Глава 24.1 Сублимационная (молекулярная) сушка

Под действием электрического поля высокой частоты ионы и элек­троны в материале (в котором обычно имеется некоторое количество элек­тролита, например раствора солей) меняют направление движения син­хронно с изменением знака заряда пластин конденсаторов; дипольные мо­лекулы приобретают вращательное движение, а неполярные молекулы по­ляризуются в результате смещения их зарядов. Эти процессы, сопровож­даемые трением, приводят к выделению теплоты и нагреванию высуши­ваемого материала.

Сублимационная (молекулярная) сушка. Сублимацией называется переход твердого вещества в пар, минуя жидкое состояние. Таким образом, если предварительно заморозить высушиваемый материал, т. е. перевести содержащуюся в нем влагу в лед, то в результате его сублимации материал может быть высушен до требуемого конечного влагосодержания. Для осу­ществления такого процесса необходимо создать достаточно большую разность температур источника тепла и высушиваемого материала. Этого нельзя, однако, достигнуть произвольным повышением температуры ис­точника тепла, так как приток тепла не должен превышать его расхода на сублимацию во избежание плавления льда. Поэтому процесс проводится под разрежением (остаточное давление 15 Па и ниже), с ростом которого падает температура сублимации (-15 °С при 186,6 Па и -50 °С при 4 Па). При этом тепло сублимации может быть передано замороженному мате­риалу окружающей средой через стенки сушильной камеры или потоком нагретой воды через рубашку или нагревательные элементы, соприкасаю­щиеся с высушиваемым материалом.

На рис. 3.22 показана схема сублимационной сушилки. Высушивае­мый материал, предварительно замороженный, располагается внутри ка­меры на пустотелых плитах, обогреваемых потоком нагретой воды.

Паровоздушная смесь из сушильной камеры отсасывается вакуум- насосом через конденсатор, охлаждаемый рассолом или другим хладоаген- том, циркулирующим через испаритель машины умеренного охлаждения. Обычно устанавливают параллельно два конденсатора, которые попере­менно выключаются для оттаивания и удаления замороженного конденса­та, оседающего на поверхностях охлаждения. Остаточная несконденсиро- вавшаяся паровоздушная смесь выбрасывается вакуум-насосом в атмосфе­ру. Процесс сублимационной сушки, как и ранее рассмотренные процессы, протекает в два периода, соответствующие удалению свободной влаги с постоянной скоростью (при постоянной температуре материала) и связанной влаги с падающей скоростью испарения (при повышающейся температуре материала). По мере удаления влаги из высушиваемого мате­риала поверхность испарения углубляется, но вследствие относительно большого разрежения молекулы пара движутся свободно - без взаимных столкновений.

Значительные затраты энергии на предварительное замораживание материала, конденсацию паров при низких температурах и вакуумирова- ние обусловливают высокую энергоемкость процесса сублимационной сушки; расход энергии на 1 кг удаляемой влаги в несколько раз больше, чем при других методах сушки. Первоначальная стоимость сушильных ус­тановок также весьма велика. По этим причинам сублимационную сушку применяют только для обезвоживания очень ценных термолабильных ве­ществ, сохраняющих свои свойства (например, биологическую активность) только при низких температурах.

Применение этого дорогостоящего способа сушки целесообразно лишь в тех случаях, когда к высушенному продукту предъявляют высокие требования в отношении неизменности его свойств при длительном хране­нии. В настоящее время путем сублимации сушат главным образом ценные продукты (пенициллин, плазму крови высококачественные пищевые про­дукты).