Suenje i suare

Osnove teorije procesa suenjaSuenje je toplotni separacijski proces uklanjanja vlage iz vlanog materijala u svrhu dobivanja suhog proizvoda.

Prije suenja potrebno je mehaniki ukloniti to je vie mogue vlage filtracijom (gravitacijska, vakuum, tlana) taloenjem centrifugiranjemTokom suenja odvijaju se sljedei procesi:Prenos tvariPrenos toplineHemijski procesiFizikalni procesiPrenos koliine kretanja

Kao to vidimo suenje se odvija uz istovremeni prenos topline i mase. Toplina se dovodi materijalu ili se generie u njemu da bi se isparila vlaga, dok se masa prenosi kroz materijal kao para agensima za suenje.Prema nainu dovoenja topline materijalu koji se sui razlikuju se sljedee metode suenja:

-Konvektivno suenje, gdje struja plinovitog agensa dodiruje materijal koji se sui;-Konduktivno suenje, gdje zagrijana povrina dodiruje materijal koji se sui;Radijacijsko suenje, suenje se obavlja zagrijavanjem materijala toplinom generisanom u samom materijalu posredstvom polja struje visoke frekvencije;-Mikrovalno suenje, toplina se generie unutar materijala zbog interakcije elektromagnetskih valova i vode;- Sublimaciono suenje je suenje u zamrznutom stanju pod visokim vakuumom (analogno konduktivnom suenju po nainu prenosa toplote).

Konvektivno suenje

Toplina se dovodi pomou zagrijanog zraka koji struji iznad povrine vlanog materijala .Toplina potrebna za isparavanje konvekcijski se prenosi na izloenu povrinu materijala, a isparena vlaga se odvodi pomou sunog medija.

Konduktivno suenje

Toplina potrebna za isparavanje dovodi se preko grijanih povrina koje mogu biti nepokretne ili pokretne, postavljenih u suionik.Isparena vlaga odvodi se pomou inertnog plina koji slui iskljuivo kao sredstvo za odvoenje isparene vlage

Radijacijsko suenje

Dio energije koju emitira izvor zraenja apsorbira se na povrini materijala i na taj nain zagrijava vlani materijal i dolazi do isparavanja vlage.Isparena vlaga odvodi se pomou inertnog plina.

Mikrovalno suenje

Toplina se generie unutar materijala zbog interakcije elektromagnetskih valova i vode.Jednoliko zagrijavanje cijele zapremine materijala.

Sublimaciono suenje - suenje zaleivanjem (liofilizacija)Vlaga u materijalu se prvo zaledi, hlaenjem materijala, a zatim sublimira kondukcijskim, konvekcijskim ili radijacijskim zagrijavanjem.kontrolirano zagrijavanje da se izbjegne taljenje vlage ili razgradnja materijala;bioloki i farmaceutski materijali, prehrambeni proizvodi,

Zato je suenje vano?

Suenje kao jedna od najee primjenjivanih operacija procesne tehnike primjenjuje se u cilju:-smanjenja ukupne mase materijala radi smanjenja trokova transporta, boljeg iskoritenja skladinog prostora i sl.;poveanja jaine materijala, kao to je sluaj sa keramikim proizvodima i drvetom;poveanja toplinske moi materijala (goriva);-konzerviranja proizvoda prehrambene industrije;-smanjenja tetnog uticaja vlage za materijal.

Osnovni pokazatelj za proraun i projektovanje industrijskih suara su podaci o:-kinetici suenja odreenog materijala u odreenom tipu suare,-povrini i brzini prenosa topline i mase,-reimu suenja (temperatura, vlanost, brzina i hidrodinamiki uslovi strujanja agensa za suenje, raspored materijala koji se sui i nain mijeanja materijala u sunom prostoru),uticaj reima suenja na osobine i kvalitet osuenog proizvoda (temperatura i vrijeme boravka materijala u sunom prostoru).Ovi podaci omoguuju izbor najpovoljnijeg tipa suare za neki materijal, odreivanje vremena trajanja suenja, definisanje kapaciteta suare i utroka toplinske i mehanike energije kao i ocjenu ekonominosti rada.

