Concentrarea cu caldura - alimente

CONCENTRAREA CU CALDURA - ALIMENTE

1 Evaporarea (lichid la lichid) (F.1)

Obiectiv

Evaporarea este inlaturarea partiala a apei din alimentele lichide prin fierbere. De exemplu, produse lichide pot fi concentrate de la 5 % solide uscate la 72 % sau chiar mai mult in functie de

viscozitatea concentratelor. Evaporarea este folosita la alimente pre-concentrate, cresterea continutului de solid al alimentului si schimbarea culorii alimentului.

Domeniul de aplicare

Evaporarea este un proces,care este folosit in productia a numeroase produse alimentare.De exemplu in procesarea laptelui, derivatilor de amidon,cafea sucuri de fructe,paste de legume si concentrate,dresinguri,sosuri si inprocesarea zaharului.

Descrierea tehnicilor metodelor si echipamentelor

Ca agenti de incalzire se folosesc aburi,vapori sau gaze de ardere din alte operatiuni(de uscare). Caldura latenta de condensare este transferata alimentului lichid pentru ai creste temperatura la punctul de fierbere pentru evaporarea apei.Vaporii sunt apoi indepartati de la suprafata lichidului in fierbere.

Deoarece alimentele sunt sensibile la caldura este deseori nevoie sa se lucreze la temperatura scazuta.Acest lucru este realizat prin fierberea partiala a lichidului sub vid.Evaporarea se produce in mod normal intre 50 grade CELSIUS si 100 grade CELSIUS,dar poate ajunge si la 130 grade CELSIUS in industria zaharului.In forma simpla evaporarea este facuta prin fierberea apei in atmosfera cu incalzitoare electrice imersate.

In orice caz echipamentul folosit cel mai adesea este reprezentat de evaporatoarele multi-etape cu cochilii si tuburi sau evaporatoarele cu talere.Evaporatoarele cu cochilii si tuburi pot fi prin curgere naturala sau fortata,cu film ascendent sau descendent.

Evaporatoarele centritermice,evaporatoarele cu filmul subtire,evaporatoarele cu stergere si rezervor cu vacuumsunt special proiectate pentru evaporarea produselor foarte vascoase.Concentratia tipica a solidelor totale pentru diverse tipuri de evaporatoare este:

Pentru evaporarea produselor care necesita o cantitate semnificativa de energie,de exemplu in peocesarea sfeclei de zahar ,procesarea amidonului si evaporarea laptelui si zerului unde se folosesc evaporatoare multi-efect.Acestea folosesc abur proaspat sau gaze de ardere de la alte operatiuni(refolosire/recuperare energie pentru a fierbe vaporii de apa din lichid in acest prim efect .Apa evaporata are suficienta energie pentru a fi sursa de energie pentru urmatoarea etapa s.a.m.d )

Lucrare: Floarea - floarea la angiosperme Referat: Plante erbacee din paduri

Vacuumul este aplicat intr-o serie cu multi-efect pentru a fiebe apa.Lichidul procesat trece din corpul unui evaporator in urmatorul,acesta fiind subiectul evaporarii in mai multe etape.In acest fel o unitate de abur injectat in primul evaporator poate indeparta trei la saseunitati de apa din lichid.

Energia aditionala poate fi economisita prin recompresia vaporilor folosind un recompresor de vapori termici(TVR) sau un recompresor de vapori mecanici(MVR).

In orice caz aceasta poate duce la contaminarea aburului ,facandu-l nepotrivit pentru refolosirea in boilere si de aceea sa creasca incarcarea apelor uzate.

In etapa finala vaporii pot fi condensati prin racire folosind apa de racire.Unele evaporatoare pot fi proiectate ca evaporatoare folosite ca sursa de incalzire pentru alte nevoi ale procesului.Pe perioada procesarii produsului apar depozite care cresc gradual in evaporatorul de caldura si care afecteaza eficienta evaporatorului,iar acest lucru poate duce la pierderi in sistem.Aceste depozite pot fi anorganice si organice functie de produs.Instalatiile pot fi curatate la intervale regulate pentru a preveni pierderile prea mari de caldura si in consecinta o scadere a calitatii produsului.

Probleme de mediu

Economia de energie este principala problema ,dar zgomotul,poluarea aerului trebuie abordate.

Obiective

Uscarea este definita cu aplicatia de incalzire in conditii controlate pentru a indeparta apa prezenta in produsele alimentare prin evaporare la produse solide.Ea difera de evaporare care concentreaza peodusele lichide.

Principalul scop al uscarii este lungirea vietii produsului prin reducerea activitatii apei.

Domeniu de aplicare

Aplicatiile tipice ale tehnicilor de uscare include laptele ,cafea,ceai,arome,pudre de concentrat racoritoare,zahar.

