Le schage dans les IAAProf. Mohamed MOUNCIF
Version: Novembre 2010
Dpartement de Gnie des Procds et Technologie Alimentaire GPTA 1
SOMMAIRE1. GENERALITES SUR LE SECHAGE
1.1. Dfinition du schage1.2. Intrts du schage 1.3. Produits scher 2. PRINCIPES DU SECHAGE 2.1. Schage par EBULLITION 2.2. Schage par ENTRAINEMENT 3. ECHANGE DEAU ENTRE LAIR ET LE PRODUIT 3.1. Dfinitions 3.2. Courbes de sorption2
4. LAIR HUMIDE 4.1. Diagramme enthalpique de lair humide 4.1.1. Expression de lenthalpie. 4.1.2. Exemples dutilisation du diagramme enthalpique 4.1.3. Saturation isenthalpique de lair. 4.2. Mesure de la concentration dun air en eau 5. TEMPERATURES ET ALLURES DE SECHAGE 5.1. Priodes du schage 5. 2. volution de la temprature du produit 6. CALCUL DES SECHOIRS
6.1. Bilans de matire et de chaleur 6.1.1. Schoirs par entranement.
3
1. Gnralits sur le schage1.1. DEFINITION
" Le schage "
est une
opration unitaire ayant pour butd'liminer partiellement ou totalement
l'eau d'un corps humide par vaporation4
Schage Le corps humide peut tre solide ou liquide maisLe produit final est solide
Evaporation ou Concentration Le corps initial est liquide Le produit final est un concentr liquide5
Avantages Longue conservation Rduction en poids Inconvnients Modification du produit (forme, texture, got, odeur etqualits nutritionnelles)
Opration coteuse en nergie6
Humidit de certains aliments en %Viande de buf Viande de poulet Poisson Poires Pommes, pches, oranges Tomates, fraises Avocat, banane Carotte, pomme de terre Laitue, lentilles Miel Confiture Farine, riz Poudre de lait 50 70 74
65 81 80 8585 90 90 95 74 80 80 90 90 95 20 28 12 47
Consommation en nergie
(kJ/kg d'eau vapore)
Atomiseur Scheur tambour(rotatif)
5000 5000 4000
Scheur tunnel Eau l ibre ou pu re
22508
Source : Le monde alimentaire, janvier-fvrier 2001, pg 21
Exemples de produits schsProduits Agricoles peu hydrats:Mais, bl, autres crales ,graines olagineuses, etc..
Produits Agricoles trs hydrats:Prune, pruneau, figue, raisin, viande, poisson, etc.
Produits de transformation industrielle:Caf, th, pte, charcuterie, fromage, sucre, casine, etc.
Sous produits industriels:Pulpe de sucrerie, drches de brasserie, srum de fromagerie, etc..9
Exemples de produits schs (suite) Les ptes alimentaires
La viande fume : saucisson, jambon Les fromages : schage dans une ambiance contrle Le sucre cristallis est obtenu par vaporation Les lgumes (pois,) et fruits secs (pruneaux, raisins, abricots) Certains biscuits apritifs sont produits par schage l'air chaud partir d'une pte de mas Les jus de fruits sont prpars partir d'un concentr obtenu par vaporisation Le sel (gisement minier) est concass, dissout, pur avant d'tre essor et enfin sch jusqu' devenir du sel raffin. La conservation de beaucoup de types de grains ou de vgtaux est assure par le schage : caf, cacao, riz et autres crales, feuilles de th, pices 10Certains produits en poudre : cacao, lait,
Tempratures dair tolres pour le schage de produits A.A. ou A.I.PRODUITSFOURRAGES ET PULPES BL RIZ ABRICOTS FIGUESPRUNES
C MAXI.800 900 82 54 66 7477
RAISINSAIL
8860
CAROTTES OIGNONS POIVRONS
70 70 6611
2. Principe du schagePv
PT ::::::::: Eau
PA
2.1. Schage par bullition
Lbullition dun liquide se produit lorsque sa temprature est telle que la pression de vapeur Pv de leau de ce liquide est gale la pression totale ambiante P T :
Pv = PT
avec PAair sec = 0
On doit noter que cette quation implique labsence de tout autre gaz que la vapeur deau dans latmosphre en quilibre avec le produit12
DFINITION: Ebu l l ition /Evaporation L'bullition a lieu une temprature fixepour une pression totale donne. Elle se
droule au sein du liquide avec formation debulles.
