Torkning - Drying

Torkning är en massöverföringsprocess som består av avlägsnande av vatten eller annat lösningsmedel genom avdunstning från ett fast , halvfast eller flytande . Denna process används ofta som ett slutligt produktionssteg innan man säljer eller förpackar produkter. För att betraktas som "torkad" måste slutprodukten vara fast, i form av ett kontinuerligt ark (t.ex. papper), långa bitar (t.ex. trä), partiklar (t.ex. spannmålskorn eller majsflingor) eller pulver (t.ex. sand, salt, tvättpulver, mjölkpulver). En värmekälla och ett medel för att avlägsna ångan som produceras genom processen är ofta inblandade. I bioprodukter som mat, spannmål och läkemedel som vacciner är lösningsmedlet som tas bort nästan alltid vatten. Torkning kan vara synonymt med torkning eller anses vara en extrem form av torkning.

I det vanligaste fallet applicerar en gasström, t.ex. luft, värmen genom konvektion och bär bort ångan som fuktighet . Andra möjligheter är vakuumtorkning , där värme tillförs genom ledning eller strålning (eller mikrovågor ), medan ångan som sålunda produceras avlägsnas av vakuumsystemet . En annan indirekt teknik är trumtorkning (används till exempel för tillverkning av potatisflingor), där en uppvärmd yta används för att ge energi, och aspiratorer drar ångan utanför rummet. Däremot anses den mekaniska extraktionen av lösningsmedlet, t.ex. vatten, genom filtrering eller centrifugering , inte vara "torkning" utan snarare "dränering".

Torkmekanism

I vissa produkter som har en relativt hög initial fukthalt kan en initial linjär reduktion av den genomsnittliga produktfuktinnehållet som en funktion av tiden observeras under en begränsad tid, ofta känd som en "konstant torkningshastighetsperiod". Vanligtvis under denna period är det ytfuktighet utanför enskilda partiklar som avlägsnas. Torkningshastigheten under denna period är mestadels beroende av hastigheten för värmeöverföring till materialet som torkas. Därför anses den maximalt uppnåbara torkningshastigheten vara begränsad värmeöverföring. Om torkningen fortsätter blir kurvens lutning, torkningshastigheten mindre brant (fallhastighetsperiod) och tenderar så småningom att bli nästan horisontell vid mycket långa tider. Produktens fuktinnehåll är då konstant vid " jämviktsfuktinnehållet ", där det i praktiken är i jämvikt med det uttorkande mediet. Under fallhastighetsperioden sker vattenmigrering från produktens inre till ytan mestadels genom molekylär diffusion, dvs. vattenflödet är proportionellt mot fuktinnehållsgradienten. Detta innebär att vatten rör sig från zoner med högre fuktinnehåll till zoner med lägre värden, ett fenomen som förklaras av termodynamikens andra lag . Om vattenavlägsnande är betydande, genomgår produkterna vanligtvis krympning och deformation, förutom i en väldesignad frystorkningsprocess. Torkningshastigheten under fallhastighetsperioden styrs av hastigheten för avlägsnande av fukt eller lösningsmedel från det inre av det fasta ämnet som torkas och kallas "massöverföring begränsad". Detta märks allmänt i hygroskopiska produkter såsom frukt och grönsaker, där torkning sker under fallhastighetsperioden med den konstanta torkningshastighetsperioden sägs vara försumbar.

Metoder för torkning

I ett typiskt fasdiagram går gränsen mellan gas och vätska från trippelpunkten till den kritiska punkten . Regelbunden torkning är den gröna pilen, medan superkritisk torkning är den röda pilen och frystorkning är den blåa.

Följande är några allmänna torkningsmetoder:

