Сушка термочувствительных материалов при низких температурах

Статья представляет вакуумную прецизионную сушку для термочувствительных материалов при низких температурах. Технология позволяет эффективно и безопасно сушить материалы, которые необходимо обработать при низких температурах для предотвращения потери свойств или деградации. Вакуумная среда обеспечивает устранение влаги под сниженным давлением, что исключает окисление и другие нежелательные реакции. Эта техника сушки может быть полезной в различных областях, таких как фармацевтика, пищевая промышленность и электроника, где сохранение высокой исходной качества материала при низких температурах является критическим фактором. В статье также представлены результаты экспериментов и детали процесса вакуумной прецизионной сушки для термочувствительных материалов.

При сушке термочувствительных либо пористых материалов возникает необходимость использования вакуумного оборудования, так как понижение давления дает возможность уменьшить температуру перехода воды в газообразное состояние и снизить термическое воздействие на продукт. Тем самым, сохранив свойства термочувствительного материала, либо мгновенно удалить влагу из скрытых полостей без необходимости интенсивного прогрева изделия выше 100 градусов.

Для подбора нужного режима сушки, а также выбора необходимого оборудования: вакуумного шкафа, вакуумного насоса и охлаждаемой ловушки, можно воспользоваться таблицей насыщенного водяного пара. В таблице указаны давление и температура, при которых вода переходит в газообразное состояние.

Давление и плотность насыщенного водяного пара при разных температурах

Пример.

Необходимо сушить термочувствительный продукт, температура сушки не выше 30°С.

По таблице определяем, что при этой температуре давление должно быть не выше 31 мм.рт.ст, иначе сушка остановится.

При этом нужно понимать, что температура в образце будет ниже температуры в камере, потому что при испарении воды идет интенсивное поглощение энергии, примерно 600 Вт/кг, а теплопередача в вакууме ограничена излучением и теплопередачей через контакт с нагретой поверхностью. Поэтому, давление требуется еще ниже, чтобы создать максимально возможный перепад температур между продуктом и нагревателем и тем самым интенсифицировать теплопередачу.

Так при давлении 0,52 мм.рт.ст температура влажных участков продукта опустится до -24°С и соответственно перепад уже составит 54°С.

Также нужно учитывать, что при давлении 0,52 мм.рт.ст., 1 литр воды превратится примерно, 1,4*10⁶ литров водяного пара, и при производительности насоса, допустим, НВР 5ДМ — 5 л/сек, откачка такого объема займет 400 часов.

Для ускорения процесса сушки применяют охлаждаемые ловушки, подбирая их рабочую температуру исходя из таблицы насыщенных паров.

В охлаждаемой ловушке вода конденсируется на поверхности со скоростью ограниченной только площадью поверхности ловушки, ее температурой и мощностью.

Например, в ловушке ФВХ 2/20 скорость конденсации по воде составляет около 1 л/час. И та же сборка - вакуумный шкаф+2НВР 5ДМ+охлаждаемая ловушка, позволят высушить продукт гораздо быстрее (в данном случае скорость сушки будет ограничена только теплопередачей в глубине слоя).

Рекомендуемые дополнительные материалы:

• Расчет времени вакуумирования емкости.
• Вопросы по выбору использованию фильтра-охладителя.
• Химическая стойкость оборудования.
• Сушильные шкафы с автоматическим регулированием вакуума.
• Равномерность распределения температур в вакуумных сушильных шкафах.
• Для чего в вакуумных шкафах подогреваемая полка?