Operații unitare în industria alimentară

Bazele teoretice ale procesului

Utilajele pentru transfer termic sunt aparate care realizează transferul termic de căldură dintre diferite medii în diferite tehnologii de proces. Ele asigură trecerea căldurii de la o substanșă la altă substanță prin, intermediul unui perete despărțitor. Transmiterea căldurii poate fi însoțită de schimbarea stării de agregare a unuia sau a ambilor agenți termici, sau poate aea loc fără această schimbare.

Schimbătoarele de căldură servesc transmiterii căldurii fără schimbarea stării de agregare a agenților termici. Acestea sunt: răcitoare și respectiv încălzitoare.

Evaporatoarele și sondensatoarele transmit căldura cu schimbarea stării de agregare a unuia sau a ambilor agenți termici.

Schimbătorul de căldură poate constitui o unitate independentă, sau un subansamblu într-o instalație complexă. El participă activ la procesul tehnologic, intercalarea sa contribuind la creșterea randamentului instalației.

Condițiile pe care trebuie să le îndeplinească schimbătoarele de căldură sunt de natură funcțională, tehnică, economică și constructivă, de aceea alegerea tipului de schimbător trebuie să corespundă scopului urmărit.

Principiul funcțional trebuie astfel asigurat, încât regimul temperaturilor agenților termici să fie menținut în timpul procesului de exploatare la parametri necesari.

Dimensiunile schimbătoarelor de căldură, forma geometrică a acestora, calitatea materialelor utilizate, soluția și modul de asamblare, sunt dependente de presiunile agenților de lucru, de fluxul de căldură, de temperatura agenților, de tipul schimbătorului de căldură folosit etc.

La alegerea tipului de schimbător de căldură trebuie să se asigure un cost de investiție minim.

Soluția constructivă aleasă trebuie să poată fi ușor materializată, cu o mare productivitate și cu cheltuieli de întreținere și reparații minime.

Transmiterea căldurii reprezintă fenomenul care stă la baza multor operații specifice industriei alimentare: încălzire, răcire, evaporare, condensare, uscare, distilare.

Transmiterea căldurii se produce pe baza unei diferențe de temperatură. În mod spontan, căldura trece de la mediul mai cald la mediul mai rece.

Schimbul termic constă în transmiterea căldurii, pentru a putea încălzi sau răci o materie primă, auxiliară sau un produs. Operația se realizează prin intermediul unui agent termic, care în decursul operației de încălzire sau răcire, își modifică sau nu starea de agregare.

Agenții termici folosiți în industria alimentară sunt:

- apa caldă – la presiunea atmosferică (până la 80°C) sau sub presiune (80 374°C);

- abur saturat – cel mai utilizat purtător de căldură;

- apa rece – agent de răcire;

- apa răcită – agent de răcire secundar peste 4°C;

- agenți de răcire neconvenționalii: microunde cu frecvența de 2450 Hz (pentru opărirea fructelor și legumelor);

Secția de regenerare a pasteurizatorului de tip țeavă în țeavă

Coala

Mod Coala № Document Semnăt. Data

- câmp electric de înaltă tensiune mai mare de 300kW (pentru încălzirea produselor cu aciditate ridicată).

Pasteurizarea reprezintă operația ce are drept scop distrugerea majorității microorganismelor și, în particular, a bacteriilor patogene nesporulate prezente în produsul alimentar, cu cea mai mică pierdere posibilă a calităților senzoriale ale acestuia. Pasteurizarea lucrează, în general, la presiune atmosferică și temperaturi de lucru sub 100°C.

Sterilizarea este operația ce are drept scop distrugerea tuturor microorganismelor, atât a formelor vegetative, cât și a celor sporulate. Sterilizatoarele lucrează la presiune atmosferică sau suprapresiune și temperaturi de lucru egale sau mai mari de 100°C.

Schimbătoarele de căldură se compun în principiu din două spații, delimitate între ele, pentru circulația separată a celor două substanțe între care se face schimbul de căldură. Peretele care separă cele două spații reprezintă suprafața de transmitere a căldurii sau suprafața de încălzire sau răcire. În cazul în care această suprafață separatoare nu există, schimbul de căldură între substanțe se face prin contact direct.

Schimbătoarele de căldură funcționează independent, sau în cadrul unor instalații complexe.

Funcție de scopul lor, schimbătoarele de căldură se clasifică în:

- schimbător de căldură propriu-zis sau recuperator de căldură – pentru încălzirea unui fluid rece sau răcirea unui fluid cald;

- preîncălzitor – pentru încălzirea fluidului rece;

- răcitor – pentru răcirea fluidului cald;

- radiator – pentru încălzirea aerului;

- cazan cu abur – pentru obținerea aburului;

- instalația frigorifică – pentru răcirea fluidului;

- uscător – pentru uscarea materialelor;

- turn de răcire – pentru răcirea apei calde;

- condensator de suprafață sau de amestec – pentru condensarea vaporilor;

- evaporator – pentru concentrarea soluției lichide;

- coloană de rectificare – pentru separarea unui amestec pe baza diferenței de volatilitate.

Funcție de sensul de circulație a fluidelor prin schimbătoarele de căldură, ele funcționează în echicurent, în contracurent, în curent încrucișat sau în curent mixt.

Funcție de numărul de treceri a fluidelor prin schimbătoarele de căldură, ele sunt cu o singură trecere sau cu mai multe treceri.

Schimbătoarele de căldură propriu-zise se clasifică în două mari grupe:

- recuperatoare – schimbul de căldură se face de la fluidul cald la fluidul rece, printr-un perete desparțitor, în regim staționar (permanent);

- regeneratoare – schimbul de căldură se face prin intermediul unui solid, care înmagazinează căldura de la fluidul cald și o cedează fluidului rece, în regim nestaționar.