Descrierea tehnicilor,metodelor si echipamentelor

Doua principii diferite pot fi aplicate in uscare:

a)Uscarea cu aer fierbinte

Aerul fierbinte este folosit ca mediu de uscare si este in contact direct sau indirect cu produsul lichid.Caldura transferata din aerul cald in produs determina evaporarea apei

b) Incalzirea suprafetei prin conductie- incalziri printr-un sistem de transfer al caldurii(uscatoare de contact )

Mediul de incalzire nu este in contact cu alimentele umede ci separat printr-o suprafata de transfer termic.Caldura este transferata prin conductie la suprafata si prin convectie de la suprafata fierbinte la produsul alimentar , prin evaporare si indepartatea apei din aliment.

Acestea au 2 avantaje principale fata de uscatoarele cu aer cald , un necesar mai redus de aer si de aceea eficienta termica este mai mare si procesele pot fi facute in absenta oxigenului.

c) Uscatoarele prin pulverizare

In uscarea prin pulverizare , materialul care trbuie uscat este suspendat in aer, lichidul este transformat intr-o ceata (atomizat),dintr-o larga suprafata. Lichidul atomizat este expus unui flux de aer cald intr-o camera de uscare.Umiditatea se evapora rapid si solidele sint recuperate ca o pudra constind din particule mici, sferice. Temperatura de intrare este de pina la 250 grade CELSIUS sau mai inalta (in functie de tipul produsului), temperatura scade foarte rapid la o temperatura de circa 95 grade CELSIUS (temperatura de iesire a aerului).

Temperatura produsului va fi cu 20-30 grade CELSIUS sub temperatura aerului la iesire.

Incalzirea aerului de uscare se poate face cu abur sau cu aer incalzit cu arzatoare de gaz sau cu incalzitoare indirecte cu gaz , lichide sau solide. Uscatoare prin pulverizare sint aplicate pe scara mare in industria laptelui si la uscarea cafelei.

In general, ca o parte integrala a procesului, aerul de exhaustare trece prin cicloni pentru a recupera materialele in particule (praf ) care este transportat in aerul de exhaustare. Materialul recuperat este incorporat inapoi in produs.

c) Uscatoare cu role

Principiul procesului de uscare cu role este ca un film subtire de material este aplicat suprafetei moi a unei suprafete care se roteste continuu, un cilindru incalzit cu abur . Filmul de material uscat este in continuare inlaturat de un cutit stationar localizat in punctual opus al aplicarii materialului lichid. Uscator poate consta dintr-o toba unica sau dintr-o pereche de tobe cu sau fara role "satelit" Presiunea aburului aplicat in cilindru poate varia de le 4 la 8 bar, in functie de produs. Uscarea cu role este de exemplu aplicata pentru lapte, amidon si fulgi de cartofi.

d) Bande de vacuum si uscatoare cu vacuum

Pastele alimentare sunt imprastiate sau difuzate pe o curea transportoare (sau 'banda'), care trece prin doua cavitati cilindrice, cu camera de vacuum. Alimentul este uscat in primul cilindru incalzit cu abur de incalzitoare in serpentina localizate deasupra benzii. Alimentul uscat este racit in cel de-al doile cilindru racit cu apa si indepartat cu un scalpel.

Uscara rapida si efectele reduse asupra alimentului fac aceasta metoda potrivita pentru alimentele sensibile la caldura.

Probleme de mediu

Energy and air pollution are the major issues. Noise, water pollution and disposal of solid

outputs are also issues.

3 Deshidratare (solid la solid) (F.3)

Obiectiv

Deshidratarea este definita ca aplicarea caldurii in conditii controlate pentru a indeparta, prin

evaporare, apa prezenta in alimentele solide sau in by-produsele din procesarea materiilor prime agricole.

Principalul scop al deshidratarii este extinderea perioadei de valabilitate a alimentelor prin reducerea activitatii apei. Deshidratarea, in orice caz, afecteaza textura alimentului, culoarea si determina pierderea componentilor volatili, care au un efect in detrimentul atat a calitatii cat si a valorii nutritive a a;imentelor. Proiectarea si operarea echipamentului de deshidratare isi propune sa minimizeze axeste schimbari prin selectarea conditiilor pentru fiecare aliment in parte.

Domeniu de aplicabilitate

Exemple de alimente uscate sunt: cartofii uscati, derivatii de amidon, zaharul, pulpa de sfecla, faina, boabele, fructele, nucile,cerealele, ceiaurile, legumele si condimentele.

Deshidratarea cerealelor umede este aplicata in productia maltului (numita si kilning).

Descrierea tehnicilor, metodelor si echipamentului

Pentru deshidratare sunt aplicate doua principii diferite:

Uscarea cu aer cald

Aerul cald este folosit ca mediu de uscare, in contact direct sau indirect cu alimentul umed. Aerul cald este suflat deasupra alimentului umed.

