Jelenlegi trendek és fejlesztések a szárítási technológiákban Farkas István Szent István Egyetem Gödöllő, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék 2103 Gödöllő, Páter K. u. 1., Tel: (06-28) 522055, Fax: (06-28) 410804 E-mail: ifarkas@fft.gau.hu Összefoglaló A szárítási technológiákkal kapcsolatos fejlesztések rendkívül lényeges változáson mentek át az elmúlt két évtizedben elsősorban a termékminőség, a környezeti hatások figyelembevétele és a biztonsági előírások tekintetében. Ugyanakkor jelentős számú új termék szárításra dolgoztak ki eljárásokat vagy régi technológiákat dolgoztak át, újítottak fel. Mindezek gyors piaci bevezetése komoly kutatás-fejlesztési és egyúttal marketing tevékenységet is igényel. Az innovatív fejlesztéseket a világszerte elfogadott nagyszámú szabadalom is jelzi. Kiemelhető tény, hogy a szárítási terület intenzív kutatása magába foglalja a hő- és anyag transzport elméletet valamint az anyagtudományt. A nemzetközi trendekből megállapítható, hogy a mezőgazdasági és élelmiszeripari szárítási problémák megoldása még sokáig a vizsgálatok középpontjában lesz. A kétévente megrendezésre kerülő Nemzetközi Szárítási Szimpózium sorozat jó fórumot teremt az új fejlesztési eredmények bemutatására. Ennek története és statisztikai adatai is bemutatásra kerülnek a dolgozatban. 1. BEVEZETÉS Az elmúlt két évtizedben a különböző anyagok és termékek szárításával kapcsolatos technológiai kérdések piaci megítélése lényeges változáson ment át a termékminőség, a környezeti hatások és a biztonsági vonatkozások tekintetében. Ugyanakkor jelentős számú új termék és szárítási eljárás került terítékre. A szárítás területén alapvetően innovatív megoldások szükségesek. Ezt az elfogadott nagyszámú szabadalom is bizonyítja. USA-ban évente közel 240 szabadalmat adnak ki új berendezések és technológiák vonatkozásában. Bár a kutatási terület művelése intenzív, ugyanez a szám Európában mindössze a harmadát teszi ki. Az új technológiák fejlesztésénél olyan kialakításokat célszerű előnyben részesíteni, ahol a rövid a kidolgozási idő, és ugyanakkor meglehetősen gyors a piaci bevetés és elfogadtatás lehetősége is. Mindezek komoly kutatási-fejlesztési és marketing tevékenységet igényelnek. Az újonnan kifejlesztett és az átdolgozott megoldások vonatkozásában technológiai és piaci oldalról jelentkező tényezők kerültek figyelembevételre. Ezek közül néhány kiemelt lehet pl.: Technológia oldalról: - mikrohullámú/rádió frekvenciás/indukciós/ultrahangos szárítás, - bolygatott ágyas szárítók, - kevert áramlású esetek. 15
Piaci oldalról: - túlhevített gőzzel működő szárítók, - impulzus szárítók, - kombinált porlasztásos-folyadék szárítók, - megszakításos szárítás. A szárítási terület intenzív kutatást és fejlesztést igényel, amely multidiszciplináris feladat. Ez a tevékenység magába foglalja a hő- és anyag transzport elméletet valamint az anyagtudományt. Ezen utóbbi szoros kapcsolatban van a szárított termék minőségi paramétereivel. Nem kétséges, hogy ezen a területen szoros együttműködés szükséges a kutató és az ipari szakemberek között. Az internet intenzív használata például itt is jó lehetőséget teremthet a kutatási, a technológiai és a piaci tevékenységek között. A kutatási tevékenység egy aspektusát, a szárítási folyamat modellezését tekintve megállapítható, hogy a klasszikus fizikai alapú modellezés mellett széleskörűen terjednek a sztochasztikus valamint a mesterséges intelligencián alapuló megoldások. A kétévente megrendezésre kerülő Nemzetközi Szárítási Szimpózium sorozat jó fórumot teremt az új fejlesztési eredmények bemutatására. A 2006-ban megrendezendő Szimpózium házigazdája Magyarország lesz. 2. NEMZETKÖZI SZÁRÍTÁSI KUTATÁSOK ÉS FEJLESZTÉSEK A szárítási területén folyó K+F tevékenységnek egyik leghatékonyabb statisztikai értelemben vett mutatószáma a legnagyobb nemzetközi szárítási témájú folyóiratokban, konferenciákon megjelenő publikációk száma illetve azok tematikai megoszlása. Ugyancsak jellemző adat lehet a területen vezető országokban évenként elfogadott szabadalmak száma. 2.1. Drying Techology nemzetközi folyóirat A Marcel-Dekker Inc. által kiadott Drying Technology a szárítási szakma legrangosabb folyóiratának számít. Az 1991-1997 időszakban a megjelent publikációk száma országok szerinti eloszlásban az 1. ábrán látható (Alves-Filho and Mujumdar, 2003). 1 2, 9 % U S A 1 2, 6 % K a n a d a 3 9, 9 % E g y é b 9, 3 % J a p á n 8, 9 % F a rn c ia o. 6, 9 % L e n g y e lo. 5 % E g y e s ü lt K irá ly s á g 4, 5 % G ö rö g o. 1. ábra A Drying Technology folyóiratban megjelent cikkek ország szerinti megoszlása 1991-1997 között 16
