ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (T.E.I.) ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Υπεύθυνος: Δρ Ευάγγελος Σ.

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (T.E.I.) ΑΘΗΝΑΣ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Υπεύθυνος: Δρ Ευάγγελος Σ. Λάζος Φυσικές Ιδιότητες των Τροφίμων ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ ΙΙ Ερωτήσεις & Προβλήματα Σε ποια περιοχή ενεργοτήτων ύδατος ισχύει η εξίσωση BET και γιατί; Ποια εξίσωση (μοντέλο) βρίσκει ευρύτερη εφαρμογή σε ευρύτερη περιοχή a w ; Ονομάσατε τέσσερα (4) μοντέλα τα οποία χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της ενεργότητος ύδατος για τυποποιήσεις ενδιαμέσου υγρασίας. Ποια η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και ενεργότητος ύδατος; Γιατί είναι σπουδαία η πρόβλεψη της ενεργότητος ύδατος στα τρόφιμα ενδιαμέσου υγρασίας; Ονομάσατε δύο μεθόδους για τη δημιουργία σταθερής ERH και αναφέρατε τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς αυτών. Δείγμα τροφίμου έχει περιεκτικότητα υγρασίας 68 % (υγρή βάση), ποια είναι η περιεκτικότητα υγρασίας επί ξηρής βάσεως; Ορίσατε τον όρο a w, και δώσατε μια σχέση η οποία συσχετίζει την a w με τη σχετική υγρασία. Τι είναι μια ισόθερμος ροφήσεως υγρασία στα τρόφιμα; i. Ορίσατε την ενεργότητα ύδατος. ii. Με τη βοήθεια ενός απλού διαγράμματος, εξηγήσατε την υστέρηση σε μια ισόθερμο ροφήσεως υγρασίας. iii. Οι εξισώσεις BET και GAB είναι οι πιο ακριβείας σε ορισμένες περιοχές ενεργότητος ύδατος. Δώσατε τις περιοχές αυτές και επίσης παραδείγματα τροφίμων τα οποία μπορούν να μελετηθούν στις περιοχές αυτές. iv. Πως το ελεύθερο και το δεσμευμένο νερό συνδέονται σε μια ισόθερμο ροφήσεως υγρασία; v. Πως σχετίζεται η a w με τη σχετική υγρασία; Εξηγήσατε τον όρο ενεργότητα ύδατος σε σχέση με την αφυδάτωση των τροφίμων. Επίσης,, εξηγήσατε τη σχέση της ενεργότητος ύδατος και της ισοθέρμου ροφήσεως υγρασίας, ιδιαιτέρως δε με τις εξισώσεις BET και GAB. Δώσατε και τις σχετικές γι αυτό εξισώσεις. Με τη χρήση καταλλήλων παραδειγμάτων, εξηγήσατε πως η ενεργότητα ύδατος ενός τροφίμου μπορεί να μεταβληθεί ώστε να επεκταθεί ο χρόνος ζωής αυτού. Αναπτύξατε τη θεωρία της μονοστιβάδος δίδοντας και τις σχετικές εξισώσεις, καθώς επίσης και τη σχέση-σημασία τους στην αφυδάτωση. Ορίσατε την ενεργότητα ύδατος στα τρόφιμα. Ποια η σημασία της στη συντήρηση και επεξεργασία των τροφίμων; Χρησιμοποιώντας το νόμο του Raoult, να υπολογίσετε την ενεργότητα ύδατος (a w ) ενός προϊόντος που τυποποιείται με την χρήση 2 mol/kg σακχαρόζης. Ποια θα είναι η a w του προϊόντος αν ξανατυποποιηθεί και η σακχαρόζη αντικατασταθεί με NaCl στην ίδια μοριακότητα; Η τιμή της a w που θα λάβετε στη δεύτερη περίπτωση θα είναι η ίδια ή διαφορετική. Αν υπάρξει διαφορά εξηγήσατε λεπτομερώς γιατί αυτή υφίσταται. Ξεκινώντας από το χημικό δυναμικό του νερού να ορίσετε την ενεργότητα ύδατος στα τρόφιμα. Από πρακτική σκοπιά πως ορίζεται και υπολογίζεται η ενεργότητα ύδατος; Τι εκφράζει η σχέση μεταξύ περιεκτικότητος ύδατος και ενεργότητος ύδατος και που αυτή χρησιμεύει. Ένα ξηρό τρόφιμο έχει εκτεθεί σε περιβάλλον με σχετική υγρασία 30% στους 15 C επί 5 ώρες χωρίς μεταβολή βάρους. Η περιεκτικότητα υγρασίας βρέθηκε ότι είναι 7,5% (υγρή βάση). Το προϊόν μεταφέρεται σε περιβάλλον με σχετική υγρασία 50%, οπότε συμβαίνει αύξηση βάρους κατά 0,1 kg/kg προϊόντος πριν να επιτευχθεί ισορροπία. 1) Ν υπολογισθεί η ενεργότητα ύδατος στις δύο περιπτώσεις. 2) Να υπολογισθεί η περιεκτικότητα υγρασίας του προϊόντος επί ξηρής βάσεως στις δύο περιπτώσεις. Ποια η σημασία της ενεργότητος ύδατος στη συντήρηση και επεξεργασία των τροφίμων; Κατά την γραμμική παλινδρόμηση της εξισώσεως ΒΕΤ βρέθηκε ότι η κλίση της ευθείας ήταν 17,247 και η τετμημένη 0,0563. Να υπολογισθούν το νερό μονοστιβάδος και η τιμή της σταθεράς C.

2 Προϊόν παρουσιάζει a w =0,86 και ph=5,2. Να σχολιασθούν τα παρακάτω: i. Είναι το προϊόν αυτοσταθερό; ii. Απαιτείται κάποια μέθοδος συντήρησης και γιατί; iii. Ποιο είδος μικροοργανισμών μπορεί να προκαλέσει αλλοίωση; iv. Είναι δυνατή η ανάπτυξη παθογόνων; Στα αφυδατωμένα τρόφιμα βασικό ρόλο παίζει η a w. i. Αναφέρατε πως η a w εμπλέκεται στη συντήρηση των τροφίμων. ii. Πώς επηρεάζει την ανάπτυξη και δράση των μικροοργανισμών. iii. Πως μπορεί να ελεγχθεί ο δυσχρωματισμός με έλεγχο της a w ; iv. Επηρεάζει η a w την υφή των τροφίμων και πώς; i. Να σχεδιάσετε την καμπύλη μιας ισοθέρμου εκροφήσεως και να δείξετε τον πιθανό τρόπο συμπεριφοράς ενός τροφίμου με χαμηλή περιεκτικότητα υγρασίας και χαμηλής σχετικής υγρασίας εντός μη αεροστεγούς συσκευασίας όταν εκτεθεί σε περιβάλλον υψηλής σχετικής υγρασίας. Πως η κατάσταση του νερού διαφέρει από ένα προϊόν το οποίο προκύπτει με εκρόφηση στην ίδια τελική περιεκτικότητα υγρασίας; ii. Ποιες είναι οι διαλυτές ουσίες οι οποίες χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της ενεργότητος ύδατος στα τρόφιμα ενδιαμέσου υγρασίας; Σχολιάσατε σύντομα τους περιορισμούς τους. i. Ορίσατε την ενεργότητα ύδατος. ii. Αλλαντικό έχει ERH 90,3% στους 20 C. Ποια είναι η a w ; Να σχολιασθεί ο ρόλος της ενεργότητος ύδατος για τα ακόλουθα: i. Ανάπτυξη μικροοργανισμών στα τρόφιμα. ii. Οξείδωση των λιπιδίων. iii. Αντίδραση Maillard. iv. Ενζυμική δράση. Η μέση ισοστερής θερμότητα ροφήσεως νερού μιας εξωθημένου προϊόντος μακαρονοποιίας με περιεκτικότητα υγρασίας 10 g/100 g ξηρών στερεών είναι J/mol. Αν η ενεργότητα ύδατος στην περιεκτικότητα αυτή της υγρασίας είναι 0,35 στους 35 C, να υπολογισθεί η ενεργότητα ύδατος του προϊόντος στους 50 C. Δίδεται: R=8,314 JK 1 mol 1 Τι σημαίνει ο όρος υαλώδης μετάπτωση; Τι σημαίνει ο όρος μεταπτώσεις φάσεως; Τι είναι θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως; Περιγράψατε με πολύ συντομία την υαλώδη κατάσταση. Τι είναι τα διαγράμματα καταστάσεως; Πως θα χαρακτηρίζατε ένα τρόφιμο στην υαλώδη κατάσταση και πως στην ελαστική; Πως επηρεάζεται η κρυστάλλωση από τη θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως; Αναφέρατε συνοπτικά τα χαρακτηριστικά για την ελαστική κατάσταση. Πως συνδέονται ή επηρεάζονται η κρυστάλλωση, συσσωμάτωση, πήξη & σβόλιασμα με τη θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως; Να παρουσιασθεί σχηματικά η διαδικασία σχηματισμού συσσωματωμάτων και πηγμάτων. Πως συνδέεται η κατάρρευση των ξηραινομένων τροφίμων με τη θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως; Με τη βοήθεια καταλλήλου διαγράμματος να εξηγήσετε πως επηρεάζεται η ταχύτητα των αντιδράσεων σε ένα τρόφιμο από την υαλώδη μετάπτωση. Να εξηγηθεί το μπαγιάτεμα του ψωμιού με βάση τη θερμοκρασία υαλώδους μεταπτώσεως και τη θερμοκρασίας αποθηκεύσεως. Εξωθημένο προϊόν μετά την έξοδο από το καλούπι (μήτρα) του εξωθητήρα συνεχίζει να μην είναι εύθρυπτο και τραγανό. Εξηγήσατε πως μπορεί να συμβαίνει τούτο. Αφυδάτωση των Τροφίμων i. Ποια η διαφορά μεταξύ περιεκτικότητος υγρασίας επί υγρής και ξηρής βάσεως; ii. Τι είναι η περίοδος σταθερής ταχύτητος αφυδατώσεως και τι η περίοδος πτώσεως της ταχύτητος; Παρουσιάζονται σε όλα τα τρόφιμα; Από ένα διάγραμμα της ταχύτητος αφυδατώσεως έναντι της περιεκτικότητος υγρασίας επισημάνατε και σχολιάσατε τα διάφορα στάδια που περιλαμβάνονται κατά την ξήρανση ενός τροφίμου. Επί του διαγράμματος, ταυτοποιήσατε σαφώς τα διάφορα στάδια του κύκλου ξηράνσεως.

3 Αναφέρατε ξεχωριστά τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ξηράνσεως των τροφίμων με ψεκασμό και της ξηράνσεως με τύμπανα. Ποια διεργασία αφυδατώσεως θα χρησιμοποιούσατε για την αφυδάτωση ασπραδιού του αυγού (ποιότητα λειτουργικές, ιδιότητες), την αφυδάτωση με ψεκασμό ή την αφυδάτωση με τύμπανα; Εξηγήσατε της βάση της επιλογής σας. Τι είναι η θερμοκρασία υγρού βολβού και πως αυτή μετράται; Ποιες είναι οι σημαντικότερες παράμετροι οι οποίες επηρεάζουν την απόδοση ενός ξηραντήρα; Ποια είναι τα κύρια μειονεκτήματα των ξηραντήρων θαλάμου; Τι είναι οι περίοδοι σταθερής ταχύτητος (ή ρυθμού) και πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως; Εξηγήσατε το μηχανισμό που διέπει την κάθε μία. Εξηγήσατε πως λειτουργεί ο ξηραντήρας με αντλία θερμότητος. Πως επηρεάζουν την ταχύτητα αφυδατώσεως η θερμοκρασία και ο ρυθμός ροής του αέρα; Σε ένα σύστημα αφυδατώσεως με αέρα, πως μετράται και υπολογίζεται ο ρυθμός ροής μάζης του αέρα; Πως μεταβάλλεται η θερμοκρασία του προϊόντος κατά τη διάρκεια της αφυδατώσεως; Συσχετίσατε τούτο με τα τρία στάδια της ξηράνσεως. Γιατί τα φρούτα υφίστανται προ-επεξεργασία πριν από την ξήρανση; Εξηγήσατε τη χρήση του ψυχρομετρικού χάρτη. Με τη χρήση του χάρτη να βρεθεί η ειδική ενθαλπία και η απόλυτος υγρασία του αέρα, όταν τούτος έχει θερμοκρασία ξηρού βολβού 30 o C και θερμοκρασία υγρού βολβού 24 o C; Ποιοι είναι οι τρεις παράγοντες οι οποίοι συνεισφέρουν στη διαλυτότητα των σκόνεων; Τι εννοούμε με τον όρο διαβρεκτικότητα μια σκόνης; Πως μπορεί να μεγιστοποιηθεί η απόδοση ενός ξηραντήρα ψεκασμού; Κατά την ξήρανση με ψεκασμό, πως ελέγχεται η θερμοκρασία εξόδου του αέρα; Πως αυτή επηρεάζει την περιεκτικότητα υγρασίας της σκόνης; Αναφέρατε τα κοινά μέρη ενός ξηραντήρα ψεκασμού μονού και δύο-σταδίων. Αναφέρατε τους τρεις συνήθεις τύπους εκνεφωτήρων. Εξηγήσατε την αρχή της εκνεφώσεως. Ακόμη και αν η θερμοκρασία εισόδου είναι πολύ υψηλή (π.χ. 200 o C), γιατί το προϊόν δεν υπερθερμαίνεται κατά την ξήρανση με ψεκασμό; Αναφέρατε τις τρεις πλέον σπουδαίες παραμέτρους ξηράνσεως από τους οποίους εξαρτάται η ποιότητα της τελικής σκόνης. Ποια η έννοια του όρου άμορφος ; Ποια η σημασία του στην αφυδάτωση με ψεκασμό; Γιατί αρκετά υγρά τρόφιμα συμπυκνώνονται πριν από την ξήρανση με ψεκασμό; Δώσατε τις σχέσεις οι οποίες περιγράφουν το χρόνο αφυδατώσεως στερεών τροφίμων. Περιγράψατε σύντομα τους σπουδαιότερους μηχανισμούς μεταφοράς υγρασίας κατά την περίοδο πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως και σημειώσατε τις συνθήκες κατά τις οποίες είναι πιθανότερο αυτοί να συμβούν. Αναφέρατε τους τύπους του διαθεσίμου εξοπλισμού αφυδατώσεως με ψεκασμό, δίδοντας παραδείγματα όπου μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι διαφορετικοί αυτοί τύποι. Να εξαχθούν οι εξισώσεις υπολογισμού του χρόνου αφυδατώσεως σε ένα ξηραντήρα ψεκασμού. Ποια η αρχή της αφυδατώσεως με κατάψυξη εξάχνωση; Ποια η αρχή της ωσμωτικής αφυδατώσεως; Σε τι είδους προϊόντα οδηγεί η κάθε μία από τις παραπάνω μεθόδους Σχολιάστε την ποιότητα των παραγομένων προϊόντων. Πρόκειται να παρασκευάσετε σταφίδα χρησιμοποιώντας σταφύλια της ποικιλίας σουλτανίνα λευκή. 1. Ποιες μεθόδους αφυδατώσεως μπορείτε να επιλέξετε; 2. Με βάση τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μιας, τα οποία να αναφέρετε, ποια θα επιλέγατε και γιατί; 3. Μεταξύ των εμπορικά διαθεσίμων ξηραντήρων, ποιον τύπο θα επιλέγατε και γιατί; 4. Ποιες προ-επεξεργασίες θα εφαρμόζατε και γιατί; Κατά την αφυδάτωση των τροφίμων μεταξύ των ανεπιθυμήτων μεταβολών αναφέρονται η οξείδωση, ο δυσχρωματισμός και η κατάρρευση της υφής. i. Αναφέρατε πως μπορείτε να ελέγξετε την ανεπιθύμητη οξείδωση; ii. Σε ποιες αντιδράσεις οφείλεται ο δυσχρωματισμός και σε τι αυτές αναφέρονται και που οδηγούν; iii. Πως μπορεί να ελεγχθεί ο δυσχρωματισμός; iv. Σε τι οφείλεται και πως συμβαίνει η κατάρρευση της υφής και πως αυτή ελέγχεται; Πρόκειται να αφυδατώσετε γάλα με περιεκτικότητα στερεών 12%:

