uscarea prin atomizare
TRANSCRIPT
Universitatea “Politehnica” Bucuresti
Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor
REFRAT
Metode moderne de uscare – uscare prin atomizare
Student:
Master CA An I
Bucuresti 2010
1
CUPRINS
I Introducere.....................................................................................................- 3 -
II Uscarea prin atomizare (pulverizare)...........................................................- 3 -
II 1. Avantajele uscarii prin pulverizare.......................................................- 5 -
III Variante ale uscarii prin pulverizare...........................................................- 6 -
IV Produse ce se pot usca prin atomizare........................................................- 6 -
IV 1. Uscarea laptelui...................................................................................- 6 -
IV 2. Uscarea extractului de cafea................................................................- 7 -
IV 3. Alte produse.........................................................................................- 7 -
V Concluzie......................................................................................................- 8 -
I. Introducere
Uscarea este o operatie care consta in eliminarea apei sau a altui lichid dintr-un
produs. Produsul final obtinut in urma uscarii este o substanta solida.
Uscarea se deosebeşte de deshidratare prin lipsa de reglare a temperaturii, umiditatii
relative si miscarii aerului, scop in care se foloseste si expresia de uscare naturala, spre
deosebire de deshidratare, care este o uscare artificiala.
Diferenta dintre uscarea naturala si cea artificiala consta in natura energiei termice
folosite si anume energie solara (uscare naturala) şi energia rezultata din arderea unui
combustibil oarecare (uscare artificiala sau deshidratare) şi viteza cu care se indepartează
excesul de apa din materia prima respectiva. 1
II. Uscarea prin atomizare (pulverizare)
Este unul din procedeele preferate pentru uscarea produselor usor alterabile , cum sunt
unele solutii extractive care nu pot fi uscate cu sisteme comune fara a suferi modificari mai
mult sau mai putin profunde.
Acest sistem este bazat pe dispersia lichidului sub forma de mici picaturi si o uscare
rapida a acestora cu ajutorul unui curent de aer cald. Pulverizarea fina a lichidului are drept
scop marirea suprafetei de contact cu aerul cald care constitue agentul de uscare.
2
Fig. 1. Componentele
unui uscător prin
pulverizare cu reciclare
pulbere fină:
A-ventilator; B-filtru de
aer; C-încălzitor de aer;
D-camera (turn) de
uscare;E-pompă de alimentare; F-tanc de alimentare; G-atomizor; H-valvă rotativă; I-
transportor pentru produsul pulbere; J-conductă pentru evacuare aer din camera de uscare;
K-separator aer/pulbere (ciclon); L-ventilator eliminare aer; M-valvă rotativă; N-linie
pentru reciclare pulbere fină
Componentele principale ale unei instalatii de uscare prin pulverizare (fig. 1) la
temperatura ridicata sunt urmatoarele:
Componenta de incalzire a aerului necesar uscarii – baterii de incalzire – unde aerul
este incalzit cu abur sau gaze de aerare. Pentru uscare pot fi folosite si direct gazele de ardere,
ceea ce imbunatateste eficienta termica a uscatorului, dar exista pericolul contaminarii
produsului cu compusii nitraţi/nitriţi precum si cu N-nitrozodimetilamină;
Componenta de pulverizare a lichidului in picaturi fine, picaturile mari conducand la
uscarea neuniforma, cu posibilitatea de lipire a produsului pulbere pe peretii camerei de
uscare. Marimea picaturilor lichide determina densitatea produsului finit si proprietatea de
reconstituire.
Componenta de pulverizare poate fi de tipul (fig. 2):
dispozitiv centrifugal sau rotativ
duze de pulverizare sub presiune
pulverizatoare pneumatice (pentru cele doua fluide)
3
Fig. 2. Dispozitive de pulverizare
A - dispozitive centrifugale: a-cu canale circulare în secţiune; b-cu canale
rectangulare în secţiune; c-cu canale ovale în secţiune; B - dispozitiv de pulverizare sub
presiune de lichid; C - dispozitiv de pulverizare cu două fluide sub presiune: 1-intrare lichid;
2-intrare aer
Componenta in care se realizeaza uscarea – camera sau turnul de uscare – care se
poate prezenta in trei variante, in functie de modul de alimentare cu lichid si cu agent de
uscare: cu functionare in echicurent, contracurent si curgere mixta.
Camera (turnul) care functioneaza in echicurent se utilizeaza pentru produsele
termosensibile care au tendinta de lipire a particulelor solide pe peretii uscatorului.
Camera (turnul) care functioneaza in contracurent se utilizeaza pentru produsele care
nu sunt sensibile la caldura.
