Szárítás Élelmiszerek hidratúrája
Ha nincs víz: nincs fehérjebomlás FEHÉRJE + VÍZ
PROTEÁZ ←⎯ ⎯⎯→
AMINOSAVAK
Szárítás Élelmiszerek hidratúrája
KÖTÖTT VÍZ BET – víz
ρ = 3000 kg/m3 tf.p. = 200 °C
SZABAD VÍZ
1
Szárítás a levegő relatív páratartalma [%]
egyensúlyi nedvességtartalom görbe ϕ 100 kötött nedvesség
kötetlen nedvesség
ϕΑ egyensúlyi nedvesség
szabad nedvesség
Y*
Y100
Y
nedvességtartalom [g víz/ g sz.a.]
Szárítás Egyensúlyi Relatív Páratartalom (ERP) ERP% =
oldat feletti légtér páratartalma tiszta víz feletti légtér páratartalma ERP% =
pa pH
⋅ 100%
⋅ 100%
2O
Vízaktivitás : a w =
pa pH
2O
2
Szárítás Olyan diffúziós művelet, amelynek során a szilárd anyag belsejéből a nedvesség diffúzióval jut a szilárd anyag felületére, onnan a szárító levegőbe és azzal együtt távozik. CÉL: tartósítás, anyaghányad-csökkentés Hajtóerő: az a gőznyomáskülönbség, amely az adott hőmérsékletű nedves anyagban lévő víz gőznyomása és a szárító levegőben lévő vízgőz parciális nyomása között fennáll.
Szárítás a levegő relatív páratartalma [%]
egyensúlyi nedvességtartalom görbe ϕ
nedvesítés
hiszterézis szárítás
ϕΑ
Y*n
Y*sz
Y
nedvességtartalom [g víz/ g sz.a.]
3
Szárítás a levegő relatív páratartalma [%]
egyensúlyi nedvességtartalom görbe ϕ
nedvesítés
hiszterézis szárítás
ϕA,n ϕA,sz
Y
Y* nedvességtartalom [g víz/ g sz.a.]
Szárítás SZAKASZOS SZÁRÍTÁSI MŰVELETEK nedvességtartalom [%]
W
száradási görbe
A’ A
NA ~
B
dcA ∆c A ∆W ≈ ~ dτ ∆τ ∆τ
NA = − C
τ idő
W = 100 − W 100 dW (100 − W )2
dc A = d
D
W*
msz.a. dc A A dτ
4
Szárítás SZAKASZOS SZÁRÍTÁSI MŰVELETEK száradási sebességgörbe
A-B: kezdeti kiegyenlítődés B-C: állandó sebesség C-E: csökkenő sebesség C-D: telítetlen felület száradása D-E: a nedvesség belső vándorlása
száradási sebesség [kg s-1 m-2]
NA
A’ C
B
D
E c*
A A
cA,0 cA,kr nedvességtartalom [g víz/g sz.a.]
cA
Szárítás SZAKASZOS SZÁRÍTÁSI MŰVELETEK Hőmérséklet szerepe: Kritikus hőmérséklet (a termék a szárítás utolsó szakaszában károsodás nélkül elbír) A-B: kezdeti kiegyenlítődés B-C: állandó sebesség C-E: csökkenő sebesség C-D: telítetlen felület száradása D-E: a nedvesség belső vándorlása
Légsebesség szerepe: B–C: nagy sebesség kell C–E: alacsony sebesség is elég Relatív páratartalom szerepe: B–C: magasabb ϕ is alkalmazható C–E: csak alacsony ϕ a megfelelő
5
Szárítás SZAKASZOS SZÁRÍTÁSI MŰVELETEK száradási idő NA = − τ2
msz.a. dc A A dτ c A ,1
m dc A ∆τ = ∫ dτ = sz.a. ∫ A c A, 2 N A τ1
c A,1 , c A, 2 > c A,kr és N A = N A,áll B-C: állandó sebességű szakasz
∆τ =
msz.a. (cA,1 − cA,2 ) A ⋅ N A,áll