4 i. Να προτείνετε μεθόδους αφυδατώσεως που μπορούν να εφαρμοσθούν για το συγκεκριμένο προϊόν ii. Με βάση τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μιας, τα οποία να αναφέρετε, ποια θα επιλέγατε και γιατί; iii. Πώς θα λάβετε στιγμιαία σκόνη γάλακτος; Πρόκειται να αφυδατώσετε καρότα σε ξηραντήρα ρεύματος θερμού αέρα. i. Αν τα καρότα εισέρχονται στον ξηραντήρα με υγρασία 90% επί υγρής βάσεως και εξέρχονται με υγρασία 5% επί υγρής βάσεως, να υπολογισθεί η υγρασία επί ξηρής βάσεως. ii. Σχεδιάσατε μια καμπύλη ταχύτητας αφυδατώσεως για τα καρότα και κατόπιν σχολιάσατε την εξηγώντας τι συμβαίνει σε κάθε στάδιο, τόσο μακροσκοπικά όσο και μικροσκοπικά iii. Αν κατά την περάτωση της αφυδατώσεως και στην ίδια θερμοκρασία, η υγρασία ισορροπίας είναι 0,01275 kg νερού/ kg ξηρού αέρα, ενώ η αντίστοιχη υγρασία κορεσμού είναι 0,0425 kg νερού/ kg ξηρού αέρα, ποια η a w των αφυδατωμένων καρότων; Η εταιρεία "ΑΦΥΔΑΤΩΜΕΝΑ ΤΡΟΦΙΜΑ" παράγει ένα μίγμα αφυδατωμένων φρούτων, το οποίο χρησιμοποιείται ως πρόχειρο φαγητό ή για πρωινό. Έχει δε προβλήματα με το χρώμα, τη γεύση-οσμή, τη μικροβιακή επιμόλυνση και την υφή. Επιθεώρηση του συστήματος παραγωγής κατέδειξε το γιατί. Η εταιρεία χρησιμοποιεί ένα ξηραντήρα τύπου σήραγγας με υψηλή θερμοκρασία για μέγιστη απόδοση, αλλά μειωμένης ποιότητας. Λαμβάνοντας υπ' όψιν τα φρούτα, εξηγήσατε τα προβλήματα ποιότητας που δημιουργεί το υφιστάμενο σύστημα και στη συνέχεια σχεδιάστε ένα σύστημα αφυδατώσεως (εξοπλισμός, χρόνος, θερμοκρασία, πρόσθετα, προεπεξεργασία) για την παραγωγή προϊόντος αρίστης ποιότητας. Η εταιρεία "ΑΡΩΜΑΤΙΚΑ ΑΕ" αποφάσισε να παραγάγει αρωματική σκόνη από κυκλοδεξτρίνες και εσσάνς πορτοκαλιού. Ο εγκλεισμός στην κυκλοδεξτρίνη δίδει ένα σταθερό προϊόν. Σας ζητείται, ως ειδικός, να συμβουλέψετε την εταιρεία στο σχεδιασμό του συστήματος και πιο συγκεκριμένα στον ξηραντήρα ψεκασμού, περιγράφοντας το σύστημα ατομοποίησης, τη ροή του αέρα, την κατεύθυνσή του, τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία. Τι επιπλέον θα προτείνετε για την αύξηση της διαλυτότητας της αρωματικής σκόνης; Προϊόν αρχικής περιεκτικότητος σε υγρασία 73% πρόκειται να αφυδατωθεί σε ξηραντήρα τυμπάνου θερμοκρασίας 150 C. Το τύμπανο έχει διάμετρο 1 m και μήκος 1,2 m, περιστρέφεται με ταχύτητα 2 rpm, και ο επιφανειακός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος είναι 870 W/m² C. Το προϊόν παρουσιάζει θερμική αγωγιμότητα 0,58 W/m C, πυκνότητα 1020 kg/m 3, κρίσιμο υγρασία 12% και εφαρμόζεται σε στρώμα πάχους 0,4 mm. Κατά την αφυδάτωση το τρόφιμο καταλαμβάνει τα 3/4 του τυμπάνου. Να υπολογισθεί η υγρασία του τροφίμου όταν φθάνει στο ξέστρο απομακρύνσεως. Η λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως του νερού στους 100 C είναι 2257 kj/kg. Πρόκειται να αφυδατωθούν δαμάσκηνα: i. Τι προεπεξεργασίες πρέπει να εφαρμοσθούν και γιατί; ii. Ποιες μεθόδους αφυδατώσεως μπορείτε να εφαρμόσετε. iii. Συγκρίνατε τις μεθόδους μεταξύ τους και προτείνατε μία για εφαρμογή Σε μια βιομηχανία έχει προταθεί μια διεργασία παρασκευής στιγμιαίας σκόνης τεΐου και καλείστε να αναλύσετε το προτεινόμενο διάγραμμα ροής. Ξηροί αλεσμένοι ιστοί (φύλλα) τεΐου εισέρχονται σε εκχυλιστήρα με ρυθμό 200 kg/ημέρα, όπου αναμιγνύονται με θερμό νερό. Το εισερχόμενο υλικό περιέχει 5% διαλυτά αρωματικά συστατικά. Μετά την εκχύλιση, το διάλυμα του τεΐου διοχετεύεται σε ένα εξατμιστήρα, ενώ το υπόλειμμα από τον εκχυλιστήρα (50% αδιάλυτα στερεά, 1% διαλυτά αρωματικά συστατικά, 49% νερό) αποθηκεύεται για να χρησιμοποιηθεί ως ζωωτροφή (απόβλητο). Στον εξατμιστήρα απομακρύνεται επαρκής ποσότητα νερού ώστε το εξερχόμενο ρεύμα να περιέχει 40% διαλυτά αρωματικά συστατικά και το ρεύμα αυτό οδηγείται σε ξηραντήρα ψεκασμού όπου λαμβάνεται ξηρή σκόνη στιγμιαίου τεΐου. i. Κατασκευάσατε ένα διάγραμμα ροής παραγωγής του προϊόντος ονομάζοντας τα στάδια. ii. Προσδιορίσατε την % ανάκτηση των διαλυτών συστατικών στο εκχυλιστήρα. Από το συνολικό ισοζύγιο μάζας υπολογίσατε το ρυθμό παραγωγής στιγμιαίας σκόνης σε kg/ημέρα. iii. Υποθέτοντας ότι το εκχύλισμα το τεΐου έχει την ίδια αναλογία διαλυτών : νερού όπως το διάλυμα που αποστραγγίζεται στο ρεύμα στερεού αποβλήτου που εξέρχεται από τον εκχυλιστήρα, υπολογίσατε την απαιτούμενη παροχή νερού στον εκχυλιστήρα. Υπολογίσατε επίσης και τη σύνθεση και παροχή του διαλύματος τεΐου. iv. Ποιο είναι το ποσό του υδρατμού που παράγεται στο εξατμιστήρα ημερησίως; Αν το νερό αυτό χρησιμοποιηθεί στον εκχυλιστήρα για λόγους οικονομίας, υπολογίσατε πόσο φρέσκο νερό πρέπει να χρησιμοποιείται ημερησίως; i. Περιγράψατε τα φαινόμενα τα οποία λαμβάνουν χώρα κατά την αφυδάτωση των τροφίμων σε ρεύμα θερμού αέρα. ii. Η αρχική περιεκτικότητα υγρασίας ενός τροφίμου είναι 77% (υγρή βάση) και η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας 30% (υγρή βάση). Να υπολογισθεί ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για να εισέλθει το προϊόν στην περίοδο πτώσεως

5 της ταχύτητος αφυδατώσεως, αν η σταθερή ταχύτητα αφυδατώσεως είναι 0.1 kg Η 2 Ο/m 2.s. Το προϊόν έχει σχήμα κύβου με ακμή 5 cm και η αρχική πυκνότητα του είναι 950 kg/m 3. α) Τι είναι ο ξηραντήρας τυμπάνου; β) Για να βελτιωθεί η ταχύτητα αφυδατώσεως ενός προϊόντος σε ξηραντήρα τύπου σήραγγας, ένας σύμβουλος υπέδειξε τις παρακάτω αλλαγές. Σχολιάστε την πιθανή αποτελεσματικότητα των υποδείξεων: i. Αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα ii. Αύξηση της ταχύτητας του αέρα iii. Αύξηση της παροχής του προϊόντος iv. Τεμαχισμός του προϊόντος σε μικρότερα τεμάχια γ) Ένας τόνος φρούτου ξηραίνεται από μια περιεκτικότητα υγρασίας 85% επί υγρής βάσεως σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 10% επί ξηρής βάσεως. Παρατηρήθηκε ότι η υγρασία του εισερχομένου στον ξηραντήρα αέρα ήταν 5 g/kg και η υγρασία εξόδου 25 g/kg. i. Να υπολογισθεί η μάζα του νερού που απομακρύνεται από το προϊόν. ii. Να υπολογισθεί η μάζα του αέρα που χρειάζεται για να απομακρυνθεί το νερό αυτό. Κατά την αφυδάτωση των τροφίμων συμβαίνει ένας αριθμός φαινομένων και μεταβολών. α) Ποιοι είναι οι τρόποι μετάδοσης θερμότητας. Επηρεάζουν ή χαρακτηρίζουν τον ξηραντήρα; β) Σχεδιάσατε μια καμπύλη ταχύτητος αφυδατώσεως ενός τροφίμου και κατόπιν σχολιάσατε την εξηγώντας τι συμβαίνει σε κάθε στάδιο, τόσο μακροσκοπικά όσο και μικροσκοπικά. γ) Συμβαίνει μετακίνηση στερεών; Εξηγήσατε τα αποτελέσματα της μετακινήσεως αυτής επί της ποιότητα και επί των ιδιοτήτων του τροφίμου. δ) Αναφέρατε και εξηγήσατε αιτίας απώλειας της ικανότητας επανυδατώσεως των αφυδατωμένων τροφίμων. Θεωρήστε μια συνεχή διεργασία ωσμωτικής αφυδατώσεως 500 kg/h βατόμουρων. Τα βατόμουρα πρώτα έρχονται σε επαφή με ίσο βάρος σιροπιού, διατηρούνται επί 6 ώρες και κατόπιν αποχωρίζονται από το σιρόπι με φυγοκέντριση. Τα βατόμουρα αρχικά περιείχαν 12% διαλυτά στερεά και 1,5% αδιάλυτα στερεά (το υπόλοιπο είναι νερό) και κατόπιν περιείχαν 1,9% αδιάλυτα στερεά. Το σιρόπι αρχικά περιείχε 60% διαλυτά στερεά σε νερό. i. Σχεδιάσατε και ονομάσατε ένα απλό διάγραμμα ροής για τη διεργασία αυτή. Γράψτε με συμβολική μορφή το συνολικό ισοζύγιο μάζας ως προς: 1) το ολικό βάρος, 2) τα διαλυτά στερεά και 3) τα αδιάλυτα στερεά. ii. Υπολογίσατε την ταχύτητα (ρυθμό) με τον οποίο τα βατόμουρα και το σιρόπι εξέρχονται από τη διεργασία. Αναφέρατε τις παραδοχές που πρέπει να γίνουν ή που κάνατε. iii. Μέρος της σακχάρεως του σιροπιού διαχέεται προς τα βατόμουρα και μέρος προσκολλάται στα φρούτα παρά τη φυγοκέντριση. Έτσι, το συνολικό βάρος των διαλυτών στερεών που συνδυάζεται με τα βατόμουρα αυξήθηκε κατά 40%. Υπολογίσατε την περιεκτικότητα των διαλυτών στερεών του εξερχόμενου φρούτου και του σιροπιού. Ένας ξηραντήρας τυμπάνου διαμέτρου 0,8 m και μήκους 1 m λειτουργεί στους 140 C και φέρει λεπίδα, η οποία απομακρύνει το προϊόν μετά 3/4 της περιστροφής. Πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση αιωρήματος τροφίμου περιεκτικότητος υγρασίας 78% σε μία τελική 18%. Το προϊόν προθερμαίνεται στους 100 C, εφαρμόζεται σε πάχος 0,4 mm και παρουσιάζει κρίσιμο περιεκτικότητα υγρασίας 15%. Ακόμη έχει πυκνότητα 1018 kg/m 3 και ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος είναι 1180 W/m² K. Να υπολογισθεί η ταχύτητα περιστροφής του τυμπάνου. Λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως του νερού στους 100 C = 2,257 MJ/kg. Αρακάς μέσης διαμέτρου 7 mm και πυκνότητος 890 kg/m 3 αφυδατώνεται σε ξηραντήρα ρευστοποιημένου στρώματος. Το ελάχιστο πορώδες είναι 0,35 και η διατομή του στρώματος 0,25 m². Να υπολογισθεί η ελαχίστη ταχύτητα για τη ρευστοποίηση του στρώματος, αν ο αέρας έχει πυκνότητα 0,95 kg/m 3 και ιξώδες 2, Ns/m². Επιτάχυνση βαρύτητος g=9,81 m/s². Ποια η αρχή της αφυδατώσεως με κατάψυξη-εξάχνωση. Τι πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα παρουσιάζει; Ποσότητα 200 kg ενός τροφίμου καταλαμβάνει επιφάνεια 25 m² και αφυδατώνεται σε ξηραντήρα αέρα, από μία αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 78% στο 50% με σταθερή ταχύτητα αφυδατώσεως. Ο αέρας ρέει παραλλήλως προς την επιφάνεια με ταχύτητα 1,5 m/s, έχει θερμοκρασία ξηρού βολβού 110 C και υγρού 48,5 C. Να υπολογισθεί ο χρόνος αφυδατώσεως. Θεωρώντας την υγρασία των 50% ως την κρίσιμο περιεκτικότητα υγρασίας και την περιεκτικότητα υγρασίας ισορροπίας 14%, να υπολογισθεί ο συνολικός χρόνος αφυδατώσεως ώστε το προϊόν να αποκτήσει περιεκτικότητα υγρασίας 16%. Η αφυδάτωση λαμβάνει χώρα σε ατμοσφαιρική πίεση 101,325 kpa. Δίδεται: περιεκτικότητα υγρασίας υπό τις συνθήκες αυτές 0,0485 kg/kg, περιεκτικότητα υγρασίας κορεσμού 0,079 kg/kg, και C s =1000 J/kg C. Πρόκειται να αφυδατωθούν πατάτες σε ξηραντήρα σήραγγος. Τεμαχίζονται σε κύβους ακμής 5 cm. Η αρχική περιεκτικότητα υγρασίας είναι 80 % (υγρή βάση) και η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας είναι 45 % (υγρή βάση).