Camera (turnul) care functioneaza in curent mixt prezinta riscul de deteriorare a
produsului pulbere mai mare in comparatie cu precedentele.
Compartimentul de evacuare produs si aer din turnul de uscare. Pentru evacuarea
produsului din turnurile cu fund tronconic cu inclinatie mica se foloseste un dispozitiv cu
palete care conduce produsul in orificiul de evacuare si de aici acesta, impreună cu aerul uzat,
ajunge la bateria de cicloane.
In cazul turnului de uscare cu fund tronconic cu inclinatie mare, produsul se
evacueaza pe la partea inferioara a turnului si este transportat pneumatic la un ciclon de
separare produs/aer. Aerul uzat se evacueaza printr-o conducta aflata in partea tronconica a
4
turnului de uscare, care se continua in interiorul turnului pana in ax si realizeaza aspiratia de
jos in sus. Intrucât aerul antreneaza 10-20% din produs, recuperarea pulberii antrenate se
face, de regula, intr-o baterie de cicloane.
La uscarea produselor lichide cu continut mare de glucide si lipide, exista tendinta ca
pulberile uscate, inca in stare calda, sa se lipeasca de peretii interiori ai turnului.
II 1. Avantajele uscarii prin pulverizare
uscarea se face în aer, de regulă într-o singură fază de prelucrare;
uscarea are loc la temperaturi joase, chiar dacă aerul folosit are temperaturi mari (>
1000C);
pulverizarea realizează o suprafaţă mare de evaporare, care duce la un contact mai
intim intre agentul de uscare şi produs şi, în cosencinţă, uscarea picăturilor are loc
într-un timp foarte scurt;
în faza finalăa uscării, temperaturaparticolelor solide este aproximativ aceiaşi cu a
mesei de aer umed, aşa că se evită supraîncălzirea şi, deci, nu se modifică prea mult
caracteristicile iniţiale ale produsului;
produsul rezultat este sub formă de pulbere aproape omogenă, deci nu mai necesită
altă operaţie de mărunţire;
instalaţiile pot fi compet automatizate.
III. Variante ale uscarii prin pulverizare
uscarea prin pulverizare de spuma (Foam-Spray Drying), care este o varianta a
uscarii clasice de uscare prin pulverizare, modificarea constand in montarea pe
conducta de alimentare cu produs lichid a uscatorului (intre pompa si atomizor) a unui
dispozitiv de injectare cu azot sau dioxid de carbon. Gazul comprimat injectat
conduce la dilatarea picaturilor lichide pulverizate in uscator, consecinţa fiind
scaderea densitatii si cresterea suprafetei de contact cu aerul. Particulele, sub forma de
spuma, sunt uscate si transformate, intr-o pudra care nu are tendinta de lipire la peretii
turnului. Pulberea se reconstituie usor, nefiind necesara instantizarea.
uscarea prin pulverizare in aer la temperatura ambianta (procedeul Birs). In cazul
tehnicii de uscare Birs, aerul pentru uscare la intrare are temperatura de -350C si un
continut de umiditate de 2-3%, iar la iesire continutul de umiditate este de 85-90%.
Uscarea are loc în contracurent, produsul fiind pulverizat la partea superioara a
turnului iar aerul pe la partea inferioara, dupa ce, in prealabil, a fost uscat intr-o
instalatie anexa. Produsele ce se usuca pot fi de natura vegetala (cafea, ceai, cartof,
5
tomate) sau animala (lapte, frisca, iaurt, unt) sub forma lichida sau semilichida
(solutii, suspensii, piureuri). Produsele finite au o mare capacitate de reconstituire si o
calitate nutritiva exceptionala. Instalatia de uscare este prevazuta cu perii rotative
pentru curatarea suprafetei interioare a turnului, precum si ajutaje pentru spalarea cu
apa sub presiune (50-60 at). 2
IV. Produse ce se pot usca prin atomizare
IV 1. Uscarea laptelui
Se poate realiza prin doua procedee:
procedeul de uscare in pelicula;
procedeul de uscare prin pulverizare.
Procedeul de uscare in pelicula (pe valturi) consta in incalzirea la presiune
atmosferica a unei pelicule subtiri de lapte timp de 2-3 secunde, pe o suprafata metalica
incalzita cu abur la temperatura de 115-1400C. Temperatura peretelui metalic, care intra in
contact cu laptele, se gaseste deasupra punctului de fierbere al acestuia la presiunea
atmosferica.Laptele praf obtinut prin aceasta metoda prezinta o solubilitate scazuta, care in
cel mai bun caz nu depaseste 85%.