Szárítás SZAKASZOS SZÁRÍTÁSI MŰVELETEK száradási idő NA = −
msz.a. dc A A dτ
N A = m ⋅ cA + b
A ,1 m ⋅ c A,1 + b m dc A m ∆τ = sz.a. ∫ = sz.a. ln A c A , 2 m ⋅ c A + b m ⋅ A m ⋅ c A, 2 + b
c
N A,1 = m ⋅ c A,1 + b; N A, 2 = m ⋅ c A, 2 + b; m = C-D: lineárisan csökkenő sebességű szakasz
∆τ =
N A, 2 − N A,1 c A, 2 − c A,1
msz.a. (c A,1 − c A, 2 ) N A,1 msz.a. ln (c A,1 − c A, 2 ) = A( N A,1 − N A, 2 ) N A, 2 A ⋅ N A,köz
6
Szárítás SZAKASZOS SZÁRÍTÁSI MŰVELETEK száradási idő NA = − m=
msz.a. dc A A dτ
N A = m ⋅ cA + b
N A,áll − 0 N A,áll (c A − c*A ) * N = m c − c = ; ( ) A A A c A,kr − c*A c A,kr − c*A c A ,1
msz.a. dc A ∆τ = (c A,kr − c*A ) ∫ A ⋅ N A,áll c − c*A c A, 2 A C-E: lineárisan csökkenő sebességű szakaszként figyelembe véve
msz.a. (c A,kr − c*A ) c A,1 − c*A ∆τ = ln A ⋅ N A,áll c A, 2 − c*A
Szárítás A SZÁRÍTÁS HŐÁTADÁSA Szabad konvekció:
Nu = c ⋅ (Gr ⋅ Pr )
n
g ⋅ l3 tL − tF Gr = 2 υ tL Kényszer konvekció:
Nu = c ⋅ Re m Pr n
7
Szárítás A SZÁRÍTÁS ANYAGÁTADÁSA Sh =
Anyagátadás:
β ⋅l
= konst. Re m Sc n
D D β = c Re m Sc n l Átadott anyagmennyiség: N vízgőz = β ′( p A, f − p A,l ) Diffúziós állandó számolása SCHIRMER szerint: 1,81
DAB
10000 ⎛ T ⎞ = 2,31 ⋅10 ⎜ ⎟ Pössz ⎝ 273,15 ⎠ −5
Szárítás A SZÁRÍTÁS HŐ- ÉS ANYAGÁTADÁSA Analógia révén
jH =
Re =
α ⋅ Pr 2 / 3 cpρ v
l ⋅ Gm
η
jD =
β ′ M átl p B,k 2/3 Sc v átl ρ
> 15000 ⇒ jH = jD = 0,036 ⋅ Re −0, 2
8
Szárítás ANYAG-, VÍZ- ÉS HŐMÉRLEG Anyagmérlegből Î eltávolítandó vízmennyiséget (Gw) Vízmérlegből
Î levegőszükségletet (L)
Hőmérlegből
Î hőszükségletet (Φ) lehet kiszámítani
Szárítás ANYAGMÉRLEG L, Y1
L, Y2
G1, W1
G2, W2
G1 = G2 + Gw
G
G W G W = 1 1, G = 2 2 w,2 w,1 100 100
Gw,1 = Gw,2 + Gw
G
G W G W = G −G = 1 1 − 2 2 w 1 2 100 100
9
Szárítás VÍZMÉRLEG L, Y1
L, Y2
G1, W1
G2, W2
belépő nedvességáram = kilépő nedvességáram G W G W 1 1 + LY = 2 2 + LY 1 2 100 100 G W G W 1 1 − 2 2 = LY − LY ⇒ G = L(Y − Y ) W 2 1 2 1 100 100 GW L= Y2 − Y1
Szárítás HŐMÉRLEG Φ1=L h1
G1=G2+Gw
Φv
Φ2=G2cpt1 Φ3=Gwcp,vt1
Φ5=L h2 Φ6=G2cpt2
Φ4
Φ1 + Φ 2 + Φ 3 + Φ 4 = Φ 5 + Φ 6 + Φ v Lh1 + G 2 c p t 1 + G w c p, v t 1 + Φ 4 = Lh 2 + G 2 c p t 2 + Φ v
10
Szárítás HŐMÉRLEG Φ1 + Φ 2 + Φ 3 + Φ 4 = Φ 5 + Φ 6 + Φ v Lh1 + G 2 c p t 1 + G w c p, v t 1 + Φ 4 = Lh 2 + G 2 c p t 2 + Φ v Φ 4 = L(h 2 − h 1 ) + G 2 c p (t 2 − t 1 ) − G w c p, v t 1 + Φ v q=
(G − G w )c p (t 2 − t1 ) − G w c p, v t1 + Φ v Φ4 L = (h 2 − h1 ) + 1 Gw Gw Gw
q0 = −
(G1 − G w )c p (t 2 − t1 ) − G w c p, v t1 + Φ v Gw
Szárítás HŐMÉRLEG Φ1 + Φ 2 + Φ 3 + Φ 4 = Φ 5 + Φ 6 + Φ v
L (h 2 − h1 ) W L 1 = W Y2 − Y1
q + q0 =
q + q0 =
h 2 − h1 Y2 − Y1
11
