Вакуумно-сублимационная сушка

ВВС-15.200

Вакуумная сублимационная сушка (далее – ВСС), или лиофилизация, основана на технологии, которая с успехом используется на протяжении многих лет в пищевой и фармацевтической промышленности для производства продуктов, чувствительных к нагреванию: вакцин, фармацевтических препаратов, биотехнологических продуктов, продуктов питания и напитков.

Технология ВСС характеризуется высокой скоростью, дефицитом кислорода и низкой температурой сушки, благодаря чему обеспечивается структурная целостность и сохранение большинства исходных свойств сырья – форма, аромат, цвет, вкус, текстура, биологическая активность, питательная ценность, витамины и минералы.

ВСС – это процесс обезвоживания, при котором из предварительно замороженного продукта в условиях глубокого вакуума происходит нагревание (продукт находится на лотке между нагревательными элементами), и влага в виде льда (твердая фаза) сразу сублимируется в газообразное состояние, минуя жидкую фазу.

Состав установки и принцип работы:

Установка состоит из двух герметичных цилиндров, соединенных между собой трубопроводом с затвором марки 23 ВЭ – 160Р. На камерах установлены: перепускные клапана, регулятор вакуума, обратный клапан. Вакуумная камера для сублимации оснащена конструкцией с поддонами, для размещения продукта. Материал поддонов и каркаса – сталь AISI 304. Излучатель изготовлен из нержавеющей стали.

Схема ВСУ:

CHsub

Десублиматор – 15 м2.

Вторая камера – де сублимационная, оснащена трубчатым испарителем, который изготовлен в виде набора батареи соединенных между собой труб. Продукт в замороженном виде предварительно разложен на поддонах подается в сублимационную камеру, камеры закрываются и выкачивается воздух, образуя вакуум. В это время в панели подается теплоноситель, происходит передача тепла, за счет чего кристаллы льда, находящиеся в продукте после заморозки, переходят сразу в газообразное состояние, минуя фазу жидкости и по трубе поступает в камеру десублимации. В панелях камеры десублимации циркулирует хладоноситель. Испарение, поступившее с камеры сублимации «намерзает» на трубы де сублиматора, образуя наледь. После достижения определенного размера наледи, камера подвергается оттайке, намороженная вода удаляется через сливное отверстие.

Дополнительные опция:

В верхней части сублиматора установлена полочка на тензометрическом датчике (пробник).

Вместо диоптра на сублиматоре и десублиматоре установлены видеокамеры (визуальная оценка технологического процесса).

Стоимость установки ВСУ-15м2 – 7680 000 рублей.

Технические характеристики вакуумной установки:

Наименование	ВВС-15м2
Производительность	150 кг испаренной влаги (37,5 кг испаренного пара в час)
Размеры сублиматора	Диаметр 1400, длина 3000
Размеры десублиматора	Диаметр 1400, длина 3000
Толщина металла	6 мм AISI 304
Форма крышки	торо сфера
Эффективная площадь испарения	15м2
Размер излучателя	1000х1380х15
Тип нагрева	Электрический (горячая вода)
Количество излучателей	11 штук
Подводная мощность излучателей в сублиматоре	16 КВт/час
Площадь ловушки абсорбера воды	18 м2
Подводимая холодопроизводительность испарителя ловушки воды в десублиматоре	25,2 КВТ/час при Т кип.=-40 гр.С , при Т конденсации = +40 гр.С
Минимальная температура испарителя ловушки воды в десублиматоре	- 65 гр.С
Рабочее давление в камера	13 Па
Время достижения до 105 Па	35 минут
Время полного цикла сушки	12 часов

Система состоит из вакуумного насоса типа Рутс ERVP - роторного масло смазываемый вакуумный насоса.

Вакуумный насос RUts

Насосы Рутса ZJL имеют улучшенное уплотнение валов, исключающее попадания масла из картера привода в вакуумную полость насоса. Изготовлены из Al сплава, имеют малый вес и габариты. Скорость откачки от 100 до 1000 м³/ч. Предельное остаточное давление - 7.5 × 10^-2 Торр. Насос Рутса эксплуатируется совместно с форвакуумным насосом, обеспечивающим предварительную откачку и и откачку газов и паров от выпускного патрубка.

