Instant anyagoknak az egymástól viszonylag független, igen finoman eloszlatott részecskékből álló (=diszperz) élelmiszereket nevezzük, amelyek gyorsabban oldódnak, mint a kiindulási - kezeletlen - anyagok, de egyéb tulajdonságaikban (íz, tápérték, szín stb.) nem különböznek azoktól.
Ezt a diszperz állapotot un. felépítéses szemcseképződési folyamat során hozzuk létre, mégpedig úgy hogy a mozgásba hozott kiindulási szemcsehalmaz megned-vesített vagy ragacsossá tett egyedi szemcséit laza (kapillár - pórusos) szerkezetű, az eredeti szemcséknél nagyobb szemcsékké, halmazokká alakítjuk át. A nedve-sítő folyadékfázis megszüntetésével (pl. szárításával) un. agglomerált szemcsék-ből álló por keletkezik. Ez a termék gördülékeny, nem tapad és nem boltozódik, könnyen kezelhető (mérlegelhető, csomagolható, stb.) Ezekbe az agglomerátu-mokba könnyen behatol a folyadék, és a részecskék a belső kapilláris nyomás hatására intenzíven diszpergálódnak. Az instant anyagok gyártási eljárásait há-romféleképpen csoportosíthatjuk:
az agglomerálás nélküli módszer során az alapanyagok fizikai-kémiai tulajdonsá-gait változtatják meg, vagy adalékanyagokkal teszik azt pillanatoldhatóvá (instanttá);
egylépcsős instantizálás;
kétlépcsős instantizálás.
A nedves granulálás alapja, hogy a granulálandó szemcsehalmazt megnedvesítik, (vagy egy részét megolvasztják), majd miközben a nedvesítő- ill. oldószert eltá-volítják (vagy a folyadékfázist megszilárdítják, megdermesztik) létrejön a szem-csék agglomerációja. Leegyszerűsítve a granulálás alatt azokat a szemcseképző műveleteket értjük, melyeknek célja kis szemcsékből álló anyaghalmazból na-gyobb szemcséket, más néven granulátumokat tartalmazó szemcsehalmaz előállí-tása a szilárd anyag túlnyomó részének fázisállapot változtaelőállí-tása nélkül. A gya-korlatban az egyik legelterjedtebb módszer a fluidizált rétegben történő granulá-lás ill. a fluidizációs - porlasztásos granulágranulá-lás.
A porlasztva szárítás
A porlasztva szárítás olyan eljárás, amelyben a szárítandó folyékony v. folyósí-tott anyagot először porlasztjuk, a porlaszfolyósí-tott részecskéket lebegő állapotban meleg levegőáramban szárítjuk, majd a száraz port a szárítólevegőből leválaszt-juk vagy a kamra alján összegyűjtjük. A szárítás (hőközlés) módja konvektív (a cseppekké porlasztott anyag közvetlenül érintkezik az áramló szárítólevegővel).
A képződött párát a távozó gázok viszik el magukkal a szárítókamrából. Alkal-mazási területei: tojáspor, tejpor, paradicsomsűrítmény, stb.
Előnyei:
a szárítandó részecske csak rövid ideig van kitéve magas hőmérsékletnek, ami a hőre érzékeny anyagok esetében nagyon előnyös;
a szárított anyagok megtartják eredeti tulajdonságaikat (összetétel, oldódóképesség, íz, tápérték, stb.);
zárt rendszerben, különösebb beavatkozás nélkül kész, száraz terméket kapunk, amely halmazsűrűsége viszonylag egyszerűen szabályozható;
széles hőmérsékletintervallumban használhatjuk (60-1200°C).
Hátránya, hogy az üzembiztos porlasztószerkezet kialakítása, a megfelelő száraz anyag leválasztás kialakítása ill. a nagy méretű (jelentős villamos teljesítmény-szükségletű) szárítókamra méretek miatt jelentős beruházási költséget igényel.
A porlasztva szárítóberendezés legfontosabb részei:
A szárítókamra (torony)
A kamra méreteinek kialakításakor feltétlenül elkerülendő, hogy a cseppek a kamra falára tapadjanak, ezért nagy szárí-tókamra átmérőjű berendezéseket gyártanak ill. fűtik a kam-ra falat ( a cseppek lágyulási hőmérsékletéhez közel).
A porlasztó
A folyékony anyag szárítótérbe történő por-lasztását végzik. Valamilyen nyíláson kis se-bességgel kilépő folyadéksugár összeomlását és cseppekké formálódását sugárbomlásnak nevezzük. A sugár felbomlás során először szalagok képződnek, amelyek később elvéko-nyodnak, és cseppekké esnek szét.
A porlasztók típusai szerint megkülönböztetünk:
folyadéknyomásos, pneumatikus, mechanikus, hanghullámos,
elektromechanikus porlasztó típusokat.
A pneumatikus porlasztóknál a folyadéksugarat valamilyen segédközeg gyors áramoltatása bontja cseppekre (levegő, gőz). Ezért kétáramú fúvókáknak is neve-zik őket. Aszerint, hogy a két közeg hol keveredik el lehet belső vagy külső keve-redésű. A pneumatikus porlasztók alkalmasak igen sűrűn folyós anyagok (pasz-ták, pépek) porlasztására is.
