Instalatii pentru Osmoza

INSTALAII PENTRU OSMOZModulele pentru OI sunt foarte asemntoare celor pentru UF. Membranele tubulare i spiralate sunt montate n module. Sistemele de membrane plate pentru OI, tip DDS, difer sub anumite aspecte de cele prezentate pentru UF.

Fig. 8.1 Instalaie de osmoz invers cu module n paralelInstalaiile pentru OI sunt formate din aceleai componente i funcionarea lor este influenat de aceiai factori ca i n cazul UF. Instalaia n cascad, cu o singur trecere peste membran, este format dintr-o succesiune de module, n numr progresiv mai redus pentru a se menine viteze mari ale fluxului n condiiile eliminrii permeatului n fiecare etap.

Instalaiile de OI cu module dispuse n paralel, n mai multe etape, fiecare dintre ele cu o pomp de alimentare sunt mult mai eficiente (fig. 8.1).n cele ce urmeaz se reprezint grafic, comparativ, modul de utilizare al osmozei inverse, ultrafiltrrii i microfiltrrii ca metode de filtrare n industria alimentar.

n acest context prezentm i o enumerare general a tuturor metodelor ce se pot ntlni, clasificare n funcie de vitezele difereniale cu care se produc:Tabelul 8.1Separare prin bariereSeparare n cmpAlte tehnici

Filtrare (obinuit)Electroforez Distilare molecular

Microfiltrare Ultracentrifugare

Ultrafiltrare Difuzie termic

DializSpectroscopie de mas

Electrodializ

Osmoz invers

Electroosmoz

Difuzie gazoas

Alte tehnici separative pentru diverse sisteme bazate pe echilibre stabilite ntre fazele componente sunt:Tabelul 8.2Separarea sistemelor

Gaz-lichid (G/L)Gaz-solid (G/S)Lichid-lichid (L/L)Lichid-solid (L/S)

Distilare Adsorbie Extracie Precipitare

Cromatografie Sublimare Cromatografie Cristalizare

Sitare molecularSchimb ionic

Adsorbie

Sitare molecular

Fig. 8.2 Principiile filtrrii prin membraneSepararea particulelor se poate face prin: filtrare, sedimentare, centrifugare, electroforez, schimb ionic, precipitare electric. Dintre metodele menionate, filtrarea este foarte important n cazul lichidelor alimentare (lapte, vin, bere,sucuri, etc).LIOFILIZAREA

Liofilizarea, cunoscut i sub denumirea de criodesicare, criodeshidratare este considerat ca fiind procesul ideal de uscare a alimentelor datorit faptului c operaia decurge la temperaturi joase, sub punctul de congelare, n absena oxigenului. Sublimarea apei prezint avantajul c se produce sub punct de congelare i, n consecin, nu este influenat de deteriorrile caracteristice provocate de cldura. Ca urmare, se asigur o conservare remarcabil a proprietilor iniiale ale produselor, att n ceea ce privete principiile nutritive, calitile organoleptice, ct i structura celular. Datorit structurii poroase, deschise a esuturilor, capacitatea de rehidratare a produselor finite este foarte mare, are loc rapid i aproape la acelai nivel cu starea hidric iniial, pentru c proteinele i celelalte constituente coloidale nu au suferit dect o denaturare redus. n cazul liofilizrii, ndepartarea apei din produs nu produce modificri n raportul dintre substane solubile/substane insolubile, deoarece deshidratarea n stare congelat se efectueaz prin sublimarea cristalelor de ghea, respectiv prin trecerea direct a apei din stare coloidal n stare de vapori, fr a trece prin starea lichid. Fig. 8.3 Tunel de liofilizare

1- crucior cu produs, 1- ecluz de intrare, 3- sector al instalaiei, 4- conducte de vapori, 5- condensator, 6- sistem de vacuumare, 7- mecanism de antrenare, 8- ecluz de evacuare,9- panou de comand.Liofilizarea prezint urmtoarele avantaje:

pstrarea valorii nutritive iniiale se face mai bine dect la orice alt metod de uscare, deoarece proteinele, lipidele, glucidele, vitaminele i srurile minerale sunt foarte puin afectate.

pstrarea proprietilor senzoriale iniiale: textur, gust, arom. Produsul i menine aspectul i forma, nu face spum, nu se contract i nu produc concentrri locale ale anumitor fraciuni cu formare de crust. Reinerea aromei se face printr-o fixare de tip adsorbtiv a subsantelor volatile de ctre masa de produs uscat care prezint o suprafa mare de absorbie. capacitatea de rehidratare a produselor uscate este foarte mare i reconstituirea are loc rapid i aproape la acelai nivel cu produsul proaspt, datorit structurii poroase a esturilor.