6 Πρόκειται να ξηραθούν σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 10% (υγρή βάση). Να υπολογισθεί ο συνολικός χρόνος αφυδατώσεως, αν η σταθερή ταχύτητα αφυδατώσεως είναι 0.01 kg Η 2 Ο.m -2.s -1. Η αρχική πυκνότητα του προϊόντος είναι 1050 kg.m -3. Δείγμα τροφίμου με περιεκτικότητα υγρασίας 85% (υγρή βάση) απλώνεται σε δίσκο επιφανείας 0,5 m 2. Η μάζα του προϊόντος είναι 15 kg και η πυκνότητά του 980 kg/m 3. Η αρχική ταχύτητα εξατμίσεως της υγρασίας παρατηρήθηκε ότι είναι 0,35 kg/min. Κατόπιν, και αφού η υγρασία του προϊόντος έπεσε στο 45% (υγρή βάση), η ταχύτητα άρχισε να πέφτει εκθετικά. Το προϊόν ξηράθηκε σε μια τελική υγρασία 9,1% (υγρή βάση). Από τις πληροφορίες αυτές, i. Υπολογίστε το ξηρό βάρος του προϊόντος. ii. Υπολογίστε το αρχικό βάρος της υγρασίας στο προϊόν. iii. Μετατρέψτε τις περιεκτικότητες υγρασίας από υγρή βάση σε ξηρή βάση. iv. Υπολογίστε το ποσό της υγρασίας που υπάρχει στην κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας και στην τελική περιεκτικότητα υγρασίας. v. Να εξάγετε μια εξίσωση η οποία να συσχετίζει τη μεταβολή της υγρασίας (ξηρή βάση) με το χρόνο για την περίοδο σταθερής ταχύτητος. vi. Σχεδιάστε την πλήρη καμπύλη αφυδατώσεως, σημειώνοντας όλα τα σημεία που αναφέρθηκαν παραπάνω. Να υπολογισθεί ο χρόνος αφυδατώσεως ενός σωματιδίου σε ξηραντήρα ψεκασμού. Δίδεται: Στερεά τροφοδοσίας 25% (πυκνότητα 1075 kg m -3 ) T o = 20 C Ξηρό προϊόν = 4% (πυκνότητα = 300 kg -3 ) T = 55 C Κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας = 45% Περιστροφικός ατομοποιητής, διάμετρος = 0.2 m, rpm. Τροφοδοσία 1000 kg hr -1 Σταγονίδια διαμέτρου μm Θερμοκρασία αέρα περιβάλλοντος 20 C, θέρμανση στους 120 C Θερμική αγωγιμότητα αέρα = W m -1 K -1 Επίσης, να υπολογισθεί η διάμετρος του ξηραντήρα. Ένας ξηραντήρας ψεκασμού ομορροής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση kg h -1 γάλακτος σκόνη από στερεά 25% σε μια περιεκτικότητα υγρασίας 4% (ξηρή βάση). Χρησιμοποιείται αέρας, ο οποίος αρχικά έχει θερμοκρασία 25 C και σχετική υγρασία 70% και ο οποίος θερμαίνεται στους 120 C πριν εισέλθει στον ξηραντήρα. Το προϊόν, το οποίο αρχικά έχει θερμοκρασία 25 C, θα εξέρχεται από τον ξηραντήρα σε ισορροπία με τον αέρα στους 50 C. Να υπολογισθεί το ύψος του ξηραντήρα, αν αυτός έχει διάμετρο 3 m και ο χρόνος αφυδατώσεως των σταγονιδίων είναι 15 s. Δίδεται: Ειδική θερμότητα στερεών γάλακτος 1,675 kj kg -1 K -1 Ειδική θερμότητα νερού 4,182 kj kg -1 K -1 Εδική θερμότητα υδρατμών 1,875 kj kg -1 K -1 Εδική θερμότητα ξηρού αέρα 1,005 kj kg -1 K -1 Λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως 2502 kj kg -1 K -1 Η παραγωγή σκόνης αποβουτυρωμένου γάλακτος με ψεκασμό είναι πολύ σπουδαία σε Ευρωπαϊκό επίπεδο. Ποιες είναι οι εξισώσεις οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στον υπολογισμό του χρόνου αφυδατώσεως σε ένα ξηραντήρα ψεκασμού; Αναφέρατε τους διαφορετικούς τύπους ξηραντήρων ψεκασμού οι οποίοι είναι διαθέσιμοι, σημειώνοντας τα πλεονεκτήματα για την παραγωγή ιδιαιτέρων προϊόντων ή διεργασιών. Σε ποια προϊόντα εφαρμόζεται η αφυδάτωση με ψεκασμό; Να υπολογισθεί ο χρόνος αφυδατώσεως ενός σωματιδίου σε ξηραντήρα ψεκασμού, αν δίδεται ότι: Στερεά τροφοδοσίας 20% (πυκνότητα 1100 kg.m -3 ) Ξηρό προϊόν = 6% (πυκνότητα =400 kg.m -3 ) Κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας = 50 % Περιστροφικός ατομοποιητής, διάμετρος = 0.14 m, rpm. τροφοδοσία 1000 kg.h -1 Διάμετρος σταγονιδίων μm Θερμοκρασία περιβάλλοντος 20 C, 70 % R.H., θέρμανση στους 110 C Θερμική αγωγιμότητα αέρα = W.m -1.K -1 Λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως = 2502 kj.kg -1 Επίσης, να υπολογισθεί η διάμετρος και το ύψος του ξηραντήρα, δεδομένου ότι η ταχύτητα του αέρα είναι 2.0 m.s -1. Η αρχική περιεκτικότητα υγρασίας ενός τροφίμου είναι 85% (υγρή βάση) και η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας είναι 40% (υγρή βάση). Να υπολογισθεί ο χρόνος για να εισέλθει το προϊόν στην περίοδο πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως, αν η σταθερή ταχύτητα (ρυθμός) αφυδατώσεως είναι 0.1 kg νερό m -2 s -1. Το προϊόν έχει σχήμα κύβου ακμής 5 cm και η αρχική πυκνότητα του είναι 950 kg m -3.

7 Ένας ξηραντήρας τύπου σήραγγος σχεδιάζεται για την αφυδάτωση μήλων σε φέτες από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 70% (υγρή βάση) σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 5% (υγρή βάση). Η πειραματική καμπύλη αφυδατώσεως έδειξε ότι η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας είναι 25% (υγρή βάση) και ο χρόνος της περιόδου σταθερής ταχύτητος αφυδατώσεως είναι 5 min. Να υπολογισθεί ο συνολικός χρόνος αφυδατώσεως, υποθέτοντας ποσότητα προϊόντος 1 kg. Η αρχική περιεκτικότητα υγρασίας ενός τροφίμου είναι 82% (υγρή βάση) και η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας είναι 60% (υγρή βάση). Πρόκειται δε να αφυδατωθεί σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 2% (υγρή βάση). Να υπολογισθεί ο συνολικός χρόνος αφυδατώσεως συμπεριλαμβάνοντας την περίοδο σταθερής ταχύτητος και την περίοδο πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως, αν η σταθερή ταχύτητα αφυδατώσεως είναι kg νερό m -2 s -1. Το προϊόν έχει σχήμα κύβου ακμής 5 cm και η αρχική πυκνότητα του είναι 950 kg m -3. Ένας ξηραντήρας τύπου θαλάμου χρησιμοποιείται για την ξήρανση ενός προϊόντος από μια περιεκτικότητα υγρασίας 68% (υγρή βάση) σε μια περιεκτικότητα υγρασίας 5.5% (υγρή βάση). Ο αέρας ξηράνσεως εισέρχεται στο σύστημα με θερμοκρασία 54 C και σχετική υγρασία 10% και το εγκαταλείπει με θερμοκρασία 30 C και σχετική υγρασία 70%. Η θερμοκρασία του προϊόντος είναι 25 C καθ όλη την αφυδάτωση. Να υπολογισθεί η ποσότητα του αέρα ο οποίος απαιτείται για την ξήρανση με βάση το 1 kg ξηρών προϊόντος. (α) Να εξαχθεί η παρακάτω εξίσωση, η οποία συσχετίζει τη διάμετρο του μικροτέρου σωματιδίου το οποίο διαχωρίζεται από ένα κυκλώνα με τις διαστάσεις του κυκλώνα, τις ιδιότητες του αερίου και την ταχύτητα του αέρα. Ai Do D μ p = π. z. D. v ρ o p (β) Να σχεδιασθεί ένας κυκλώνας για το διαχωρισμό σωματιδίων μεγαλυτέρων από 5 μm από ρεύμα αέρα το οποίο ρέει με ρυθμό 0.5 m 3.s -1 αν η πυκνότητα των σωματιδίων είναι 200 kg.m -3 και η ταχύτητα του αέρα είναι kg.m -1.s -1. όπου D p η διάμετρος του μικροτέρου σωματιδίου που διαχωρίζεται από τον κυκλώνα A i η διατομή της εισόδου του κυκλώνα D o η διατομή της εξόδου του αέρα μ το ιξώδες του αέρα z το ύψος του κυκλώνα D η διάμετρος του κυκλώνα v o η ταχύτητα του αέρα ρ p η πυκνότητα του σωματιδίου Ένας ξηραντήρας ρευστοποιημένου στρώματος πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση κύβων καρότου. Το προϊόν εισέρχεται στον ξηραντήρα με περιεκτικότητα υγρασίας 60% (υγρή βάση) και θερμοκρασία 25 C. Ο αέρας εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 120 C αφού θερμανθεί από τις συνθήκες του περιβάλλοντος, ήτοι σχετική υγρασία 60% και θερμοκρασία 20 C. Να υπολογισθεί ο ρυθμός παραγωγής αν ο αέρας εισέρχεται στον ξηραντήρα με ρυθμόt 700 kg ξηρού αέρα hr -1 και το προϊόν εγκαταλείπει τον ξηραντήρα με περιεκτικότητα υγρασίας 10% (υγρή βάση). Υποθέσατε ότι το προϊόν εξέρχεται από τον ξηραντήρα με τη θερμοκρασία υγρού βολβού του θερμού αέρα και ότι ο αέρας εγκαταλείπει τον ξηραντήρα με θερμοκρασία 10 C άνω της θερμοκρασίας του προϊόντος. Δίδεται Ειδική θερμότητα στερεών προϊόντος = 2.0 kj.kg -1.K -1 Ειδική θερμότητα νερού = 4,178 kj.kg -1.K -1 Ειδική θερμότητα ξηρού αέρα = 1,005 kj.kg -1.K -1 Ειδική θερμότητα υδρατμών = 1,88 kj.kg -1.K -1 α) Να εξαχθούν οι εξισώσεις για τον υπολογισμό του χρόνου σταθερής ταχύτητος αφυδατώσεως και πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως σε ένα ξηραντήρα ψεκασμού, με δεδομένο ότι ο ρυθμός μεταδόσεως θερμότητος από τον αέρα δίδεται από την εξίσωση: Q = ha (T 1 T 2 ) β) Ένας ξηραντήρας ψεκασμού ομορροής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση kg h -1 γάλακτος σκόνη από στερεά 45% σε μια περιεκτικότητα υγρασίας 4% (ξηρή βάση). Το προϊόν εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 30 C και εξέρχεται από τον ξηραντήρα σε ισορροπία με τον αέρα στους 60 C. Χρησιμοποιείται αέρας, ο οποίος αρχικά έχει θερμοκρασία 31 C και σχετική υγρασία 60% και ο οποίος θερμαίνεται στους 115 C πριν εισέλθει στον ξηραντήρα. Να υπολογισθεί το ύψος του ξηραντήρα, αν αυτός έχει διάμετρο 4 m και ο χρόνος αφυδατώσεως των σταγονιδίων είναι 7 s. Δίδεται: Ειδική θερμότητα στερεών γάλακτος 1,675 kj kg -1 K -1 Ειδική θερμότητα νερού 4,182 kj kg -1 K -1 Εδική θερμότητα υδρατμών 1,875 kj kg -1 K -1 Εδική θερμότητα ξηρού αέρα 1,005 kj kg -1 K -1

8 Λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως 2502 kj kg -1 K -1 Είσαστε παραγωγός ειδικής σκόνης γάλακτος για τη βιομηχανία των προσθέτων τροφίμων. Έχετε συμβόλαιο για την παραγωγή σκόνης υψηλής περιεκτικότητος λίπους, η οποία θα έχει περιεκτικότητα υγρασίας για αποθήκευση 3% (υγρή βάση). Κατά τη χρήση του ξηραντήρα ψεκασμού του εργοστασίου, ο άριστος χρόνος παραμονής υπολογίσθηκε στα 3.2 s και ο οποίος οδηγούσε σε ένα προϊόν με περιεκτικότητα υγρασίας 19% (υγρή βάση). Έτσι, απαραίτητο ήταν να περατωθεί η ξήρανση της σκόνεως σε ξηραντήρα ρευστοποιημένου στρώματος εκτός κυρίας εγκαταστάσεως. Ο χρησιμοποιούμενος αέρας εισέρχεται με καθορισμένο ρυθμό 700 kg ξηρού αέρα.h -1 και θερμοκρασία 120 C, μετά θέρμανση από τις συνθήκες περιβάλλοντος, ήτοι σχετική υγρασία 60% και θερμοκρασία 25 C. Να υποτεθεί ότι το προϊόν εγκαταλείπει τον ξηραντήρα με τη θερμοκρασία υγρού βολβού του αέρα και ο αέρας με θερμοκρασία κατά 10 C άνω της θερμοκρασίας του προϊόντος. Η ειδική θερμότητα των στερεών του προϊόντος είναι 2,0 kj.kg -1.K -1, του ξηρού αέρα 1,005 kj.kg -1.K 1 και των υδρατμών 1,875 kj.kg -1.K 1. Να υπολογισθεί η μάζα της τροφοδοσίας η οποία εισέρχεται και η μάζα του προϊόντος η οποία εξέρχεται από τον ξηραντήρα ρευστοποιημένου στρώματος. α) Μήλα πρόκειται να αφυδατωθούν σε ξηραντήρα θαλάμου. Τα μήλα κόβονται σε κύβους ακμής 5 cm. Η αρχική περιεκτικότητα υγρασίας των μήλων ήταν 65% (υγρή βάση) και η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας 45% (υγρή βάση). Πρόκειται να αφυδατωθούν σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 5% (υγρή βάση). Να υπολογισθεί ο συνολικός χρόνος αφυδατώσεως, αν η σταθερή ταχύτητα αφυδατώσεως είναι 0.01 kg Η 2 Ο.m -2.s -1. Η αρχική πυκνότητα του προϊόντος είναι 1100 kg.m -3. β) Ο ίδιος ξηραντήρας θαλάμου πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την ξήρανση παρτίδων των 10 kg βερικόκων σε ημίσυ από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 87% (υγρή βάση) σε μια τελική 15% (υγρή βάση). Ο αέρας εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 54 C και σχετική υγρασία 10% και τον εγκαταλείπει με θερμοκρασία 30 C και σχετική υγρασία 70 %. Το προϊόν παραμείνει στους 25 C καθ όλη τη διεργασία της αφυδατώσεως. Να υπολογισθεί η μάζα του αέρα η οποία απαιτείται για τη συμπλήρωση της αφυδατώσεως. γ) Περιγράψατε με συντομία το φαινόμενο της ρευστοποιήσεως και της χρήσεώς του στην ξήρανση των τροφίμων. (α) Να αναφερθούν ΟΛΕΣ οι εξισώσεις για τον υπολογισμό του χρόνου αφυδατώσεως ενός σωματιδίου σε ξηραντήρα ψεκασμού. (β) Να υπολογισθεί η διάμετρος και το ύψος ενός ξηραντήρα ψεκασμού αν δίδεται ότι: Στερεά τροφοδοσίας 20% (πυκνότητα 1100 kg.m -3 ) Ξηρό προϊόν = 4% (πυκνότητα =350 kg.m -3 ) Κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας = 50 % Περιστροφικός ατομοποιητής, διάμετρος = 0.2 m, rpm. τροφοδοσία 1000 kg.h -1 Διάμετρος σταγονιδίων μm Θερμοκρασία περιβάλλοντος 25 C, 65 % R.H., θέρμανση στους 115 C Θερμοκρασία υγρού βολβού = 38.2 C Θερμική αγωγιμότητα αέρα = W.m -1.K -1 Λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως = 2502 kj.kg -1 Ιξώδες αέρα = 1.6 x 10 5 kg.m -1.s -1 Ταχύτητα αέρα στον ξηραντήρα = 2 m.s -1 Ένας ξηραντήρας-κενού μικροκυμάτων ο οποίος πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση ενός τροφίμου, λειτουργεί με πίεση 60 torr (απόλυτη). Η άποψη που επικρατεί είναι ότι το νερό θα εξατμισθεί από το προϊόν σε χαμηλότερη θερμοκρασία λόγω της χαμηλής πιέσεως λειτουργίας. Τα μικροκύματα θα χρησιμοποιηθούν για να προσφέρουν την ενέργεια η οποία απαιτείται για την εξάτμιση του νερού και οι υδρατμοί θα απομακρύνονται με μια αντλία κενού. Στις προθέσεις είναι το νερό να εξατμίζεται με ρυθμό 150 kg/h. i. Ποια θα είναι η ελαχίστη θερμοκρασία του τροφίμου εν όσω το σύστημα θα λειτουργεί; ii. Ποια θα είναι η ονομαστική ισχύς του συστήματος μικροκυμάτων (υποθέσατε ότι τούτο λειτουργεί με απόδοση 70%) iii. Ποια η ικανότητα της αντλίας κενού για την απομάκρυνση των υδρατμών (σε m 3 /s); iv. Υποδείξατε πως το σύστημα μπορεί να τροποποιηθεί έτσι ώστε να χρησιμοποιηθεί μικρότερη αντλία κενού; Σε σύστημα ξηράνσεως εισέρχονται καρότα με υγρασία 90% επί υγρής βάσεως και εξέρχονται με υγρασία 5% επί υγρής βάσεως. Να υπολογισθεί η υγρασία επί ξηρής βάσεως. Αν η υγρασία του αέρα κατά τη διεργασία είναι 0,025 kg νερού/kg ξηρού αέρα, ενώ η αντίστοιχη υγρασία κορεσμού είναι 0,0425 kg νερού/ kg ξηρού αέρα, ποια είναι η σχετική υγρασία του αέρα; Αν κατά την περάτωση της αφυδατώσεως και στην ίδια θερμοκρασία, η υγρασία ισορροπίας είναι 0,01275 kg νερού/ kg ξηρού αέρα ποια η a w του αφυδατωμένου προϊόντος;

