DIALIZA- samorzutne rozdz skł cieczy na skutek różnicy szybkości dyfuzji cząst przez membrany półprzep. Siłą napędową różnica stężeń odpowiednich skł w rozte po obu stronach membrany. Podstawy dializy wyjaśnia p Ficka. Roztwory przenikają przez membranę z obszaru ↑stęż do ↓stęż. MEMBR półprz powinny dużą półprzepuszczalność i selektywność, cienkie, wytrzymałe mechanicznie, odporne na działanie chem, nie ulegać zmianom fizy i chem w temp 80-90⁰C. Stosuje membr z celulozy i jej pochodnych, z celofanu, nitrocelulozy. Proces b wolno w dializerach: *Cerriniego (zbiornik z 50 równolegle połączonymi komorami zaw membrany. Roztw dializowany przepł zbiornikiem, woda komorami szczelinowymi) *podobne do prasy filtracyjnej (naprzemiennie puste ramy i płyty. Przepływ konwekcją natural, wzbudzoną różnicą gęstości roztw po obu str membr. Między przegrodami płyty dystansujące). Dial do preparowania roztw koloidalnych, demineralizacji prepar białkowych, np. technologia odżywek dla dzieci i diabetyków. Dial poddaje mleko, serwatkę lub izobaty białek rośl. ELEKTROLIZA- przemieszcz jonów obecnych w roztw wodnym przez membrany pod wpływem różnicy potencjałów pomiędzy elektrodami. Procesy uboczne: ^elektroosmoza (przemieszcz warstwy hydratacyjnej) ^dyfuzja wsteczna (kierunek odwrotny niż proces zamierzony. Zjawisko polaryzacji stężeniowej- stęż jonów w warstw powierzchniowej ↑niż w pozostałej cieczy, co obniża efektywność procesu. MEMBR powinny wykazywać dużą półprzep przeciwjonów i minim przepuszcz współtonów. Selektywność membr przepuszcz kationy 0,9 a aniony 0,8. Ważną cechą jest przewodność elektr. Membr w stanie suchym nie przewodz prądu. Przewodność zależy od struktury i stęż elektrolitu. Do otrzym membr polialkohol winylowy i kw polistyrenosulfonowy. Przy stosow 1 rodz membr+, koncentracja na pow- membr zmiana gęst roztw, część zaw - spływa na dno urządzenia- elektrodekantacja. Zastos: uzdatnianie H2O pitnej, odmineralizowanie soków cukrowych, obniżenie kwasowości soków owocowych, częściowa demineralizacja mleka krowiego. OSMOZA- jednokierunkowe przenikanie rozpuszczal przez membr oddzielającą roztw o różnym stęż skł rozpuszczalnych. Rozpuszczal przenika z ↓stęż do ↑. Membr przepuszcz dle H2O, nieprzep dla większych cząst. Dyfuzja tak długo aż ciśnienie wywierane ze strony roztworu o większym stęż skl rozpuszczonych na membrane będzie zrównoważone. W celu uintensywnienia osmozy stos różnicę potencjałów po obydwu stronach membr, nz elektroosmozą. MEMBR takie same jak w dializie. Stos osmofor zbud w kształ cylindrycznego naczynia, w obydwy dnach otwory do zamocowania rurek membranowych. Średnia szybkość przenikania wody 0,1 cm³/cm²/h (przy 6h, z 8% do ok. 40% s.s., sacharoza z 65 do 25%s.s. ZASTOS do zagęszcz soków owoc wrażliwych Ne termiczne procesy. ODWRÓC OSMOZA- jeżeli zastosuje się ciśnienie z zewnątrz ↑ od ciśnienia osmotycznego. H2O przenika z roztw bardziej stęż do mniej stęż. Wielkość ciśnienia od 1- 10 MPa i zależy od rodz filtrowanej cieczy i bud membr. MEMBR ocenia się wg ^szybkości filtracji (ilość rozpuszczal jaka w określonych warunkach przenika przez jednostkę pow membr w ciągu doby) ^stopnia oddziel skł rozpuszczal w H2O (proporcja ilości skł w faltracie do początkowej ich zaw w cieczy przed zagęszcz) ^czasu eksploatacji (kilka kilkanaście mies: zależ od początkowego stęż, stosow ciśnienia, obecności ciał obcych, kwasowości roztw). Membr z octanu celulozy. Materiały do membr: *zaw gr hydrofilowe *nie rozpuszczalne *materiał musi łatwo formować *material zdolność pęcznienia; MEMBR: *porowate (o strukt