Vlani materijalivrsti materijali sa stanovita vlanosti klasificiraju se u dvije osnovne grupe:-kristalni materijali-koloidno disperzni sistemiGrupu kristalnih materijala sainjavaju uglavnom neorganske supstance. Koloidno disperzne sisteme ine materijali organskog porijekla kod kojih vlaga predstavlja sastavni dio strukture vrstog materijala.Vlani materijali se sastoje od tri faze: vrste, tekue i plinovite. Masa plinovite faze u poreenju sa masom tekue i vrste faze je zanemariva pa se uzima da je masa vlanog tijela G sastavljena iz mase apsolutno suhog materijala Gsm i mase vlage Gv .

Stanje vlanog materijala odreeno je temperaturom i vlanou. Pod vlagom se podrazumjeva svaka tekuina koja se u procesu suenja treba potpuno ili djelimino odstraniti. Na osnovu veze vlage i materijala izvrena je klasifikacija ove veze:

-hemijska (jonska i molekularna)-fiziko-hemijska-fiziko-mehanika

Vlaga u materijalu moe biti kao vezana vlaga, nevezana vlaga i slobodna vlaga. Vezana vlaga je kapljevina fizikalno ili hemijski vezana za krutinu sa pritiskom para niim od pritiska para iste kapljevine kod iste temperature.Nevezana vlaga je koliina vlage u krutini iji je pritisak para jednak pritisku para iste kapljevina pri istoj temperaturi.Slobodna vlaga je vlaga koja se moe ukloniti agensom za suenje date temperature i vlanosti i moe obuhvatiti vezanu i nevezanu vlagu.

Statika procesa suenjaStatika procesa suenja izuava uzajamno djelovanje vlanih materijala sa zrakom (okolinom), zbog koga nastupa stanje ravnotee, u stvari prestaje spoljna razmjena vlage.Vlanost materijala koja odgovara stanju ravnotee naziva se ravnotenom vlanou.Ravnoteno stanje materijala moe biti postignuto putem upijanja vodene pare iz okoline (sorpcija) ili putem isparavanja vlage iz materijala (desorpcija).Upijanje vlage iz zraka (vlaenje materijala) nastupa kada je parcijalni pritisak pare na povrini materijala manji od parcijalnog pritiska pare u okolnom zraku.Isparavanje vlage iz materijala nastupa kada je parcijalni pritisak pare na povrini materijala vei od parcijalnog pritiska zraka.

Pri vlanosti zraka 1, ravnotena vlanost materijala je d1. Ako se vlanost zraka povea do vrijednosti 2, vlanost materijala raste na raun sorpcije vlage iz zraka i ravnotea se uspostavlja pri novoj ravnotenoj vlanosti d2. Materija moe da upija vlagu sorpcijom iz okolnog zraka samo do hidroskopne vlanosti dh, pod kojom se podrazumjeva ravnotea vlanosti materijala pri potpunom zasienju zraka. Dalje vlaenje materijala mogue je samo neposrednim kontaktom sa tekuinom.Na ravnotenu vlanost utie i temperatura zraka i ukoliko temperatura raste ravnotena vlanost materijala se smanjuje.

Kinetika procesa suenjaKinetika suenja opisuje promjenu sadraja vlage i temperature materijala tokom suenja.Tok suenja definisan je vrstom i svojstvima materijala, vrsti prisutne vlage (slobodna, vezana), odabranim nainom i uslovima suenja

Grafiki prikaz ovisnosti sadraja vlage i temperature materijala o vremenu

Krive brzine suenjaGrafiki prikaz ovisnosti brzine suenja o sadraju vlage i vremenu

Na prethodno prikazanim grafovima moe se uoiti nekoliko perioda zagrijavanja vlanog materijala (A-B, B-C, C-D i D-E):

-Period stabilizacije (A-B)-Period konstantne brzine suenja (B-C)-Periodi padajue brzine suenja (C-D, D-E)

Stanje materijala tokom pojedinih perioda suenja

Poetak zagrijavanja vlanog materijala karakterizira prvi period (A-B), tj. period stabilizacije.U tom periodu ishlapljuje vrlo mala koliina vlage prisutna na povrini materijala.Zatim slijedi period konstantne brzine suenja kojeg karakterizira linearno smanjivanje sadraja vlage materijala.Taj period traje dokle god je brzina kojom se vlaga dovodi na povrinu iz unutranjosti materijala do povrine materijala dovoljno velika da je cijela povrina materijala prekrivene vlagom.Taka C odgovara kritinom sadraju vlage nakon ega slijedi period padajue brzine suenja.

