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