Procedeul de uscare prin pulverizare (atomizare) este cel mai modern. Principiul de
baza al acestui procedeu consta in pulverizarea laptelui in picaturi foarte fine (sub forma de
ceata) intr-o camera speciala de uscare, in care se introduce un curent de aer fierbinte (140-
1700C) si tunelul de uscare si a suprafetei mari de contact, laptele se usuca aproape
instantaneu si se transforma intr-un praf fin, care este ulterior separat de aer. Deoarece
evaporarea apei are loc atat de repede, temperatura in picaturile de lapte nu depaseste valorile
teoretice de 49 - 540C.
Avantajele principale ale acestui procedeu de uscare, comparativ cu cel pe valturi,
constau in obtinerea unui lapte praf cu proprietati calitativ superioare si in special cu un grad
ridicat de solubilitate, peste 99%. Procedeul a capatat o extindere foarte mare, fiind aplicat in
mod curent in industria laptelui din tara noastra. 3
IV 2. Uscarea extractului de cafea
Extractul de cafea este supus deshidratarii, prin diferite procedee tehnologice:
uscare sub vid sau pe cilindri;
uscare prin pulverizare sau atomizare
Uscare prin pulverizare (atomizare) prin acest sistem de deshidratare extractul lichid
de cafea este pulverizat foarte fin sub forma de ceata prin conducte cu duze foarte fine
6
amplasate la partea laterala a unei coloane din otel inoxidabil, de forma conica. Prin partea
superioara a acestei coloane se introduce aer cald uscat, care intalnind in drumul sau extractul
de cafea il deshidrateaza instantaneu, iar concomitent, aerul umed este evacuat fortat prin
cealalta parte laterala a acestei coloane conice, in urma deshidratarii instantanee a extractului
de cafea, se obtine prin cadere libera cafeaua solubila sub forma de pudra. Aceasta este
aspirata mai departe pe la partea inferioara a acestui rezervor si este apoi ambalata sub vid, in
flacoane din sticla, cutii din tabla de aluminiu (vernisate in interior) sau in pungi din mase
plastice metalizate in interior si inchise prin sudare la cald. 4
IV 3. Alte produse
ceaiul, in cazul in care frunzele uscate de ceai se extrag cu apa calda, extractul avand
3-5% s.u. Acest extract se concentreaza intr-un concentrator cu vid, aroma recuperata
fiind adaugata la concentrat inainte de uscare. Aerul, la ieşire din uscator, trebuie sa
aiba o temperatura mai mica decat la uscarea laptelui;
vegetalele intregi si sucurile de vegetale, care pot fi uscate prin pulverizare dupa
pregatirea preliminara corespunzatoare. De exemplu, in cazul tomatelor, se maruntesc
la cald, pulpa omogenizata fiind concentrata la 26-48% sub vid. In produsul lichid se
adaugă aditivi care sa impiedice lipirea produsului pulbere de peretii turnului de
uscare. Uscatorul are partea cilindrica scurta si partea terminala tronconica. Uscatorul,
in totalitate, este racit in manta. Dispozitivul de pulverizare este de tip atomizor
centrifugal. Pulberea este racita in continuare intr-un vibro-fluidizator;
fructele (citrice, banane, mere, pere, capsuni, caise, piersici), care sunt pregatite sub
forma de omogenate foarte fine cu adaos de aditivi ce favorizeaza curgerea si
impiedica lipirea de peretii uscatorului, iar in produsul finit impiedica aglomerarea.2
V. Concluzie
Motivul principal al uscarii alimentelor este extinderea duratei de pastrare a acestora.
Prin reducerea umiditatii se reduce si activitatea apei la acel nivel la care se inhiba creşterea
microorganismelor daunatoare. De asemenea, se reduce corespunzator si activitatea
enzimatica si viteza de producere a unor reactii nedorite. Pentru a menţine scazuta activitatea
apei este necesara si impachetarea corespunzatoare a alimentelor uscate. In acelasi timp prin
uscare se reduce si masa produsului, ca si volumul acestuia. Aceste aspecte pot contribui in
mod esenţial la reducerea costurilor de tranport si de depozitare si in unele cazuri si a
costurilor de impachetare.
7
Bibliografie
1. library.usmf.md
2. C. Banu „Tratat de industrie alimentara. Probleme generale”, Editura
Asab, Bucuresti, 2008
3. http://facultate.regielive.ro/proiecte/industria_alimentara/lapte_praf
4. http://facultate.regielive.ro/proiecte/industria_alimentara/
aplicatii_ale_osmozei_inverse_pentru_extractele_de_cafea_cu_recuperar
ea_potentiala_a_aromei
8