Vrijeme trajanja konstantne brzine suenja je:

gdje je:

- koeficijent suenja- povrina suenja- masa vode- poetna vlanostpromatrana vlanost za odreeno vrijeme- ravnotena vlanost

- prva kritina vlanost Ukupno vrijeme suenja je: Vrijeme trajanja drugog perioda suenja (period opadajue brzine suenja)

Uticaj vanjskih uvjeta na kinetiku suenja- oblik estica-debljina materijala-temperatura zraka-relativna vlanost zraka-smjer strujanja zraka-brzina strujanja-nain dovoenja topline

Klasifikacija suaraKlasifikacija suara zasnovana je na metodu prenosa topline na vlaan materijal, fizikim osobinama materijala i nainom manipuliranja materijalom u suari. Klasifikacija po metodu prenosa topline na vlaan materijal zasniva se na konstruktivnim razlikama suara i razlikama u nainu rada tih suara.Klasifikacija po fizikim osobinama materijala i po nainu manipuliranja materijalom u suari postavljena je tako da omoguava izbor tipova suare pri preliminarnom sagledavanju suenja odreenog materijala.Pored navedenog naina klasifikacije suara mogua je klasifikacija prema tabeli 1.

Tabela 1

Karakteristika suare Tip suare Reim rada Diskontinuirane i kontinuirane Nain dovoenja topline materijaluKonvektivne, konduktivne, radijacione, ultrazvuneVrsta agensa za suenje Zrane, sa primjenom pregrijane pare, sa primjenom proizvoda izgaranjaPritisak u komori za suenje Atmosferske, vakumskeVarijanta procesa suenja Sa osnovnom varijantom procesa, sa zagrijavanjem komore za suenje, sa meuzagrijavanjem, sa recirkulacijom dijela upotrijebljenog agensa Nain cirkulacije agensa za suenjeSa prirodnom i vjetakom cirkulacijomKonstrukcija suareKomorna, tunelska, rotaciona, vibraciona, pneumatska sa rasprivanjemPravac kretanja agensa za suenje u odnosu na materijal Sa istosmjernim, sa protivsmjernim, unakrsnim i povratnim tokomVrsta materijala koji se suiKomadni materijal, zrnast, sipkav, trakast,paste, tekui rastvori

U tabeli 2 prikazana je prikladnost pojedinih tipova suara ovisno o materijalu koji se sui. Tabela 2

Tip suareVrsta materijala koji se moe suitiKomorna vrst u sitnim komadima Tunelska s vagonetimavrst u sitnim komadimaTunelska s trakamavrst,kaast,tekuiSa fluidiziranim slojemvrst u sitnim komadimaSa rasprivaemTekui Sa valjcima otvorenaTekui ili kaastSa valjcima vakuumskaTekui ili kaastVakuumska s policamavrst Vakuumska s trakomvrst ili kaastRotaciona vrst u sitnim komadima

Osnovni zahtjevi pri projektovanju suara su intenzitet suenja i ouvanje kvaliteta materijala koji se sui.Uslovi koje treba ispuniti sa stanovita projektovanja su:kontinuitet procesa suenjamogunost povezivanja procesa suenja sa drugim tehnolokim procesimaoptimiziranje parametara tehnolokih reima i agenasa suenjaprimjena kombinovanih naina suenja, ovisno o materijalu koji se suiodgovarajui nivo mehanizacije i automatizacije procesa