9 Με βάση ένα διάγραμμα της ταχύτητος αφυδατώσεως (kg H 2 O/m 2.h) έναντι της περιεκτικότητος υγρασίας (kg H 2 O/kg ξηρών στερεών), να περιγράψετε και αναπτύξετε τα στάδια τα οποία περιλαμβάνονται κατά την ξήρανση ενός νωπού στερεού τροφίμου. Επί του διαγράμματος να σημειωθούν σαφώς τα διάφορα στάδια του κύκλου ξηράνσεως. Τρόφιμο πάχους 2 cm τοποθετείται σε δίσκο ξηραντήρα με κατάψυξη-εξάχνωση, όπου ξηραίνεται από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 200% (ξηρή βάση) σε μια τελική 5% (ξηρή βάση). Ο ξηραντήρας λειτουργεί με θάλαμο κενού όπου η πίεση είναι 40 Pa και η θερμοκρασία 40 C. Το τρόφιμο ξηραίνεται και από τις δύο επιφάνειές του. Η θερμική αγωγιμότητα του ξηρού πορώδους τροφίμου είναι 0,03 W.m -1 K -1, η διαπερατότητά του είναι 2, kg s -1 και η πυκνότητά του είναι 470 kg m -3. Η λανθάνουσα θερμότητα του τροφίμου είναι J/kg. Υποθέτοντας ότι η πίεση στο μέτωπο του πάγου παραμένει σταθερή στα 78 Pa καθ όλη την περίοδο της ξηράνσεως, να υπολογισθεί ο χρόνος ξηράνσεως. Ονομάσατε τον τύπο του ξηραντήρα ο οποίος χρησιμοποιείται για την ξήρανση των παρακάτω τροφίμων: 1. Εκχύλισμα καφέ 2. Δαμάσκηνα 3. Τομάτες 4. Φέτες μήλου 5. Γάλα 6. Αρακάς 7. Πατάτες 8. Υγρό αυγό 9. Βερίκοκα 10. Βουτυρόγαλα Να σχεδιάσετε ένα ξηραντήρα και πάνω στο σχήμα να σημειώσετε τα ακόλουθα: 1. Είσοδος τροφοδοσίας 2. Έξοδος προϊόντος 3. Ατομοποιητής 4. Είσοδος θερμού αέρα 5. Κυκλώνας διαχωρισμού Αναφέρατε και σχολιάσατε 4 διαφορές μεταξύ συνήθους ξηράνσεως και ξηράνσεως με κατάψυξη-εξάχνωση και οι οποίες αφορούν στην τεχνολογία/διεργασία και την ποιότητα του τροφίμου. Να αναφέρετε τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της ξηράνσεως με ψεκασμό και της ξηράνσεως με τύμπανα kg min -1 ξηρού αέρα ο οποίος περιέχει 0,008 kg υδρατμών ανά kg ξηρού αέρα εισέρχεται στο θερμαντήρα ενός ξηραντήρα με θερμοκρασίας ξηρού βολβού 30 C. Από εκεί εισέρχεται στο θάλαμο ξηράνσεως όπου έρχεται σε επαφή με το υλικό τροφοδοσίας και αφήνει το θάλαμο ξηράνσεως με θερμοκρασία 90 C, ενώ περιέχει 0,065 kg υδρατμών ανά kg ξηρού αέρα. Το προς ξήρανσιν υλικό εισέρχεται στο θάλαμο με θερμοκρασία 27 C και περιέχει 40% υγρασία (υγρή βάση). Το ξηρό προϊόν αφήνει το θάλαμο με θερμοκρασία 47 C και 4% υγρασία (υγρή βάση). Αγνοώντας κάθε απώλεια υλικού και θερμότητος να υπολογισθεί ο ρυθμός με τον οποίο το ξηρό προϊόν εξέρχεται από το θάλαμο σε kg h -1 και η θερμική απόδοση του θαλάμου. Δίδεται: ειδική θερμότητα ξηρού αέρα = 0,95, υδρατμών = 2,00, υγρού νερού = 4,20 και ξηρών στερεών = 1,35, όλα εκφρασμένα ως kj kg -1 C -1. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει ένα ξηραντήρα για την απομάκρυνση νερού από συνεχώς τροφοδοτούμενο νωπό τρόφιμο, ο οποίος λειτουργεί υπό αδιαβατικές συνθήκες. Ο διαθέσιμος φρέσκος αέρας έχει θερμοκρασία 15 C κα σχετική υγρασία 50%. Ο αέρας εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 50 C και τον εγκαταλείπει με θερμοκρασία 34 C, ενώ το σημείο δρόσου είναι 31,5 C. i. Εξηγήσατε τον όρο αδιαβατική λειτουργία στον ξηραντήρα. ii. Με τη χρήση του ψυχρομετρικού χάρτη να προσδιορίσετε: 1. Την υγρασία του εισερχομένου στον ξηραντήρα αέρα

10 2. Το κλάσμα του αέρα που εγκαταλείπει τον ξηραντήρα και το οποίο έχει ανακυκλωθεί 3. Τη μάζα του νερού που απομακρύνεται ανά kg ξηρού φρέσκου αέρα που χρησιμοποιείται 4. Τη θερμοκρασία του αέρα που εισέρχεται στο θερμαντήρα και τη θερμότητα που απαιτείται ανά kg νερού που εξατμίζεται Εφ όσον είναι αναγκαίο, να υποτεθεί ειδική θερμότητα αέρα = 1007 J kg -1 K -1 και ειδική θερμότητα υδρατμών = 2000 J kg -1 K -1 Να χρησιμοποιηθεί ψυχρομετρικός χάρτης i. 350 kg h -1 προϊόντος το οποίο περιέχει 5% υγρασία (υγρή βάση) εγκαταλείπει το θάλαμο ξηράνσεως ενός ξηραντήρα θερμού αέρα θερμοκρασίας 50 C. Η τροφοδοσία περιέχει 70% υγρασία (υγρή βάση) και εισέρχεται στο θάλαμο ξηράνσεως με θερμοκρασία 20 C. Στο θερμαντήρα εισέρχονται kg h -1 αέρα με απόλυτη υγρασία 0,01 kg υδρατμών ανά kg ξηρού αέρα και θερμοκρασία ξηρού βολβού 25 C και κατόπιν διαβιβάζεται στο θάλαμο ξηράνσεως. Ο αέρας εξέρχεται από το θάλαμο ξηράνσεως με θερμοκρασία ξηρού βολβού 70 C. Θεωρώντας ότι δεν υπάρχουν απώλειες υλικών και θερμότητος, να υπολογισθεί η θερμοκρασία ξηρού βολβού του αέρα που εισέρχεται στο θάλαμο ξηράνσεως και τη θερμική απόδοση του θαλάμου. Δίδεται: ειδική θερμότητα ξηρού αέρα=0,95, υδρατμών=2,00, υγρού νερού=4,20 και ξηρών στερεών=1,45 όλα εκφρασμένα σε kj kg -1 C -1. ii. Να αναπτύξετε σύντομα τους κύριους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν τη θερμική απόδοση ενός ξηραντήρα. i. Ποιες οι αρχές πάνω στις οποίες στηρίζεται η συντήρηση των τροφίμων με αφυδάτωση και ποιες οι χρησιμοποιούμενες για το σκοπό αυτό μέθοδοι. ii. Περιγράψατε την διεργασία ξηράνσεως με ψεκασμό για ένα υγρό τρόφιμο (λάβετε ως παράδειγμα το γάλα). Να συνοδέψετε την περιγραφή σας με το κατάλληλο διάγραμμα i. Εξηγήσατε τι σημαίνουν οι όροι: δεσμευμένο νερό, υγρασία ισορροπίας, ελεύθερο νερό. ii. Να υπολογισθεί η απόδοση ενός ξηραντήρα υπό τις ακόλουθες συνθήκες: Επιθυμείται η ξήρανση ενός στερεού τροφίμου από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 50% (υγρή βάση) σε μια τελική 10% (υγρή βάση) σε ξηραντήρα με δίσκους. Κατά τις δοκιμαστικές ξηράνσεις, χρησιμοποιώντας μια παρτίδα 10 kg, βρέθηκε ότι ο αέρας εισερχόταν στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 28 C και εξερχόταν με θερμοκρασία 26 C. Ο ρυθμός ροής του αέρα ήταν kg/h και η δοκιμή διήρκεσε 2 h. i. Να αξιολογηθούν οι κύριες μέθοδοι αφυδατώσεως οι οποίες χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία τροφίμων. ii. Να ταυτοποιηθούν οι μεταβολές στα χαρακτηριστικά ενός προϊόντος τροφίμου οι οποίες είναι αποτέλεσμα της αφυδατώσεως και να υποδείξετε μεθόδους για την εξάλειψη ή ελαχιστοποίησή τους. Να συζητηθούν τα παρακάτω για την ξήρανση με ψεκασμό: i. Ιδιότητες των διαφορετικών ατομοποιητών ii. Συστήματα ξηράνσεως τριών σταδίων iii. Συμπεριφορά του σωματιδίου κατά την ξήρανση Συγκρίνατε την ξήρανση με κατάψυξη-εξάχνωση και με ψεκασμό ως μεθόδους αφυδατώσεως των τροφίμων και ως προς: i. Τις επεξεργασίες που απαιτούνται πριν από την αφυδάτωση ii. Τις συνθήκες αφυδατώσεως και το χρόνο αφυδατώσεως iii. Την καταλληλότητα για την αφυδάτωση υγρών και στερεών τροφίμων iv. Τις ιδιότητες των αφυδατωμένων προϊόντων Ένα προϊόν εισέρχεται σε ξηραντήρα σήραγγος με περιεκτικότητα υγρασίας 56% (υγρή βάση) με ρυθμό 10 kg/h. Ο ξηραντήρας εφοδιάζεται με 1500 kg ξηρού αέρα/h θερμοκρασίας 50 C και 10% σχετική υγρασία. Ο αέρας εξέρχεται με θερμοκρασία 25 C και 50% σχετική υγρασία. Να υπολογισθεί η περιεκτικότητα υγρασίας του ξηρού προϊόντος όταν εξέρχεται από τον ξηραντήρα. Τρόφιμο ξηραίνεται από μια αρχική υγρασία 25% σε μια τελική 10% υπό σταθερές συνθήκες ξηράνσεως εντός 4 ωρών και 10 min. Αν κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας είναι 15% και περιεκτικότητα υγρασίας ισορροπίας 5%, πόσος χρόνος θα χρειασθεί το τρόφιμο να ξηραθεί από μια περιεκτικότητα υγρασίας 30% σε 8% κάτω από τις ίδιες συνθήκες; Να υπολογισθεί ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για την αφυδάτωση τροφίμου σε φέτες από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 580% (ξηρή βάση) σε μια τελική 80% (ξηρή βάση). Το προϊόν παρουσιάζει πυκνότητα 120 kg ξηρών στερεών/m 3 και αφυδατώνεται σε στιβάδες πάχους 0,05 m. Περίοδος σταθερής ταχύτητος παρουσιάζεται κατά τη μεταβολή της υγρασίας από 580% έως 250% (ξηρή βάση) και αυτή είναι 40 kg νερού/h.m 2. Κατά την πρώτη περίοδο πτώσεως της ταχύτητος, η ταχύτητα αφυδατώσεως πέφτει από 40 kg νερού/h.m 2 σε 15 kg νερού/h.m 2, όταν η περιεκτικότητα υγρασίας μειώνεται από 250 σε 50% (ξηρή βάση).

