioar, celulele fiind sub depresiune pn cnd acesta

i micoreaz umiditatea. Slbirea aderenei precipitatului se face prin suflare cu aer sub

presiune prin celule iar desprinderea lui i evacuarea o realizeaz un cuit rzuitor.

Regenerarea suprafeei filtrante (a porilor) se face prin suflare cu aer n poriunea dintre

rzuitor i pn la intrarea din nou n soluie.

13. EVAPORAREA

13.1 Generaliti. Evaporarea simpl

n cadrul proceselor tehnologice din industria alimentar se ntlnesc adeseori

cazuri cnd se impune concentrarea soluiilor sau a suspensiilor. Una din metodele de

cretere a concentraiei este evaporarea.

Fig. 11.10 Filtru celular rotativ


22/63


23/63

Pentru realizarea schimbului de cldur n concentrare este necesar s se realizeze o

diferen de temperatur ntre temperatura aburului de nclzire i temperatura de fierbere

a soluiei. La instalaiile de evaporare cu simplu efect, diferena de temperatur care se

poate realiza este mai mare. La instalaiile de evaporare cu efect multiplu, diferena de

temperatur care se realizeaz in fiecare corp se reduce cu att mai mult cu ct numrul

de efecte este mai mare.

Dup modul cum se folosete aburul primar i cel secundar ca ageni de nclzire,

se deosebesc 3 tipuri de sisteme de evaporare: evaporarea simpl (cu simplu efect),

evaporarea cu mai multe efecte (cel puin dou) i evaporarea cu pomp de cldur (cu

recomprimarea vaporilor).

n evaporarea cu simplu efect, cldura cedat de vaporii de nclzire se utilizeaz o

singur data, vaporii secundari fiind trecui la un condensator sau eliminai n atmosfer.

Operaia se face n aparate de tip nchis sau deschis, nclzite cu manta sau n

evaporatoare cu fascicul tubular.

13.2. Evaporarea multipl (cu mai multe efecte)

Vaporii secundari rezultai dintr-un evaporator pot fi utilizai ca ageni de nclzire

la un alt evaporator, cu condiia ca temperatura de fierbere a soluiei din al doilea

evaporator s fie mai mic dect temperatura vaporilor ce rezult din primul.

Principiul folosirii aburului secundar ca agent de nclzire se poate extinde i la un

numr mai mare de corpuri. n practic se ntlnesc cazuri de folosire a pn la 10

corpuri, dar cel mai utilizat este pn la 3...4 corpuri de evaporator.

O staie la care din numrul Nde evaporatoare numai primul folosete abur primar

la nclzire, se numete staie de evaporare cu efect multiplu, iar evaporarea se numeste

evaporare multipl.

Exist 4 posibiliti de aranjare, respectiv de funcionare a staiilor de evaporare cu

efect multiplu: n echicurent, n contracurent, cu alimentare separat a evaporatoarelor cu

soluie diluat i n curent mixt.


24/63

n figura 13.2 sunt urmtoarele elemente: 1-vas de alimentare; 2,19 pompe; 3-

prenclzitor; 4- alimentare cu soluie diluat; 5- intrare abur viu; 6- ieire abur secundar

1; 7- intrare soluie concentrat 1n C2; 8- ieire condens; 9- gaze necondensabile; 10-

ieire abur secundar din C3; 11- condensator cu coloan barometric; 12-intrare ap de

rcire; 13-condens; 14-colector condens i ap; 15-gaze necondensabile; 16-vas

separator; 17-pomp vacuum; 18-ieire soluie concentraie final; 20-colector soluie

concentrat.

Fig.13.2. Staie de evaporare cu 3 evaporatoare n echicurent

Fig. 13.4. Staie de evaporare cu alimentareseparat a corpurilor de evaporare

Fig.13.3. Staie de evaporare cu 3evaporatoare n contracurent


25/63


26/63

n care:Mpi-debitul de mas al produsului iniial [Kg/s];Mpf-debitul de mas al produsului

final [Kg/s]; Mv-debitul de mas al vaporilor secundari [Kg/s].

Dac se exprim concentraia produsului final in substan uscat cu SU f(%) iar al

produsului iniial cu SUi(%), ecuaia de bilan se exprim prin relaia:SUiMpi=SUfMpf,

(13.2)

de unde se exprimpf

piif M

MSUSU = . nlocuind n relaia (13.1) va rezulta:

=

f

ipiv

SU

SUMM 1 ;

(13.3)13.4.2. Bilanul caloric: se ntocmete pentru a determina consumul de abur

primar (de nclzire).Dac se neglijeaz schimbul de cldur cu mediul ambiant, se poate

exprima:

Q1+Q2=Q3+Q4+Q5+Q6;

(13.4)

n care: Q1-cldura introdus cu aburul de nclzire (primar); Q2-cldura introdus cu

masa soluiei diluate (Mpi); Q3-cldura ieit cu masa condensatului; Q4-cldura ieit cu

soluia concentrat; Q5-cldura ieit cu masa vaporilor secundari rezultai prin

evaporare; Q6-cldura pierdut prin pereii aparatului.

Dac: Q1=Mvi ivi; Q2 = Mpi cpi Tpi; Q3 = Mvi ic; Q4 = Mpf cpf Tc; Q5 = Mpf ivs

iarQ6 se neglijeaz pentru simplificarea ecuaiei (13.4), atunci:

Mvi ivi+ Mpi cpi Tpi= Mvi ic + Mpf cpf Tc + Mpf ivs

(13.5)

n care: Mvi debitul de mas a vaporilor de nclzire [Kg/s]; i vi entalpia aburului de

nclzire [KJ/Kg]; ic entalpia condensului [KJ/Kg]; ivs entalpia vaporilor secundari

[KJ/Kg]; cpi cldura specific a soluiei diluate [KJ/Kg K];cpf cldura specific a

soluiei concentrate [KJ/Kg K]. Astfel rezult:


27/63

cvi

vsvspipipivspfpi

ii

iMTcMiMM

+=

(13.6)

13.4.3. Bilanul de materiale este dat de relaia urmtoare:

Mpi= Mpf+ Mv ;

(13.7)

n care: Sui Mpi = Suf Mpf ipf

pi

uiuf M

MSS = iar

=

uf

uipiv

S

SMM 1 .