A képződött cseppek összes cseppfelülete igen fontos tényező a szárítás intenzifikálása miatt (anyag- és hőátadás). Egy liter folyadék porlasztásakor kép-ződött összes cseppfelület alakulása a cseppméret függvényében a következő-képpen alakul:
Cseppméret
[μm] Összes cseppfelület [m2] cseppméretet különböző összefüggések írják le.
o l d a t
o r l a s z t ó l e v e g õporlasztó levegő oldat
A szárítólevegő előállító, elosztó és szállítórendszer
A megnövekedett párolgási felü-let lecsökkenti a száradási időt és magas szárítólevegő hőmérsékle-tet enged meg. Az erős párolgás miatt a belépő szárítólevegő hő-mérséklete jelentősen csökken (belépő hőmérséklet: 140 – 200°C; kilépő hőmérséklet:
80°C).
A cseppek kamrában történő mozgása és a szárítóközeg mozgása alapján megkü-lönböztetünk:
egyen-;
ellen- és;
kevert áramlású szárítókat.
Porleválasztó
A szárítókamrából kilépő szárítólevegőből a portartalmú anyagokat ciklonnal vagy zsá-kos porleválasztóval választhatjuk ki.
Fluidizált rétegben történő szárítás
A fluidizációs szárítás a konvekciós szárítás különleges módszere, amelynél a - többnyire szemcsés – anyagrészecskék a szárító levegőáramában intenzív moz-gást végeznek. Ha a szilárd szemcsék halmazán alulról felfele gázt vezetünk, akkor annak sebessége függvényében három jellegzetes réteg alakulhat ki:
V e n t i l l á t o r
K a l o r i f e r
A fluidizációs sebesség függ:
− a szemcsék méretétől,
− sűrűségétől,
− alakjától (formafaktor, ha f = 1, akkor gömb) és
− a levegő tulajdonságaitól.
A minimális fluidizációs sebességen azt a sebességet értjük, ahol az első szem-csék megmozdulnak.
Fluidizált rétegnél a réteg kiterjedését a nyugvó réteg vastagságához viszonyított számmal fejezik ki:
Ym
R= Y , ahol
Y: a fluidizált réteg magassága,
Ym: a fellazult, de még nyugvó réteg magassága.
Fluidizáció akkor megfelelő, ha R ≥ 1,5.
N Y U G V Ó R É T E G F L U I D I Z Á L T R É T E G P N E U M A T I K U S
S Z Á L L Í T Á S
NYUGVÓ RÉTEG FLUIDIZÁLT RÉTEG PNEUMATIKUS SZÁLLÍTÁS
A fluidizált réteg esetén a szemcsék mozgása hasonlít a forrásban lévő folyadék-hoz. Ezen kívül még más, a tiszta folyadékokhoz hasonló tulajdonságokkal is rendelkezik a fluidizált réteg: pl. ha a tartóedény falán rést nyitunk, akkor azon a fluid réteg kifolyik. Nehezebb fajsúlyú darabot ejtve a tetejére az lesüllyed. Az átmenet a nyugvó állapotból a fluidizációs állapotba fokozatos: először a felső, majd az alsó rétegek jönnek mozgásba. A részek mozgása ugyanakkor különbö-ző.
A szemcsék egyedi mozgása alapján megfigyelhetünk homogén és inhomogén fluidizációs réteget. Homogén réteg esetén minden szemcse nagyjából egyforma sebességgel mozog. Ezt azonban nehéz megvalósítani, mert az áramlást fenntartó gázok vagy kráterszerűen végződő csatornákat nyitnak maguknak vagy kisebb-nagyobb buborékok formájában törnek a felszínre. (A 60 μm-nél kisebb átmérőjű szemcsehalmazokat nem lehet fluidizálni, pont a kialakuló csatorna-jelenség miatt.) Az ilyen csatornaképződés megakadályozásának módja lehet a megfelelő aprítás, keverés (azért, hogy ne tapadjanak össze a részek), vagy pl. bizonyos mennyiségű száraz anyagot is adagolnak a szárítani kívánt nedves anyagba. Bu-borékolódás ellen különböző méretű szemcsék összekeverése segít.
A fluidizáció jellemzésére a Froude dimenzió nélküli szám látszik a legalkalma-sabbnak:
v: lineáris áramlási gázsebesség, dk: közepes szemcseátmérő és g: a nehézségi gyorsulás.
Ha Fr < 1 akkor a fluidizáció homogén, ha Fr > 1, akkor pedig inhomogén.
A fluidizációs szárítás legfontosabb előnye a felületnövekedésből adódó jobb hatásfokú szárításon kívül, hogy folyamatos üzemeltetés valósítható meg, a fo-lyadékokhoz hasonlatos viselkedése miatt könnyű a késztermék (szárazanyag) elvezetés.
Hátránya, hogy csak szűk szemcseméret tartománynál (0,1 – 10 mm) alkalmaz-ható ill., hogy a porleválasztási problémákat meg kell oldani a távozó
szárítókö-A laborgyakorlat során kombinált fluidizációs-porlasztásos szárítóberendezést használunk különböző termékek granulálására ill. bepárlására.
1. feladat. Az eddigiek alapján írja oda az ábrán látható fluidizációs - porlasztá-sos granuláló berendezések nyílakkal jelölt részeit (szárító kamra; porlasztó, ke-verőelem; keverőelem hajt ómotor; zsákos porleválasztó, meleglevegő előállító egység (kalorifer)).
Előkészítő feladatok:
1. feladat: Dolgozza fel, ill. tanulja meg „Az Élelmiszer-ipari eljárások és berendezések” c. könyv (Szerk: Fábry Gy.) 9. Granulálás és instantizálás feje-zetét (234-251 oldalak).