11 Πως ένας κυκλώνας βοηθά στο διαχωρισμό στερεών από αέρια; Σχεδιάσατε ένα κυκλώνα για το σκοπό αυτό. i. Υγρός αέρας, ο οποίος ρέει με ρυθμό 2 kg/s (μάζα ξηρού αέρα) και έχει θερμοκρασία ξηρού βολβού 76 C και υγρού βολβού 42 C, αναμιγνύεται με ένα άλλο ρεύμα υγρού αέρα το οποίο ρέει με ρυθμό 3,5 kg/s (μάζα ξηρού αέρα) και έχει θερμοκρασία ξηρού βολβού 42 C και σχετική υγρασία 50%. Χρησιμοποιώντας ψυχρομετρικό χάρτη να υπολογισθούν: η σχετική υγρασία, η ενθαλπία και η θερμοκρασία ξηρού βολβού των δύο ρευμάτων. ii. Ένας ξηραντήρας σήραγγος αντιρροής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την ξήρανση μήλων σε φέτες από μια αρχική υγρασία 70% σε μια τελική 7% (υγρή βάση). Ο θερμός αέρας εισέρχεται με θερμοκρασία 100 C και σχετική υγρασία 2%, και εξέρχεται με θερμοκρασία 55 C. Αν η θερμοκρασία του προϊόντος στον ξηραντήρα είναι 36 C, να υπολογισθεί η ποσότητα του αέρα που απαιτείται για την ξήρανση με δεδομένο ότι η τροφοδοσία είναι 100 kg/h. Επίσης, να υπολογισθεί η σχετική υγρασία του εξερχομένου αέρα. Δείγμα τροφίμου μάζας 15 kg και περιεκτικότητας υγρασίας 85% (υγρή βάση) απλώνεται σε δίσκο επιφανείας 0,5 m 2. Η πυκνότητα του προϊόντος είναι 980 kg/m 3. Η αρχική ταχύτητα εξατμίσεως της υγρασίας παρατηρήθηκε ότι είναι 0,35 kg/min. Κατόπιν, και αφού η υγρασία του προϊόντος έπεσε στο 45% (υγρή βάση), η ταχύτητα άρχισε να πέφτει εκθετικά και τελικώς έφθασε σε μια περιεκτικότητα υγρασίας ισορροπίας 10% (υγρή βάση). Από τις πληροφορίες αυτές, i. Να εξάγετε το μοντέλο ξηράνσεως, το οποίο να βασίζεται σε περιεκτικότητες υγρασίας επί ξηρής βάσεως. ii. Να υπολογισθεί ο ολικός χρόνος ο οποίος απαιτείται για να αφυδατωθεί το προϊόν από το 85% στο 25% (υγρή βάση). iii. Σχεδιάστε την προκύπτουσα καμπύλη αφυδατώσεως. i. Να αναφέρετε και να σχολιάσετε τις θεωρίες που χρησιμοποιούνται για την περιγραφή του μηχανισμού μετακινήσεως του νερού σε ένα τρόφιμο κατά την περίοδο πτώσεως της ταχύτητος (ρυθμού) αφυδατώσεως. ii. Να σχολιάσετε πως μπορούν να ταξινομηθούν οι μέθοδοι αφυδατώσεως με βάση τον τύπο και τη ροή του αέρα δίδοντας και παραδείγματα. iii. Ένας ξηραντήρας τύπου σήραγγος αντιρροής πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση μήλων σε φέτες και από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 70% σε μια τελική 5% (υγρή βάση). Ο θερμός αέρας εισέρχεται με θερμοκρασία 100 C και σχετική υγρασία 2% και εξέρχεται με θερμοκρασία 55 C. Αν η θερμοκρασία του προϊόντος στον ξηραντήρα είναι 20 C και η ειδική θερμότητα των στερεών του προϊόντος 2,2 kj kg -1 C -1, να υπολογισθεί η ποσότητα του αέρα η οποία απαιτείται για την αφυδάτωση του προϊόντος με ρυθμό 100 kg/h. Να υπολογισθεί η σχετική υγρασία στην έξοδο του αέρα. i. Με τη βοήθεια ενός διαγράμματος να δείξετε τα διάφορα στάδια τα οποία περιλαμβάνονται κατά την ξήρανση ενός τροφίμου σε θερμό αέρα. Να ταυτοποιήσετε τα διάφορα στάδια του κύκλου ξηράνσεως και να αναφέρετε τους κύριους φυσικούς παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν το ρυθμό (ταχύτητα) κινήσεως της υγρασίας κατά την ξήρανση. ii. Κοκκώδες υλικό ξηραίνεται σε δίσκο διαστάσεων 0,5 0,5 m και βάθους 25,4 mm. Το υλικό στο δίσκο καταλαμβάνει ένα βάθος 25 mm, ενώ η ξήρανση λαμβάνει χώρα μόνο από τη μία επιφάνεια. Η μετάδοση θερμότητος γίνεται με ρεύμα αέρα, το οποίο ρέει παράλληλα προς την επιφάνεια με ένα ρυθμό ροής μάζης kg/h.m 2. Ο αέρας εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 66 C και απόλυτη υγρασία 0,010 kg H 2 O/kg ξηρού αέρα κα εξέρχεται κορεσμένος. Να υπολογισθεί η ταχύτητα (ρυθμός) εξατμίσεως με την ξήρανση, R C (σε kg H 2 O/h) για τη συγκεκριμένη επιφάνεια. Δίδεται: h RC = ( Tεντ ός Tεκτ ός ) (3600) σε kg H 2 O/h.m 2, h = 0,0204( G) 0,8 σε W/m 2 K, η G εκφράζεται στις ΔH v μονάδες που δίδονται, και ΔH v στην Τ εκτός 2433,1 kj/kg. i. Σε μια διεργασία αφυδατώσεως χρησιμοποιείται θερμός αέρας θερμοκρασία 80 C και σχετικής υγρασίας 10% κα ο οποίος διαβιβάζεται από στρώμα κύβων καρότου με ρυθμό 20 kg ξηρού αέρα/s. Ο ρυθμός εξατμίσεως της υγρασίας από τα καρότα μετρήθηκε με βάση τη μεταβολή του βάρους των καρότων και βρέθηκε να είναι 0,28 kg/s. Να υπολογισθούν: 1. Η απόλυτη υγρασία του αέρα κατά την είσοδο στον ξηραντήρα. 2. Το σημείο δρόσου του αέρα κατά την είσοδο στον ξηραντήρα. 3. Η σχετική υγρασία του αέρα όταν εγκαταλείπει τον ξηραντήρα. 4. Η θερμοκρασία του αέρα όταν εγκαταλείπει τον ξηραντήρα. ii. Θάλαμος ξηράνσεως χρησιμοποιείται για την ξήρανση ενός τροφίμου από μια υγρασία 68% (υγρή βάση) σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 5,5% (υγρή βάση). Ο αέρας ξηράνσεως εισέρχεται στο σύστημα με θερμοκρασία 70 C και 10% σχετική υγρασία και εξέρχεται κορεσμένος. Με δεδομένο ότι η πυκνότητα του αέρα στους 70 C είναι 0,996 kg/m 3, να υπολογισθεί ο όγκος του απαιτούμενου αέρα με βάση το 1 kg στερεού τροφίμου. Τρόφιμο ξηραίνεται σε ξηραντήρα από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 35% σε 10% υγρασία υπό σταθερές συνθήκες αφυδατώσεως εντός 5 ωρών. Αν η περιεκτικότητα υγρασίας ισορροπίας είναι 4% και η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας

12 είναι 14%, πόσος χρόνος θα χρειασθεί για να ξηραθεί το προϊόν σε μια υγρασία 6% κάτω από τις ίδιες συνθήκες; Να θεωρηθεί ότι υπάρχει μία μόνο περίοδος πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως. Κοκκώδες τρόφιμο υγρασίας 40% τροφοδοτείται κατ αντιρροήν σε περιστροφικό ξηραντήρα με θερμοκρασία 295 Κ και όταν εξέρχεται παρουσιάζει θερμοκρασία 305 Κ και υγρασία 5%. Ο αέρας που χρησιμοποιείται περιέχει 0,006 kg νερού/ kg ξηρού αέρα, εισέρχεται με θερμοκρασία 385 Κ και εξέρχεται με θερμοκρασία 310 Κ. Ο ξηραντήρας δέχεται 0,125 kg/s υγρού προϊόντος. Υποθέτοντας ότι οι απώλειες λόγω ακτινοβολήσεως είναι 20 kj/kg ξηρού αέρα που χρησιμοποιείται, να υπολογισθεί ο ρυθμός ροής μάζης του αέρα που τροφοδοτείται στον ξηραντήρα, καθώς και η υγρασία του εξερχομένου αέρα. Η λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως του νερού στους 295 Κ είναι 2449 kj/kg, η ειδική θερμότητα του ξηρού υλικού είναι 0,88 kj/kg K, η ειδική θερμότητα του ξηρού αέρα 1,00 kj/kg K, η ειδική θερμότητα του υγρού νερού είναι 4,18 kj/kg K και η ειδική θερμότητα των υδρατμών είναι 2,01 kj/kg K. Να υποτεθεί ότι η εξάτμιση λαμβάνει χώρα στους 295 Κ. Να χρησιμοποιηθούν ισοζύγια μάζης και ενεργείας. Να υπολογισθεί ό χρόνος ο οποίος απαιτείται για την ξήρανση ενός τροφίμου με μορφή φετών από μια αρχική θερμοκρασία 580% (ξηρή βάση) σε μια τελική περιεκτικότητα υγρασίας 80% (ξηρή βάση). Το αρχικό προϊόν έχει πυκνότητα 120 kg ξηρών στερεών/m 3 και η κάθε φέτα έχει πάχος 0,05 m. Η σταθερή ταχύτητα αφυδατώσεως είναι 40 kg νερού/h.m 2 από το 580% στο 250% (ξηρή βάση). Κατά την πρώτη περίοδο πτώσεως της ταχύτητος αφυδατώσεως η ταχύτητα μειώνεται από τα 40 στα 15 kg νερού/h.m 2, όταν η υγρασία μειώνεται από το 250% στο 50% (ξηρή βάση). Τρόφιμο με μορφή τεμαχίων πρόκειται να αφυδατωθεί σε ξηραντήρα μεταφορικής ταινίας από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 1,0 kg νερού/kg ξηρών στερεών σε μια τελική 0,1 kg νερού/kg ξηρών στερεών. Ο αέρας εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία ξηρού βολβού 46 C και θερμοκρασία υγρού βολβού 20 C, ενώ χρησιμοποιείται περίσσεια αέρα 25%. i. Υποθέτοντας ότι οι θερμικές απώλειες από τον ξηραντήρα και το στερεό είναι αμελητέες, να υπολογισθεί ο ρυθμός ροής του αέρα σε kg/kg ξηρών στερεών τα οποία εισέρχονται στον ξηραντήρα. ii. Πόσο θα διαφέρει το αποτέλεσμα αν τα τεμάχια ήταν δυνατόν να διατηρηθούν στους 45 C με εφαρμογή θερμάνσεως με μικροκύματα; Δίδεται: Η αφυδάτωση μπορεί κινητικά να περιγραφεί από τις εξισώσεις, Περίοδος σταθερής ταχύτητος: dm = 90( Hw H) dt dm Περίοδος πτώσεως ταχύτητος: = 4,5m dt Όπου m = περιεκτικότητα υγρασίας επί ξηρής βάσεως, t = χρόνος (ώρες), H = απόλυτη υγρασία του αέρα (kg/kg) και H w = υγρασία ισορροπίας στην επιφάνεια του στερεού (kg/kg). Για τον ξηραντήρα χωρίς μικροκύματα να υπολογισθεί: i. Η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας ii. Ο συνολικός χρόνος ξηράνσεως Δίδεται ακόμη ότι: Τύπος ολοκληρώματος: 1 1 dx = ln ( a + bx ) ), Ψυχρομετρικός χάρτης a+ bx b i. Περιγράψατε τα βασικά μέρη ενός ξηραντήρα καταψύξεως-εξαχνώσεως και πως αυτά συνεισφέρουν σε μια αποτελεσματική διεργασία. ii. Τρόφιμο πρόκειται να αφυδατωθεί σε ξηραντήρα καταψύξεως-εξαχνώσεως από μια αρχική υγρασία 80% (υγρή βάση) σε μια τελική 10% (υγρή βάση). Το προϊόν έχει τη μορφή φετών πάχους 25 mm, οι οποίες είναι τοποθετημένες σε δίσκο. Έτσι, μπορεί να θεωρηθεί ότι η μετάδοση θερμότητος και η μεταφορά μάζης συμβαίνουν μόνο από την άνω επιφάνεια, η οποία εκτίθεται σε θέρμανση με ακτινοβολία. 1. Θεωρώντας το ρυθμό κινήσεως του μετώπου εξαχνώσεως, να εξάγετε την ακόλουθη έκφραση για το χρόνο αφυδατώσεως με κατάψυξη-εξάχνωση. ρ ( Xπά γος Xξηρό) 2 t = L 2b P P ( ) i s Όπου X πάγος = αρχική υγρασία (ξηρή βάση), X ξηρό = τελική περιεκτικότητα υγρασίας (ξηρή βάση), ρ = μάζα ξηρών στερεών ανά μονάδα όγκου (kg/m 3 ), = πάχος δείγματος (m), b = διαπερατότητα ξηρής στιβάδος (s/m 2 ), P i =μερική τάση υδρατμών στη διεπιφάνεια του πάγου (Pa) και P s = πίεση στο θάλαμο (Pa). 2. Να υπολογισθεί ο χρόνος αφυδατώσεως με κατάψυξη-εξάχνωση.

13 3. Μετά από την εξαγωγή της κατάλληλης εξίσωσης η οποία συσχετίζει τις μεταβλητές μεταδόσεως θερμότητος και μεταφοράς μάζης, να υπολογισθεί η θερμοκρασία της επιφανείας του προϊόντος ώστε να επιτευχθούν οι συνθήκες αυτές για την αφυδάτωση. Δίδεται: k = 0,05 W/m K, b = s/m 2, ρ = 950 kh/m 3, λ = 3 MJ/kg, T i = -28 C, P i = 46,9 Pa P s = 12 Pa. i. Περιγράψατε σύντομα τι εννοούμε με τους όρους περίοδος σταθερής ταχύτητος (ρυθμού), κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας και περίοδος πτώσεως της ταχύτητος κατά την ξήρανση των τροφίμων. Πως και γιατί η ταχύτητα αφυδατώσεως διαφέρει κατά τις περιόδους σταθερής ταχύτητος και πτώσεως της ταχύτητος; ii. Τρόφιμο με μορφή λεπτών φετών πρόκειται να αφυδατωθεί σε ξηραντήρα με δίσκους με ροή θερμού αέρα παράλληλα με την άνω επιφάνεια του τροφίμου μόνο. 1. Αν ο επιφανειακός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος μεταξύ αέρα και τροφίμου μπορεί να ληφθεί από την παρακάτω σχέση, να υπολογισθεί ο ρυθμός μεταδόσεως θερμότητος με μεταφορά από τον αέρα στο τρόφιμο. h= 15,4( u) 0,8, όπου u = ταχύτητα του αέρα (m/s). 2. Επίσης, να υπολογισθεί η ταχύτητα αφυδατώσεως κατά την περίοδο σταθερής ταχύτητος και ο χρόνος ο οποίος απαιτείται για να επιτευχθεί η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας. 3. Να υπολογισθεί ο χρόνος για την περαιτέρω μείωση της υγρασίας στο 50% (ξηρή βάση). Ποιες παραδοχές πρέπει να κάνετε για τον υπολογισμό αυτό; Δίδεται: Τρόφιμο: Επιφάνεια δίσκου = 1 m 2, αρχική μάζα τροφίμου στο δίσκο = 2 kg, αρχική περιεκτικότητα υγρασίας = 120% (ξηρή βάση), Κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας = 95% (ξηρή βάση), λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως = 2300 kj/kg. Αέρας ξηράνσεως: Θερμοκρασία ξηρού βολβού = 75 C, θερμοκρασία υγρού βολβού = 50, ταχύτητα αέρα = 5 m/s. Ένα συμπλήρωμα διατροφής πρόκειται να παρασκευασθεί με μορφή σκόνης με τροφοδοσία 200 kg/h σε ξηραντήρα ψεκασμού ομορροής. Το διάλυμα τροφοδοσίας έχει περιεκτικότητα υγρασίας 150% (ξηρή βάση). Ο αέρας εισέρχεται στην εγκατάσταση με θερμοκρασία 22 C και σχετική υγρασία 60%. Κατόπιν θερμαίνεται ηλεκτρικά στους 169 C πριν την είσοδο στον ξηραντήρα. Ο ρυθμός ροής του ξηρού αέρα (χωρίς να περιλαμβάνεται η υγρασία του) είναι 6000 kg/h. i. Χρησιμοποιώντας τις παρακάτω εξισώσεις ταχύτητος να υπολογισθεί ο χρόνος παραμονής ώστε να επιτευχθεί μια σκόνη με υγρασία 6% (ξηρή βάση). ii. Επίσης, να υπολογισθεί ο ελάχιστος αποδεκτός όγκος για τον ξηραντήρα. Μπορείτε να υποθέσετε ότι η μέση πυκνότητα του αέρα στον ξηραντήρα είναι 0,9 kg/m 3 (ξηρή βάση). Δίδεται: Η αφυδάτωση μπορεί κινητικά να περιγραφεί από τις εξισώσεις, Περίοδος σταθερής ταχύτητος: dm = 1, 8( Hw H) dt Περίοδος πτώσεως ταχύτητος: dm = 0,08( m 0,02) dt Όπου m = περιεκτικότητα υγρασίας επί ξηρής βάσεως, t = χρόνος (ώρες), H = απόλυτη υγρασία του αέρα (kg/kg) και H w = υγρασία ισορροπίας στην επιφάνεια του σωματιδίου (kg/kg). Δίδεται ακόμη ότι: Τύπος ολοκληρώματος: 1 1 dx = ln ( a + bx ) ), Ψυχρομετρικός χάρτης a+ bx b Κατά την αφυδάτωση των τροφίμων συμβαίνει ένας αριθμός φαινομένων και μεταβολών. i. Ποιοι είναι οι τρόποι μετάδοσης θερμότητας. Επηρεάζουν ή χαρακτηρίζουν τον ξηραντήρα; ii. Σχεδιάσατε μια καμπύλη ταχύτητας αφυδάτωσης ενός τροφίμου και κατόπιν σχολιάσατε την εξηγώντας τι συμβαίνει σε κάθε στάδιο, τόσο μακροσκοπικά όσο και μικροσκοπικά. iii. Συμβαίνει μετακίνηση στερεών; Εξηγήσατε τα αποτελέσματα της μετακίνησης αυτής επί της ποιότητας και επί των ιδιοτήτων του τροφίμου. iv. Αναφέρατε και εξηγήσατε αιτίας απώλειας της ικανότητας επανυδάτωσης των αφυδατωμένων τροφίμων. Οι παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την ταχύτητα (ρυθμό) αφυδατώσεως μπορεί να σχετίζονται α) με τις υπάρχουσες συνθήκες επεξεργασίας κατά την αφυδάτωση και β) με τη φύση του τροφίμου το οποίο τοποθετείται στον ξηραντήρα. Να αναφέρετε χωριστά τους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν τα παραπάνω α) και β) και να αναπτύξετε τις επιδράσεις μιας αυξήσεως στις συνθήκες επεξεργασίας πάνω στην ταχύτητα αφυδατώσεως τόσο κατά την περίοδο σταθερής ταχύτητος όσο και κατά την περίοδο πτώσεως της ταχύτητος.

