Jelenlegi trendek és fejlesztések a szárítási technológiákban Farkas István Szent István Egyetem Gödöllő, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék 2103 Gödöllő, Páter K. u. 1., Tel: (06-28) 522055, Fax: (06-28) 410804 E-mail:
[email protected] Összefoglaló A szárítási technológiákkal kapcsolatos fejlesztések rendkívül lényeges változáson mentek át az elmúlt két évtizedben elsősorban a termékminőség, a környezeti hatások figyelembevétele és a biztonsági előírások tekintetében. Ugyanakkor jelentős számú új termék szárításra dolgoztak ki eljárásokat vagy régi technológiákat dolgoztak át, újítottak fel. Mindezek gyors piaci bevezetése komoly kutatás-fejlesztési és egyúttal marketing tevékenységet is igényel. Az innovatív fejlesztéseket a világszerte elfogadott nagyszámú szabadalom is jelzi. Kiemelhető tény, hogy a szárítási terület intenzív kutatása magába foglalja a hő- és anyag transzport elméletet valamint az anyagtudományt. A nemzetközi trendekből megállapítható, hogy a mezőgazdasági és élelmiszeripari szárítási problémák megoldása még sokáig a vizsgálatok középpontjában lesz. A kétévente megrendezésre kerülő Nemzetközi Szárítási Szimpózium sorozat jó fórumot teremt az új fejlesztési eredmények bemutatására. Ennek története és statisztikai adatai is bemutatásra kerülnek a dolgozatban. 1. BEVEZETÉS Az elmúlt két évtizedben a különböző anyagok és termékek szárításával kapcsolatos technológiai kérdések piaci megítélése lényeges változáson ment át a termékminőség, a környezeti hatások és a biztonsági vonatkozások tekintetében. Ugyanakkor jelentős számú új termék és szárítási eljárás került terítékre. A szárítás területén alapvetően innovatív megoldások szükségesek. Ezt az elfogadott nagyszámú szabadalom is bizonyítja. USA-ban évente közel 240 szabadalmat adnak ki új berendezések és technológiák vonatkozásában. Bár a kutatási terület művelése intenzív, ugyanez a szám Európában mindössze a harmadát teszi ki. Az új technológiák fejlesztésénél olyan kialakításokat célszerű előnyben részesíteni, ahol a rövid a kidolgozási idő, és ugyanakkor meglehetősen gyors a piaci bevetés és elfogadtatás lehetősége is. Mindezek komoly kutatási-fejlesztési és marketing tevékenységet igényelnek. Az újonnan kifejlesztett és az átdolgozott megoldások vonatkozásában technológiai és piaci oldalról jelentkező tényezők kerültek figyelembevételre. Ezek közül néhány kiemelt lehet pl.: Technológia oldalról: - mikrohullámú/rádió frekvenciás/indukciós/ultrahangos szárítás, - bolygatott ágyas szárítók, - kevert áramlású esetek.
– 15 –
Piaci oldalról: - túlhevített gőzzel működő szárítók, - impulzus szárítók, - kombinált porlasztásos-folyadék szárítók, - megszakításos szárítás. A szárítási terület intenzív kutatást és fejlesztést igényel, amely multidiszciplináris feladat. Ez a tevékenység magába foglalja a hő- és anyag transzport elméletet valamint az anyagtudományt. Ezen utóbbi szoros kapcsolatban van a szárított termék minőségi paramétereivel. Nem kétséges, hogy ezen a területen szoros együttműködés szükséges a kutató és az ipari szakemberek között. Az internet intenzív használata például itt is jó lehetőséget teremthet a kutatási, a technológiai és a piaci tevékenységek között. A kutatási tevékenység egy aspektusát, a szárítási folyamat modellezését tekintve megállapítható, hogy a klasszikus fizikai alapú modellezés mellett széleskörűen terjednek a sztochasztikus valamint a mesterséges intelligencián alapuló megoldások. A kétévente megrendezésre kerülő Nemzetközi Szárítási Szimpózium sorozat jó fórumot teremt az új fejlesztési eredmények bemutatására. A 2006-ban megrendezendő Szimpózium házigazdája Magyarország lesz. 2. NEMZETKÖZI SZÁRÍTÁSI KUTATÁSOK ÉS FEJLESZTÉSEK A szárítási területén folyó K+F tevékenységnek egyik leghatékonyabb – statisztikai értelemben vett – mutatószáma a legnagyobb nemzetközi szárítási témájú folyóiratokban, konferenciákon megjelenő publikációk száma illetve azok tematikai megoszlása. Ugyancsak jellemző adat lehet a területen vezető országokban évenként elfogadott szabadalmak száma. 2.1. Drying Techology nemzetközi folyóirat A Marcel-Dekker Inc. által kiadott Drying Technology a szárítási szakma legrangosabb folyóiratának számít. Az 1991-1997 időszakban a megjelent publikációk száma országok szerinti eloszlásban az 1. ábrán látható (Alves-Filho and Mujumdar, 2003).