Izbor tipa suare vri se sledeim redoslijedom:preliminarni izbor grupe suara, s obzirom na nain manipulacije vlanim materijalom i proizvodomodreivanje radnih uslova i ekonominosti svake od suara odabrane grupe (preliminarno odreivanje)odabir jedne ili nekoliko suara sa stanovita radnih uslova i ekonominostiprobna suenja materijala u odabranom tipu suareanaliza podataka dobijenih putem eksperimenatakonaan izbor suareprocjena kapaciteta i osnovnih karakteristika odabrane suare

U preliminarnom izboru suara neophodno je razmotriti:

a) osobine materijala koji treba suiti.fizike osobine materijala koji treba suitifizike osobine suhog materijalakorozivnosttoksinostzapaljivostveliina esticaabrazivnost

b) Ponaanje materijala pri suenju: veza vlage i materijala poetni sadraj vlage krajnji sadraj vlage dozvoljena temperatura suenja oekivano vrijeme suenja

c) Manipuliranje materijalom na ulazu i izlazu:kapacitet suenjakontinuirana ili diskontinuirana suenjaoperacije koje prethode suenjuoperacije koje dolaze nakon suenja

d) Kvalitet proizvoda:

kontrakcija proizvodamogunost zagaenjauniformnost sadraja vlage nakon suenjamogunost presuivanja proizvodatemperatura proizvoda

e) Uslovi na mjestu predvienom za suaru:raspoloiv prostortemperatura, vlanost i istoa zrakaraspoloiva gorivaraspoloiva el. energijedozvoljena buka, vibracije, praina i toplinski gubiciproblemi izlaznih plinova

Pri svim ovim razmatranjima jedan od osnovnih faktora za izbor tipa suare je fizika priroda materijala koji se sui.

Zajednike karakteristike suara- Da imaju odgovarajui prostor za smjetaj materije koja se sui;- Da raspolau aparatima za zagrijavanje;- Da je obezbjeeno kontinualno dovoenje toplote i odvoenje vlage koja se oslobaa u toku suenja.

Osnovni tipovi suaraU industrijskoj praksi se upotrebljava mnogo razliitih tipova suara i oni se prema nainu dovoenja topline dijele na suare sa direktnim ili indirektnim grijanjem. Dalje se dijele na one koje upotrebljavaju topli zrak, neki drugi plin ili vodenu paru. Prema uzajamnom toku vlanog materijala i sredstva za suenje na istosmjerne i protivsmjerne. Prema radnom pritisku one koje rade sa snienim, atmosferskim ili povienim pritiskom, a prema nainu rada suare dijele se na arne i kontinuirane.

Konvektivne suareKod ovih suara kao nosilac topline za grijanje materijala upotrebljava se topli zrak ili neki drugi topli plin. Zrak ujedno odnosi i paru izalu iz materijala.U ovaj tip suara ubrajamo: komorne, tunelske, trakaste, konvejerske, petljaste, ahtne, doboaste, pneumatske, turbinske i druge.

Princip suenja:Zagrijan zrak ili drugi plinovi V l a g a Materija koja se suiT o p l o t a

Komorne suareMogu biti zidane ili izgraene od metalnih ploa u kojima je tvar koja se sui poredana u sanduke. Sanduci su postavljene na kolica. Suenje se obavlja zrakom kojega u suaru usisava jedan, a iz suare odsisava drugi ventilator. Zrak se prethodno grije u kaloriferu, a zatim se ventilatorom usisava izmeu donje treine sanduka. Nedostatak ovih suara je u tome: to suenje traje relativno dugo (jer tvar miruje za vrijeme suenja)imaju mali uinaktvar se nejednoliko suiovisno o tvari, suenje traje oko 4 ili vie sati

Komorna suara

Tunelske suareZa razliku od komorne ova suara je znatno dua. Pravougaonog je presjeka, isto moe biti izraena od metala ili zidana. Tvar je poredana na sanduke, koja se kreu kroz suaru po pominim inama i tako tvar ulazi i izlazi iz suare. Zrak se prije uvoenja u suaru grije, prolazi kroz sanduke, ponovo dogrijava u slijedeem kaloriferu i tako sve do kraja.Dio zraka se isputa u okolinu, a dio se vraa i dodaje svjeem zraku na ulazu zakretanjem preklopki. Nedostaci slini komornoj, jedino je vei uinak.

