Преимущества вакуумной сушки с контролируемым подводом тепла

1. Вступление

Опыт компании ТУЛА-ТЕРМ в области разработки вакуумного оборудования показывает: не все наши покупатели имеют чёткое представление о технологических возможностях современного вакуумного оборудования.

В этой замеике мы рассмотрим виды вакуумной сушки и расскажем о новых (или хорошо забытых старых) методах по повышению эффективности этих видов сушки.

Рассмотрим кратко плюсы и минусы каждой технологии и в каких условиях допустимо применение каждой из них.

Статья не претендует на какую-то научную направленность, и является небольшой обзорной вводной инструкцией по предварительному выбору оборудования для промышленной вакуумной сушки.

Особое внимание мы уделим вакуумной сушке с подводом тепла — технологии, которая сочетает бережность лиофилизации с эффективностью промышленных методов.

2. Виды сушки

Рассмотрим основные виды сушки, используемые в промышленности. Сейчас мы рассматриваем наиболее распространенные технологии. Конкретные решения мы рекомендуем вырабатывать совместно с инженерами компании и в соответствии с конкретным технологическим процессом и многолетним опытом инженеров компании.

2.1 Конвективная

Наиболее распространенный тип сушки, при котором нагретый воздух проходит через высушиваемый материал. Пример такого оборудования — сушильные шкафы СНОЛ с конвекцией из каталога компании.

Преимущества:

• Низкая капитальная стоимость оборудования. Это наиболее распространенный вид оборудования.
• Простота конструкции и эксплуатации.
• Высокая производительность для нетребовательных материалов.
• Быстрый старт процесса.

Недостатки:

• Окислительные процессы - повреждение компонентов кислородом воздуха.
• Высокие температуры. Не подходит для сушки биологических объектов и термочувствительных материалов. Денатурация белков, разрушение ферментов происходит уже при 60-100°C. Сушка при низких температурах возможна, но крайне малоэффективна.
• Неравномерность сушки - образование корки, пересушенные и влажные зоны. Особенно это касается плотного материала.
• Низкая эффективность. Особенно, при низких температурах.

2.2. Лиофилизация (сушка вымораживанием)

Преимущества:

• Сохранение структуры.
• Максимальное сохранение активности биологических объектов.
• Возможность стерилизации и работы в асептических условиях.
• Длительный срок хранения полученных продуктов.

Недостатки:

• Долгое время процесса. Например, классические исследования показывают, что лиофилизация всего 0.1 мл образца при глубокой заморозке (-80°C) суспензии вируса гриппа может занимать до 8 суток.
• Очень высокая стоимость оборудования и эксплуатации.
• Сложность управления и необходимость квалифицированного персонала.
• Высокое энергопотребление.

Стадия замораживания может необратимо повредить ценный биоматериал из-за образования кристаллов льда и осмотического стресса. Это требует сложных протоколов, индивидуального подбора криопротекторов и идеального контроля температуры и скорости заморозки.

2.3 Вакуумная сушка без компенсации тепла и подогрева

Очень узкоспециализированный инструмент. метод применяется там, где малейшее тепловое воздействие недопустимо, а скорость сушки второстепенна.

Примером такого оборудования может любой вакуумный сушильный шкаф СНВС. Все эти модели универсальны и могут работать без подогрева.

Преимущества:

• Низкотемпературный режим.
• Отсутствие окислительных процессов.
• Относительно недорогое оборудование.

Недостатки:

• Крайне низкая скорость из-за недостатка тепла для фазового перехода.
• Неравномерность сушки - только поверхностное обезвоживание.
• Низкая загрузка оборудования.
• Частичная денатурация из-за длительного времени процесса.

2.4 Вакуумная сушка с компенсацией тепла

Пример реализауии технологии — полочные сушильные шкафы СНВС-ПЭ-25-0,077/3,5-И2-П-Н и СНВС-ПЭ-90-0.7392/5-И2-П-Н

Преимущества:

• Оптимальная температура (30-40°C) - сохранение термочувствительных компонентов.
• Высокая скорость в 3-5 раз быстрее, чем классическая лиофилизация.
• Равномерность сушки за счет контролируемого теплоподвода.
• Энергоэффективность (SMER 0.7-1.2 кг/кВт·ч)*.

Показатель SMER 0.7-1.2 кг/кВт·ч означает, что на 1 кВтч энергии испаряется до 1.2 кг воды

Недостатки:

• Более высокая стоимость чем у конвективных сушилок.
• Требует базовых знаний о процессе для настройки параметров.

3.Выводы

Итак, что мы видим по результатам прочитанного? Технология вакуумной сушки с подводом тепла является "золотой серединой" - сочетанием сохранения качества и экономической эффективности. Что особенно хочется подчеркнуть — для 90% задач достаточно описанной выше технологии.

Ниже приведён список литературы по тематике энергоэффективности вакуумной сушки. Если вам нужны конкретные цифры — воспользуйтесь рекомендуемой литературой.

4.Конкретные решения от компании

Исходя из прочитанного выше. Мы разобрали конкретные преимущества и недостатки каждой технологии и теперь готовы предложить вам конкретное решение — Полочные сушильные шкафы СНВС-ПЭ-25-0,077/3,5-И2-П-Н и СНВС-ПЭ-90-0.7392/5-И2-П-Н

Готовы найти наиболее эффективное решение для вашей задачи? Ознакомьтесь с нашими серийными моделями.

Запросите консультацию info@tula-term.ru для разработки индивидуального решения.

Валенцев А.А.

Список использованных источников

• Greiff D., Pinkerton H. The effects on biological materials of freezing and drying by vacuum sublimation // Journal of Experimental Medicine. 1954. Vol. 100. No. 1. P. 81-88.
• Raghavan G.S.V., Rennie T.J., Sunjka P.S., Orsat V., Phaphuangwittayakul W., Terdtoon P. Overview of new techniques for drying biological materials with emphasis on energy aspects // Brazilian Journal of Chemical Engineering. 2005. Vol. 22. No. 2. P. 195-201.
• Kudra T., Mujumdar A.S. Advanced Drying Technologies. New York: Marcel Dekker, 2002. 456 p.