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Le séchage dans les IAA 1 Prof. Mohamed MOUNCIF Version: Novembre 2010 Départem

Le séchage dans les IAA 1 Prof. Mohamed MOUNCIF Version: Novembre 2010 Département de Génie des Procédés et Technologie Alimentaire GPTA 1. GENERALITES SUR LE SECHAGE 1.1. Définition du séchage 1.2. Intérêts du séchage 1.3. Produits à sécher 2. PRINCIPES DU SECHAGE 2.1. Séchage par « EBULLITION » 2.2. Séchage par « ENTRAINEMENT » 3. ECHANGE D’EAU ENTRE L’AIR ET LE PRODUIT 3.1. Définitions 3.2. Courbes de sorption SOMMAIRE 2 4. L’AIR HUMIDE 4.1. Diagramme enthalpique de l’air humide 4.1.1. Expression de l’enthalpie. 4.1.2. Exemples d’utilisation du diagramme enthalpique 4.1.3. Saturation isenthalpique de l’air. 4.2. Mesure de la concentration d’un air en eau 5. TEMPERATURES ET ALLURES DE SECHAGE 5.1. Périodes du séchage 5. 2. Évolution de la température du produit 6. CALCUL DES SECHOIRS 6.1. Bilans de matière et de chaleur 6.1.1. Séchoirs par entraînement. 3 1.1. DEFINITION " Le séchage " est une opération unitaire ayant pour but d'éliminer partiellement ou totalement l'eau d'un corps humide par évaporation 4 1. Généralités sur le séchage Séchage Evaporation ou Concentration Le corps initial est liquide Le corps humide peut être solide ou liquide mais Le produit final est solide Le produit final est un concentré liquide 5 Avantages Longue conservation Inconvénients Modification du produit (forme, texture, goût, odeur et qualités nutritionnelles) Réduction en poids Opération coûteuse en énergie 6 Viande de bœuf Viande de poulet Poisson Poires Pommes, pêches, oranges Tomates, fraises Avocat, banane Carotte, pomme de terre Laitue, lentilles Miel Confiture Farine, riz Poudre de lait 50 à 70 74 65 à 81 90 à 95 80 à 90 20 28 12 4 80 à 85 85 à 90 90 à 95 74 à 80 Humidité de certains aliments en % 7 Consommation en énergie (kJ/kg d'eau évaporée) Source : Le monde alimentaire, janvier-février 2001, pg 21 Eau libre ou pure 8 Atomiseur 5000 Sécheur à tambour (rotatif) 5000 Sécheur tunnel 4000 2250 Exemples de produits séchés Produits Agricoles peu hydratés: Mais, blé, autres céréales ,graines oléagineuses, etc.. Produits Agricoles très hydratés: Prune, pruneau, figue, raisin, viande, poisson, etc.… Produits de transformation industrielle: Café, thé, pâte, charcuterie, fromage, sucre, caséine, etc…. Sous produits industriels: Pulpe de sucrerie, drèches de brasserie, sérum de fromagerie, etc.. 9  Les pâtes alimentaires  La viande fumée : saucisson, jambon…  Les fromages : séchage dans une ambiance contrôlée  Le sucre cristallisé est obtenu par évaporation  Les légumes (pois,…) et fruits secs (pruneaux, raisins, abricots…)  Certains biscuits apéritifs sont produits par séchage à l'air chaud à partir d'une pâte de maïs  Les jus de fruits sont préparés à partir d'un concentré obtenu par vaporisation  Le sel (gisement minier) est concassé, dissout, épuré avant d'être essoré et enfin séché jusqu'à devenir du sel raffiné.  La conservation de beaucoup de types de grains ou de végétaux est assurée par le séchage : café, cacao, riz et autres céréales, feuilles de thé, épices…  Certains produits en poudre : cacao, lait,… 10 Exemples de produits séchés (suite) Températures d’air tolérées pour le séchage de produits A.A. ou A.I. PRODUITS θ C MAXI. BLÉ 82 RIZ 54 ABRICOTS 66 FIGUES 74 PRUNES 77 RAISINS 88 AIL 60 CAROTTES 70 OIGNONS 70 POIVRONS 66 11 FOURRAGES ET PULPES 800 à 900 2. Principe du séchage 2.1. Séchage par « Ébullition » L’ébullition d’un liquide se produit lorsque sa température est telle que la pression de vapeur Pv de l’eau de ce liquide est égale à la pression totale ambiante PT : Pv = PT avec PAair sec = 0 On doit noter que cette équation implique l’absence de tout autre gaz que la vapeur d’eau dans l’atmosphère en équilibre avec le produit 12 ::::::::: Eau PT PA Pv L'évaporation a lieu à toutes les températures (même inférieures à la température d'ébullition); elle s'effectue à la surface du liquide. L'ébullition a lieu à une température fixe pour une pression totale donnée. Elle se déroule au sein du liquide avec formation de bulles. DÉFINITION: Ebullition /Evaporation 13 • Eau pure, à Pat v = 100 C Solutions aqueuses, Pv en présence des corps dissous donc  > 100 C ∆ = retard à l’ébullition • Solides humides, les phénomènes sont analogues : selon l’état de l’eau dans le produit, celle-ci bout à 100 C ou plus haut. • Dans tous les cas, la température d’ébullition dépend de la pression. Elle est en particulier plus basse sous vide. 14 L’apport de la chaleur latente d’évaporation est effectué soit par: Conduction à partir d’une surface chauffée au contact du produit. Génération interne de chaleur due à l’exposition à un rayonnement infrarouge ou de micro-ondes.  