13.4.4. Bilanul termic se calculeaz cu relaia (asemntoare cu relaia 13.4):

Q1+ Q2 = Q3+ Q4+Q5+Q6 = Mvs

(13.8)

n care -coeficient de evaporare. Obinuit, n astfel de aparate, consumul de aburi pentru

nclzire este de

1,051,2 Kg abur/Kg ap evaporat.

13.4.5.Dimensionarea evaporatorului la evaporarea simpl

Ca dimensiuni principale se consider nlimea i diametrul evaporatorului

admind forma cilindric a aparatului.

nlimea evaporatorului se compune din suma nlimilor dintre camera de

nclzire i a spaiului sau camerei de fierbere. Ambele nlimi se adopt n limitele de

variaie rezultate din practic. Astfel, pentru camera de nclzire, nlimea variaz de la

0,81,4 m. La camera de fierbere, nlimea depinde de proprietile soluiei, nlimi

mai reduse se aleg n cazul soluiilor care nu spumeaz, nlimea camerei de fierbere (de

degajare a vaporilor) fiind de 23 ori mai mare dect a camerei de nclzire. n medie,

limitele de variaie pentru nlimea camerei de fiebere sunt cuprinse ntre 13 m.

Diametrul evaporatorului este funcie de numrul de evi n ce rezult din suprafaade transfer de cldur A:

A = d n l [m2].

(13.9)


28/63

Din relaia (13.9) se exprim:ld

An

=

n care: n-numrul de tuburi (evi) a camerei de

nclzire; l-lungimea evilor [m]; d-diametrul evilor. Obinuit diametrul D al

evaporatorului se stabilete prin aranjarea grafic a evilor, avnd n vedere locul ocupat

de tubul central al circulaiei.

Suprafaa de schimb de cldur este data de relaia:

Qabur primar= K A Tutil

(13.10)

n care Tutil= Tabur- Tfierbere.

Coeficientul global de transfer K se calculeaz cu relaia dat de transferul de

cldur complex ntre dou fluide separate de un perete solid plan:

21

12

1

1

++

=

i

i

K

(13.11)

n care: 1-coeficientul parial de transfer de cldur abur-perete; 2-coeficientul parial de

transfer de cldur perete-soluie; i, i -grosimea respectiv conductivitatea termic a

straturilor ce formeaz peretele de transfer.Aria de transfer de cldur se calculeaz cu relaia:

util

abur

TK

QA

= .

(13.12)

13.5. Clasificarea i descrierea principalelor aparate de evaporare

Clasificarea evaporatoarelor se poate face dup mai multe criterii:

o dup poziia lor: orizontale, nclinate i verticale;

o dup modul de funcionare: periodice i continue;


29/63

o dup forma suprafeei de nclzire: cu manta; cu serpentin; cu evi drepte,scurte

sau lungi; la care circulaia soluiei poate fi natural, forat sau sub form de film

i evaporatoare cu plci plane sau ondulate;

o

dup modul de nclzire: cu camer de nclzire interioar i cu camer denclzire exterioar.

Indiferent de tipul de construcie, aparatele pot funciona ca instalaii cu simpu

efect, cu dublu efect, cu multiplu efect sau cu pomp de cldur.

13.5.1. Evaporatoare cu camer de nclzire interioar.

n aceast categorie de aparate se ncadreaz evaporatoarele de construcie mai

veche cu camer de nclzire orizontal multitubular, evaporatoare cu camer de

nclzire vertical, fix sau suspendat, tot multitubular i evaporatoarele cu camere de

nclzire din inele concentrice fixe sau n micare de rotaie.

Fig.13.6 Evaporatorul vertical cu camerde nclzire interioar:1-corp; 2-camerde nclzire cu inele concentrice;3-prinztor de picturi; 4- amestector; 5-grup de acionare

motor- reductor;


30/63

13.5.2. Evaporatoare cu camer de nclzire exterioar

Sunt prezentate n figura 13.7 i din punct de vedere constructive pot fi cu circulaie

natural i cu circulaie forat.

Componentele evaporatoarelor prezentate n figura 13.7 sunt urmtoarele:

) )Fig.13.7 Evaporatoare cu camer de nclzire exterioar) cu circulaie

natural) cu circulaie forat


31/63

) 1 camer de nclzire multitubular, 2- vasul de detent, 3- intrare tangenial 4-

ieire soluie concentrat, 5- prinztor de picturi;

) 1camer de nclzire multitubular, 2- vasul de detent, 3- pomp, 4- deflector, 5-

prinztor de picturi.

13.5.3. Evaporator cu flux expandat AlfaLaval

Elementele evaporatorului prezentat n figura 13.8 sunt urmtoarele:

1- elemente tronconice pentru schimb de cldur;

2- carcas;

3 alimentare cu soluie iniial;

4- alimentare cu abur;

5- soluie concentrat ieire

6- ieire abur secundar;

7 condensat.

13.5.4. Evaporator (cu concentrare n pelicul) cu film descendent realizat

mecanicSe utilizeaz la concentrarea lichidelor vscoase. Pelicula se formeaz pe cale

mecanic prin intermediul unui dispozitiv n micare de rotaie la suprafaa interioar a

unei suprafee de nclzire (manta) cilindrice. Aparatele utilizitate sunt de tipul: Luwa,

3

6

Fig.13.8. Evaporator cu flux expandat AlfaLaval

abur

alimentare

Fig.13.9 Evaporator (cu concentrarepelicul)cu film descendent realizat mec


32/63

Rotavak, Sambay. Elementele componente ale

aparatului din figura 13.9 sunt:

1 corp de nclzire cu dou mantale; 2- rotor; 3- separator lichid-vapori; 4- grup de

acionare rotor;

13.6. Crioconcentrarea

Const n concentrarea unor soluii prin nghearea unei pri din apa coninut i

eliminarea cristalelor de ghea formate. Temperatura la care se efectueaz operaia

depinde de natura i concentraia substanei dizolvate.

Dependena dintre temperatura de rcire pn la apariia cristalelor de ghea i

concentraia unor soluii de produse alimentare este redat n tabele sau grafice. Practic

nu se pot separa cristale pure de ghea, datorit aderenei a 5% din soluie ca urmare a

forelor capilare.