L'vaporationtempratures
a
lieu
toutes
lesla
(mme
infrieures
temprature d'bullition); elle s'effectue
la surface du liquide.
13
Eau pure, Pat
v
= 100 C
Solutions aqueuses, Pv
en prsence des corps dissous
donc
> 100 C humides,
= retard lbullition les phnomnes sont
Solides
analogues : selon ltat de leau dans le produit,
celle-ci bout 100 C ou plus haut. Dans tous les cas, la temprature dbullition dpend de la pression. Elle est en particulier plus basse sous vide.14
Lapport de la chaleur latente dvaporation est effectu soit par:
Conduction partir dune surface chauffe au contact du produit. Gnration interne de chaleur due lexposition un rayonnement infrarouge ou de micro-ondes. Convection partir de vapeur deau surchauffe ou dun fluide chauffant (tel que lhuile chaude de friture).15
Schage convectif: Le liquide est vaporis par la chaleur transfre par le fluide caloporteur (souvent un gaz ou air).
2.2. SECHAGE PAR ENTRAINEMENTTRANSFERT Air en contact avec le produit := 29 C Pv = 4000 Pa
DEAU
PRODUIT
TRANSFERT DE CHALEUR
Air de schage : = 80 C Pv = 1000 Pa
F i g ur e 1 : S c h a g e p a r e n t r a n e m e n t 16
Lair sert donc la fois de fluide chauffant et de gaz vecteur pour leau enleve. Entrant sec et chaud dans le schoir, il en ressort humide et moins chaud. La temprature de lair (80 C) est loin des 100 C que
demanderait lbullition la pression atmosphrique.
Le schage est dit isenthalpique si lnergie
ncessaire la vaporisation de leau est exactementgale celle apporte par lair chaud.17
3. ECHANGE DEAU ENTRE LAIR ET LE PRODUIT Que le schage sopre par bullition ou par entranement, cest la pression de vapeur deau du produit qui dtermine les changes. Ceci reste vrai pour toutes les autres situations dans lesquelles de leau est change entre une substance et latmosphre qui lentoure, par exemple lors du stockage des produits. Cest par rapport ltat dquilibre que se mesure limportance de lchange.18
3.1. DEFINITIONS ET RAPPELS
CAS DU PRODUITFractions massiques ( X) :Eau (m1)Matire sche MS (m2)
m : masse du produit m1 : masse deau dans le produit m2 : masse de matire sche dans le produitEAU
m
:
X1
=
m1 m m2 m
; 0
X1
1
MS :
X2
=
; 0
X2
1
X1 +X2 =
119
Humidit dun produit : (H%)
Eau (m1) m Matire sche MS (m2)
m : masse du produit m1 : masse deau dans le produit m2 : masse de matire sche dans le produitm1
HUMIDITE = (H%) =
m
x 100
0
(H%)
10020
Teneur en eau dun produit, (nS)
Eau (m1)
m : masse du produit m1 : masse deau dans le produit m2 : masse de matire sche dans le produit
m
Matire sche MS (m2)
Teneur = (nS) =
m1 m2
Autre expression: Teneur en % = nS x 100 exprime en kg deau/kg de matire scheO
en kg deau/100 kg de matire sche
21
ApplicationH = xHomographique
x+y n 1+n
n =
xlinaire
y H 100 - H
H% =mPH =100
x 100
(n)mMS =100
=
55 %
2,17
54%
55 %
1
54%
35 %
1,52
34%
35 %
1
34%
25 %
1,32
24%
25 %
1
24%
15%
1,16
14%
15%
1
14%22
CONCLUSIONPour les calculs sur les schoirs (bilan, dimensionnement), il est toujoursprfrable de travailler sur la base de matire sche, qui seule reste constante au cours du schage.23
Activit de leau dun produit (aw) :::P::
::Pv::::Produit Humide
EauEau
Eau Pure (P)
(Pv)
Pv = Pression de vapeur deau du produit P = Pression de vapeur de leau pure la mme temprature T
Matire sche MS aw = Pv P (Sans- dimension)
0
aw
1
Pv et P sont tous deux trs fortement dpendants de la temprature, leur rapport lest beaucoup moins.24
Lactivit de leau dun produit est le rapportentre la pression de vapeur de leau du produit