gąbczastej, przepuszczalność od wielkości porów, cz o Ø większej od największego poru zatrzymane, ale Øwiększa od najmniej porów częściowo zatrzymane, Ømnijsza od najmniejszych porów przechodzą) *dyfuzyjne (jednolita błona polimerów, H2O i subst rozpuszczalne przenikają na zasadzie dyfuzji. Szybkośc większa im łańcuchy polimeru słabiej związane ze sobą oraz im bardziej spęczniała membrana) *asymetryczne (grubość 0,005-0,5 mm, składają z grubego podkładu o budowie gąbczastej i średniej wielkości porów 0,1-1 μm. Zewnętrz warstwa właściwą membraną, zaś gąbczasty podkład konstrukcją nośną.) ZASTOS do zagęszcz soków owoc, mleka odtł, serwatki, soków ziemniaczanych, białka jaj. ULTRAFILTRACJA- wydzielenie z roztw np. soli i cukrów oraz na jednoczesnej koncentracji skł wysokocząst. Podobna do odwr osmozy. Kontakt powierzchni membrany z roztworem pod ciśnieniem. Membr przepuszcza rozpuszczal i niskocząst skl rozpuszczalne w H2O i jednocześnie zatrzymuje pozostałe skł roztworu (masa >500 daltonów). Odmiana diafiltracja= kilkakrotna filtracja membranowa koncentratów każdorazowo rozcieńczonych wodą w celu pełniejszego oddzielenia skł niskocząst. MEMBR stos char się asymetrycznie porowtą strukturą. Wykazują wysoka półprzep hydrauliczną. Membr z polimerów które są zdolne do zachowania ulramikroporowatej struktury podczas produkcji i chem napięc. Kształt płaski, cylindryczny lub pakiet mikrorurek. ZASTOS technologia preparatów białkowych z mleka, koncentratów oraz izolatów z białek roślinnych, do odzysku i oczyszczania ścieków przemysłu mleczarskiego; ODPAROWANIE- membrana ustawiona prostopadle do kierunku pary wydzielanej z roztworu zagęszczanego. Membr przepuszcza cz H2O, zatrzymuje większość cz aromatu. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej małei nie prowadzi do jej skraplania, a potencjał chemiczny H2O mniejszy niż po stronie zasilania. Efektywność zależy od materiału z którego zbud membr. CEL ZAGĘSZCZ i SUSZ- zwiększenie koncentracji skł s.s, a w konsekwencji jej utrwalenie. Usunięcie H2O prowadzi do zmiejszenia objętości oraz masy. H2O rozpuszczalnik wielu skł, wpływa na prężność rcji chem. Jeżeli ważną rolę rozpuszczalnika ma obniżoną prężność pary ze względu na obecność subst rozpuszczonych. Stos prężności pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem do prężności pary nasyconej nad czystym rozpuszczalnikiem= „aw”- liczbowo odpowiada równoważnej wilgotności względnej podzielonej przez 100. Aw wartości od 1,0 do 0,0. ZAGĘSZCZ ROZTW W TECHNOL- dotyczy soków owocowych, warzywnych lub mleka. Metodą usuwania H2O lub zwiększenie stęż skł s.s przez dodatek skł, np. sacharoz w technologii dżemów. Często zagęszcz etapem pośrednim przed suszeniem i decyduje o jakości produktu. Proces zagęszcz char stopniem koncentracji (stos masy roztw przed zagęszcz do masy roztw po zagęszcz). % zaw s.s refraktometrycznie, areometrycznie lub suszenia w 105⁰C. w tech roztw zagęszcza się do 30-45% s.s w koncentratach. METODY ZAGĘSZCZ: odparowanie, wymrażanie H2O lub zagęszcz metodami membranowymi. Odparowanie H2O z cieczy związane z przejściem H2) ze stanu ciekłego w postać pary, proces wymaga dostarczenia energii. Odparowanie H2O z cieczy w naczyniach otwartych pod normalnym ciśnieniem w temp 100⁰C co niekorzystnie wpływa na jakość koncentratu i koszty. Z tego względu stos aparaty wyparne, gdzie proces pod obniżonym ciśnieniem a ciepło potrzebne do odparowania H2O dostarcza za pośrednictwem pary. Cechy wyparki: ^wysoka intensywność wymiany ciepła ^minim straty ciepła ^duża zaw konstrukcji ^ciągłym odprowadzaniem skroplin