Separarea cristalelor de ghea se face prin centrifugare n separatoare centrifugale

cu tambur perforat (cu funcionare continu sau discontinu cu n=3000 rot/min), presare

n prese hidraulice sau cu coloane de splare prin separarea soluiei concentrate de masa

de cristale prin operaia de sedimentare i filtrare urmat de splarea n contracurent, cu

ap. Concentratul mpreun cu cristalele de ghea se introduc sub presiune n partea

superioar a instalaiei de tip coloan vertical.

Cristalele de ghea reinute de filtru, cad partea inferioar a coloanei,

aglomerndu-se sub form de mas compact. Aproape de fundul coloanei se gsete o

serpentin cu agent de nclzire, care topete gheaa, apa rezultat fiind evaporat. Prin

nchiderea ventilului de la aceast conduct i cu ajutorul pompei se poate realiza

splarea cristalelor n contracurent, cu apa rezultat din topirea gheii.

Pentru separarea 1 Kg de ap prin crioconcentrare se consum teoretic o cantitate

de frig de cca. 100 Kcal la temperatur de 15C cu 0,1 [KWh].Avantajele crioconcentrrii fa de evaporare constau n meninerea aromelor i a

coninutului de vitamine, temperatura sczut i lipsa contactului cu aerul mpiedic

reaciile chimice i biochimice.


33/63

14. CONDENSAREA VAPORILOR.CONDENSATOARE

14.1.Noiuni generale

Numeroase procese tehnologice care includ operaii de distilare, uscare, nclzire,

evaporare etc. implic i condensarea vaporilor rezultati n timpul lucrului.

Prin condensare se nelege trecerea vaporilor n stare lichid n condiii de

temperatur i presiune constant.

Scopul operaiei de condensare poate fi:

-ndeprtarea vaporilor din instalatia unde s-au produs;

-recuperarea vaporilor preioi n stare lichid ;

-meninerea unei depresiuni n instalaie cnd condensarea este nsoit de

elimnarea gazelor necondensabile cu ajutorul pompelor de vid.

n procesul de condensare trebuie preluat cldura latent de vaporizare i uneori o

parte din cldura condensatului. n industria alimentar de regul agentul de preluare alcldurii utilizat este apa sau n cazul condensrii la temperaturi sczute pot fi utilizai i

ali ageni de schimb de cldur cum ar fi aerul etc.

Aparatele n care se realizeaz condensarea se numesc condensatoare. Acestea se

pot grupa dup modul cum decurge condensarea n: condensatoare indirecte (de

suprafa) i condensatoare directe (de amestec).

n condensatoarele de suprafa transferul de cldur i condensarea se realizeaz

n aparatele de tipul schimbtoarelor de cldur, utilizate n special n cazul cnd seurmrete recuperarea materialului obinut prin condensare.

n condensatoarele de amestec vaporii care trebuie condensai se amestec cu

agentul care trebuie s preia cldura. Procedeul este utilizat atunci cnd vaporii care

trebuie condensai, neprezentnd valoare industrial, urmeaz s fie separai i eliminai.


34/63

De regul acestea sunt produse nemiscibile n ap i separarea se realizeaz prin

decantare lichid-lichid.

n operaia de condensare sunt ntlnite dou cazuri: vaporii care trebuiesc

condensai sunt formai dintr-un singur component sau din mai muli componeni. n

primul caz condensarea la o anumit presiune se realizeaz la temperatura de fierbere

(constant) urmnd rcirea condensului. n cazul mai multor componeni, condensarea

poate fi parial, operaia fiind aplicat la aparatele de distilare i rectificare din industria

spirtului sau condensare total, cnd se urmrete obinerea unui condensat de aceeai

compoziie cu vaporii din care a provenit.

14.2. Condensatoare de suprafa. Calculul termic. Tipuri constructive

Aceste condensatoare fac parte din schimbtoarele de cldur de tipul

recuperatoarelor. Se consider c vaporii sunt saturai iar condensul nu se subrcete. nacest caz se cedeaz numai cldura latent de condensare ntr-un regim la temperatur i

presiune constant (izoterm-izobar). Neglijnd pierderile de cldur spre exterior, bilanul

termic Q se exprim cu relaia:

( ) ( )12 TTcMiiM aacvv = ;

(14.1)

n care: Mv-masa vaporilor condensai [Kg]; iv-entalpia vaporilor saturai [J/Kg]; ic-

entalpia condensului [J/Kg];Ma-masa apei(agentului) de racire [Kg]; ca-cldura specifica apei [J/Kggrd]; T1-temperatura agentului de rcire la intrare [C]; T2-temperatura

agentului de racire la ieire [C].

Dac exprimm factorul de rcire kr prin raportul:v

ar M

Mk = , nclzirea agentului

de rcire la ieirea din aparat va fi dat de relaia:ar

cv

ck

iiTTT

== 12 .

Se observ c diferena de temperatur T depinde pe de o parte de debitul de agent

de rcire aM i de temperatura cea mai sczut pe care poate s o aib agentul de rcire

T1. n general se vor alege kr=5075, viteza optim pentru ap 12,5 m/s. Elementele

de calcul sunt similare cu cele de la schimbtoarele de cldur recuperatoare.

Condensatoarele de suprafa pot fi tubulare verticale sau orizontale cu una sau mai

multe treceri pentru mediul de rcire, cu evi cu aripioare sau cu serpentine.


35/63

Condensatoarele verticale tubulare au lungimea evilor limitat de formarea unui film de

condens de grosime mare spre partea inferioar a schimbtorului, care diminueaz

schimbul de cldur. Un mijloc de a remedia acest inconvenient este de a monta pe evile

verticale, la distane de 100...200 mm dispozitive care au rolul s ndeprteze pelicula.

.Diametrul exterior al acestor dispozitive trebuie s fie suficient de mare pentru ca

lichidul s curg de pe ele n picturi.

14.3. Condensatoare de amestec. Tipuri constructive. Calculul de

dimensionare

Condensatoarele de amestec sunt aparate utilizate la condensarea vaporilor unor

lichide care nu se recupereaz (nevaloroase). Se caracterizeaz prin debit mare de

condensare i construcie relativ simpl. Sunt aparate anexe ale instalaiilor de evaporare.

