Тэг: вакуум

Конденсация в вакуумных системах

Конденсация в вакуумных системах - это процесс, обратный испарению, который представляет собой сближение молекул при их переходе из газообразного состояния в жидкое. Для физиков конденсация - это переход к движению молекулы с меньшей энергией. Поэтому конденсация всегда проходит с выделением энергии. Эта энергия выделяется в виде тепла конденсации, которое необходимо рассеять. На процессах вакуумного испарения и вакуумной конденсации основана работа вакуумно-выпарных установок, которые широко применяются для концентрирования различных растворов, суспензий и эмульсий в перерабатывающей промышленности.

Каждая жидкость имеет давление пара, которое увеличивается с повышением температуры. Когда температура ненасыщенного (перегретого) пара снижается, конденсация начинается при температуре насыщения (температуре точки росы), соответствующей фактическому давлению пара.

Теплота конденсации, равная теплоте испарения, должна отводиться во время конденсации. Удельная теплота конденсации зависит от температуры, например, для воды при температуре 25 °C теплота конденсации примерно на 10% выше, чем при температуре 100 °C. Если пар не насыщен (согласно условию, заданному диаграммой давления пара), но имеет более высокую температуру, т. е. пар перегрет, то необходимо отводить и перегрев. Для проведения процесса конденсации в промышленности используется специальное оборудование, которое называется конденсатором пара. 

Типы конденсаторов пара

В принципе, классификацию конденсаторов пара можно упростить до разницы между конденсаторами прямого контакта и поверхностными конденсаторами. Первый тип характеризуется смешиванием теплоносителя с конденсируемым паром; во втором типе поверхности разделяют охлаждающую жидкость и пар.

Часто конденсаторы прямого контакта имеют внутренние конструкции для лучшего распределения охлаждающей жидкости, чтобы ее поверхность была как можно большей. В распылительных конденсаторах для хорошего распределения охлаждающей жидкости используются форсунки.

Конденсаторы прямого контакта чаще всего изготавливаются как противоточные конденсаторы. Однако бывают случаи, когда используют прямоточное течение, например, если инертно-паровую смесь не следует переохлаждать слишком сильно, то компоненты экстрагируемого продукта будут образовывать твердые вещества; здесь принцип прямотока может дать преимущества. Поскольку в прямоточных конденсаторах пары движутся сверху вниз под действием силы тяжести и в том же направлении, что и охлаждающая жидкость, потери давления меньше, и можно реализовать более высокие скорости потока или для работы достаточно меньших поперечных сечений. Однако в прямоточных конденсаторах экстрагируемая смесь контактирует с нагретым теплоносителем, температура на выходе выше, чем у противоточных конденсаторов; следовательно, необходимо добиться большего массового расхода. Иногда для основной конденсации используют прямоточный конденсатор, чтобы сделать габариты как можно меньшими, а после противоточного конденсатора — для переохлаждения выхлопной смеси.

Преимуществами конденсации прямого контакта являются низкая закупочная цена и максимально эффективное использование охлаждающей жидкости. С помощью конденсаторов прямого контакта можно поднять температуру охлаждающей жидкости почти до температуры кипения конденсата без необходимости строить чрезвычайно большой конденсатор. Это связано с тем, что коэффициенты теплопередачи при такой прямой теплопередаче очень высоки. Поэтому необходим меньший расход охлаждающей воды, чем при использовании поверхностных конденсаторов. Кроме того, другими преимуществами являются их нечувствительность к загрязнению, высокая эксплуатационная надежность и простота обслуживания.

Самым большим недостатком конденсатора смешения является тот факт, что конденсат пара смешивается с теплоносителем. Такое смешивание допустимо только в том случае, если конденсат безвреден и подлежит удалению после использования. Для всех остальных применений необходимо использовать поверхностные конденсаторы.

У поверхностных конденсаторов поверхность конденсации обычно образована трубками, по которым теплоноситель (обычно охлаждающая вода) течет со скоростью от 0,4 до 2 м/с. Пар обычно течет вокруг труб, поскольку при такой конструкции можно обеспечить достаточное поперечное сечение для большого объемного потока пара. Это позволяет одновременно достигать как высоких скоростей охлаждающей воды, так и больших поперечных сечений пара.

Если пары приходится конденсировать в вакуумном процессе при давлении ниже тройной точки, то это можно сделать без предварительного повышения давления только в виде твердых веществ. Для десублимации паров используются переключающие конденсаторы. В первый конденсатор всегда будет загружен продукт, а во втором продукт расплавится. Для этой процедуры, естественно, требуется подходящий хладагент, обычно рассол или испаряющийся хладагент процесса охлаждения. Например, во время процесса сублимационной сушки используются такие ледяные конденсаторы, поскольку водяной пар должен удаляться из замороженного продукта при температуре примерно -20 °C и конденсироваться в виде льда при давлении примерно 1 мбар.