z komory grzejnej ^łatwością czyszczenia. Wyparki o działaniu okresowym (nierównomiernym gdyż temp roztw i jego gęstość zmieniaja się cyklicznie) i ciągłym (doprowadzenie roztw i odprowadzenie koncentratu nieprzerwanie, mniejsze straty en, bardziej ekonomiczne). Wyparki pracujące pod ciśnieniem podwyższonym (gdy opary wykorzystane jako czynnik grzejny), atmosferycznym i obniżonym (w roztw zagęszczonym może wystąpić denaturacja białek, tworzenie się połączeń białkowo- cukrowych, zmiany barwy, zapachu, należy zwiększyć intensywność odparowania wody. Zużywa się ↓ciepła na podgrzanie roztw do temp wrzenia- całkowite zużycie ciepła jest coraz mniejsze). Wybór wyparki dokonuje się na podstawie właściwości fizykochem tj lepkość, gęstość, napięcie powierzchniowe. Oceniając wyparki bierzemy pod uwagę wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem grzejnym a roztw zagęszczanym, oddzielenie roztw od pary H2O i wykorzystanie en cieplnej oparów. Postęp w konstrukcji wyparek dąży do oszczędności en i przyśpieszenia tempa zagęszcz. Straty subst aromatycznych w wyparce w czasie zagęszcz powodują pogorszenie jakości koncentratów w porównaniu z surowcem. Proces odzysku aromatu: *prowadzony pod ciśnieniem atmosf *pod obniżonym ciśnieniem i ↓temp *procesy oparte na adsorpcji *destylacja frakcjonowana. Aby wyeliminować straty subst aromatycznych stosuje się kriokoncentrację= zagęszcz przez wymrażanie H2O (proces zmierza do otrzymania wysokowartościowych koncentratów przy zmniejszonym zużyciu en w porównaniu z wyparkami. Zagęszczanie przez wymrażanie oparte na równowadze skł s.s i cieczy. Zamrażanie soków powyżej pkt eutektycznego. Zagęszcz można prowadzić do momentu kiedy koncentrat ma konsystencję umożliwiającą jego transport pompą. Kriokon można prowadzić do zaw 45-50% s.s. Zestaw urządzeń do kriokon: ^krystalizator (otrzymuje się kryształki lodu) ^wirówka (oddzielenie krysztalków lodu) ^wymiennika ciepła (do ochładzania cieczy). Soki zagęszcz metod kriokon wykazują lepsze właściw, otrzymuje się koncentraty bez zmian smaku, zapachu, koloru i wartości biologicznej. Wady kriok: trudności w zagęszcz soków zaw większe ilości składników nierozp, np. włókna w nektarach. Jakość soków zalezy od tempa zamrażania w krystalizatorze. Szybkie zamraż powst małych kryształów ladu. Koszty zagęszcz zależą od zaw s.s w surowcu, stopnia zagęszczenia produktu, właściwości, jakości i przeznaczenia koncentratu. SUSZENIE- obniżenie zaw H2O w prod. Odbywa na zasadzie nie ustalonej dyfuzji cz H2O z materiału suszonego. Miara dyfuzji= współ dyfuzji który zależy o temp i zaw H2O w produkcie. W miarę wzrostu temp maleje lepkość wody co powoduje wzrost współ dyfuzji H2O. W określ temp i zmniejszaniu zaw H2O będzie wzrastał współ jej dyfuzji. Dyfuzja H2O z materiału suszonego zależy od char i wzajemnego oddziaływania, w celu usunięcia należy przekształcić w parę H2O. Wilgotność prod (W) oblicz się w odniesieniu do masy absolutnie suchej subst, która podczas suszenia nie podlega zmianie. Wilgotność względna (Ww)oblicza w odniesieniu do początkowej masy wilgotnego materiału. Szybkością suszenia- wielkość zmiany sredniej zaw H2O w suszonym prod w jednostce czasu. Przedstawić graficznie jako krzywa suszenia czyli śednia zaw H2O w prod a czasem suszenia. Krytyczna zaw H2O oddziela 2 etapy suszenia różniące się intensywnością wysychania prod. Suszenie nie powinno doprowadzić do denaturacji białka i kiełkowania skrobi. Max temp suszenia powinna niższa od temp denaturacji białek. Prod zaw aktywne enzymy, kiedy wilgoć obniżona poniżej 5% zachodzą