6. Inne metody suszenia – suszarki specjalne
6.1. Suszarki sublimacyjne
W procesie suszenia sublimacyjnego, zwanego także liofilizacją, materiał suszony poddawany jest zamrożeniu oraz sublimacji zamrożonej wilgoci pod zmniejszonym ciśnieniem, rzędu 10—40 Pa, w temperaturach od -10 do -40°C. Wysublimowana wilgoć jest kondensowana w kondensatorach zaopatrzonych w układy chłodnicze. Ciepło sublimacji dostarczane jest przez przewodzenie lub promieniowanie. Sublimacja zamarzniętej wilgoci rozpoczyna się na powierzchni materiału.
Po usunięciu wilgoci utworzona sucha warstwa materiału znajdująca się w stanie zamrożenia
zachowuje swoją strukturę.
Schemat aparatury do suszenia sublimacyjnego
Schemat suszarki sublimacyjnej:
1 — komora suszarki,
2 — półki,
3 — elementy grzejne,
4 — kondensator z układem chłodniczym,
5 — dyfuzyjna pompa próżniowa,
6 — wstępna pompa próżniowa,
7 — zawory
Operacja suszenia przebiega zazwyczaj w dwóch stadiach. W pierwszym stadium w wyniku
niskiego ciśnienia i dostarczania pewnych ilości ciepła następuje sublimacja lodu z zamrożonego materiału, przy czym temperatura materiału jest znacznie niższa od temperatury zamrażania.
W tym stadium usuwane jest 98 do 99% wilgoci zawartej w materiale. Ilość dostarczanego ciepła jest czynnikiem decydującym o ruchu powierzchni lodu w głąb ciała w miarę sublimacji wilgoci i powinna być kontrolowana w taki sposób, aby uzyskać jak najwyższą prężność pary wodnej nad lodem bez topnienia materiału. W następnym stadium ogrzewanie nie jest tak istotne, wilgoć pozostała jeszcze w materiale dzięki porowatej strukturze produktu łatwo się uwalnia, chociaż usunięcie ostatnich 2% wilgoci może trwać dość długo.
Szybkość suszenia uzależniona jest od grubości warstwy materiału. W pierwszym okresie
prędkość zagłębiania się powierzchni sublimacji jest rzędu 1 mm/h. Optymalne wydajności są zazwyczaj uzyskiwane dla materiału o grubości warstwy od 12 do 18 mm.
Na instalację do suszenia sublimacyjnego składają się następujące elementy:
1) komora lub szereg komór zaopatrzonych w grzejniki w postaci płyt promieniujących lub
elementów z obiegiem czynnika grzejnego; materiał suszony znajduje się na półkach lub w
pojemnikach,
2) układ do adsorpcji lub kondensacji oparów,
3) układ do wytwarzania próżni; w typowym układzie wstępną próżnię; (130 do 260 Pa)
wytwarza jedna wspólna pompa lub eżektor dla wszystkich komór, natomiast dalsze obniżenie
ciśnienia do właściwego poziomu uzyskiwane jest przez odpowiednie pompy podłączone do każdej
komory.
Normalny cykl pracy suszarki sublimacyjnej obejmuje następujące operacje :
1) załadowanie komory (w celu skrócenia czasu operacji materiał powinien być uprzednio
zamrożony),
2) włączenie układu chłodniczego,
3) zamknięcie komory, włączenie układu próżniowego, otwarcie zaworu do kondensatora
oparów,
4) zwiększenie ilości ciepła dostarczanego do elementów grzejnych; temperatura komory
i materiału w tym okresie szybko wzrasta,
5) przed osiągnięciem końcowej temperatury suszenia, w celu ochrony danego produktu
przed zniszczeniem, zmniejszenie dostarczanego ciepła,
6) chłodzenie produktu; zazwyczaj w celu uniknięcia nawilżania przy kontakcie
z otoczeniem produkt usuwany jest z komory przed jego ostygnięciem; produkty farmaceutyczne i biologiczne suszone są w ampułkach, które są zatapiane natychmiast po usunięciu z suszarki,
7) zlikwidowanie próżni przez wprowadzenie do komory gazu obojętnego lub powietrza.
Przemysłowe suszarki sublimacyjne są obecnie wykonywane o powierzchni półek od 30 do150 m2. Zazwyczaj na 1 m2 powierzchni umieszcza się ok. 12 kg materiału wilgotnego. Półki chłodzone są do temp. -40°C, a wężownice kondensatora do -70°C. Średni czas cyklu suszenia sublimacyjnego wynosi np. dla materiałów spożywczych od 5 do 10 h, płynów biologicznych od 20 do 50 h.
Obok przemysłu farmaceutycznego suszenie sublimacyjne w ostatnich latach znalazło
również zastosowanie w przemyśle spożywczym. Zapakowane hermetycznie i światłoszczelnie liofilizowane środki spożywcze mogą być przechowywane przez bardzo długi okres czasu bez zamrażania (do 2 lat przy zawartości wilgoci 2%) Znaczne zmniejszenie masy produktów w porównaniu z materiałem surowym daje duże oszczędności w przechowywaniu i transporcie.
Produkt po długim okresie przechowywania ma takie same własności co i produkt świeży (np. kawa suszona sublimacyjnie, chociaż nieco droższa niż wysuszona suszarce rozpryskowej, ma lepsze własności smakowe).
rajmundos9