Érdekes adat, hogy a szárítási területet intenzíven művelő európai országok kutatói jelentős számú publikációval rendelkeznek. Örvendetes tény, hogy az utóbbi években bár a statisztikában nem szerepel kiemelten számos magyar szerző cikke is megjelent a folyóiratban. 2.2. Szárítási konferenciák Jelenleg számos nemzetközi, regionális és nemzeti szárítási témakörű rendezvényt szerveznek szerte az egész világon. Nem kétséges hogy közülük a legrangosabb esemény a Nemzetközi Szárítási Szinpózium (International Drying Synposium IDS) sorozat. A regionális rendezvények közül kiemelhetők a következők: - Inter-American Drying Conference (IADC), - Australasian Drying Conference (ADC), - European Drying Symposium (EUDrying), - Nordic Drying Conferences (NDC). Az egyes országok Nemzeti Szárítási rendezvényeit így Magyarországon is általában kétévente rendezik. Közülük is kiemelkedő jelentőségű a kínai és a lengyel szimpózium sorozat. 2.3. Szabadalmak A szárítás területén Európában évente elfogadott szabadalmak száma kb. 80. Ez lényegesen alacsonyabb az USA-ban benyújtott illetve elfogadott szabadalmak számától, amelynek alakulását a 2. ábra mutatja az 1990-1999 időszakra vonatkozóan (Mujundar, 2002) Szabadalmak száma 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 474 259 301 275 258 265 240 238 275 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998-99 Év 2. ábra Az USA-ban elfogadott szabadalmak száma 17
3. NEMZETKÖZI SZÁRÍTÁSI SZIMPÓZIUM (IDS) SOROZAT A kétévente megrendezésre kerülő szimpózium sorozatot Prof. A.S. Mujundar alapította és indította útjára 1978-ban Montrealban, Kanadában. Az eddigi rendezvények listája az 1. táblázatban látható. 1. Táblázat Az IDS rendezvények időrendi listája Év Helyszín 1978 Montreal, Kanada 1980 Montreal, Kanada 1982 Birmingham, Anglia 1984 Kyoto, Japan (IDS kifejezés megjelenése) 1986 Cambridge, USA. 1988 Versailles, Franciaország 1990 Prága, Cseh Köztársaság (CHIA 90 részeként) 1992 Montreal, Kanada 1994 Gold Coast, Ausztrália 1996 Krakkó, Lengyelország 1998 Thesszaloniki, Görögország 2000 Nordweijkerhont, Hollandia 2002 Peking, Kína A legutóbbi 2002. augusztusában Pekingben megtartott IDS 2002 rendezvény fő adatai önmagukban is karakterisztikusan jól jellemzik a szárítási technológiák és berendezések témakört fontosságát. A Szimpózium 3 kötetből álló Proceedings kiadványában összesen 236 dolgozat jelent meg 43 ország szerzőinek tollából. Az előadások országok szerinti megoszlását a 3. ábra mutatja. 250 200 192 Előadások száma 150 100 50 0 107 84 41 32 22 19 18 16 15 Kína Brazília Japán Franciaország Spanyolország Svédország Ausztrália Thaiföld Oroszország Egyéb 3. ábra IDS2000 előadások ország szerinti megoszlása 18
Az ábrán jól látható, hogy a legtöbb előadást a házigazda kínaiak tartották, ugyanakkor az IDS 2004-t rendező brazíliaiak is szép számmal képviseltették magukat a sajátjukat megelőző IDS rendezvényen. Az IDS2002 előadásainak néhány kiemelt témakör szerinti megoszlása a 4. ábrán található (Alves-Filho and Mujunder, 2003). Áttekintés 8 Alap, modellezés és zimuláció Szárítók 51 51 Élelmiszer és mezőgazdaság 71 Fa Papír Ozmotikus vízelvonás Mérés és irányítás Általános 10 10 12 9 14 0 10 20 30 40 50 60 70 80 4. ábra IDS2002 előadások témakör szerinti megoszlása Az ábrákból láthatóan az egyik legérdekesebb adat, hogy a legtöbb előadást a mezőgazdasági anyagokat és élelmiszerek szárítása témakörben tartották. Ugyancsak nagy