Liofilizarea produselor cuprinde trei etape distincte:

congelarea;

sublimarea sau desicarea primar;

evaporarea apei remanente sau desicarea secundar.

Congelarea. De modul cum decurge congelarea depinde evoluia fazelor ulterioare, desicarea primar i secundar, proprietile produsului finit, ndeosebi reconstituirea. Viteza de congelare apare ca o mrime critic esenial. O congelare prea lent, la o temperatur insuficient de joas, produce o structur eterogen. Exist posibilitatea aparitiei unor zone difereniate, cu eutectice diferite, care vor conduce la o desicare secunar dezechilibrat, cu consecine nedorite asupra umiditii reziduale. Ca urmare, se prefer congelarea rapid care asigur urmatoarele avantaje: cristale fine care vor favoriza formarea de micropori i deci o reconstituire mai bun, se evit accidentele datorate concentraiei saline.Congelarea, n mod obligatoriu, trebuie s asigure o cristalizare total. Urme de faz lichid n produsul congelat, n timpul denaturrii determin o denaturare mai mult sau mai putin complet a produsului. Din aceast cauz congelarea se face la o temperatur mult inferioar punctului eutectic, pentru a asigura o congelare total.

Congelarea se realizeaz prin mai multe metode: n contact cu plci metalice, n curent de aer rece, prin imersie sau prin autocongelare. n toate cazurile se urmrete o rcire rapid, la temperaturi coborte, n vederea producerii unei cristalizri uniforme, pe ct posibil totale, cu cristale fine de ghea.

Autocongelarea const n realizarea unui vid naintat care determin evaporarea unei cantitai importante de ap, ceea ce provoac o absorbie important de cldur la congelarea produsului. Aplicarea autocongelrii, dei avantajoas din punct de vedere energetic i al investiiilor, prezint din punct de vedere calitativ o serie de dezavantaje, deoarece prin evaporarea a 15-20% din cantitatea de ap coninut se pot produce n unele zone aglomerri de substane i formarea de cruste la suprafaa produsului. Pentru produsele fluide exist riscul ca sub influena vidului s se formeze o cantitate mare de spum i s se inregistreze pierderi mari de arome volatile. Din aceste considerente, se prefer s se foloseasc o metod de congelare clasic.Desicarea primar este un proces combinat ntre sublimarea i difuzia vaporilor de ap printr-un strat poros i uscat, concomitent cu transportul vaporilor de ap de la suprafaa produsului. Procesul este deosebit de uscarea convenial. n cazul uscrii obinuite are loc evaporarea apei de la suprafaa produsului i migrarea apei din interior spre exterior prin difuziune intern. n acest caz, substanele dizolvate n sucul celular, antrenate spre zona de evaporare se vor depune la suprafa, formnd o crust. n cazul liofilizrii, cristalele de ghea sublimeaz n interiorul produsului, iar prin capilarele acestuia se degaj direct vaporii. Sublimarea ncepe de la suprafa i pe msur ce procesul nainteaz, zona de sublimare ptrunde tot mai adnc n produs pn ce toat gheaa a fost eliminat.Pentru realizarea unor produse de calitate este necesar ca produsul supus uscrii s aib ntotdeauna temperatura cobort, sub valoarea punctului cel mai cobort de nghe (valoare minim a punctului eutectic) astfel nct s se schimbe forma de cristalizare a apei sau s apar o transformare a fazei cu trecerea apei din starea solid n starea lichid.

Desicarea secundar. Sublimarea este considerat terminat atunci cnd toat gheaa din produs a fost eliminat, prin trecerea n stare de vapori. Din acest moment se trece la eliminarea apei remanente, care este o faz de desorbie. Aceast etap dureaz pn ce se ajunge la o umiditate final optim, compatibil cu o bun conservare ulterioar i care este cuprins ntre 2-4 %.n decursul sublimrii se stabilete, la un moment dat un echilibru al presiunii vaporilor. Pentru continuarea sublimrii este necesar s se distrug acest echilibru, ceea ce impune un aport de cldur eficace din exterior. Temperatura materialului congelat trebuie reglat exact n timpul procesului de liofilizare pentru a evita fenomene care vor influena negativ calitatea produsului finit, ca: topirea intercristalin, evaporarea direct sau formarea de spum. Din motive economice, uscarea trebuie fcut cu o vitez optim, astfel ca procesul s fie rentabil, ceea ce se realizeaz printr-un aport de cldur care trebuie reglat astfel nct s corespund posibilitilor continue de evacuare a vaporilor de ap. Aceast problem este ns mult mai complicat dect pare n aparen, deoarece este necesar o anumit cantitate de energie care s asigure sublimarea optim, fr s se nregistreze degradarea materialului.n cazul materialelor solide, aportul de cldur este limitat de doi factori:

conductivitatea termic a materialului uscat n cursul sublimrii;

temperatura maxim admisibil a suprafeei materialului uscat.