14 i. Σταγονίδιο υγρού τροφίμου διαμέτρου 50μm πρόκειται να αφυδατωθεί σε ξηραντήρα ψεκασμού. Πειράματα έδειξαν ότι η περίοδος σταθερής ταχύτητος (ρυθμού) είναι 2 s. Το προϊόν εισέρχεται στον ξηραντήρα με 10% ολικά στερεά, ενώ η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας είναι 35% (υγρή βάση). Υποθέτοντας ότι το μέγεθος της σταγόνας δεν μεταβάλλεται κατά την περίοδο σταθερής ταχύτητος, και ότι η πυκνότητα του τροφίμου είναι 1050 kg m -3, να υπολογισθεί ο ρυθμός απομακρύνσεως υγρασίας σε kg H 2 O/m 2.s κατά την περίοδο σταθερής ταχύτητος. ii. Φυστίκια πρόκειται να αφυδατωθούν με τη χρήση μιας κατ αντιρροήν διεργασίας υπό στάσιμη κατάσταση. Το προϊόν ξηραίνεται από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 80% (υγρή βάση) σε μια τελική 12% (υγρή βάση) στους 25 C. Ο αέρας εισέρχεται στο θερμαντήρα με θερμοκρασία ξηρού βολβού 25 C και 80% σχετική υγρασία κα ο θερμαντήρας παρέχει 84 kj/kg ξηρού αέρα. Ο αέρας εξέρχεται από τον ξηραντήρα με σχετική υγρασία 90%. Με βάση τις πληροφορίες αυτές να υπολογισθούν: 1. Η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία του αέρα μετά την έξοδό του από το θερμαντήρα. 2. Η θερμοκρασία ξηρού βολβού και η απόλυτη υγρασία του αέρα όταν εξέρχεται από τον ξηραντήρα. 3. Ο ρυθμός ροής του αέρα σε m 3 /h ο οποίος απαιτείται για την ξήρανση 50 kg/h φυστικιών. i. Ξηραντήρας με δίσκους πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την αφυδάτωση ενός νέου προϊόντος. Το προϊόν έχει αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 75% (υγρή βάση) και απαιτούνται 10 min για να μειωθεί η υγρασία του στο 30% (υγρή βάση). Χρησιμοποιείται δε ένας συνολικός χρόνος αφυδατώσεως 15 min. Να υπολογισθεί η τελική υγρασία του προϊόντος. Η εξίσωση για το συνολικό χρόνο αφυδατώσεως είναι: ( X0 XC ) X C t = + ( ln XC ln X ), όπου Χ η περιεκτικότητα υγρασία (ξηρή βάση) και R C η ταχύτητα RC RC αφυδατώσεως κατά την περίοδο σταθερής ταχύτητος. ii. Ξηραντήρας τύπου σήραγγος χρησιμοποιείται για την αφυδάτωση φετοποιημένου φυτικού προϊόντος υγρασίας 85% (υγρή βάση) σε μια τελική υγρασία 7% (υγρή βάση). Ο αέρας ξηράνσεως εισέρχεται στον ξηραντήρα με θερμοκρασία 91 C και σχετική υγρασία 2%, και εξέρχεται με θερμοκρασία 46 C. Να υπολογισθεί ο όγκος του απαιτούμενου αέρα για ένα ρυθμό παραγωγής 100 kg.min -1 ξηρού προϊόντος. Να ληφθεί ότι ο ειδικός όγκος του αέρα είναι 1,04 m 3 /kg ξηρού αέρα. i. Τεμάχιο τροφίμου σχήματος ορθογωνίου πρόκειται να αφυδατωθεί με κατάψυξη-εξάχνωση σε θάλαμο κενού σταθερής θερμοκρασίας κα πιέσεως. Το τεμάχιο του τροφίμου συγκρατείται κατά τέτοιο τρόπο ώστε η αφυδάτωση να λαμβάνει χώρα και από τις δύο μεγάλες πλευρές, ενώ η θερμότητα άγεται μέσω της αφυδατωμένης στιβάδος. Υποθέτοντας ότι η αντίσταση στη μετάδοση θερμότητος στην επιφάνεια του τροφίμου είναι αμελητέα, να δείξετε ότι η σχέση μεταξύ πιέσεως και θερμοκρασίας στο μέτωπο του πάγου δίδεται από: kd ( Ts Ti) p = p + ii. i s bλ όπου p i & T i η πίεση και η θερμοκρασία στο μέτωπο του πάγου, p s η πίεση στην επιφάνεια του τροφίμου, b η διαπερατότητα του αφυδατωμένου τροφίμου, T s η θερμοκρασία στην επιφάνεια, λ η λανθάνουσα θερμότητα εξαχνώσεως στο μέτωπο του πάγου και k d η θερμική αγωγιμότητα του αφυδατωμένου τροφίμου. Τρόφιμο με μορφή φετών πρόκειται να αφυδατωθεί με κατάψυξη-εξάχνωση στο παραπάνω σύστημα από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 150% (ξηρή βάση) σε μια τελική 4% (ξηρή βάση). Ο θάλαμος κενού του ξηραντήρα λειτουργεί με πίεση 50 Pa και θερμοκρασία 60 C. Η θερμική αγωγιμότητα του ξηρού πορώδους τροφίμου είναι 0,03 Wm -1 K -1, η διαπερατότητά του kgs -1 m -1 Pa -1 και η πυκνότητά του 400 kgm -3. Αν η λανθάνουσα θερμότητα εξαχνώσεως του τροφίμου είναι kjkg -1, με τη χρήση της παραπάνω εξαχθείσας σχέσεως να υπολογισθούν: 1. Η θερμοκρασία στο μέτωπο του πάγου κατά την αφυδάτωση. 2. Το μέγιστο πάχος της φέτας, η οποία θα μπορούσε να αφυδατωθεί σε μια υγρασία 4% (ξηρή βάση) σε 3 ώρες. i. Με τη βοήθεια ενός σαφώς καθορισμένου διαγράμματος, να δείξετε ότι για ένα τρόφιμο με σχήμα ορθογωνίου παραλληλεπιπέδου πάχους 2l, το οποίο υφίσταται αφυδάτωση με κατάψυξη-εξάχνωση και από τις δύο πλευρές, ο χρόνος αφυδατώσεως δίδεται από τη σχέση: 2 λρ s m( Xo X) l t = 2k T T ii. ( ) d s i όπου T i η θερμοκρασία στο μέτωπο του πάγου, T s η θερμοκρασία στην επιφάνεια, λ s η λανθάνουσα θερμότητα εξαχνώσεως στο μέτωπο του πάγου, k d η θερμική αγωγιμότητα του αφυδατωμένου τροφίμου, ρ m η πυκνότητα του ξηρού στερεού, X o η αρχική περιεκτικότητα υγρασίας και X η περιεκτικότητα υγρασίας σε χρόνο t. Τρόφιμο πάχους 1 cm τοποθετείται σε δίσκο ξηραντήρα καταψύξεως-εξαχνώσεως και αφυδατώνεται από μια αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 150% (ξηρή βάση) σε μια τελική 8% (ξηρή βάση). Ο θάλαμος κενού του ξηραντήρα λειτουργεί με πίεση 40 Pa και θερμοκρασία 55 C. Η αφυδάτωση λαμβάνει χώρα μόνο από την επάνω επιφάνεια. Η θερμική αγωγιμότητα του ξηρού πορώδους τροφίμου είναι 0,03 Wm -1 K -1, η διαπερατότητά του

15 2, kgs -1 m -1 Pa -1 και η πυκνότητά του 470 kg.m -3. Αν η λανθάνουσα θερμότητα εξαχνώσεως του τροφίμου είναι 2, kjkg -1 και υποθέτοντας ότι η πίεση στο μέτωπο του πάγου παραμένει σταθερή στα 78 Pa καθ όλη τη διεργασία, να υπολογισθεί ο χρόνος αφυδατώσεως. Να γράψετε μια σύντομη αναφορά πάνω στην Ξήρανση των φρούτων, δίδοντας έμφαση στη διεργασία, τους τύπους των ξηραντήρων και τους παράγοντες που σχετίζονται με την επιλογή των ξηραντήρων και την ποιότητα του προϊόντος. Ξηραντήρας ρευστοποιημένου στρώματος δέχεται αέρα με ρυθμό 1000 m 3 /min, θερμοκρασία ξηρού βολβού 30 C και υγρού βολβού 20 C. Ο αέρας θερμαίνεται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 91 C πριν εισέλθει στο στρώμα ξηράνσεως και εξέρχεται από αυτό με θερμοκρασία 50 C. Ο ξηραντήρας εξετάζεται ως προς την καταλληλότητα για την αφυδάτωση αρακά θερμοκρασίας 20 C και περιεκτικότητας υγρασίας 75% (υγρή βάση). Ο αφυδατωμένος αρακάς εξέρχεται από τον ξηραντήρα με θερμοκρασία 40 C και περιεκτικότητα υγρασίας 4% (υγρή βάση). Αγνοώντας τις θερμικές απώλειες, να υπολογισθούν: i. Την πιθανή ποσότητα αρακά η οποία θα μπορούσε να αφυδατωθεί. ii. iii. Την αναμενομένη ποσότητα αφυδατωμένου αρακά. Τη θερμική απόδοση και την απόδοση εξατμίσεως του συστήματος και κατόπιν να προτείνετε τρόπους βελτιώσεως αυτών. Ασυνεχής ξηραντήρας με δίσκους εφοδιάζεται με αέρα θερμοκρασίας ξηρού βολβού 100 C και υγρού βολβού 66 C. Ο ξηραντήρας χρησιμοποιείται για την αφυδάτωση 100 kg τεμαχίων φρούτου με αρχική περιεκτικότητα υγρασίας 80% (υγρή βάση). Τα τεμάχια του φρούτου έχουν συνολική επιφάνεια 16 m 2 επί των δίσκων. Πειράματα έδειξαν ότι η κρίσιμη περιεκτικότητα υγρασίας ήταν 50% (υγρή βάση) και η περιεκτικότητα υγρασίας ισορροπίας 10% (υγρή βάση). Ο συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος από τον αέρα στις επιφάνειες του φρούτου ήταν 18 J/m 2.s. C. Να υπολογισθούν: i. Η σταθερή ταχύτητα (ρυθμός) αφυδατώσεως. ii. Η περίοδος πτώσεως της ταχύτητος (ρυθμού) για την αφυδάτωση μέχρι το 12% (υγρή βάση) υποθέτοντας μηχανισμό τριχοειδούς ροής. iii. Τέλος, να υποδείξετε ένα εναλλακτικό σύστημα αφυδατώσεως. Με βάση την κατανόηση της επεξεργασίας της αφυδατώσεως να ορίσετε τα παρακάτω: i. Ξηρό υλικό (πλήρως) ii. Υγρασία ισορροπίας, ελεύθερο νερό και τη σημασία τους. iii. Σταθερή ταχύτητα (ρυθμός), πτώση ταχύτητας με τις αντίστοιχες καμπύλες. iv. Πως θα επιλέγατε εξοπλισμό αφυδατώσεως; i. Ποια είναι τα πλεονεκτήματα ενός ξηραντήρα ψεκασμού; Που υποδεικνύεται η χρήση του; ii. Να αναπτύξετε σύντομα, μαζί με το κατάλληλο σχήμα, τη λειτουργία ενός τυπικού ξηραντήρα ψεκασμού, ο οποίος χρησιμοποιεί ατομοποιητή υψηλής ταχύτητος και παράλληλη ροή. iii. Να αναφέρετε τη διαστατική εξίσωση για τον όγκο ως συνάρτηση της μέσης διαμέτρου D των σταγονιδίων από το δίσκο ενός ατομοποιητή. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την ταχύτητα (ρυθμό) αφυδατώσεως των τροφίμων; Εξηγήσατε γιατί η αρχική ταχύτητα (ρυθμός) αφυδατώσεως των νωπών τροφίμων είναι υψηλή. Τι είναι το πέτσιασμα. Ποιες οι αναγκαίες συνθήκες για να συμβεί; Εξηγήσατε γιατί είναι αναγκαίο να συμπυκνώνονται τα υγρά τρόφιμα πριν από την αφυδάτωση. Τι είναι η περίοδος σταθερής ταχύτητος αφυδατώσεως; Δώσατε μια σχέση η οποία περιγράφει τη μεταφορά μάζης. Να συγκριθούν ο ξηραντήρας τυμπάνου και ο ξηραντήρας ψεκασμού για την παραγωγή σκόνης αποβουτυρωμένου γάλακτος. Πως μπορείτε να μειώσετε την κατανάλωση ενέργειας κατά την ξήρανση με ψεκασμό; Εξηγήσατε σχηματικά πως μπορεί να παραχθεί στιγμιαία σκόνη τροφίμου με ξήρανση με ψεκασμό σε συνδυασμό με ρευστοποιημένο στρώμα. Ποιος είναι ο ρόλος των υγραντικών σε ένα IMF προϊόν; Δώσατε ένα παράδειγμα. Ποια είναι η περιοχή ενεργοτήτων ύδατος στα τρόφιμα ενδιαμέσου υγρασίας; Ονομάσατε τρία τρόφιμα ενδιαμέσου υγρασίας. Συγκρίνατε και αντιπαραβάλλετε τα αφυδατωμένα με τα IMF τρόφιμα σε σχέση με την ενεργότητα ύδατος και την υφή. Πως επηρεάζεται η ενργότητα ύδατος μιας τυποποιήσεως IMF από την προσθήκη κρυσταλλικής γλυκόζης, συγκρινομένη με την προσθήκη αμόρφου γλυκόζης ή σακχαρόζης σε φρούτα IMF; Εξηγήσατε τι επιπλέον συντηρητικά μπορούν να ενσωματωθούν σε εμπορικά IMF βερίκοκα για να επεκταθεί ο χρόνος ζωής αυτών;