  • Applicering av varm luft ( konvektiv eller direkt torkning). Luftuppvärmning ökar torkningskraften för värmeöverföring och påskyndar torkningen. Det minskar också luftens relativa fuktighet , vilket ytterligare ökar drivkraften för torkning. Under fallhastighetsperioden, när fuktinnehållet faller, värms fastämnena upp och de högre temperaturerna påskyndar diffusion av vatten från det inre av det fasta ämnet till ytan. Produktkvalitetsöverväganden begränsar dock den tillämpliga höjningen av lufttemperaturen. Alltför varm luft kan nästan helt torka ut den fasta ytan, så att dess porer krymper och nästan stängs, vilket leder till skorpbildning eller "fallhärdning", vilket vanligtvis inte är önskvärt. Till exempel vid trätorkning (timmer) upphettas luft (vilket påskyndar torkningen) även om det tillsätts en del ånga (vilket till viss del hindrar torkningshastigheten) för att undvika överdriven uttorkning av ytan och produktdeformation på grund av hög fukt lutningar över trätjocklek. Spraytorkning hör till denna kategori.
  • Indirekt eller kontakttorkning (uppvärmning genom en het vägg), som trumtorkning, vakuumtorkning. Återigen kommer högre väggtemperaturer att påskynda torkningen men detta är begränsat av produktnedbrytning eller härdning. Trumtorkning hör till denna kategori.
  • Dielektrisk torkning (radiofrekvens eller mikrovågor som absorberas inuti materialet) är fokus för intensiv forskning nuförtiden. Den kan användas för att underlätta lufttorkning eller vakuumtorkning. Forskare har funnit att torkning i mikrovågsugn påskyndar den annars mycket låga torkningshastigheten i slutet av de klassiska torkningsmetoderna.
  • Frystorkning eller lyofilisering är en torkningsmetod där lösningsmedlet fryses före torkning och sedan sublimeras , dvs överförs till gasfasen direkt från den fasta fasen, under lösningsmedlets smältpunkt. Det appliceras alltmer på torra livsmedel, utöver dess redan klassiska farmaceutiska eller medicinska tillämpningar. Det håller biologiska egenskaper hos proteiner och behåller vitaminer och bioaktiva föreningar. Trycket kan reduceras med en högvakuumpump (även om frystorkning vid atmosfärstryck är möjlig i torr luft). Om du använder en vakuumpump, avlägsnas ångan som produceras genom sublimering från systemet genom att den omvandlas till is i en kondensor, som arbetar vid mycket låga temperaturer, utanför frystorkningskammaren.
  • Superkritisk torkning (överhettad ångtorkning) innebär ångtorkning av produkter som innehåller vatten. Denna process är möjlig eftersom vatten i produkten kokas av och förenas med torkmediet, vilket ökar dess flöde. Det används vanligtvis i sluten krets och tillåter att en del av latent värme återvinns genom återkompression, en egenskap som exempelvis inte är möjlig med konventionell lufttorkning. Processen har potential för användning i livsmedel om de utförs vid reducerat tryck för att sänka kokpunkten.
  • Naturlig lufttorkning sker när material torkas med ouppvärmd forcerad luft och utnyttjar dess naturliga torkningspotential. Processen är långsam och väderberoende, så en klok strategi "fläkt från fläkt på" måste utformas med beaktande av följande förhållanden: Lufttemperatur, relativ fuktighet och fuktinnehåll och temperaturen hos materialet som torkas. Korn torkas alltmer med denna teknik, och den totala tiden (inklusive fläkt av och på perioder) kan pågå från en vecka till olika månader, om en vinter vila kan tolereras i kalla områden.

Användning av torkning

Torkning av fisk i Lofoten vid produktion av torrfisk

Mat

Huvudartikel: Torkning (mat)

Livsmedel torkas för att hämma mikrobiell utveckling och kvalitetsförfall. Torkningsgraden beror dock på slutanvändningen av produkten. Spannmål och oljeväxter torkas efter skörd till fuktinnehållet som möjliggör mikrobiell stabilitet under lagring. Grönsaker blancheras före torkning för att undvika snabb mörkgörning och torkning utförs inte bara för att hämma mikrobiell tillväxt utan också för att undvika brunning under lagring. När det gäller torkade frukter verkar minskningen av fukt i kombination med dess syra- och sockerinnehåll för att ge skydd mot mikrobiell tillväxt. Produkter som mjölkpulver måste torkas till mycket lågt fuktinnehåll för att säkerställa flytbarhet och undvika kakning. Denna fukt är lägre än vad som krävs för att säkerställa hämning av mikrobiell utveckling. Andra produkter som kakor torkas bortom den mikrobiella tillväxtgränsen för att ge en krispig konsistens som konsumenterna tycker om.

Icke-livsmedelsprodukter

Bland icke-livsmedelsprodukter är trä som är en del av träbearbetning, papper, lin och tvättpulver. De två första kan, på grund av deras organiska ursprung, utveckla mögel om de inte torkas tillräckligt. En annan fördel med torkning är en minskning av volym och vikt.

Slam och avföring från sanitetsprocesser

När det gäller sanitet är torkning av avloppsslam från avloppsreningsverk , fekalt slam eller avföring som samlas upp i urinledande torra toaletter (UDDT) en vanlig metod för att uppnå patogendödning , eftersom patogener bara tål en viss torrhetsnivå. Dessutom krävs torkning som ett processsteg om de excretabaserade materialen är avsedda att förbrännas.

Se även

Bibliografi

  1. Greensmith, M. (1998). Praktisk uttorkning . Woodhead Publishing, Ltd.
  2. Genskow, LR; Beimesch, VI; Hecht, JP; Kemp, IC; Langrish, T .; Schwartzbach, C .; Smith, (F) .L. (2007). Kemiska ingenjörshandbok . Mc Graw Hill Professional. s. Kapitel 12 (Avdunstningskylning och torkning av fasta ämnen).
  3. AS, Mujumdar (1998). Handbok för industriell torkning . Boca Ratón: CRC Press.

Referenser

externa länkar