Pentru a evita denaturarea sau chiar arderea materialului, trebuie limitat temperatura de la suprafaa produsului la temperaturi cuprinse ntre 40-100C, n funcie de natura alimentului.Aportul de cldur necesar desfurrii optime a liofilizrii se realizeaz prin conducie , radiaie sau mixt. Din motive economice, sistemul de nclzire este cel mai folosit. nclzirea este asigurat cu ap cald, vapori, ulei mineral sau electric. Temperatura de ncalzire n faza de sublimare este 40-60C, iar n partea a doua, de vaporizare a apei remanente, se ridic temperatura la 80-90C.n ultimul timp, exist tendina nclzirii cu microunde care permit reducerea timpului de liofilizare, deoarece microundele sunt absorbite de ghea dar nu i de stratul uscat, i n consecin se realizeaz o uscare protectiv.

ELIMINAREA VAPORILOR DE APEvacuarea aerului din instalaie este facilitat de debitul liber al vaporilor de ap n direcia gradientului termic. Pentru evacuarea volumului mare de vapori, se folosesc dou sisteme:

- Sisteme de ejectoare cu aburi ce lucreaz n mai multe trepte i care aspir vaporii direct din camera de uscare. Ele se caracterizeaz printr-o mare stabilitate n funcionare, au puine piese n micare i necesit o ntreinere redus. Prezint dezavantajul c pentru a realiza o presiune de 1mm Hg necesit cel puin 4 etaje i un consum mare de abur.

- Sistemul de conservare cu rcitoare de suprafa, prevzut cu o pomp de difuzie. n aceast situaie are loc condensarea vaporilor de ap pe serpentinele evaporatorului care se pot gsi n interiorul camerei sau ntr-o seciune special. Procesul se caracterizeaz prin cheltuieli mari de montare, este complicat i necesit ntreinerea costisitoare la care se adaug operaia de dezghearea serpentinelor. n schimb, cheltuielile de exploatare sunt mai mici dect la ejectoarele cu abur.INSTALAII DE LIOFILIZARE

La realizarea instalaiilor de liofilizare se ine seama de urmtorii factori care influeneaz procesul:

1) grosimea i forma produsului uscat;

2) temperatura eutectic a produsului;

3) temperatura la care se face uscarea;

4) coninutul de umiditate al produsului finit;

5) etaneitatea maxim a instalaiei;

6) viteza de eliminare a aerului din instalaie;

7) mrimea i temperatura suprafeelor de condensare, respectiv depresiunea realizabil;

8) eficacitatea de nclzire;

9) construcia instalaiei, innd seama n special de rezistena minim fa de circulaia aburului.

n prezent se construiesc instalaii de liobilizare discontinui i continui.

Instalaiile discontinui sunt formate dintr-un grup de 1-10 camere, deservite de un condensator i un grup pentru realizarea vidului. Suprafaa unei camere este cuprins ntre 18-180 m2, optim 90m2, pentru asigurarea flexibilitii.Instalaiile continue reduc timpii mori de ncrcare i descrcare, elimin consumul mare de energie de la nceputul operaiei, ceea ce optimizeaz costurile de fabricaie. Se folosesc n special tunele de liofilizare care asigur o bun productivitate (fig 8.3).

Extinderea procedeului de uscare prin liofilizare, care asigur caliti superioare produselor, este limitat de urmtorii factori:

- aplicarea procesului necesit o tehnologie pretenioas, greu de procurat i de pus n aplicare, cu o serie de condiii restrictive: viteza de congelare trebuie s fie mare, pentru a se asigura pstrarea integritii celulelor, fr ns a se depi o anumit limit, specific fiecrui produs, pentru a se evita tensiuni mecanice prea puternice; n faza de sublimare care trebuie s asigure un echilibru termic constant ntre rcirea datorat evaporrii apei i nclzirea necesar eliminrii vaporilor.

- dup sublimare, produsul obinut este friabil, higroscopic i foarte sensibil la procesele de oxidare, ceea ce necesit o protecie mpotriva ocurilor, luminii i umiditii i, n special, fa de oxigen. Ca urmare, ambalarea trebuie s se fac n spaii special condiionate, cu umiditatea relativ a aerului < 75% s se foloseasc ambalaje rezistente la vapori de ap i gaze, dozarea fiind fcut n atmosfer de gaze inerte sau n vid, ceea ce mrete costurile.- durata procesului este lung, ceea ce determin o productivitate redus.

- se folosesc instalaii scumpe, ce necesit investiii mari i consumuri energetice ridicate.