- малый вес и габариты;
- улучшенное уплотнение валов;
- конструкция исключает попадание масла в вакуумную полость насоса;
- низкий уровень шума;
- низкая потребляемая мощность;

Характеристика / Параметр	Ед.изм.	ZJL-30	ZJL-70	ZJL-150	ZJL-300
Скорость откачки	м³/ч	110	250	540	1100
Предельное давление остаточных газов	Па	7.5×10^-3	7.5×10^-3	7.5×10^-3	7.5×10^-3
Макс. допустимый перепад давления вход/выход	Торр	30	30	55	55
Электропитание		380В,50Гц	380В,50Гц	380В,50Гц	380В,50Гц
Потребляемая мощность, не более	кВт	0.4	0.75	2.2	3.7
Макс. допустимое давление на входе	Торр	9	9	10	10
Скорость вращения эл.двигателя	об/мин	2980	2980	2980	2980
ДУ входного фланца	мм	50	80	80	100
ДУ выхлопного фланца	мм	50	80	80	80
Вес (без электродвигателя)	кг	30	51	80	115

Leybold 2 Давление насыщенного водяного пара в паскалях (пар/лед) от -100 до -10°С

t, °C	P, Паскаль	ρ, г/м³
-100	0,0014
-90	0,0097
-80	0,055
-70	0,261
-60	1,080
-50	3,94
-40	12,84
–30	37,3	0,33
–28	46,6	0,41
–26	57,3	0,51
–24	69,3	0,60
–22	85,3	0,73
–20	102	0,88
–18	125	1,05
–16	150	1,27
–14	181	1,51
–12	217	1,80
–10	259	2,14
–8	309	2,54
–6	367	2,99
–4	437	3,51
–2	518	4,13
0	610	4,84
2	705	5,60
4	813	6,40
6	934	7,3
8	1073	8,3
10	1227	9,4
12	1402	10,7
14	1598	12,1
16	1817	13,6
18	2063	15,4
20	2358	17,3
22	2643	19,4
24	2983	21,8
26	3361	24,4
28	3779	27,2
30	4242	30,3
32	4754	33,9
34	5319	37,6
36	5940	41,8
38	6624	46,3
40	7375	51,2
50	12332	83,0
60	19931	130
70	31157	198

Cублимация - процесс, при котором вода из твердого состояния (лёд) превращается в газообразное (пар) минуя жидкое состояние. Это происходит, если давление в сосуде, где происходит сублимация, будет ниже "тройной точки" воды. Тройная точка воды это условия, когда возможно существования воды в в виде газа, жидкости, и твердого состояния. При давлении (10 - 610 Па), вода может находиться только в двух состояниях в виде льда и пара, поэтому испаряют воду из предварительно замороженного состояния, при этом продукт полностью лишается влаги, не изменяя геометрические размеры, структуру и витаминный состав. Продукт мало нагревается при сушке (температура не более 35°С). Готовый продукт похож на пенопласт, долго храниться при комнатной температуре. Это происходит потому, что не остаётся влаги. Продукт полностью восстанавливает свои свойства при соприкосновении с водой, овощи и фрукты становятся хрустящим и сочным, а дыня как будто это свежая дыня. Качество получаемого продукта зависит от скорости и температуры замораживания. Чем более быстро замораживаются, тем будет выше качество. Очень хорошие свойства продукта проявляются при акустической заморозке.
Сублимационная сушка это сложное устройство, изготовленное из нержавеющей стали. Для производства процесса сублимации, необходимо подогревать продукт. В вакууме это можно сделать только двумя способами - контактным и излучением. Так как конвекции, ввиду отсутствия атмосферы, нет. В вакууме очень затруднительно использовать СВЧ, ввиду образования плазменных шнуров, остаётся контактный способ. При контактном способе продукт нагревается от полки, на которой он лежит. Подогрев полки идет незначительный, так как этому препятствует теплопроводность получаемого продукта и опасность таяния продукта. Готовый продукт похож на пенопласт, по мере высыхания продукта он все меньше и меньше пропускает тепло к верхним слоям и тем медленнее сохнет.
При удалении пара необходимо интенсивно откачивать пар, потому что давление в камере может подняться выше тройной точки (более 610 ПА) и продукт расплавится. Предварительный вакуум создаётся роторно – пластинчатым вакуумный насосом, глубокий вакуум с помощью вакуумного насоса РУТС. Исходя из того, что при давлении 38 ПА и температуре -30 гр.c в 1 м3 находится 0,33 гр./ 1 м3, для выкачивания 100 кг воды необходимо выкачать 3030 м3. Для уменьшения производительности вакуумного насоса необходимо наморозить влагу на десублиматоре, если откачивать пар вакуумным насосом, то этот насос будет большой и потреблять много энергии, капитальные затраты и эксплуатационные расходы будут высоки и продукт будет дорогой. Если установить в десублиматор радиатор, охлаждённый до -40°С, то пар приморозится и превратится в лёд, который уже не будет стремиться стать паром и необходимая производительность вакуумного насоса уменьшится в 20 - 30 раз. Для охлаждения испарителя десублиматора подаётся фреон, который кипит при низкой температуре (до -56 гр.C). Мы используем для создания низкой температуры только двухступенчатые холодильные агрегаты.

Во время смены продуктовых в сублиматере происходит оттаивание испарителя десублиматора. Это производится с помощью предварительно нагретой воды с помощью форсунки. Полученная вода используется для пополнения воды для оттайки и для технических нудж.

Сублимационная кривая водяного льда — равновесный участок «твёрдое тело — газ» на фазовой диаграмме воды