Харчові продукти, концентровані шляхом випаровування - Харчова техніка

Концентрація випаровування - це унітарна операція зневоднення; на відміну від сушіння, при випарюванні для видалення води застосовується технологія кип’ятіння, вона стосується лише рідких продуктів і залишає значну кількість кінцевої води в концентрованому готовому продукті.
Ця унітарна операція має кілька цілей, включаючи мікробіологічну стабілізацію (консервацію), якщо вона пов'язана з іншими методами/фактором стабілізації (наприклад, пастеризація)
Цей курс також охоплюватиме:

  • принципу випаровування концентрації
  • робочі параметри
  • матеріалів
  • оптимізація енергетичних витрат
  • приклади процесів
  • аплікаційні вправи

  • Випаровування-концентрація
    • 1- Визначення, цілі (...)
    • 2- Робочі параметри
      • 21 - ЄС
      • 22 - Вираз концентрації
      • 23 - Параметри
    • 3- Конституція випарника
    • 4- Випар випаровування (...)
    • 5- Енергозбереження
      • 51 - Кілька установок
      • 52 - CMV
    • 6- Матеріали
      • 61 - Куля концентрації
      • 62- Трубчасті випарники
    • 7- Приклади (...) процесів

Випаровування-концентрація

Концентрація випаровування - це одинична операція часткового зневоднення кип’ятінням.

продукти

1- Визначення, цілі та обмеження

Концентрація випаровування - це унітарна мікробіологічна стабілізаційна операція, яка полягає у зменшенні об’єму продукту шляхом видалення частини води з продукту кип’ятінням.

Ця операція має кілька цілей:

  • зменшити обсяг і, отже, витрати, пов'язані із заторами (зберігання та транспорт)
  • мікробіологічна стабілізація (консервація), якщо вона пов'язана з іншими операціями/факторами збереження: такими як пастеризація, охолодження, заморожування ...
  • підготуйтеся до сушіння або сублімаційного сушіння, оскільки це вигідніше з точки зору енергоефективності.

Межі концентрації випаровування:

  • стосуються лише рідких продуктів, за винятком твердих продуктів, які будуть висушені або ліофілізовані. Усі параметри продукту, що обмежують тепловіддачу, також будуть факторами, що обмежують концентрацію випаровування (наприклад: в'язкість тощо)
  • залишкової вологи концентрованого продукту недостатньо для утримання концентрованого продукту на самоті; концентрація випаровування повинна поєднуватися з іншими факторами або операціями збереження (стабілізації); приклади: пастеризація, сушіння, підсолоджування, засолювання, заморожування, кислотність тощо.

Концентрація та консервація випаровування

Евапоконцентрація є частиною операцій мікробіологічної стабілізації, як і всі операції зневоднення; насправді, за рахунок зменшення активності води (aw) продуктів, їх буде легше зберігати.

Нижче наведено приклади продуктів із відповідними aw !

ПОПЕРЕДЖЕННЯ: Використовуючи тепло для видалення води кип’ятінням, концентрація випаровування не має пастеризуючої дії ! звідси необхідність часто поєднувати пастеризацію або стерилізацію

Ми бачимо, що концентрація випаровування сама по собі недостатня для забезпечення збереження готового продукту! Він повинен обов'язково поєднувати інші фактори та/або інші стабілізаційні операції, такі як:
пастеризація, стерилізація, охолодження, заморожування, підкислення ...

Діяльність:

  • Томатний концентрат:
    Характеристики: рН Несолодке згущене молоко
    Характеристики: рН 6,5; EST = 25%; aw> 0,95
    Процес: стандартизація в MG/Пастеризація/Концентрація випаровування/Кондиціонування/Апертизація (стерилізація)
  • Підсолоджене згущене молоко
    Характеристики: рН 6,5; EST = 77%; aw = 0,85
    Процес: стандартизація жиру/цукроутворення/пастеризація/випаровування/кондиціонування/пастеризація.

2- Робочі параметри

Ефективність концентрації випаровування вимірюється випарною здатністю установки (ЕС)

21 - ЄС

EC відповідає потоку води, що випаровується установкою, і вимірюється в кг/год або тонну/год.

Ми можемо розрахувати ЕС установки на основі потоку продукції:

22 - Вираз концентрації продукту

Концентрація продукту може бути виражена по-різному:

  • в % сухого екстракту (% ES) або% сухої речовини (% DM)

  • в градус Брикса (° B) або% рефрактометричного індексу (% IR) для солодких продуктів (кондитерські вироби, варення, фруктовий сік тощо)
    ° Brix відповідає% вмісту розчинних твердих речовин (ESS), виміряного рефрактометрією; ось чому ми також говоримо про% IR. для солодких продуктів, представлених фруктовим соком, фруктовим пюре та іншими кондитерськими виробами, він засвоюється до рівня цукру (% цукру).
  • Ми також можемо розрахувати коефіцієнт концентрації (FC) товару:
  • Еволюція концентрації продукту при випаровуванні:

Цей розвиток є експоненціальним, як показано на наступному графіку під час концентрації підсолодженого згущеного молока

23 - Параметри

Це фактори, пов’язані з продуктом, процесом та матеріалом, які впливатимуть на ефективність концентрації випаровування, тобто значення ЕС установки.

Тиск насиченої пари суміші (розчинена речовина-розчинник) зменшується відповідно до закону Рауля. Звідси випливає, що, при даному тиску температура кипіння дещо підвищується порівняно з температурою чистого розчинника, коли концентрація розчиненої речовини зростає. Ця різниця температур DTeb називається уповільненням кипіння або збільшенням температури кипіння. Фізично це пов’язано з тим, що присутність розчиненої речовини перешкоджає випаровуванню розчинника, що можна зробити лише при більш високій температурі.