jelentőséggel bír a modellezési és szimulációs terület valamint a szárító berendezések ismertetése is. A konferencia előadások mintegy 25%-ban volt valamilyen módon ipari részvétel. Ennek további növelése, a szimpózium szorozat egyik jövőbeni célkitűzése. Az IDS rendezvénysorozat működését egy Nemzetközi Tanácsadó Testület (Advisory Panel AP) irányítja és felügyeli. Ez a Testület dönt a soronkövetkező rendezvény helyszínéről is. Az AP internetes honlapjának címe: http://chemeng.p.lodz.pl/idsap/index.html 4. MAGYAR SZÁRÍTÁSI SZIMPÓZIUM (MSZSZ) SOROZAT Az Európai Unióhoz való csatlakozás küszöbén Magyarországon is kiemelté váltak a környezetvédelmi aspektusok és az előállított termékek minőségének kérdései. Mindezek a kutatásban mind pedig a gyakorlati alkalmazásokban is hangsúlyossá teszik a nagy energia igényű technológiák, így a szárítási problémák intenzív tanulmányozását, fejlesztését. Többek között ez is inspirálta egy, a szárítással foglalkozó szakemberek hazai tudományos fórumának életre keltését. 19
A kétévente megrendezett hazai szárítási szimpózium sorozatot Prof. Farkas István (Szent István Egyetem Gödöllő -SZIE) alapította és indította útjára 1995-ben Gödöllőn. A Gödöllői Agrártudományi Egyetem (GATE) (a Szent István Egyetem Gödöllő jogelődje), a Magyar Tudományos Akadémia (MTA), a Magyar Kémikusok Egyesülete (MKE) és további együttműködő intézmények közös szervezésében 1995. évben kerül sor első ízben a szárítás területén dolgozó hazai szakemberek találkozójára, amelynek célja a különböző szárítási technológiák és szárítóberendezések fejlesztése területén elért legújabb eredmények ismertetése. Az eddigi rendezvények listája a 2. táblázatban található. 2. Táblázat A Magyar Szárítási Szimpózium rendezvények időrendi listája és adatai Sorsz. Év Helyszín Előadások száma 1. 1995 Gödöllő 23 2. 1997 Gödöllő 15 3. 1999 Nyíregyháza 21 4. 2001 Mosonmagyaróvár 29 5. 2003 Szeged (szervezés alatt) 5. NÉHÁNY KIEMELT TECHNOLÓGIA Az utóbbi két évtizedben a szárítási technológiák nagymértékű fejlődésen mentek át. A legújabb nemzetközi kutatások és fejlesztések közül a teljesség igénye nélkül néhány kiemelhető innovatív technológia a következő: - mechanikai vízelvonás, - mikrohullámú szárítás, - rádiófrekvenciás szárítás, - ultrahangos szárítás, - túlhevített gőzzel működő szárítók, - hőszivattyúval kombinált szárítók, - impulzus szárítók, - kombinált porlasztásos-folyadék szárítók, - szoláris szárítás, - megszakításos szárítás. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A kutatási tevékenység a CHN-12/02 projekt támogatásával valósult meg. 20
IRODALOM Coumans, W. J.: Some Impressions from IDS 96, Drying Technology An International Journal, 15(3&4), 1997, pp. 1243-1250. Farkas I.: Mesterséges intelligencia módszerek alkalmazása a szárítási folyamatok modellezésében, 4. Magyar Szárítási Szimpózium, Mosonmagyaróvár, 2001. október 18-19, 11. o. Mészáros,Cs.-Bálint,Á.-Kirschner,I.-Gottschalk,K.-Farkas,I.: Surface changes of temperature and moisture level at coupled heat and mass transfer through porous media according to the wave approach of the irreversible thermodynamics, Advances in Drying Technology, /ed. by G.D. Saravacos, Z.B. Maroulis, M. Krokida, V.T. Karathanos/, Proceedings of the Symposium EUDrying 03, Heraklion, Crete, September 4-5, 2003. p. 63-70. Mujumdar,A.S.: Research and development in drying: Recent trends and future prospects, Proceedings of the 13 th International Drying Symposium IDS 2002, Beijing, China, August 27-30, 2002, Vol. A, /ed. by C.W. Cao, Y.K. Pan, X.D. Liu and Y.X. Qu/, p. 1-18. Seres,I.-Farkas,I.-Kocsis,L.-Gottschalk,K.: Development of a low range sensor for the use of natural air flow measurement, Advances in Drying Technology, /ed. by G.D. Saravacos, Z.B. Maroulis, M. Krokida, V.T. Karathanos/, Proceedings of the Symposium EUDrying 03, Heraklion, Crete, September 4-5, 2003. p. 40-48. Pakowski, Z.: Impression of IDS 98 as IDS completes 20 years, Drying Technology An International Journal, 17(6), 1999, pp. 1247-1253. 21