12 ,9% USA
12 ,6% K anada
39 ,9% E gy éb
9,3 % Ja p á n 8 ,9 % F a rn c ia o .
6 ,9 % L e n g y e lo .
5% E g y e s ü lt K irá ly s á g
4 ,5 % G ö rö g o .
1. ábra A Drying Technology folyóiratban megjelent cikkek ország szerinti megoszlása 1991-1997 között – 16 –
Érdekes adat, hogy a szárítási területet intenzíven művelő európai országok kutatói jelentős számú publikációval rendelkeznek. Örvendetes tény, hogy az utóbbi években – bár a statisztikában nem szerepel kiemelten – számos magyar szerző cikke is megjelent a folyóiratban. 2.2. Szárítási konferenciák Jelenleg számos nemzetközi, regionális és nemzeti szárítási témakörű rendezvényt szerveznek szerte az egész világon. Nem kétséges hogy közülük a legrangosabb esemény a Nemzetközi Szárítási Szinpózium (International Drying Synposium – IDS) sorozat. A regionális rendezvények közül kiemelhetők a következők: - Inter-American Drying Conference (IADC), - Australasian Drying Conference (ADC), - European Drying Symposium (EUDrying), - Nordic Drying Conferences (NDC). Az egyes országok Nemzeti Szárítási rendezvényeit – így Magyarországon is – általában kétévente rendezik. Közülük is kiemelkedő jelentőségű a kínai és a lengyel szimpózium sorozat. 2.3. Szabadalmak A szárítás területén Európában évente elfogadott szabadalmak száma kb. 80. Ez lényegesen alacsonyabb az USA-ban benyújtott illetve elfogadott szabadalmak számától, amelynek alakulását a 2. ábra mutatja az 1990-1999 időszakra vonatkozóan (Mujundar, 2002) 474
500
Szabadalmak száma
450 400 350 300
259
250
240
275
258
265
1993
1994
301 238
275
200 150 100 50 0
1990
1991
1992
1995
1996
Év
2. ábra Az USA-ban elfogadott szabadalmak száma
– 17 –
1997
1998-99
3. NEMZETKÖZI SZÁRÍTÁSI SZIMPÓZIUM (IDS) SOROZAT A kétévente megrendezésre kerülő szimpózium sorozatot Prof. A.S. Mujundar alapította és indította útjára 1978-ban Montrealban, Kanadában. Az eddigi rendezvények listája az 1. táblázatban látható. 1. Táblázat Az IDS rendezvények időrendi listája Év
Helyszín
1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002
Montreal, Kanada Montreal, Kanada Birmingham, Anglia Kyoto, Japan (IDS kifejezés megjelenése) Cambridge, USA. Versailles, Franciaország Prága, Cseh Köztársaság (CHIA’90 részeként) Montreal, Kanada Gold Coast, Ausztrália Krakkó, Lengyelország Thesszaloniki, Görögország Nordweijkerhont, Hollandia Peking, Kína
A legutóbbi 2002. augusztusában Pekingben megtartott IDS 2002 rendezvény fő adatai önmagukban is karakterisztikusan jól jellemzik a szárítási technológiák és berendezések témakört fontosságát. A Szimpózium 3 kötetből álló Proceedings kiadványában összesen 236 dolgozat jelent meg 43 ország szerzőinek tollából. Az előadások országok szerinti megoszlását a 3. ábra mutatja. 250 192
150
107
100
84 41
50
32
22
19
18
16
15
3. ábra IDS2000 előadások ország szerinti megoszlása
– 18 –
Eg yé b
Ja Fr pá an n ci ao rs Sp zá an g yo lo rs zá Sv g éd or sz ág Au sz trá lia Th ai fö O ld ro sz or sz ág
Br az íli a
0
Kí na
Előadások száma
200
Az ábrán jól látható, hogy a legtöbb előadást a házigazda kínaiak tartották, ugyanakkor az IDS 2004-t rendező brazíliaiak is szép számmal képviseltették magukat a sajátjukat megelőző IDS rendezvényen. Az IDS2002 előadásainak néhány kiemelt témakör szerinti megoszlása a 4. ábrán található (Alves-Filho and Mujunder, 2003). Áttekintés
8
Alap, modellezés és zimuláció
51
Szárítók
51
Élelmiszer és mezőgazdaság
71
Fa
10
Papír
10
Ozmotikus vízelvonás
12 9
Mérés és irányítás Általános
14 0
10
20
30
40
50
60
70
80
4. ábra IDS2002 előadások témakör szerinti megoszlása Az ábrákból láthatóan az egyik legérdekesebb adat, hogy a legtöbb előadást a mezőgazdasági anyagokat és élelmiszerek szárítása témakörben tartották. Ugyancsak nagy jelentőséggel bír a modellezési és szimulációs terület valamint a szárító berendezések ismertetése is. A konferencia előadások mintegy 25%-ban volt valamilyen módon ipari részvétel. Ennek további növelése, a szimpózium szorozat egyik jövőbeni célkitűzése. Az IDS rendezvénysorozat működését egy Nemzetközi Tanácsadó Testület (Advisory Panel – AP) irányítja és felügyeli. Ez a Testület dönt a soronkövetkező rendezvény helyszínéről is. Az AP internetes honlapjának címe: http://chemeng.p.lodz.pl/idsap/index.html 4. MAGYAR SZÁRÍTÁSI SZIMPÓZIUM (MSZSZ) SOROZAT Az Európai Unióhoz való csatlakozás küszöbén Magyarországon is kiemelté váltak a környezetvédelmi aspektusok és az előállított termékek minőségének kérdései. Mindezek a kutatásban mind pedig a gyakorlati alkalmazásokban is hangsúlyossá teszik a nagy energia igényű technológiák, így a szárítási problémák intenzív tanulmányozását, fejlesztését. Többek között ez is inspirálta egy, a szárítással foglalkozó szakemberek hazai tudományos fórumának életre keltését.