et la pression de vapeur de leau pure lamme temprature. Pv et P sont tous deux trs fortement dpendantes de la temprature, leur rapport lest beaucoup moins.25
3.1. DEFINITIONS ET RAPPELS (suite)
CAS DE LAIRTeneur en eau (na):Eau (m1) m : masse dair humide
m1 : masse deau dans lair humidem2 : masse dair sec dans lair humide
m
Air Sec (m2)
Teneur = (na): =
m1 m2
En kg deau/kg dair sec Relation entre m et m2 :
m = m2 ( 1 + na)26
Humidit relative dun air Humide (Hr) ou Degr Hygromtrique (i)Eau (Pv)Eau pure (P)
::P:: T Eau T
::Pv::::Air sec PA
Pv = Pression de vapeur deau de lair humide PT = Pression de vapeur de leau pure la mmeAir Sec
temprature T
Hr = i =
Pv P0
(Non- dimensionnel /S.D)
i
1
27
Dmonstration de la pression partiel de vapeur deau Pv
de lair sec PA
PT
= PA + PV
Fraction molaire
PT = 1 = PT
PA + P V = Y A + YV PT PTTeneur en eau dans lair (kg eau/kg air sec) na 18 Yv 29 YA
na =Fraction massique
yA
y
V
=
na = 18 Pv = 0,62. Pv 29 PA (PT PV)
Valeurs de la pression de vapeur saturante en fonction de la temprature et formule pour les calculerTemprature En C0
Pression P (Pa)6,10472.10
Temprature En C80
Pression P (Pa)4,73419. 104
10 20 3040
1,22774.103 2,33777.103 4,24278.1037,37580.103
90 100 110120
7,00943. 104 1,01323.105 1,43260.1051,98532.105
50 60 70
1,23334.104 1,99153.104 3,11569.104
130 140 150-
2,70128.105 3,61420.105 4,76016.105472,682
0 < T < 45 C ; P = exp 23,3265 3802,7
T + 273,18
T + 273,1829
T > 45 C ; P = exp 23,1964 3816,44 T + 227,05
CONCLUSION
i=
Pv P
na
=
18 Pv 29 PA
= 0,62.
(PT PV)
PV
PvEt
=
na . PT na +0,62
P = exp 23,1964 3816,44
Pour T > 45 C ;
T + 227,0530
Autres Mthodes de mesure de lactivit de leau
a) aw mtreb) Equilibre dune atmosphre confine avec solution aw connu et avec chantillon c) Equilibre avec courant gazeux i constant (mesure de i par hygromtre) d) Manomtrie31
a) Mthode du aw mtreSubstance et atmosphre (un air) en quilibre lune avec lautre. Ps, Pa : Pressions de vapeur deau Ts, Ta: Tempratures de la substance et de latmosphre.Pa , TaPS, TS
iFigure 2 : Dfinition de lhumidit relative dquilibre, ou activit de leauaw
32
Lactivit de leau, ou humidit relative dquilibre , dun produit est lhumidit relative dune atmosphre en quilibre
avec ce produit.
Ainsi, lquilibre air/produit se caractrise simplement par :
aw = i et Ts = Ta
33
Pa , Ta
Figure 2 : Dfinition de lhumidit relative dquilibre, ou activit de leauPS, TS
iaw34
b) Mthode
dquilibre dune atmosphre confine
avec solution i connu et avec chantillonMthode des sels saturs ::Pv::::::::: :::::::::::::: ;;;;;;;;;;;;Solution saline sature
:::::::
::::::::::::::: Dpt de sel
::Pv::::::::: :::::::::::::: .. ..Solution saline sature
Produit
:::::::::::::::On place des petites quantits de matire dans des atmosphres confines en prsence de solutions satures renfermant des excs de sels. A temprature constante les degrs hygromtriques des airs en 35 quilibres avec les solutions satures sont constants
3 . 2 . CO U R B ES D E S O R PT I O N
Courbe de sorption ou isotherme de sorption
dun produit
est
une relation entre aw et ns
(teneur en eau, mesure en kg deau/kg de matire sche) temprature donne. Cette relation se reprsente comme suite (fig. 3):
36
3.2. COURBES DE SORPTIONns1.4
( teneur en eau, kg eau / kg M.S.)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
aw37
Figure 3 :
Un exemple dune courbe de sorption deau
60 C80 C
38
A distinguer aussi courbe dadsorption et de dsorption
39
Mthode dtablissement des courbes de sorptions
40
Arbitrairement on distingue trois domaines :
0
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