Насосы для сушки сублимацией

Травы, фрукты и лекарства имеют одну общую черту: все они могут быть сохранены путем сушки сублимацией (лиофилизация). Сублимационная сушка является общепринятым процессом во многих областях, особенно для консервирования деликатных продуктов, и часто она дает наибольшие преимущества по сравнению с другими процессами сушки. Для многих продуктов, таких как свежесобранные травы или грибы, сублимационная сушка сегодня стала стандартным методом консервирования. Однако лиофилизация также используется для сохранения фармацевтических продуктов, таких как лекарства и вакцины. Этот процесс требует особенно глубокого вакуума. В отличие от обычной вакуумной сушки, сублимированный продукт получается путем сублимации: лед переходит непосредственно в газовую фазу. Это означает, что продукт сушится особенно бережно.

Сублимационная сушка широко используется в производстве пищевых продуктов и фармацевтических ингредиентов. Неудивительно, что подобные продукты часто чувствительны к температуре или влажности. Наиболее известным, вероятно, является растворимый кофе, часто называемый "сублимированным кофе". Здесь кофейный экстракт обрабатывается методом лиофилизации таким образом, что потребителю остается только растворить полученный порошок в горячей воде. Порошок может храниться в упаковке в течение многих лет без охлаждения.

Что такое сублимационная сушка или  лиофилизация?

Сублимационная сушка, также называемая лиофилизацией, является особенно щадящим процессом сушки и поэтому подходит для чувствительных продуктов. Подлежащий сушке материал сначала замораживают, а затем сушат в вакуумной камере. В отличие от обычной вакуумной сушки, первичная сушка происходит путем сублимации. Для этого требуется гораздо более глубокий вакуум. Вода или растворитель непосредственно переходят из твердого состояния в газообразное. При этом тепло, необходимое для фазового перехода, обеспечивается, например, с помощью нагревательных пластин. С последующей дополнительной вторичной сушкой для дальнейшего снижения остаточного содержания влаги в продукте. Это делается путем десорбции связанной влаги. Низкое давление и увеличенная подача тепла способствуют последующей сушке. Пар замораживается с помощью холодной десублимационной ловушки, часто называемой конденсатором.

Скачать подборку оборудования для сушки сублимацией

Области применения сушки сублимацией

Сублимационная сушка сохраняет аромат и цвет фруктов. Например, пиццу можно посыпать ломтиками грибов длительного хранения, которые ни в чем не уступают свежим овощам. Длительный срок хранения трав и специй также является огромным бонусом. Эфирные масла, содержащиеся в травах, также сохраняются в качестве носителей аромата.

Лиофилизация дает преимущества в фармацевтическом производстве и биотехнологии, особенно для чувствительных к температуре вакцин, антибиотиков и бактерий. После обработки, которая выполняется непосредственно во флаконах или шприцах, препараты при необходимости могут быть растворены в течение нескольких секунд.

Одним из наиболее известных продуктов, получаемых методом сублимационной сушки, является гранулированное молоко. Молоко в гранулированном виде хранится дольше, и все его ценные питательные вещества сохраняются. 

Требования к процессу сушки сублимацией 

Требования, предъявляемые к сохранению и продлению срока годности пищевых продуктов, становятся все более высокими: процесс должен быть щадящим, не должен изменять или исключать ингредиенты пищевых продуктов и не должен требовать искусственных добавок. Сублимационная сушка в вакууме превратилась в превосходный метод консервирования, отвечающий этим требованиям.

Этот метод использует физическое свойство воды переходить из твердого состояния прямо в газообразное в условиях вакуума. Этот процесс называется сублимацией. В процессе сублимационной сушки продукты глубокой заморозки помещаются в вакуум и сушатся на воздухе, тем самым обеспечивая подачу тепла. Эта процедура приводит к тому, что замороженная вода в пище не тает, а выделяется в виде водяного пара. Этот процесс осуществляется при температурах значительно ниже -50 °C и является одним из самых щадящих методов сушки пищевых продуктов, поскольку изменения в продукте минимальны.

Насосы для сушки сублимацией

Для сублимационной сушки обычно требуется давление ниже 1 мбар. Для промышленного применения пластинчато-роторных вакуумные насосы с масляной смазкой в сочетании с вакуумными ускорителями (насосами Рутс) являются экономичным решением при перекачке неагрессивных растворителей. Когда дело доходит до фармацевтической сублимационной сушки, лучшим решением являются сухие винтовые вакуумные насосы. Они сочетают сухой принцип работы с возможностью очистки на месте (CIP). Двухступенчатые пластинчато-роторные вакуумные насосы с масляной смазкой хорошо зарекомендовали себя для сублимационной сушки в лабораториях. Спиральные вакуумные насосы предлагают отличную сухую альтернативу.

Типы вакуумных насосов для сушки сублимацией приведены в таблице 1.

Таблица 1 -  Доступные вакуумные насосы и диапазоны их давления для сублимационной сушки

Для небольших или экспериментальных устройств сублимационной сушки используется только один вакуумный насос, такой как пластинчато-роторный масляный насос, водокольцевой насос или спиральный, который перекачивает газ непосредственно в атмосферу. Для улучшения вакуума можно использовать “двухступенчатый насос” (две ступени последовательно); основной насос соединен с вакуумным пространством, которое непосредственно перекачивает газ из емкости для достижения требуемого вакуума.

Для средне- или крупномасштабных устройств сублимационной сушки обычно используется насосная установка для достижения высокой скорости откачки. Этот насосный агрегат использует одноступенчатый или двухступенчатый насос в качестве “вспомогательного насоса” со стороны высокого давления и насос Рутса в качестве основного насоса, также называемого бустерным насосом, со стороны низкого давления. В этой комбинации давление на выходе насоса Рутс намного ниже, чем у форвакуумного, в то время как скорость его откачки намного выше, чем у вспомогательного насоса. 

Максимальный вакуум насоса Рутс зависит не только от самой конструкции и точности изготовления, но и от максимального вакуума форвакуумного насоса. Для улучшения предельного вакуума насосной установки можно использовать два последовательных роторных насоса. Для средне- или крупномасштабного оборудования для сублимации обычно можно применять водокольцевой вакуумный насос или механический насос с масляным уплотнением и “газовым балластом”. Водокольцевые насосы могут удалять много пара, но их предельный вакуум ограничен давлением насыщенного пара, поэтому он не может быть очень высоким. Механический насос с масляным уплотнением и “газовым балластом” может создавать более высокий предельный вакуум, но его способность удалять пар ограничена. Следовательно, может быть изготовлена такая насосная установка, в которой одноступенчатый или двухступенчатый роторный насос используется в качестве основного насоса, а комбинация насосов используется в качестве вспомогательного насоса. На ранних стадиях сушки для удаления большого количества газа, содержащего пар, используется водокольцевой насос. Затем механический насос с масляным уплотнением используется вместо водяного кольцевого насоса при следующем длительном процессе сушки для достижения высокого вакуума.