Dup direcia de micare a vaporilor i a apei condensatoarele de amestec pot fi cu

funcionare n echicurent sau n contracurent. Dup modul n care lucreaz se ntlnesc:

- condensatoare umede, n care apa, condensatul i gazele necondensabile se

evacueaz mpreun, cu ajutorul unei pompe de vid umede.

- condensatoare uscate, n care condensatul i apa se scurg printr-o conduct la

partea inferioar a condensatorului, iar gazele se evacueaz pe la partea superioar prin

intermediul unei pompe de vid pentru gaze.Dup modul de evacuare al apei de rcire-condensat, se ntlnesc 2 sisteme (fig.

14.2):

cu coloan barometric sau de nivel ridicat;

condensatoare de amestec cu nivel sczut.

Fig.14.2 Condensatoare de amesteca) cu coloan barometric b) de nivel sc

Fig. 14.1 Condensatoare de suprafa a)cu evi verticale, b)cu evi orizontalec) cu tevi cu aripioare, d)tip eav n eav


36/63

14.3.1. Condensatoare de amestec cu coloan barometric

Vaporii intr n corpul condensatorului 1 pe la partea inferioar prin racordul 5,

iar apa pe la partea superioar prin racordul 6. Aerul este eliminat prin conducta 7 i se

separ de picturile de ap care se scurg printr-o coloan barometric 2. Aerul uscat seevacueaz cu o pomp de vid. Lichidul format din apa de rcire i vaporii condensai este

evacuat prin coloana barometric n bazinul de colectare 3.

Bilanul termic al unui condensator de amestec se poate scrie:

( ) lmvmavmvama iMMiMiM +=+ ;

(14.2)

n care:Mma-debitul de ap de rcire; Mmv-debitul de vapori care condenseaz; ia-entalpia

apei de rcire; iv-entalpia vaporilor care condenseaz; il-entalpia amesteculuilichid condens i ap;

Relaia (14.2) se mai poate exprima i n funcie de temperatura apei (ti) i la ieire

(tf):

( ) fmamvvmvima tcMMiMtcM +=+ ;

(14.3)

n care c- cldura specific a [J/Kggrd], de unde se poate exprima debitul de ap de

rcire:

( )if

fv

mvmattc

tciMM

=

(14.4)

Calculul de dimensionare al condensatorului:

diametrul condensatorului se determin cu relaia:

v

MD

m

mv

c

=

4[m],

(14.5)

n care:Dc- diametrul condensatorului [m];Mmv- debitul de vapori de condensat[Kg/s];m-

densitatea vaporilor [Kg/m3]; v- viteza vaporilor n seciunea liber a coloanei [m/s] (se

recomand v= 3555 m/s

ca s nu antreneze picturile de ap).


37/63


38/63

v

g

aer

g

vpp

p

T

TMM

= 0

0,

(14.10)

n care:p0= 760 mm Hg;p- presiunea nominal la saturaie a vaporilor de ap la Tg; T0=

273,15C;aer -densitatea aerului [Kg/m3]; Tg- temperatura gazelor la ieire (mai mare cu

5C ca temperatura apei de rcire la intrare).

14.3.2.Condensatorul umed cu nivel sczut (fig.14.2.b) se utilizeaz n cazul

cnd din motive de amplasare este imposibil amplasarea coloanei barometrice. Apa de

rcire mpreun cu condensul i cu gazele necondensabile sunt eliminate pe la partea

inferioar de o pomp. Circulaia vaporilor i a apei se face n echicurent.

19. PASTEURIZAREA I STERILIZAREA

19.1. Noiuni generale

Pasteurizarea i sterilizarea fac parte din operaiile cele mai importante pentru

industria laptelui i a conservelor.

Scopul pasteurizrii este distrugerea bacteriilor patogene i a formelor vegetative

ale microorganismelor din mediul tratat, iar sterilizrii distrugerea tuturor

microorganismelor forme vegetative i sporulate din acelai mediu.

n practica industrial este posibil a nu se putea distruge total microorganismele

folosindu-se noiunea de sterilizare industrial care admite ca produsele prelucrate prin

aceast metod s conin unele specii de spori viabili ce nu se dezvolt ns n condiiinormale de depozitare.

n procesele pasteurizrii i sterilizrii pe lng urmrirea aciunii de distrugere a

microorganismelor, trebuie s se urmreasc i meninerea valorii alimentare i a

structurii normale a produsului.


39/63

Principalul mijloc de distrugere a microorganismelor const n aciunea

temperaturii un anumit timp asupra produsului. Temperatura este ntotdeauna sub 100

[0C] pentru pasteurizare, dar depete aceast valoare pentru sterilizare.

n alegerea temperaturii si a duratei operaiei trebuie s se in seama i de faptul c

pentru meninerea calitii produselor nu se admite o nclzire ndelungat la temperatur

ridicat. Prin aciunea temperaturii se realizeaz practic i o operaie intermediar ntre

pasteurizarea i sterilizarea adic obinerea unor produse care au o durat mai mare de

pstrare dect cele pasteurizate. Aceast operaie se numete ultrapasteurizare sau

uperizare. Ea se realizeaz la temperaturi de peste 100 [0C] pentru un timp foarte scurt.

Pasteurizarea sau sterilizarea se poate realiza i prin alte metode dect cu ajutorul

tratamentului termic. Sursa de energie pentru pasteurizare poate fi: ap, abur radiaii

ultraviolete, ultrasunetele etc.19.2. Bazele procesului de pasteurizare

Procesul de distrugere a formelor vegetative ale microorganismelor pot avea loc:

Mentinnd produsul la temperatura t un timp numit " durat de

pasteurizare;

Prin aciunea temperaturii variabile ce se exercit asupra produsului ce se

deplaseaz continuu n pasteurizator.

n cazul cnd pasteurizarea nu este urmat de alte operaii tehnologice, ea nu poatefi considerat terminat dect dup rcirea produsului la o temperatur inferioar

temperaturii de dezvoltarea microorganismelor.

n urma cercetrilor s-a stabilit o relaie prin care se caracterizeaz regimul de

pasteurizare.