Convection à partir de vapeur d’eau surchauffée ou d’un fluide chauffant (tel que l’huile chaude de friture). 15 Séchage convectif: Le liquide est vaporisé par la chaleur transférée par le fluide caloporteur (souvent un gaz ou air). 2.2. SECHAGE PAR ENTRAINEMENT Air en contact avec le produit : = 29 C Pv = 4000 Pa Air de séchage :  = 80 C Pv = 1000 Pa TRANSFERT DE CHALEUR TRANSFERT D’EAU Figure 1 : Séchage par entraînement PRODUIT 16 L’air sert donc à la fois de fluide chauffant et de gaz vecteur pour l’eau enlevée. Entrant sec et chaud dans le séchoir, il en ressort humide et moins chaud. La température de l’air (80 C) est loin des 100 C que demanderait l’ébullition à la pression atmosphérique. Le séchage est dit « isenthalpique » si l’énergie nécessaire à la vaporisation de l’eau est exactement égale à celle apportée par l’air chaud. 17 3. ECHANGE D’EAU ENTRE L’AIR ET LE PRODUIT Que le séchage s’opère par ébullition ou par entraînement, c’est la pression de vapeur d’eau du produit qui détermine les échanges. Ceci reste vrai pour toutes les autres situations dans lesquelles de l’eau est échangée entre une substance et l’atmosphère qui l’entoure, par exemple lors du stockage des produits. C’est par rapport à l’état d’équilibre que se mesure l’importance de l’échange. 18 Fractions massiques ( X) : m : masse du produit m1 : masse d’eau dans le produit m2 : masse de matière sèche dans le produit m1 EAU : X 1 = ; 0 X 1 1 m m2 MS : X 2 = ; 0 X 2 1 m 3.1. DEFINITIONS ET RAPPELS Eau (m1) Matière sèche MS (m2) m CAS DU PRODUIT X 1 + X 2 = 1 19 Humidité d’un produit : (H%) m : masse du produit m1 : masse d’eau dans le produit m2 : masse de matière sèche dans le produit m1 HUMIDITE = (H%) = x 100 m Eau (m1) Matière sèche MS (m2) m 0  (H%)  100 20 Teneur en eau d’un produit, (nS) m : masse du produit m1 : masse d’eau dans le produit m2 : masse de matière sèche dans le produit m1 Teneur = (nS) = m2 Eau (m1) Matière sèche MS (m2) m exprimée en kg d’eau/kg de matière sèche 21 Autre expression: Teneur en % = nS x 100 en kg d’eau/100 kg de matière sèche Où 55 % 54% 35 % 34% 25 % 24% 15% 14% mMS =100 55 % 54% 35 % 34% 25 % 24% 15% 14% mPH =100 2,17 1,52 1,32 1,16 1 1 1 1 x H = Homographique x + y x n = linéaire y Application 22 H (n) = 100 - H n H% = x 100 1 + n 23 CONCLUSION Pour les calculs sur les séchoirs (bilan, dimensionnement), il est toujours préférable de travailler sur la base de matière sèche, qui seule reste constante au cours du séchage. Activité de l’eau d’un produit (aw) : Eau (Pv) Matière sèche MS Eau Pure (P’) Pv = Pression de vapeur d’eau du produit P’ = Pression de vapeur de l’eau pure à la même température T Pv aw = (Sans- dimension) P’ 0  aw 1 Pv et P’ sont tous deux très fortement dépendants de la température, leur rapport l’est beaucoup moins. 24 ::Pv:::: Produit Humide ::P’:: Eau Pv et P’ sont tous deux très fortement dépendantes de la température, leur rapport l’est beaucoup moins. L’activité de l’eau d’un produit est le rapport entre la pression de vapeur de l’eau du produit et la pression de vapeur de l’eau pure à la même température. 25 CAS DE L’AIR Teneur en eau (na): m : masse d’air humide m1 : masse d’eau dans l’air humide m2 : masse d’air sec dans l’air humide m1 Teneur = (na): = m2 Eau (m1) Air Sec (m2) m 3.1. DEFINITIONS ET RAPPELS (suite) En kg d’eau/kg d’air sec Relation entre m et m2 : 26 m = m2 ( 1 + na) Humidité relative d’un air Humide (Hr) ou Eau (Pv) Air Sec Eau pure (P’) Pv = Pression de vapeur d’eau de l’air humide P’T = Pression de vapeur de l’eau pure à la même température T Pv Hr = i = (Non- dimensionnel /S.D) P’ 0  i  1 27 Degré Hygrométrique uploads/Industriel/ presentation-sechage-322-pdf 1 .pdf