16 Συμπύκνωση των Τροφίμων Αναπτύξατε τις τεχνικές εξοικονομήσεως ατμού κατά τις διεργασίες της εξατμίσεως. Δώστε μια σύντομη αλλά περιεκτική σύγκριση των μεθόδων συμπύκνωσης των τροφίμων. Με ποια μέθοδο μπορείτε να παρασκευάσετε πορτοκαλοχυμό με 72% ολικά στερεά; Εξηγήσατε. Σε τι διαφέρουν μεταξύ τους η αντίστροφη ώσμωση, η υπερδιήθηση και η μικροδιήθηση; Αναπτύξατε σύντομα τις αρχές της συμπυκνώσεως με μεμβράνες. Γράψατε το ισοζύγιο υλικών σε ένα εξατμιστήρα και να εξάγετε τις ανάλογες σχέσεις. Εταιρεία γαλακτοκομικών παράγει παστεριωμένο γάλα. Αποφάσισε να αγοράσει σύστημα συμπύκνωσης με μεμβράνες για την παραγωγή συμπυκνωμένου γάλακτος, καθώς και αποβουτυρωμένου γάλακτος. Σας ζητείται, ως ειδικός, να προτείνετε ένα τέτοιο σύστημα, το οποίο θα ικανοποιεί το αιτούμενο. Να συμπεριλάβετε τον εξοπλισμό, τις μεμβράνες, χρόνους, θερμοκρασίες κλπ, καθώς και τα πλεονεκτήματα αυτού. Σχεδιάστε ένα εξατμιστήρα διπλής δράσεως, δείχνοντας τα βασικά του μέρη, καθώς και τις ροές τροφοδοσίας, προϊόντος και ατμού. Πρόκειται να συμπυκνώσετε πορτοκαλλοχυμό. i. Ποιες τεχνικές συμπυκνώσεως μπορείτε να χρησιμοποιήσετε; ii. Ποιες από αυτές θα σας δώσουν προϊόν υψηλής ποιότητος και γιατί; iii. Αν θελήσετε να παρασκευάσετε συμπυκνωμένο πορτοκαλλοχυμό 62 Bx, ποια τεχνική θα χρησιμοποιήσετε; iv. Μπορείτε να προτείνετε κατάλληλο εξοπλισμό ώστε να λάβετε ένα τέτοιο χυμό; Πρόκειται να συμπυκνώσετε γάλα. i. Ποιο τύπο εξοπλισμού μπορείτε να χρησιμοποιήσετε; ii. Ποιο από αυτόν θα επιλέγατε ώστε να λάβετε προϊόν υψηλής ποιότητος και γιατί; iii. Πώς θα παρασκευάσετε σακχαρούχο συμπυκνωμένο γάλα; Πρόκειται να παρασκευάσετε συμπυκνωμένο πορτοκαλοχυμό 62 Brix. Αναφέρατε με επαρκείς λεπτομέρειες μεθοδολογίες για την παρασκευή προϊόντος υψηλής ποιότητος. Περιγράψτε τους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την ανύψωση του σημείου ζέσεως και μια μέθοδο για την εκτίμησή του. Περιγράψτε τους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την οικονομία ατμού κατά την εξάτμιση. Συγκρίνετε τα διαφορετικά συστήματα εξατμιστήρων με βάση την οικονομία ατμού. Σχεδιάστε (ζωγραφίστε) τέσσαρες (4) διαφορετικούς τύπους εξατμιστήρων μονής δράσεως. Σχεδιάστε ένα εξατμιστήρα μονής δράσεως εξηναγκασμένης κυκλοφορίας για τη συμπύκνωση μηλοχυμού από 10% στερεά σε 45% στερεά. Ο απαιτούμενος ρυθμός τροφοδοσίας είναι 2,5 tn/ώρα και είναι διαθέσιμος ατμός θερμοκρασίας 121,1 C. Η ειδική θερμότητα του χυμού τροφοδοσίας είναι 2,68 kj/kg. C και εισέρχεται στον εξατμιστήρα με θερμοκρασία 51,7 C. Η ανύψωση του σημείου ζέσεως είναι 2,3 C. Ο συντελεστής μετάδοσης θερμότητος είναι 2839 W/m 2.C. Χρησιμοποιώντας θερμοκρασία 54,4 C στο θάλαμο διαχωρισμού, να υπολογισθεί η επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος και η οικονομία ατμού. Χυμός φρούτου συμπυκνώνεται σε εξατμιστήρα τριπλής δράσεως από 10% σε 50% στερεά. Ο χυμός τροφοδοτείται με ρυθμό 3240 kg/h και θερμοκρασία 35 C. Για τη θέρμανση χρησιμοποιείται ατμός 125 C ενώ η θερμοκρασία στην τελευταία δράση είναι 50 C. Ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος σε κάθε στάδιο είναι ίσος με 2850 W/m² C και η ειδική θερμότητα του προϊόντος 2510 J/kg C. Υποθέτοντας ότι όλα τα στερεά είναι εξόζες, να υπολογισθεί η επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος κάθε σταδίου. Από πίνακες ατμού βρίσκεται ότι στους 50 C η ενθαλπία του ατμού είναι h g =2,5921 MJ/kg και στους 35 C η ενθαλπία του νερού είναι h f =0,14656 MJ/kg. Δίδεται: ενθαλπία ατμού h g =2,5921 MJ/kg και ενθαλπία νερού στους 35 C h f =0,14656 MJ/kg Ένας χυμός φρούτου θερμοκρασίας 25 C και με περιεκτικότητα στερεών 6% συμπυκνώνεται σε εξατμιστήρα μονής δράσεως. Ο εξατμιστήρας λειτουργεί υπό επαρκές κενό ώστε το νερό του προϊόντος να εξατμίζεται στους 70 C, ενώ για τη θέρμανση χρησιμοποιείται ατμός πιέσεως 169,06 kpa. Η επιθυμητή συγκέντρωση στερεών του τελικού προϊόντος είναι 35%. Το συμπυκνωμένο προϊόν εξέρχεται από τον εξατμιστήρα με ρυθμό 2500 kg/h. Να υπολογισθούν, i. οι απαιτήσεις ατμού ii. η οικονομία ατμού για τη διεργασία. Το συμπύκνωμα του ατμού θερμάνσεως εξέρχεται με θερμοκρασία 95 C. Η ειδική θερμότητα του υγρού τροφοδοσίας είναι 4,08 kj/kg. C και του συμπυκνωμένου προϊόντος 3,175 kj/kg. C. Κατά την εξάτμιση, τι προκαλεί την ανύψωση του σημείου ζέσεως και πως αυτή υπολογίζεται.

17 Περιγράψτε τους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την οικονομία ατμού κατά την εξάτμιση. Συγκρίνετε τα διαφορετικά συστήματα εξατμιστήρων με βάση την οικονομία ατμού. Υγρό τρόφιμο θερμοκρασίας 30 C και περιεκτικότητος σε στερεά 15%, τροφοδοτείται σε εξατμιστήρα με ρυθμό kg/h. Επιθυμείται δε η συμπύκνωσή του σε μια περιεκτικότητα στερεών 60%. Η πίεση λειτουργία είναι P v = 0,1994 bar (19,94 kpa) και η T s = 120 C. Ο κατασκευαστής του εξοπλισμού μας λέγει ότι ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος είναι 1000 W/m 2.K. Να υπολογισθούν η μάζα του ατμού (m s ) και η επιφάνεια του εναλλάκτη θερμότητος του εξατμιστήρα, αν τα στερεά έχουν μοριακό βάρος 342 kg/mole. Χυμός φρούτου με περιεκτικότητα στερεών 15% τροφοδοτείται με θερμοκρασία 21 C στην πρώτη δράση ενός εξατμιστήρα τριπλής δράσεως. Ο ρυθμός τροφοδοσίας είναι 15 m 3 h -1. Απαίτηση είναι το προϊόν να εξέρχεται από την τρίτη δράση με περιεκτικότητα στερεών 60%. Να γραφεί το ισοζύγιο μάζης (υλικών) του όλου συστήματος, δίδοντας τις μάζες των διαφόρων συστατικών τα οποία εισέρχονται και εξέρχονται από το σύστημα. Η πυκνότητα του χυμού είναι 1200 kg m -3. Πορτοκαλοχυμός με 15% στερεά τροφοδοτείται με θερμοκρασία 294 K στην πρώτη δράση ενός εξατμιστήρα τριπλής δράσεως. Ο ρυθμός τροφοδοσίας είναι 5 kg s -1. Είναι επιθυμητό το προϊόν να εγκαταλείπει την τρίτη δράση με περιεκτικότητα στερεών 50%. Η τρίτη δράση θα έχει θερμοκρασία 325 K. Υποθέσατε ότι ο πορτοκαλοχυμός έχει ειδική θερμότητα 4.18 kj.kg -1.K -1 και ότι δεν συμβαίνει ανύψωση του σημείου ζέσεως. Στον εναλλάκτη θερμότητος της πρώτης δράσεως χρησιμοποιείται κορεσμένος ξηρός ατμός με θερμοκρασία 394 K και το συμπύκνωμα ατμού απομακρύνεται στη θερμοκρασία του ατμού εκάστης δράσεως. Ο συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος στην πρώτη, δεύτερη και τρίτη δράση είναι 3.20, 1.95 και 1.10 kw.m -2.K -1 αντιστοίχως. Ο υδρατμός τροφοδοτείται στην πρώτη δράση με ρυθμό 1.86 kg.s -1. Να εξάγετε το ισοζύγιο μάζης σε όλο το σύστημα, δίδοντας τις μάζες των επί μέρους συστατικών τα οποία εισέρχονται και εγκαταλείπουν το σύστημα. Να υπολογισθεί η επιφάνεια των τριών δράσεων και επίσης η οικονομία ατμού στον εξατμιστήρα. Ένας εξατμιστήρας τριπλής δράσεως σχεδιάζεται έτσι ώστε να λειτουργεί με τροφοδοσία προς τα πίσω. i. Τι σημαίνει "τριπλή δράση" και ποια τα πλεονεκτήματά της έναντι του εξατμιστήρα μονής δράσεως. Χρησιμοποιήσατε ένα μικρό σχέδιο για να διευκρινίσετε την απάντησή σας. Αναφέρατε δύο διαφορετικά προϊόντα τα οποία μπορούν να υποστούν επεξεργασία με εξάτμιση. ii. Πορτοκαλοχυμός με 15% στερεά τροφοδοτείται με θερμοκρασία 294 K στην πρώτη δράση ενός εξατμιστήρα τριπλής δράσεως. Ο ρυθμός τροφοδοσίας είναι 5 kg s -1. Είναι επιθυμητό το προϊόν να εγκαταλείπει την πρώτη δράση με περιεκτικότητα στερεών 45%. Η τρίτη δράση θα έχει πίεση 1313 kn.m -2. Υποθέσατε ότι ο πορτοκαλοχυμός έχει ειδική θερμότητα 4.18 kj.kg -1.K -1 και ότι δεν συμβαίνει ανύψωση του σημείου ζέσεως. Στον εναλλάκτη θερμότητος της πρώτης δράσεως χρησιμοποιείται κορεσμένος ξηρός ατμός με πίεση 205 kn.m -2 και το συμπύκνωμα ατμού απομακρύνεται στη θερμοκρασία του ατμού εκάστης δράσεως. Οι συντελεστές μεταδόσεως θερμότητος στην πρώτη, δεύτερη και τρίτη δράση είναι 2.05, 1.90 και 1.65 kw.m -2.K -1 αντιστοίχως. Ο ατμός παράγεται από την πρώτη δράση με ρυθμό 0.84 kg.s -1. Υποθέσατε ότι η κλιμάκωση θερμοκρασίας μεταξύ των τριών δράσεων είναι ομοιόμορφη iii. Αν οι τρεις μονάδες έχουν ίδιες επιφάνειες, να υπολογισθεί η επιφάνεια των τριών δράσεων και επίσης η οικονομία ατμού στον εξατμιστήρα. i. Πως εμπλέκεται η ανύψωση του σημείου ζέσεως στο σχεδιασμό ενός εξατμιστήρα; ii. Με τη χρήση διαγραμμάτων Dühring να προσδιορισθεί το αρχικό και τελικό σημείο ζέσεως ενός διαλύματος χλωριούχου νατρίου, αν η πίεση στον εξατμιστήρα είναι 20 kpa, και το διάλυμα συμπυκνώνεται από μια περιεκτικότητα στερεών 5% σε μια 25%. iii. Σας έχει ζητηθεί να θέσετε εκ νέου σε λειτουργία ένα εξατμιστήρα μονής δράσεως φυσικής κυκλοφορίας. Η συνολική επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος είναι 25 m 2 και πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη συμπύκνωση διαλύματος σακχαροτεύτλων από 15% στερεά σε μια τελική συγκέντρωση στερεών 65%. Σε συνθήκες στασίμου καταστάσεως, ο αραιός χυμός εισάγεται με ρυθμό 2400 kg.h -1. Οι ειδικές θερμότητες του αραιού χυμού και του συμπυκνωμένου είναι 3.9 και 2.3 kj.kg -1.K -1, αντιστοίχως. Η πίεση ατμού μετράται και είναι kn.m -2. Η θερμοκρασία εισόδου της τροφοδοσίας είναι 43.3 C. Το προϊόν εντός του εξατμιστήρα βράζει στους 62.2 C. Υποθέσατε ότι συμβαίνει αμελητέα ανύψωση του σημείου ζέσεως. Να υπολογισθούν ο ρυθμός ροής μάζης του συμπυκνωμένου προϊόντος, οι απαιτήσεις ατμού και η οικονομία ατμού. Δίδεται: Πίεση ατμού = kn.m -2 Θερμοκρασία τροφοδοσίας T f = 43.3 C Σημείο ζέσεως T 1 στον εξατμιστήρα = 62.2 C Ειδική θερμότητα αραιού χυμού c pf = 3.9 kj.kg -1.K -1 Ειδική θερμότητα συμπυκνωμένου χυμού c pp = 2.3 kj.kg -1.K -1 α) Σχεδιάστε ένα εξατμιστήρα διπλής δράσεως, δείχνοντας τα βασικά του μέρη, καθώς και τις ροές τροφοδοσίας, προϊόντος και ατμού.