Ln = - t;

(19.1)

n care: - durata de pasteurizare [s], t temperatura de pasteurizare 0C, ,- coeficient

caracteristici calitii produsului. Pentru lapte = 36,84 respectiv = 0,48. Relaia de

mai sus presupune ns c produsul a fost adus instantaneu la temperatura de pasteurizare.

n realitate procesul ncepe n perioada de nclzire i continu n perioada de rcire pn

la temperatura limit inferioar. Aceast temperatur pentru lapte este de 600C, durata de

pasteurizare fiind 52 min.


40/63

Pentru aprecierea pasteurizrii efective s-a propus utilizarea unui indice

adimensional numit " Criteriul lui Pasteur" (Pa) care este dat prin relaia:

=aP ;

(19.2)

n care: Pa criteriul lui Pasteur, - timpul efectiv de aciune al cldurii [s], - timpul

suficient de aciune al cldurii [s];

Valorile lui se calculeaz din relaia indicat mai devreme, iar valorile lui

pentru perioada de nclzire i rcire se poate deduce din condiia de transmiterea cldurii

i circulaia fluidelor exprimat prin relaia.

Gct = AK(ta ti);

(19.3)n care: G debitul de produs n [kg/h], c- cldura specific a produsului [kcal/kg grad],

A suprafaa de nclzire [m2],K coeficient de transmitere de cldur [kcal/m2hgrad],

ta temperatura agentului cald [0C]; ti temperatura agentului rece [0C] ; t diferena

de temperatur cu care s-a nclzit produsul [oC].

19.3. Tipuri de pasteurizatoare

Pentru realizarea operaiei de pasteurizare sunt utilizate aparate n care se realizeaz

schimburi de cldur necesar.

Clasificarea pasteurizatoarelor se face dup urmtoarele criterii:

- dup forma produsului sunt:

aparate pentru pasteurizarea produselor n vrac;

aparate pentru pasteurizarea produselor ambalate;

- dup tipul constructiv: tubulare; cu plci; cu funcionare sub depresiune;

pasteurizatoare tip tunel pentru produse ambalate;

a)Pasteurizator cu plci: din punct de vedere constructiv sunt alctuite din zona de

schimb de cldur formate din o serie de plci presate, montate una lng alta, pentru

alctuirea unui tot unitar, n care se realizeaz schimbul de cldur specific fazelor din

procesul tehnologic al pasteurizrii. Pe cele dou fee ale plcii circul cele dou fluide,

ntre care are loc schimbul de cldur. Elementele componente ale pasteurizatorului sunt:

Fig.19.1 Pasteurizator cu placi pentru lapte


41/63

1 zona de rcire la 5 0C; 2 zona de rcire la 15 0C; 3 zona de prenclzire (recuperare

de cldur 2); 4 prenclzire (recuperare 1); 5 zona de pasturizare; 6 zona de

meninere.

b)Pasteurizatoare cu funcionare sub depresiuneTendina modern n construcia utilajelor pentru pasteurizare este realizarea

operaiei de schimb de cldur cu durat mic de aducere a produsului temperatura de

pasteurizare. Aceasta se poate realiza prin aducerea produsului n contact direct cu abur

saturat sau supranclzit i apoi prin realizarea depresiunii au loc fenomene de rcire i

autoevaporare. Elementele care alctuiesc instalaia sunt urmtoarele: 1- turn pentru

amestecarea smntn+abur la presiune; 2- turn cu detent 0,2 [daN/cm2]; 3- turn cu

detent 0,04 [daN/cm2]; 4- condensator barometric pentru realizarea depresiunii; 5-

pompa de vid.

Procesul trebuie condus astfel nct produsul final s aib compozitia iniial (fr

s apar fenomene de concentrare sau diluare). Fenomenul de detent, pe lng rcire i

autoevaporare n vederea aducerii la concentraia iniial, mai contribuie i la

desodorizarea produsului, deoarece odat cu vaporii produi se elimin i o bun parte

din substana odorant.

c)Pasteurizarea pentru produse ambalate

Pasteurizarea sub forma unui proces continuu al produselor ambalate n butelii sau

n ambalaje metalice, cu aducerea produsului la temperatura de depozitare se realizeaz

n instalaii de tip tunel. Deplasarea produsului se face pe o band fr sfrit. Sistemul de

nclzire respectiv de rcire depinde de natura ambalajului, fcndu-se prin stropire cu

ap cald sau cu condensare de abur pe ambalajele metalice la nclzire i stropire cu ap

de la reea pentru rcire. n cazul ambalajelor din sticl trebuie s se tin seama de

rezistena la ocul termic, admindu-se un salt termic de 25 0C ntre zone. n figura 19.3

se prezint o instalaie de tip tunel pentru pasteurizare.

20. UPERIZAREA

Uperizarea, prevede o injecie de vapori n curentul de lapte deja nclzit la

temperatura de pasteurizare, procedeu care, pe lng efectul de ridicare a temperaturii se

realizeaz i un efect ultrasonic, care contribuie la realizarea sterilizrii.

Fig.19.2 Schema instalaiei pentrupasteurizarea smntnii sub depresiune

Fig 19.3 Instalaie de tip tunel pentru pasteurizare: 1

band; 2 tunel; 3 tambur ;4 bazine colectoare; 5 pompe; 6-serpentin de nclzire ; I zon de nclzireII zon de pasteurizare ; III-IV-V zone de rcire


42/63

n fig.20.1 este prezentat schema instalaiei de uperizare ALPURA . Laptele supus

uperizrii se prenclzete n recuperatorul de cldur 1 la temperatura de 50 0C , dup

care intr ntr-un vas de dezaerare 2 pus n legtur cu condensatorul 4 i pompa de vid 5.

Datorit autoevaporrii ca efect al depresiunii avansate, se produce o rcire la 35 ...

400C laptele fiind pompat cu pompa 7 n recuperatorul 1 unde se va nclzi la 850C, i

prin intermediul altei pompe se ridic presiunea la cca. 7 atm., iar n vasul 8 se amestec

cu aburul purificat, aducndu-se laptele la cca. 150 0C. Dup aceast nclzire

instantanee, laptele va fi supus unei noi detente pn la presiunea atm. n vasul 9 i apoi

rcit n rcitorul 10. La noua detent are loc o nou autoevaporare, vaporii produi fiind

utilizati pentru prenclzirea laptelui n recuperatorul 1.