Trakaste suareNapravljena je od metalnih ploa zavarenih na posebnu konstrukciju. Unutar komore se nalaze vie traka za kretanje tvari. S gornje trake, tvar pada na slijedeu donju traku i tako do izlaska iz suare. Zrak se grije kaloriferom i tlai ventilatorom. I ovdje se dio zraka na izlazu iz suare vraa i dodaje svjeem zraku na ulazu. Nedostaci su isti kao i kod prethodnih suara, jedino se tvar ravnomjernije sui, jer se prilikom prebacivanja sa trake na traku tvar okree.

1 Komora; 2 Transportne trake; 3 Pogonski bubanj;4 Pomoni bubanj; 5 Kalorifer; 6 Otvor za uvoenje vlane materije;7 Obrtni valjci za podupiranje trake.

Suare sa rotirajuim valjkomGlavni dio je rotirajui valjak, koji transportuje tvar koja se sui. Valjak ima pregrade za rashlaivanje tvari. Tvar se uvodi kroz usipni lijevak. Zrak se kao i prije sui i propuhuje ventilatorom kroz suaru. Najee se koristi u suenju itarica i sjemenki iz kojih se ekstrahira ulje.

Pneumatske suareKoriste za suenje zrnastih tvari. Princip se sastoji u pneumatskom transportu tvari strujom toplog zraka u vertikalnoj cijevi visine 20 m (ovisno o % vode koju treba oduzeti) Brzina strujanja zraka treba biti vea od brzine lebdenja i iznosi 10 do 30 m/s.Uklanja se uglavnom slobodna vlaga. Dimenzije estica su od 8 do 10 mm. Tvar se u pneumatsku cijev ubacuje preko usipnog ljevka preko dozatora. Zrak se opet grije preko kalorifera i tlai putem ventilatora. Struja toplog zraka odnosi tvar kroz pneumatsku cijev do ciklona.U ciklonu se izdvaja osuena tvar od zraka.

Bunker za mokri materijalNosiva konstrukcijaToranj suareVentilatorGenerator vrueg zrakaSuarski cjevovodCiklonRegulacija i upravljanje (komandna ploa)

Suare sa rasprivanjem materijalaU ovoj se suari tekua tvar (mlijeko, deterdenti, djeija hrana i sl.) sui u struji toplog zraka u obliku sitnih kapljica Budui da su kapljice veoma sitne, povrina kontakta je veoma velika pa se suenje obavi za 15 do 30 sek., i bez obzira kojom se temperaturom zraka sui, temp. tvari ne prelazi granicu hlaenja. Na taj nain se dobije veoma topiv prakasti proizvod (instant). Tvar se u komori rasprava pomou sapnica. Rotirajui su diskovi pogodni za rasprivanje suspenzija i viskoznih tekuina.

Meutim, utroak energije za ovakvo rotirajue rasprivanje je vee nego kod mehanikih sapnica (mogunost zaepljenja). Kod pneumatskih sapnica je opet nedostatak veliki utroak energije i nejednolikost rasprivanja. U komori se zrak i tvar mogu kretati istosmjerno i protusmjerno. Protusmjerno suenje se koristi kod suenja tvari vee gustoe. Nedostaci ovih suara: mali uinak, zauzimaju mnogo mjesta, suenje je vrlo skupo.

1 komora; 2 raspriva; 3 puasti transporter;4 ciklon; 5 filter; 6 ventilator; 7 kalorifer.