– 19 –
A kétévente megrendezett hazai szárítási szimpózium sorozatot Prof. Farkas István (Szent István Egyetem Gödöllő -SZIE) alapította és indította útjára 1995-ben Gödöllőn. A Gödöllői Agrártudományi Egyetem (GATE) (a Szent István Egyetem Gödöllő jogelődje), a Magyar Tudományos Akadémia (MTA), a Magyar Kémikusok Egyesülete (MKE) és további együttműködő intézmények közös szervezésében 1995. évben kerül sor első ízben a szárítás területén dolgozó hazai szakemberek találkozójára, amelynek célja a különböző szárítási technológiák és szárítóberendezések fejlesztése területén elért legújabb eredmények ismertetése. Az eddigi rendezvények listája a 2. táblázatban található. 2. Táblázat A Magyar Szárítási Szimpózium rendezvények időrendi listája és adatai Sorsz.
Év
Helyszín
Előadások száma
1. 2. 3. 4. 5.
1995 1997 1999 2001 2003
Gödöllő Gödöllő Nyíregyháza Mosonmagyaróvár Szeged
23 15 21 29 (szervezés alatt)
5. NÉHÁNY KIEMELT TECHNOLÓGIA Az utóbbi két évtizedben a szárítási technológiák nagymértékű fejlődésen mentek át. A legújabb nemzetközi kutatások és fejlesztések közül – a teljesség igénye nélkül – néhány kiemelhető innovatív technológia a következő: - mechanikai vízelvonás, - mikrohullámú szárítás, - rádiófrekvenciás szárítás, - ultrahangos szárítás, - túlhevített gőzzel működő szárítók, - hőszivattyúval kombinált szárítók, - impulzus szárítók, - kombinált porlasztásos-folyadék szárítók, - szoláris szárítás, - megszakításos szárítás. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A kutatási tevékenység a CHN-12/02 projekt támogatásával valósult meg.
– 20 –
IRODALOM Coumans, W. J.: Some Impressions from IDS’96, Drying Technology – An International Journal, 15(3&4), 1997, pp. 1243-1250. Farkas I.: Mesterséges intelligencia módszerek alkalmazása a szárítási folyamatok modellezésében, 4. Magyar Szárítási Szimpózium, Mosonmagyaróvár, 2001. október 18-19, 11. o. Mészáros,Cs.-Bálint,Á.-Kirschner,I.-Gottschalk,K.-Farkas,I.: Surface changes of temperature and moisture level at coupled heat and mass transfer through porous media according to the wave approach of the irreversible thermodynamics, Advances in Drying Technology, /ed. by G.D. Saravacos, Z.B. Maroulis, M. Krokida, V.T. Karathanos/, Proceedings of the Symposium EUDrying 03, Heraklion, Crete, September 4-5, 2003. p. 63-70. Mujumdar,A.S.: Research and development in drying: Recent trends and future prospects, Proceedings of the 13th International Drying Symposium IDS 2002, Beijing, China, August 27-30, 2002, Vol. A, /ed. by C.W. Cao, Y.K. Pan, X.D. Liu and Y.X. Qu/, p. 1-18. Seres,I.-Farkas,I.-Kocsis,L.-Gottschalk,K.: Development of a low range sensor for the use of natural air flow measurement, Advances in Drying Technology, /ed. by G.D. Saravacos, Z.B. Maroulis, M. Krokida, V.T. Karathanos/, Proceedings of the Symposium EUDrying 03, Heraklion, Crete, September 4-5, 2003. p. 40-48. Pakowski, Z.: Impression of IDS’98 as IDS completes 20 years, Drying Technology – An International Journal, 17(6), 1999, pp. 1247-1253.
– 21 –