Instalaia realizeaz consum de cldur numai pentru operaiunea de uperizare

propriu zis.Prin cele dou evaporri se eliminin o cantitate echivalent de ap cu ceaintrodus n lapte prin condensarea aburului la uperizare.

21. STERILIZAREA


Operaia de sterilizare se poate realiza prin urmtoarele metode:

Sterilizarea cu aer cald (140 ... 200oC);

Sterilizarea cu vapori sub presiune 120 ... 140oC;

Sterilizarea prin nclziri repetate 70 ... 100oC;

Sterilizarea prin filtrare prin materiale poroase;

Sterilizarea prin utilizarea radiaiilor (ultraviolete, X, infrarou);

Sterilizarea prin utilizarea agenilor chimici: oxid de etilen, formaldehida

etc.;

Sterilizare prin preparare pe cale aseptic.

Distrugerea microorganismelor, ca un proces termic, n cazul sterilizrii produselor

alimentare, impune corecta luare n calcul a urmtoarelor trei relaii:

a) relaii temperatur timp;

b) evoluia temperaturii n produs;

c) influena aerului n cutiile de conserve.

Fig.20.1 Schema instalaiei deuperizare ALPURArecuperator de cldur; 2 vas pentru dezaerarrezervor;4- condensator;5- pomp de vid;6,7 pompe;8 uperizator;9 vas de detent;10 rci


43/63

a)La temperatur constant se constat c distrugerea este n funcie de numrul de

microorganisme omogene pe kilogram de produs. n regiunea temperaturilor letale,

ridicarea temperaturii poate diminua timpul necesar distrugerii microorganismelor i

sporilor.

Pe de alt parte, se pot afecta textura, gustul, culoarea produsului. Alegerea just a

relaiei temperatur timp este deci important n realizarea eficace a procesului de

sterilizare cu pstrarea nealterat a calitii produsului.

b) Evoluia temperaturii n produs n special la produsele ambalate n sticle sau

cutii de conserve depind de natura produselor buci tasate cu lichid n interspaii i de

dimensiunile (cutiei) ambalajului. Temperatura n centrul geometric al cutiei evolueaz

exponenial n funcie de timp.

c) Influena aerului din cutie, n procesul de sterilizare este defavorabil provocndmodificri calitative ale produsului, alterarea lui i coroziunea cutiei. n cazul produselor

ambalate n sticle cu nchidere rigid aerul poate provoca aruncarea capacului sau

spargerea recipientului, nct este necesar realizarea n aparatul de sterilizare a unei

suprapresiuni de echilibru.

21.2. Tipuri de sterilizatoare

Utilajele folosite la sterilizarea produselor ambalate pot fi grupate n:

A) sterilizatoare cu funcionare discontinu: autoclavele i rotoclavele;B) sterilizatoare de funcionare continu: sterilizatorul hidrostatic, sterilizatorul

rotativ.

A. Autoclavele realizeaz schimbul de cldur n interiorul aparatului prin

introducerea de abur cu ajutorul unui barbotor (fig. 21.1). Elementele componente sunt:1-corp cilindric; 2 fund sudat; 3 capac; 4 buloane; 5 garnitur de etanare; 6 inel

sudat; 7 contragreutate; 8 barbotor; 9 co produse ambalate; 10 balama; 11 bra;

12 plcu sudat; 13 inel interior; 14 supap de siguran; 15 ventil de aerisire;

16- manometru;

Fig.21.1 Autoclav vertical


44/63


45/63

Fig.21.4 Sterilizator rotativ: 1 transportor de alimentare recipieni; 2 valv dealimentare; 3 tambur (1) rotativ; 4 roat stelat; 5 valv de

trecere de la tamburul (1) la (2); 6 tambur de rcire (2); 7


46/63

21.3. Calculul Instalaiilor pentru pasteurizarea i sterilizarea produselor ambalate

21.3.1. Autoclave

Se urmresc dou aspecte: calculul productivitii autoclavei i stabilirea

necesarului de agent de nclzire i rcire din ecuaii de bilan termic ntocmite

pentru fiecare baz de lucru.

Produvtivitatea autoclavei:

a) orar: N1 =]/[ orbuc

n

,

(21.1)n care: n numrul de recipiente dintr-o autoclav; durata total a ciclului de

sterilizare; n = n1z, z = numrul courilor, n1= numrul recipienilor dintr-un co.

b) numrul de autoclave necesar pentru o producie orar a fabricii de N

recipiente pe or:

1N

NM = ,

(21.2)n care: -coeficient de utilizare a capacitii de producie a autoclavei, < 1.

Necesarul de agent de nclzire i rcire:

a)pentru autoclave verticale debitul de abur n perioada de nclzire :

1

5

111

1

+=

l

QQ

Qpi

Ab

[kg / s],

(21.3)n care: l cldura latent de condensare a aburului [J/Kg]; 1- durata de nclzire.

Bilanul caloric are urmtoare expresie:

5

1

Qi1 = 1

mi .ci (ts ti) [J],

(21.4)

n care: mi masa elementelor ce trebuie nclzite [Kg]; ci - capacitatea dermic masic[KJ/kgK]; ts- temperatura de sterilizare [0C]; ti temperatura iniial [0C].

b) Debitul de abur n perioada de meninere la ts :

QA b2 =l

Qp2 ,

(21.5)


47/63

n care: Qp2 pierderile de cldur cu mediul nconjurtor (Qp2 = k2. S . s t m2, [W], unde k2

coeficient de transfer termic total de la apa din autoclav la mediul nconjurtor pe

perioada de meninere la ts [W/m2.k]; Stm2 = ts t mediu inconjurator [0 C]).

c) Debitul de apa de racire W:

3

4

1

3

)( =

aiaf

i

ttCa

Q

W [kg/s],

(21.6)

n care: 3iQ cantitatea de cldur ce trebuie preluat de la autoclav + co + produs +ambalaj; tai temperatura iniial a apei [oC]; taf temperatura final a apei [0C]; Ca

capacitatea termic masic a apei [J/kgk];Se consider t af = 2)5(80 + pt [0C], unde tp

temperatura medie a produsului racit la ieirea din autoclav [0C].