Uscarea la suprafata prin conductie printr-un sisteme de transfer de caldura (uscatoare de contact)

Mediul de incalzire nu este in contact cu alimentul umed ci separat de el printr-o suprafata de transfer. Caldura este transferata prin conductie prin suprafata si prin convectie de la suprafata fierbinte la produs pentru evaporare si indepartarea apei din aliment. Aceste 2 avantaje principale comparate cu uscatoaele cu aer: un volum de aer mai mic este necesar si de aceea eficienta termica este mai mare, iar procesul se poate desfasura in absenta oxigenului.

Metode si echipamente

a) Uscatoare in pat fluidizat

Talere de metal cu retea sau cu perforatii contin un pat de alimente sub forma de particule avand o grosime de 15 cm.

Aer cald este suflat prin patul de fluidizare, determinand produsul sa devina suspendat si puternic agitat (fluidizat). Aerul actioneaza atat ca mediu de uscare cat si de fluidizare. Uscaoarele pot fi discontinue sau continue in operare. Uscatoarele in pat fluidizat sunt compacte si au un bun control asupra conditiilorde uscare, eficiente termice relativ inalte si rate ridicate de uscare. Uscatorul are o rata inalta de transfer de masa si termic si in consecinta perioade reduse de uscare. Uscarea are loc la temperaturi ale aerului sub 100 °C, dar si pana la 170 °C sau mai ridicate infunctie de produs/proces. Uscarea in pat de fluidizare este deseori aplicata ca ultima etapa de uscare dupa uscarea prin difuzie (industria laptelui).

b) Uscatoare cabinet (cu talere)

Acestea constau dintr-un cabinet izolat prevazut cu gratare subtiri sau cu talere perforate, fiecare continand un strat subtire de produs. Aerul cald este circulat prin cabinet. Un sistem de aductiune si suflare este folosit pentru a directiona aerul pe si/sau prin fiecare taler pentru a realiza o distributie uniforma a aerului. Uscatoarele cu talere sunt folosite la productia pe scara restransa. Elenecesita costuri de capital si de intretinere reduse dar sunt relativ dificil de controlat si produc cantitati cu o calitate variabila.

c) Uscatoare cu transportor (uscatoare cu banda)

Uscatoarele continue cu transportor au pana la 20m lungime si 3m latime. Produsul este uscat pe o banda cu gratar. Fluxul de aer este initial directionat de jos in sus prin patul de produs iar in etapele ulterioare de sus in jos pentru a prevenii caderea produsului uscat de pe banda.

d) Uscatoare pneumatice dryers, uscatoare cu flash si/sau inel

In acese uscatoare, pulberile sau particulele sunt uscate continuu in conducte verticale sau orizontale din metal . Un separator ciclon sau un filtru cu saci este folosit pentru a elimina praful din produs. Umiditatea alimentului trece in aerul de antrenare sau este suspendata in aerul fierbinte. Uscatoarele pneumatice au costuri de capital relativ reduse, rate inalte de eficienta termica si un control riguros asupra conditiilor de uscare

e) Uscatoare rotative

Un cilindru metalic relativ inclinat este prevazut la interior cu aripioare pentru a determina produsul sa cada in cascada prin fluxul de aer cald care circula prin uscator. Fluxul de aer poate fi paralel sau in contra-curent. Agitarea produsului si cresterea suprafetei de produs expuse aerului produce rate inalte de uscare si un produs uniform uscat. Metoda este indicata in special pentru alimentate care tind sa se adune sau aglomereze in uscatoarele cu banda sau cu talere. In industria zaharului se foloseste pe scara larga pentru uscarea zaharului si a pulpei de sfecla. In cazul pulpei, gazele de exhaustare de la combustie sunt folosite ca sursa de caldura care reduce consumul de combustibil.

f) Uscatoarele tunel

Straturi subtiri de produs sunt uscate pe talere fixate pe containere programate sa se miste semicontinuu printr-un tunel izolat in care se circula aer cald.

g) Uscatoare in fascicule cu abur

Mediul de uscare (abur) nu este in contact cu produsul umed; osuprafata de transfer de caldura este folosita pentru a transfera caldura catre suprafata produsului pentru uscare. Aburul trece prin uscator prin tuburi cilindrice care se rotesc pentru a evita supraicalzirea locala si pentru a imbunatatii uscarea uniforma. Aceste uscatoare folosesc volume mai reduse de aer si in consecinta emisiile in atmosfera sunt limitate.

h) Uscatoare cu abur

Un uscator cu proiecatre speciala foloseste abur supraincalzit produs printr-un schimbator de caldura. Uscatorul consta dintrun vas sub presiune in care apa din produs este scoasa, transformata in abur si folosita pentru a usca mai mult produs. Sistemul este folosit in industria zaharului pe scara larga pentru uscarea pulpei de sfecla. Unul dintre avantaje este consumul redus de energie pentru uscare.

Probleme de mediu

Energie si poluarea aerului sunt principalele probleme. Zgomotul poluarea apei si locurile de depozitare ale reziduurilor solide sunt si ele alte probleme.