18 β) Ένας χυμός φρούτου θερμοκρασίας 25 C και με περιεκτικότητα στερεών 6% συμπυκνώνεται σε εξατμιστήρα μονής δράσεως. Ο εξατμιστήρας λειτουργεί υπό επαρκές κενό ώστε το νερό του προϊόντος να εξατμίζεται στους 70 C, ενώ για τη θέρμανση χρησιμοποιείται ατμός πιέσεως 169,06 kpa. Η επιθυμητή συγκέντρωση στερεών του τελικού προϊόντος είναι 35%. Το συμπυκνωμένο προϊόν εξέρχεται από τον εξατμιστήρα με ρυθμό 2500 kg/h. Να υπολογισθούν, i. οι απαιτήσεις ατμού ii. η οικονομία ατμού για τη διεργασία. Το συμπύκνωμα του ατμού θερμάνσεως εξέρχεται με θερμοκρασία 95 C. Η ειδική θερμότητα του υγρού τροφοδοσίας είναι 4,08 kj/kg. C και του συμπυκνωμένου προϊόντος 3,175 kj/kg. C. Ένα διάλυμα σακχαρόζης σε νερό στους 25 C πρόκειται να συμπυκνωθεί με αντίστροφη ώσμωση. Με μια διαμεμβρανική πίεση 5 MPa, η ροή του νερού ήταν 25 kg/m 2 h για ένα διάλυμα 10%. i. Αν η διαμεμβρανική πίεση αυξηθεί στα 10MPa, ποια θα είναι η ροή για ένα διάλυμα 20%; Δίδεται: γραμμομοριακή συγκέντρωση διαλύματος σακχαρόζης 10% 0,304 mol/m 3 και διαλύματος 20% 0,632 mol/m 3. ii. Να υπολογισθεί η μεμβράνη διηθήσεως η οποία απαιτείται για τη συμπύκνωση 8000 kg του ανωτέρω διαλύματος από 10% σε 20% σακχαρόζη, λαμβάνοντας υπ όψιν ότι η διαμεμβρανική πίεση πηγαίνει από τα 5 MPa στα 10 MPa, σε μια περίοδο λειτουργίας 6 ωρών. iii. Να προτείνετε ένα σύστημα μεμβράνης για τη διεργασία αυτή. Να συμπεριληφθεί και ένα σχήμα του συστήματος. i. Ένας εξατμιστήρας κενού μονής δράσεως πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη συμπύκνωση 4000 kg h -1 υγρού τροφίμου το οποίο περιέχει 9,0% στερεά (υγρή βάση) προς ένα προϊόν το οποίο περιέχει 35% στερεά (υγρή βάση). Η απόλυτη πίεση υπεράνω του ζέοντος υγρού στο θάλαμο εξατμίσεως είναι kn m -2, και ο ατμός στο διπλότοιχο του θαλάμου έχει απόλυτη πίεση 150 kn m -2. Η τροφοδοσία εισέρχεται στον εξατμιστήρα στη θερμοκρασία βρασμού της. Ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος στο θάλαμο είναι 2800 W m -2 C -1. Να υπολογισθεί ο ρυθμός εξόδου του προϊόντος, οι απαιτήσεις ατμού και ο ελάχιστος αριθμός σωλήνων, μήκους 5 m και διαμέτρου 50 mm που απαιτείται να υπάρχει στο θάλαμο εξατμίσεως. Μπορείτε να αγνοήσετε τις θερμικές απώλειες και τη θερμότητα που εξέρχεται με το συμπυκνούμενο υδρατμό. ii. Αναπτύξατε σύντομα τους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν το σημείο ζέσεως του υγρού στον εξατμιστήρα. Ένας συμπυκνωτήρας μονής δράσεως συμπυκνώνει 4500 kg/h γάλακτος με 10% ολικά στερεά και θερμοκρασίας εισόδου 60 C σε προϊόν με 40% ολικά στερεά, σε πίεση 19,9 kpa και με τη χρήση ξηρού κορεσμένου ατμού με απόλυτη πίεση 120,8 kpa. Υποθέτοντας ότι η ανύψωση του σημείου ζέσεως είναι αμελητέα, να υπολογισθούν: i. Η ποσότητα του συμπυκνώματος που παράγεται. ii. Η οικονομία του εξατμιστήρα (kg ατμών που παράγονται ανά kg υδρατμού). iii. Η απαιτουμένη επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος. Δίδεται: U=1650 W/m 2. K, C p νερού στους 60 C 4,187 kj/kg. K Είναι επιθυμητή η προσυμπύκνωση σακχαρούχου διαλύματος από 5 σε 30% σε εξατμιστήρα μονής δράσεως (βλέπε σχήμα): Είναι διαθέσιμος ατμός σε ατμοσφαιρική πίεση (100 C), ενώ πρόκειται να διατηρείται κενό 12 kpa στο χώρο του ατμού και στο οποίο αντιστοιχεί θερμοκρασία ατμού 50 C. Το διάλυμα τροφοδοτείται με ρυθμό 5000 kg/h. Το συμπύκνωμα του υδρατμού θερμάνσεως εγκαταλείπει τον εξατιστήρα με θερμοκρασία 75 C, ενώ στο διάλυμα η ανύψωση της θερμοκρασίας βρασμού είναι αμελητέα. i. Να υπολογισθεί η απαίτηση και η οικονομία ατμού αν η θερμοκρασία της τροφοδοσίας είναι α) 20 C και β) 80 C. ii. Να συζητηθούν και δικαιολογηθούν τα αποτελέσματα που ελήφθησαν στις δύο περιπτώσεις. Επίσης να υπολογισθούν οι επιφάνειες θερμάνσεως στις δύο περιπτώσεις, αν ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος U είναι 3000 W/(m 2.K). Σχολιάσατε τα ληφθέντα αποτελέσματα.

19 Δίδεται: Ειδική θερμότητα (C p ) = 4,05 kj/(kg. C), Λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως του ατμού στους 100 C = 2257,1 kj/kg και λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως του νερού στους 50 C = 2382,7 kj/kg. Ένας συνεχής εξατμιστήρας συμπυκνώνει 9072 kg/h υγρού με περιεκτικότητα 1,0% κατά βάρος το οποίο εισέρχεται με θερμοκρασία 311,0 K σε μια τελική συγκέντρωση 1,5% κατά βάρος. Ο ατμός στο χώρο του εξατμιστήρα βρίσκεται με πίεση 101,325 kpa, ενώ ο υδρατμός για τη θέρμανση είναι κορεσμένος και βρίσκεται σε πίεση 143,3 kpa. Εφ όσον το υγρό είναι αραιό γίνεται δεκτό ότι δεν συμβαίνει ανύψωση του σημείου ζέσεως και έχει ίδιο σημείο ζέσεως με το νερό. Να υπολογισθούν: i. Τα ποσά του ατμού και του υγρού προϊόντος ii. Η απαιτουμένη επιφάνεια εναλλαγής θερμότητος. Δίδεται: Cp τροφοδοσίας = 4,14 kj/kg K, σημείο ζέσεως του αραιού υγρού στον εξατμιστήρα (101,32 kpa) = 372,2 K, λανθάνουσα θερμότητα εξατμίσεως του νερού στους 372,2 K 2257 kj/kg, λανθάνουσα θερμότητα υδρατμού στα 143,3 kpa & θερμοκρασία κορεσμού 383,2 K 2230 kj/kg και συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος 1704 W/m 2 K. Ένας εξατμιστήρας χρησιμοποιείται για τη συμπύκνωση ενός υγρού τροφίμου από 5 σε 30% ολικά στερεά. Το συμπυκνωμένο προϊόν εξέρχεται από τον εξατμιστήρα με ρυθμό 1000 kg/h, ενώ η τροφοδοσία εισέρχεται στον εξατμιστήρα με θερμοκρασία 60 C. Διαθέσιμος είναι κορεσμένος υδρατμός πιέσεως 169,06 kpa. Η θερμοκρασία εξατμίσεως είναι 40 C και δεν συμβαίνει ανύψωση του σημείου ζέσεως. Ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος είναι 850 W/m 2 K και ο διορθωτικός παράγων για την ενθαλπία είναι α= 1 0,7WS. Να υπολογισθούν: i. Ο ρυθμός ροής του υδρατμού. ii. Η επιφάνεια που απαιτείται για τον εξατμιστήρα. Διάλυμα σακχάρου 50% βράζει υπό πίεση 1, Pa. i. Ποια είναι η θερμοκρασία των ατμών υπεράνω του υγρού; ii. Η ανύψωση του σημείου ζέσεως δίδεται από τη σχέση: Δ T b = 0, 51m. Ποια θα είναι η θερμοκρασία του υγρού στην επιφάνεια; Μοριακό βάρος σακχάρου 342. Κατά την παραγωγή συμπυκνωμένου πορτοκαλοχυμού, νωπός χυμός με 12% στερεά εξατμίζεται έτσι ώστε αυτά να φθάσουν το 60%. Επειδή διαπιστώθηκε απώλεια γευστικών και οσμηρών ενώσεων και για να βελτιωθεί η γεύση και οσμή του συμπυκνωμένου χυμού, το συμπύκνωμα με 60% στερεά αραιώνεται με νωπό χυμό και έτσι τα ολικά στερεά διαμορφώνονται στο 45%. Το εργοστάσιο επεξεργάζεται kg/h νωπού χυμού. Να βρεθούν όλοι οι ρυθμοί ροής όλων των ρευμάτων στο παρακάτω διάγραμμα ροής (m e, m r, m p1, m p2, m v ). Εξατμιστήρας μονής δράσεως πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη συμπύκνωση τοματοχυμού από 5% ολικά στερεά σε 30% ολικά στερεά. Ο χυμός εισέρχεται στον εξατμιστήρα με θερμοκρασία 15 C. Ο εξατμιστήρας λειτουργεί με ατμό ποιότητας 80% σε πίεση 143,27 kpa. Το κενό εντός του εξατμιστήρα επιτρέπει ο χυμός τομάτας να βράζει στους 75 C. Το συμπύκνωμα εξέρχεται με θερμοκρασία 75 C, ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος είναι 4000 W/m 2 K και η επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος είναι 20 m 2. ο διορθωτικός παράγων για την ενθαλπία είναι α= 1 0,7WS. Να υπολογισθούν: i. Οι απαιτήσεις υδρατμού. ii. iii. Η οικονομία ατμού για την επεξεργασία αυτή Αν ο τοματοχυμός με τα 5% στερεά εισέρχεται με θερμοκρασία 100 C, ποιο είναι το ποσοστό "αυτό-εξατμίσεως" (στιγμιαία εξάτμιση); i. Περιγράψατε πως επιτελείται η εξάτμιση στη βιομηχανία των τροφίμων, αναφερόμενοι ιδιαιτέρως στους τύπους του εξοπλισμού ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και πότε ο ένας προτιμάται έναντι του άλλου. ii. Μηλοχυμός πρόκειται να συμπυκνωθεί από 11% ολικά στερεά σε 75% ολικά στερεά σε εξατμιστήρα ο οποίος χρησιμοποιεί ως μέσο θερμάνσεως ατμό θερμοκρασίας 100 C. Τροφοδοτείται στον εξατμιστήρα με ρυθμό 0,67 kg/s και θερμοκρασία 43 C, ενώ το σημείο ζέσεως του προϊόντος είναι 62 C. 1. Να υπολογισθεί ο ρυθμός ροής μάζης του συμπυκνωμένου προϊόντος και τα ποσό του απαιτούμενου ατμού.

20 2. Αν ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος του εξατμιστήρα είναι 943W/m 2 K), να υπολογισθεί η απαιτουμένη επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος. Δίδεται: ειδική θερμότητα τροφοδοσίας 3,9 kj/kg K, λανθάνουσα θερμότητα του νερού στους 63 C 2350 kj/kg και λανθάνουσα θερμότητα του ατμού στους 100 C 2257kJ/kg. i. Να σχεδιασθεί ένα σύστημα εξατμίσεως τριπλής δράσεως με θερμοσυμπιεστή. Να δείξετε με σαφήνεια τις ροές του ατμού, του προϊόντος, του συμπυκνώματος και του ατμού. ii. Εξηγήσατε το πλεονέκτημα της χρήσεως ενός θερμοσυμπιεστή. Να συζητηθούν τα παρακάτω για την εξάτμιση των τροφίμων: i. Λειτουργία και τεχνολογία της προθερμάνσεως ii. Πλεονεκτήματα εξατμίσεως πολλαπλών σταδίων iii. Η λειτουργία του θερμοσυμπιεστή iv. Πως παράγεται και διατηρείται το κενό στο σύστημα i. Ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την ανύψωση του σημείου ζέσεως κατά την εξάτμιση και πως αυτή εκτιμάται; ii. Να αναπτυχθούν οι παράγοντες που επηρεάζουν την οικονομία ατμού κατά την εξάτμιση. Να γίνει σύγκριση των διαφόρων τύπων συστημάτων εξατμιστήρα με όρους την οικονομία ατμού. iii. Να σχεδιασθούν τέσσαρες (4) διαφορετικοί τύποι συστημάτων εξατμιστήρα μονής δράσεως. iv. Να σχεδιασθεί εξατμιστήρας εξηναγκασμένης κυκλοφορίας μονής δράσεως ο οποίος πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τη συμπύκνωση χυμού μήλων από 10% σε 45% ολικά στερεά. Ο απαιτούμενος ρυθμός τροφοδοσίας είναι 2,5 ton/h, ενώ είναι διαθέσιμος ατμός θερμοκρασίας C. Η ειδική θερμότητα της τροφοδοσίας είναι 2,68 kj/kg C και εισέρχεται στον εξατμιστήρα με θερμοκρασία 51,7 C. Η ανύψωση του σημείου ζέσεως είναι 2,3 C, ο συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος 2839 W/m 2 C και η θερμοκρασία στο θάλαμο 54,5 C. Να υπολογισθεί η επιφάνεια μεταδόσεως θερμότητος και η οικονομία ατμού. i. Τι προκαλεί την ανύψωση του σημείου ζέσεως; Πως μπορείτε να την υπολογίσετε; ii. Αναπτύξατε τους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την οικονομία ατμού και συγκρίνατε τους διαφορετικούς τύπους συστημάτων εξατμιστήρων με όρους την οικονομία ατμού. iii. Να σχεδιασθεί ένας εξτμιστήρας με παράλληλες πλάκες ο οποίος χρησιμοποιείται για τη συμπύκνωση του γάλακτος. iv. Τοματοχυμός με 12% στερεά συμπυκνώνεται ώστε να αποκτήσει 28% στερεά σε εξατμιστήρα μονής δράσεως τύπου αναρριχομένου στρώματος. Ο χυμός τροφοδοτείται στον εξατμιστήρα με θερμοκρασία 57 C. Ο χρησιμοποιούμενος ατμός έχει πίεση 170 kpa. Η επιφάνεια εναλλαγής θερμότητος του εξατμιστήρα είναι 0,45 m 2 και ο συνολικός συντελεστής μεταδόσεως θερμότητος 5500 J/m 2 s K. Θεωρώντας ότι δεν συμβαίνει ανύψωση του σημείου ζέσεως, ούτε αύξηση ενθαλπίας από το προϊόν, να υπολογισθούν: 1. Τα ποσά τροφοδοσία και προϊόντος ωριαίως. 2. Το ποσό του απαιτούμεου ατμού 3. Η οικονομία ατμού στον εξατμιστήρα. i. Να σχεδιάσετε ένα εξατμιστήρα διπλής δράσεως και να δείξετε τους εναλλάκτες θερμότητος, τους θαλάμους διαχωρισμού και το συμπυκνωτή, καθώς επισης και τις γραμμές του υδρατμού θερμάνσεως, του παραγομένου ατμού, του προϊόντος και του συμπυκνώματος. ii. Χυμός φρούτου με θερμοκρασία 25 C και 6% στερεά πρόκειται να συμπυκνωθεί σε εξατμιστήρα μονής δράσεως. Ο εξατμιστήρας λειτουργεί με επαρκές κενό ώστε το νερό να εξατμίζεται στους 70 C, ενώ εφοδιάζεται με ατμό μανομετρικής πιέσεως 169,06 kpa και ποιότητα 85%. Η επιθυμητή συγκέντρωση στο τελικό προϊόν είναι 35% ολικά στερεά και εξέρχεται από τον εξατμιστήρα με ρυθμό 2500 kg/h. Να υπολογισθούν: 1. Οι απαιτήσεις ατμού 2. Η οικονομία ατμού Το συμπύκνωμα εξέρχεται με θερμοκρασία 95 C και η ειδκή θερμότητα της τροφοδοσίας είναι 4,08 kj/kg C και του συμπυκνωμένου προϊόντος 3,175 kj/kg C. Δώσατε μια σύντομη αλλά περιεκτική περιγραφή των διεργασιών εξατμίσεως που εφαρμόζονται στα τρόφιμα δίδοντας ιδιαίτερη σημασία σε ειδικές εφαρμογές του διαθεσίμου εξοπλισμού διαφόρων τύπων. Διευκρινίσατε την απάντησή σας με απλά διαγράμματα. i. Χυμός πορτοκαλιού με 11% στερεά πρόκειται να συμπυκνωθεί σε εξατμιστήρα μονής δράσεως προς προϊόν με 50% στερεά. Τροφοδοτείται δε με ρυθμό kg/h και θερμοκρασία 20 C. Ο εξατμιστήρας λειτουργεί υπό κενό και έτσι ο χυμός βράζει στους 70 C. Για τη θέρμανση χρησιμοποιείται ατμός με ποιότητα 85% και πίεση 198,53 kpa. Να υπολογισθούν: 1. Οι απαιτήσεις ατμού. 2. Η οικονομία ατμού για τη διεργασία αν το συμπύκνωμα ατμού απελευθερώνεται στους 70 C.