21.3.2. Calculul pasteurizatoarelor tunel

a) Lungimea zonei de pasteurizare (Lp):

Lp = na=mW[m],

(21.7)

n care: n numrul de rnduri de recipiente din zon; a - distana dintre centrele a dou

rnduri de

recipient; m durata de meninere la temperatura de pasteurizare ; W viteza denaintare a benzii [m/s];

Rezult c: W = man

.

b) Productivitatea N a pasteurizatorului tunel:

N= mmn. = a

mW (buci/s),

(21.8)

n care: m numrul de recipiente dintr-un rnd.

c) Necesar de ap i abur:

Q = N(mp cp + mamcam)t= Wcata = NkStmdi [J],

(21.9)


48/63

n care: N productivitatea pasteurizatorului[buc/s]; mp mas produs [kg]; mam mas

ambalaj [kg]; e capacitatea termica masica [J/kgk]; t diferena de temperatura la

care se nclzete sau rcete ambalajul i produsul [0C]; W debit de ap; S suprafaa

lateral a unui recipient; 1 durata de trecere prin zon [s];

d) Calculul instalaiei de sterilizare hidrostatice:

nlimea coloanei de lichid (pentru nchidere hidraulic) H:

H= ][. mgapsp

,

(21.10)n care: ps presiunea de sterilizare; pa - presiunea atmosferic; densitatea apei din

coloan [kg/m3];g acceleraia gravitaional;

W viteza lanului:

W = msL [m/s],

(21.11)

n care:Ls- lungimea lanului din zona de sterilizare; m - timp de meninere.

Productivitatea:

N =l

Wn .1 ,

(21.12)

n care: n1-numr de recipiente dintr-un co; e distana dintre couri.

22. USCAREA


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 de cele 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.


49/63

Apa coninut de produs poate fi legat mecanic, fizico- chimic i chimic. Apa

poate fi 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 unor produse.

n procesul de uscare, umiditatea din material realizeaz o deplasare din interior

spre exterior prin difuziune dup care se 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 realizeazcu ajutorul unui agent de uscare de regul nclzit

care, dup prelucrarea umiditii din material, se evacueaz prin ventilare.

Uscarea poate fi definit ca o operaie unitar care const n evaporarea superficial

a umiditii, urmat de transportul vaporilor rezultai, de ctre agentul purttorde cldur

i concomitent difuziunea umiditii de la interior spre suprafaa materialului supus

uscrii.

Uscarea poate fi realizat prin dou metode:

a) Uscare prin fierbere n care analog evaporrii, produsul este adus la otemperatur la care lichidul 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

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 produs


50/63

echilibrul presiunii pariale al vaporilor lichidului n faz gazoas i al celui de la

suprafaa produsului.

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 la suprafaa produsului pe care-l uscm se va egala cu umiditatea

higroscopic constituind umiditatea critic a produsului respectiv. 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 va

produce tot mai mult n profunzimea produsului ptrunznd spre centrul bucii. n

momentul n care umiditatea ntregii buci va fi egal cu umiditatea higroscopic aprodusului, zona de vaporare atinge centrul acesteia.

n consecin viteza de uscare se reduce treptat n a doua perioad, proporional

cu reducerea umiditii produsului. A doua perioad poart numele de perioada de

scdere a vitezei de uscare.

Aceste dou perioade de uscare sunt delimitate de umiditatea critic, de a crei

valoare depind att durata uscrii ct i calitatea produsului uscat.

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 de stabilire a regimului de uscare cnd suprafaa materialului supus uscrii ajunge

la temperatura termometrului 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 lavitez constant.

22.2. Clasificarea usctoarelor

Uscarea se poate realiza utiliznd diferite instalaii care pot fi clasificate dup mai

multe criterii:

- dup modul de funcionare: usctoare discontinue i usctoare continue.

dU/d umi

UI

UC

A

B v

D

C

tim

U

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


51/63

- dup modul de transmitere al cldurii necesare pentru evaporarea umiditii din produs

se ntlnesc:

usctoare prin convecie, la care agentul care ndeprteaz umiditatea (aerul sau

alt gaz) este i agentul termic;

uscarea prin conducie care 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.

- dup presiunea la care se efectueaz uscarea: la presiune atmosferic, la suprapresiune

i sub vid;

- dup natura agentului de uscare sunt usctoare cu aer cald, cu gaze de ardere, cu abur

supranclzit;

- dup circuitul matrialului i agentului de uscare se 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 pentru

cereale i tip valturi).

22.3. Metode de uscare. Tipuri de usctoare

22.3.1. Uscarea prin convecie

Uscarea prin convecie este un proces prin care nclzirea i evaporarea n vederea

reducerii umiditii 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 al procesului de uscare propriu zis; aceste elemnte putnd fi

separate sau ntr-un singur aparat.


52/63

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.

a) Usctoare tip camer sau dulap: sunt formate dintr-o ncpere de mrimea unui

dulap pn la mrimea unei camere 1, care poate atinge mai multe nivele. Materialul,

aezat n stive pe stelaje crucioare sau tvi 2, va fi supus unui curent de aer n circuit

forat, asigurat de ventilatoarele 3, nclzirea lui fcndu-se n bateriile de nclzire 4.

Aerul poate fi parial recirculat.

n industria alimentar, din aceast categorie, se ntlnesc usctoarele cu zone

pentru uscarea fructelor i legumelor i usctoarele de mal cu camere verticale.

b)Usctoarele cu band

Pentru deplasarea continu a materialului prin usctor se utilizeaz constucii de

uscare n care deplasarea materialului se realizeaz pe benzi transportoare. Usctorul cu

benzi face parte din categoria usctoarelor cu funcionare continu i sunt formate din

mai multe transportoare cu band 1, pe care materialul naintez n contracurent cu

agentul de uscare. Banda este o plas din srm de oel. n usctoarele cu band matrialul

se usuc neuniform datorit amestecrii la trecerea de pe o band pe cealalt. Pentru o

uniformizare mai bun a uscrii, pe benzile superioare se pot prevedea dispozitive deuscare.