1. Komora za suenje, 2. Ventilator, 3. Elektromotor, 4. Disk za rasprivanje, 5. Strugai, 6. Spiralni transporter za pranjenje, 7. Filter, 8. Pogon strugaa i transportera, 9. Mehanizam za otresanje filtera

Vakuumske suare

Vakuum suenje ili suenje pod snienim pritiskom je pogodna metoda za suenje materijala osjetljivih na visoke temperature ili materijale sklone oksidaciji, te u sluajevima kada je materijal jako skup i ima ga u malim koliinama pa nije poeljan njegov gubitak (npr.u farmaceutskoj industriji). Smanjenjem pritiska smanjuje se vrelite vlage u krutini, a time se smanjuje brzina tetnih procesa kao to je hemijska razgradnja u prisutnosti veeg sadraja kisika. Kod vakuum suenja, snienjem pritiska, smanjuje se vrelie vode znatno ispod 100 C.

U vakuumskim suarama vakuum se moe postii upotrebom mehanikog kompresora, vakuum pumpe, strujom vode ili pare. Vano je da se vodena para ili druge isparljive komponente u materijalu kondenziraju da bi se mogao odravati stalni vakuum unutar komore.Toplina se vlanom materijalu dovodi kroz ogrijevnu povrinu koja moe biti mirujua ili pokretna. Isparena vlaga odvodi se iz suare pomou inertnog plina (zrak) koji slui kao nosioc vlage.

Takve suare obino se sastoje od zatvorene, najee eline komore, a mogu sadravati i posebno postavljene police unutar suare za to vie nosaa uzoraka. Nedostatak im je to nisu pogodni za suenje pri jako niskim temperaturama, te se ne preporua suenje ispod 40oC . Nisu prikladni ni za suenje toksinih materijala zbog opasnosti koje bi se mogle javiti pri punjenju i pranjenju ureaja.

Imaju prednost rada na niskim temperaturamaSastoji se od komore za suenje sa povrinama za zagrijavanje, kondenzatora i vakuum pumpe

Prednosti vakuumskog suenja -Nia radna temperatura-Manje vrijeme suenja-Manji energetski zahtjevi-Povrat ulaganja u kratkom roku Primjena vakuumskog suenja -Suenje drva-Suenje bruseva-Suenje drugih materijala

Kontaktne suareOvdje se suenje vri u struji zrakTvar se direktno grije u kontaktu sa ogrijevnom stijenkom pri emu dolazi do ishlapljivanja vode.

Materija koja se sui

VazduhZ a g r e j a n a p o d l o g aV l a g a

KOMORNE VAKUUM SUAREKomora je ovakve suare cilindrinog oblika.Tvar koja se sui stavlja se u plitke tave, a one su postavljene na grijalice u obliku pravougaonih komorica.U grijalice se uvodi para ili topla voda.Za vrijeme suenja je komora spojena na ureaj za stvaranje vakuuma (vakuum pumpa) preko cijevnog prikljuka.

1 Komora;2 Podloge sa duplim zidom;K Kondenzat.

Suenje na valjcimaZagrijan valjak

Suspenzija koja se suiVazduhOdvoenje pare i vazduha

Specijalne suare i specijalne metode suenjaU ovu grupu suenja spadaju radijacijsko, dielektrino i sublimacijsko suenjeTermoradijacijske suare toplinu potrebnu za suenje predaju materijalu infracrvenim zracima, koji prolaze u unutranjost poroznih tijela i koji se potpuno u materijalu apsorbiraju. Ovaj nain suenja ima znatno vei intenzitet isparavanja vlage. Ovaj tip suenja pogodan je samo za suenje u tankom sloju.

Dielektrine suare su podesne za suenje materijala u debelom sloju. Ova suara sastoji se od generatora struje visoke frekvencije i komore za suenje. Brzina suenja u polju struje visoke frekvencije znatno je vea od brzine konvektivnog suenja.Prednosti Krae vrijeme suenja Ravnomjerno suenjePotrebno manje energijeLake upravljanje

Sublimacijska suara koristi se za suenje materijala u zamrznutom stanju pri kojem vlaga koja se nalazi u materijalu u obliku leda direktno prelazi u paru, a izvodi se pri dubokom vakuumu i niskim temperaturama(do -15 C). Osnovna prednost ovog naina suenja je dobivanje visokokvalitetnih proizvoda prehrambene i farmaceutske industrije. Izrada ovih suara dosta je skupa, a sam proces suenja ima nie trokove nego kod atmosferskih suara.

**