Imprimer cette page

Lyophilisation de steak, bilan matière et énergétique

A) Bilan matière:

On souhaite lyophiliser 3000 kg.h-1 de steaks contenant en masse 28% de matière sèche et 72% d'eau.La lyophilisation doit éliminer 95% de l'eau initialement contenue dans les steaks .

1°) Calculer le débit de matière sèche entrant M, l'humidité du solide à l'entrée Xe, et le débit d'eau entrant avec le solide M×Xe.
2°) Calculer l'humidité du solide à la sortie Xs, et le débit de glace sortant avec le solide M×Xs.
3°) En déduire le débit de glace sublimée dans le lyophilisateur M×(Xe-Xs).

B) Bilan énergétique:

Dans la première étape de la lyophilisation, les steaks, initialement à une température de 7°C, sont congelés en environ 60s par contact avec une bande métallique sans fin maintenue à -40°C. Les steaks quittent la bande métallique entièrement congelés à une température de -25°C, et sont stockés quelques instants. Les steaks, toujours à -25°C, sont alors répartis sur des plaques situées dans le lyophilisateur. Celui-ci est mis sous vide à 100 Pa et la sublimation commence. Une régulation de température maintient en permanence les steaks à -25°C en chauffant les plaques par échange de chaleur avec un fluide frigorigène se condensant à -5°C et 7 bara. La vapeur émise dans le lyophilisateur est condensée à 100 Pa par contact avec une large plaque munie d'un racloir, maintenue à -40°C par échange de chaleur avec un fluide frigorigène se vaporisant à 2 bara. La glace ainsi obtenue est à -40°C.Après le condenseur, la vapeur d'eau non condensée et les inertes sont aspirés par une pompe à vide à palettes, dont le refoulement est à 10°C et pression atmosphérique.Lorsque la production de glace s'arrête, signifiant l'absence de glace libre dans la matière sèche, le lyophilisateur est remis à pression atmosphérique et les steaks à -25°C sont déchargés et stockés dans un local à température ambiante.

1°) Calculer le flux de chaleur Φ1 échangé pour congeler et refroidir les steaks,
2°) Calculer le flux de chaleur Φ2 échangé pour l'opération de lyophilisation.
3°) Calculer le flux de chaleur Φ3 échangé pour la condensation de la vapeur et sous refroidissement de la glace.
4°) En considérant que la glace n'est pas liée au solide, déterminer l'humidité absolue Y (vapeur d'eau / air) du gaz arrivant au condenseur. Déterminer de même l'humidité absolue Y' du gaz aspiré par la pompe à vide. Expliquer l'intérêt du condenseur situé avant la pompe à vide. Expliquer ce qui se passe au refoulement de la pompe à vide.
5°) Faire un schéma de principe du procédé de lyophilisation en indiquant les conditions opératoires, les équipements principaux, les flux de chaleur échangés.
6°) Faire un schéma de principe du groupe frigorifique, en faisant apparaître les pressions, températures, principaux équipements et flux de chaleur échangés.

Données: Chaleur spécifique à pression constante: Steaks matière sèche: 1.38 J.g-1.°C-1, Eau liquide: 4.18 J.g-1.°C-1, Eau solide: 2.17 J.g-1.°C-1, Eau vapeur: 1.88 J.g-1.°C-1, Chaleur latente de fusion à 0°C: Lf(0°C)=333.2 kJ.kg-1, Chaleur latente de vaporisation à 0°C: Lv(0°C)=2494 kJ.kg-1, Chaleur latente de sublimation à -25°C: Ls(-25°C)=2834.5 kJ.kg-1, Pression de vapeur saturante de la glace à: P°H2O(-25°C)=63 Pa, P°H2O(-40°C)=13 Pa.

Réponse

Réponse

Taper ici la réponse de l'exercice

Correction

Correction

Taper ici la correction