Viteza benzilor este de 0,3...0,5 m/s. nclzirea aerului asigur prin bateria de

radiatoare 2. Un dezavantaj al acestor tipuri de usctoare este c este utilizat numai

ramura superioar a benzii. Pentru nlturarea acestui incovenient s-au construit benzi cu

plci rabatabile (fig.22.5).

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.

a)

Fig.22.3.Usctoare cu camer sau dulap a)cu recirculare parialaerului b)cu nclzire intermediar i recirculareparial

Fig.22.4 Usctor cu benzi

Fig.22.5. Usctor cu benzi cu plci rabatabile


53/63

c)Usctoare rotative: Pentru uscarea materialelor pulverulente cu ar fi borhotul,

zahrul, tutunul, lactoza se folosesc usctoare rotative, n care agentul de uscare - aerul

cald sau gazele de ardere vine n contact direct cu produsul supus uscrii. Usctorul

rotativ (fig. 22.6) este alctuit din cilindrul 1 montat orizontal sau puin nclinat prevzut

n interior cu icane de repartizare de tipul prezentat n fig.22.7. Materialul care intr prin

dispozitivul de alimentare cade pe paletele dispozitivului de repartizare i se deplaseaz

n echicurent cu gazele de ardere, care sunt agentul de uscare. Datorit icanelor,

materialul se repartizeaz uniform pe seciunea cilindrului, deplasndu-se de-a lungul

acestuia i este evacuat prin disozitivul de descrcare. Gazele de ardere produse n focarul

6 i amestecat cu aer n camera de amestec 7 pentru a le aduce la temperatura dorit,

circul n paralel cu materialul i cu ajutorul ventilatorului 8 sunt eliminate n atmosfer.

Ciclonul 9 recupereaz produsul antrenat prin curentul de aer.Cilindrul este antenat n micare de cte un angrenaj cu coroana dinat 4, acionat

cu un motor electric 5.

Usctoare prin pulverizare

Uscarea prin pulverizare este destinat n special uscrii produselor lichide: lapte,

paste subiri etc. care sunt pulverizate n particule fine cu diametrul cuprins ntre 2 i 200

m. Prin acest procedeu se obine o suprafa de evaporare mare, vitez mare a agentului

de uscare fr a necesita o nclzire la temperaturi care ar periclita calitatea produsului.Materialul uscat se obine sub form de pulbere fr a mai necesita o mrunire ulterioar.

Usctorul prin pulverizare este prevzut cu o conduct de alimentare 1 care aduce

suspensia pe discul 2 de unde este pulverizat n camera de uscare 3 prin centrifugare (fig.

Fig.22.6 Usctor rotativFig.22.7. icane interioare a)palete elevatoare

b)palete distribuitoare c)palete combinate

Fig.22.8 Usctor prin pulverizare Fig.22.9 Usctor cu jet de aer VT1


54/63

22.8). Pulverizarea se face mecanic cu ajutorul duzelor cu orificii mici ( 0,5 mm) sau

prin pulverizare pneumatic cu ajutorul injectoarelor cu aer comprimat la presiunea de

1,5...7 [daN/m2]. Aerul nclzit n bateria 4, ptrunde n camera de uscare, preia

umiditatea de la particulele de material, dup care, trece prin filtrul cu saci 7 fiind aspirat

de ventilatorul 6. Particulele fine se separ cznd pe transportorul melc de evacuare.

d) Uscarea prin fluidizare sau n strat fluidizatsunt prezentate n figura 22.9.

Usctoarele n strat fluidizat se folosesc pentru uscarea materialelor cu umiditate

ridicat, nelipicioase granulate i neaglomerate cum ar fi: seminele de oleaginoase,

cerealelor, legumelor, a drojdiei, amidonului i a zahrului.

Fluidizarea se obine prin suflarea unui gaz cu anumit vitez printr-o mas de

granule ce se gsesc pe o plac poroas sau pe un grtar, i datorit deplasrii aerului,

granulele se distaneaz formnd un aa zis strat dens

n figura figura 22.9 este prezentat schema de funcionare a usctorului cu jet de

aer VTI.

Camera de uscare este de form cilindric cu ambele extremiti conice 2.

Materialul supus uscrii se introduce prin buncrul de alimentare n conducta de refulare

prin care este antrenat de curentul de aer cald n camera de uscare. Aerul cald este debitat

de ventilatorul 5, la un debit care s asigure o vitez n camera de uscare aproape egal cuviteza de plutire a materialului supus uscrii. Aerul trece n ciclonul 3 i se separ de

material, aerul eliminndu-se la partea superioar iar materialul uscat prin ecluza

interioar. Pentru buna funcionare a usctorului este necesar reglarea automat a

temperaturii aerului .

Un alt timp de usctor, pentru semine oleaginoase este prezentat n fig. 22.10.

Usctorul este orizonal 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 excentric pentru a fi supus unor oscilaii forate. Materialul se introduce prin plnia

de alimentare la un debit reglat, deasupra grtarului din camera de uscare. Datorit

micrii de oscilaie materialul se deplaseaz pe suprafaa grtarului n plan orizontal.

Curentul de aer nclzit n bateria 1, debitat de ventilatorul 2 cu o vitez sub viteza de

Fig.22.10 Usctor cu fluidizare cu camer orizontal


55/63

plutire a materialului supus uscrii se produce fluidizarea acestuia, care dup trecerea

peste pragul 7se descarc prin plnia de evacuare.

22.3.2.Uscarea prin 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 sau pulverizarea lichidului pe o

suprafa fierbinte unde umiditatea va fi ndeprtat prin evaporare iar produsul uscat se

rzuiete cu un cuit. Acest procedeu poate influena negativ calitatea produsului uscat

datorit aciunii temperaturii ridicate asupra acestuia, n special la produsele coloidale

termolabile ca snge, ou, vitamine, enzime etc. Usctoarele cele mai utilizate sunt de

tipul usctoarelor cu cilindrii (fig.22.11). Materialul supus uscrii este introdus n usctor

pe la

operatii cursuri sedimentare,filtrare,uscare

Documents