3- Конституція випарника


Кожен випарник складається з 3 частин:

  • 1- Теплообмінник також називають нагрівальними мозолями або теплішими;
    Обмінник може бути трубчастим, пластинчастим, зішкрібним або у вигляді подвійної стінки.
    Нагрівальний пар (або основний пар, що надходить з парового котла) віддасть свої калорії в продукт з іншого боку обмінної поверхні. Потім утворюються тумани (або вторинна пара = вода, що випаровується з продукту). Випари та концентрований продукт знаходяться внизу пристрою, що відокремлюється у другій частині установки.
  • 2- Сепаратор:
    Другим важливим елементом пристрою є циклон або сепаратор: це камера, в яку надходить пара, завантажена краплями концентрату. Рідина стікає знизу, а туман викидається зверху.

Збірка нагрівач + сепаратор - це ефект .

  • 3-конденсатор: це більш прохолодний теплообмінник, який конденсує пари; це призводить до негативного тиску протягом усього ефекту та зниження температури кипіння.

4- Випадок вакуумного випаровування

Щоб знизити температуру кипіння води у продукті, ми можемо діяти на тиск випаровування шляхом зниження значення тиску за допомогою вакуумного насоса.

Діяльність 1:

Діяльність 2:

З наступної діаграми, що містить еволюцію прихованої теплоти випаровування як функції тиску випаровування, обґрунтуйте, чи випаровування під вакуумом при 60 ° C є більш економічним, ніж при 100 ° C під атмосферним тиском !

5- Енергозбереження

Випарювання - це операція дуже енергоємний. Справді, для випаровування одного продукту одного продукту потрібно трохи більше одного кілограма нагрівальної пари !

Для випаровування одного кілограма води при 100 ° С потрібно 2257 КДж; це відповідає прихованій теплоті випаровування води: L = 2257 КДж/кг, що представляє набагато більші витрати енергії, ніж енергія, яка подається на 1 кг води, щоб привести її від 0 ° C при 100 ° C = 418 KJ; це відповідає розумному нагріванню води: Ceau = 4,18 КДж/кг/° C

Для установки для випаровування, витрати на енергію становлять 95% від загальної експлуатаційної вартості виключаючи працю.

Передумови економії енергії: спочатку ізолювати всю установку, потім оптимізувати поверхню нагріву, подумайте про постачання випарників рідкою їжею, попередньо нагрітою до температури кипіння.

51 - Установки з декількома ефектами

Ми бачили, що для випаровування 1 кг води з продукту потрібно було використовувати трохи більше 1 кг нагрівальної пари з котла.

Ідея тут полягає у переробці вторинних парів (туману), що виділяються продуктом, для нагрівання 2-го випарника (або 2-го ефекту). Це називається установкою подвійної дії (або 2 дії).

Ми бачимо, що при установці з подвійним ефектом нам вдається випаровувати трохи менше 2 кг води з продукту, використовуючи 1 кг нагрівальної пари з котла.

Ми можемо узагальнити: установка з ефектом n дозволяє випаровувати з продукту трохи менше n кг води, використовуючи 1 кг нагрівальної пари з котла.

Багатоефектна установка може працювати тільки за наявності градієнта температури (T1> T2 ...> Tn) і тиску (P1> P2 ...> Pn); Тому для встановлення цього градієнта тиску необхідно встановити вакуумний насос на рівні останнього ефекту.

Вибір кількості ефектів та оптимізація між вартістю викопного палива (котла) та інвестиційною вартістю установки.

Зазвичай можна зустріти установки з 6 ефектами, особливо в цукровій промисловості.

Діяльність:

Зі схеми установка для випаровування з мульти-ефектом яблучного соку вище, відповісти на такі запитання:
1- Позначте 3 частини (1-3), з яких складається будь-який випарник
2- Скільки там? як вони нагріваються? У чому сенс? Яка досягнута економія енергії ?
3- З якою концентрацією надходить концентрований сік з першого ефекту? другого ефекту ?
4- Розрахувати потужність випаровування (EC) установки, потім EC 2-го ефекту.

Діяльність 2:
Ось анімація, що пояснює, як працює інсталяція з декількома ефектами:

З анімації багатоефективна установка для випаровування з якого зроблено зображення нижче, дайте відповіді на такі запитання:

1- Скільки там ?
2- Позначте (1 & 2 & 3 & 4) 2 частини випарника, а також сирі та концентровані продукти.
3- Який тип теплообмінника (пластини, трубки або сорочки) використовується в установці ?
4- Який спосіб обігу товару (низхідний або підйомний)? Що використовується режим конвекції? (природний або вимушений)

52 - CMV

Інший спосіб економії енергії - це рециркуляція частини вторинних парів, що виділяються продуктом, шляхом повторного впорскування у вигляді нагрівальної пари в той самий випарник.
Потім необхідно підвищити рівень енергії переробленої пари, стискаючи її в механічному парокомпресорі (CMV)

Діяльність:
Використовуючи процес концентрації томатної пасти нижче, дайте відповіді на такі запитання:

1- Назвіть три складові частини випарника. Який це тип випарника ?
2- При якій температурі та при якому тиску відбувається випаровування? Як це можливо ?
3- Розрахувати потужність випаровування (ЕС) установки. Обчисліть коефіцієнт концентрації продукту.
4- Який пристрій використовується для оптимізації витрат енергії ?

6- Матеріали

61 - Куля концентрації

Це закритий та схвильований подвійний резервуар (паровий підігрів), який дозволяє концентрувати пастоподібні продукти, такі як варення, желе з фруктів ...
Його робота перервана.