nieodwracalne zmiany. Przy suszeniu zwraca się uwagę na temp, wilgotność, prężność przepływu powietrza, właściwości suszonych produktów i zdolności dyfuzji H2O. METODY SUSZ: *naturalne (zależne od warunków klimatycznych) *sztuczne. Do konwencjonalnych sposobów kondukcie (odparowanie H2O z prod przez przekzywanie kontaktowe ciepła z ogrzanego wewnętrznie materiału) i konwekcje (owiew suszonego prod gorącym powietrzem. Temp prod suszonego i zaw H2O ulegają ciągłej zmianie w czasie trwania procesu). SUSZARKI ^otwarte ^komorowe ^tunelowe ^karuzelowe ^taśmowe ^bębnowe ^walcowe ^rozpyłowe ^fluidyzacyjne ^próżniowe ^sublimacyjne ; ZASADA SUSZ FLUIDYZACYJNNEGO- oddolne przepuszczenie przez sypki, ziarnisty materiał powietrza ogrzanego aby cała masa ziarnista została uniesiona. Jeżeli przez warstwę składającą się z c stałego w postaci ziarnistej, znajdującą się w cylindrze z perforowanym dnem przepuszcza się określone powietrze to sypki materiał ulega spulchnieniu a nast. przechodzi w stan przypominające wrzącą ciecz. W stanie fluidalnym materiał suszony podlega intensywnemu mieszaniu; SUSZARKI FLUID o działaniu: a)periodycznym- załadunek materiału prowadzony okresowo, a po zakończeniu każdego cyklu suszarka całkowicie wyładowana, b)półciągłym- załadunek i wyładunek prowadzony w sposób ciągły, a suszenie sposobem periodycznym, c)ciągłym- załadunek i wyładunek ciągle; SUSZ PROMIENNIKOWE- materiał umieszcza w suszarni w której ścianach umieszcza się promienniki podczerwieni. Powierzchnia suszonego materiału szybko nagrzewa przez napromieniowanie. Przez suszarnie przepływa powietrze do którego H2O odparowuje z rozgrzanej powierzchni. Metoda nadaje do suszenia cienkich warstw materiałów, gdyż w grubych szybko schną miejsca w pobliżu powierzchni. Odparowanie wilgoci utrudnia dopływ wilgoci powstajęce w czasie napromieniowania powodujące pękanie materiałów. Wadą jest znaczne zużycie en, które wynosi ok. 1kWh na 1kg odparowanej H2O. Zmniejsz zużycia en poprzez promienniki ogrzewane gazem świetlnym. SUSZ AZEOTROPOWE- włączenie H2Oobecnej w prod spoż w mieszaninę azeotropową z rozpuszczalnikami organicznymi. Temp wrzenia rozpuszczal ↓od temp wrzenia H2O. otrzymanie mieszaniny azeotropowej umożliwia łączne odparowanie wody i rozpuszczalnika. Zastos w suszeniu owoc i warzyw. Koszt suszenia ↓w porównaniu z konwencjonalnymi metodami suszenia. Spienienie cieczy przez zastos próżni nad cieczą do której wprowadzamy gaz, np. CO2. Suszenie pian na tacach, taśmach= do odwadniania prod. SUSZ SUBLIMACYJNE- woda z prod usuwana wskutek przemiany fazy stałej w parę z pominięciem fazy ciekłej. Konieczne wytw próżni w komorze suszarniczej. Urządzenie: sublimatom, kondensator, pompa próżniowa. Wstępny etap to zamrażani prod suszonych. Samo zamarzanie= obniżanie ciśnienia nad pow parowania powodue zwiększenie intensywności parowania. Intensywne parowanie prowadzi do spadku temp, nast. do zamrożenie H2O. im mniejsza grubość prod tym szybciej przebiega zamarzanie. Podczas susz subl następ intensywne odbieranie ciepła z prod którego kosztem zachodzi proces odwadniania. Usuwanie pary wodnej: *kondensację w chłodnicy *adsorpcję wilgoci materiałem pochłaniającym *zastos pomp eżektorowych do usuw dużej ilości pary wodnej. Suszenie subl zakończone gdy materiał osiągnie temp +. Subl pozwala usunąć 80-90% ogólnej zaw H2O. Po sublimacji stos doduszanie prod systemem konwencjonalnym. Zalety: *mała lotność ważnych skł smakowo-zapachowych *materiał suszony w stanie zamrożonym nie zmienia objętości *niska temp hamuje wiele proc fizykochem i eliminuje rozwój drob.