Контроль вакуума в конденсаторах пара

В конденсационной установке вакуум зависит от нескольких факторов: массового расхода продуктового пара и его состава (при наличии нескольких компонентов), загрязнения конденсатора, массового расхода и температуры охлаждающей жидкости. Это входные данные, которые могут варьироваться. К фиксированным значениям относятся, например, поверхность теплообмена, конструкция конденсатора и типоразмер вакуумного насоса. Эти вещи невозможно изменить быстро. Если необходим контроль, например, для поддержания постоянного вакуума, следует сначала рассмотреть, какие переменные будут меняться и влиять на вакуум. Затем необходимо подумать о том, как эти параметры можно сохранить постоянными, или, если это невозможно, нужно искать переменные, которые можно изменить, чтобы исключить или сгладить отклонения. В большинстве случаев подходящей переменной является скорость потока охлаждающей жидкости. В общем, на вакуум можно влиять, изменяя условия конденсации. Если возможно, лучшим вариантом будет изменить переменную, которая оказывает наибольшее влияние на условия конденсации. 

Подключение конденсаторов пара

Очень распространенной схемой подключения конденсаторов является барометрическая установка, метод, при котором насос для извлечения жидкости из-под вакуума не требуется. Конденсатор устанавливают на такой высоте над уровнем слива жидкости, чтобы разница давлений между вакуумом внутри конденсатора и атмосферным давлением компенсировалась столбом жидкости. Высота этого барометрического участка также должна преодолевать сопротивление потоку. Высота между выпуском конденсата в конденсаторе и уровнем поверхности жидкости в сборном резервуаре может быть рассчитана исходя из необходимой разницы давлений и удельного веса жидкости.

Например, для воды высота 11 м подходит для давления в конденсаторе 100 мбар или менее. Важно, чтобы сливные трубы имели подходящий уклон и не представляли собой комбинацию вертикальных и горизонтальных участков.

Если для барометрической установки недостаточно высоты, необходимо установить насос. Обычно такой насос контролируется по уровню жидкости сверху, чтобы всегда было жидкостное уплотнение, предотвращающее приток воздуха. Альтернативно, обратный клапан должен быть установлен на напорной стороне насоса, но тогда необходимо предвидеть кавитацию, если дренажная труба конденсатора полностью опорожняется насосом. Сборные резервуары также используются для сбора конденсата в вакууме с выгрузкой по мере необходимости. Для непрерывной работы необходимы два или более чередующихся резервуара, а также необходимо учитывать связь с атмосферой и дренаж.

Если необходимо опорожнить несколько конденсаторов с разным давлением, возможна «полубарометрическая» установка с закрытым сборным резервуаром вместо открытого резервуара. В этом резервуаре существует временный вакуум, поэтому используется заданная высота и требуется только один сливной насос. 

Как выбрать вакуумный насос?

Вакуумный насос - это устройство, которое удаляет молекулы газа, например, воздуха из герметичного объема для достижения разницы давлений, создающей частичный вакуум. Вакуумные насосы разрабатываются с использованием различных технологий в зависимости от требований к давлению и сферы применения, которую они обслуживают.

Как работает вакуумный насос?

Вакуум - это пространство, лишенное материи, где давление газа внутри этого объема ниже атмосферного на условную величину. Основная функция вакуумного насоса - изменять давление в замкнутом пространстве для создания полного или частичного вакуума механическим или химическим способом. Давление всегда будет стремиться к выравниванию во всех соединенных областях, поскольку молекулы газа перемещаются от высокого уровня к низкому, заполняя всю площадь этого объема. Следовательно, при введении нового пространства низкого давления газ будет естественным образом перетекать из области высокого давления в новую область низкого давления до тех пор, пока давление в них не сравняется. Вакуумные насосы, по сути, перемещают молекулы газа из одной области в другую, создавая вакуум путем изменения состояний высокого и низкого давления.

Область применения вакуумных насосов

Наибольшую известность вакуумные насосы приобрели по практике их использования в создании различных вакуумно-выпарных установок, дистилляторов и дегазаторов, то есть в оборудовании, которое применяется для создания вакуума с целью снижения температуры кипения растворителя или удаления пузырьков газов из различных жидких продуктов.

В пищевой, косметической, фармацевтической и химической промышленности используются вакуумные насосы следующих основных типов: 

• механические вакуумные насосы: диафрагменные вакуумные насосы, жидкостно-кольцевые вакуумные насосы, пластинчато-роторные и роторно-поршневые вакуумные насосы, а также вакуумные насосы Рутса (кулачковые и винтовые насосы сухого сжатия здесь еще не упоминаются, но также относятся к этой группе насосов);
• кинетические вакуумные насосы: пароструйные насосы, газоэжекторные насосы и водоструйные насосы;
• адсорбционные вакуумные насосы: конденсатор.

Все области применения этих вакуумных насосов находятся в диапазоне низкого (грубого) и среднего вакуума, основного диапазона вакуума для процессов перерабатывающей промышленности. Только процессы дистилляции короткого пути и молекулярной дистилляции используют высоковакуумные насосы, такие как диффузионный насос или даже турбомолекулярный насос (кинетические газовые насосы).

Технологические расчеты при выборе вакуумного насоса

Задача всех вакуумных насосов, описанных выше, заключается в создании вакуума, например, на пищевом предприятии, и обеспечении откачки газов из замкнутого объема с требуемой скоростью.

Скорость откачки – это объем газа, который проходит за единицу времени через определенную площадь.

Скорость откачки вакуумного насоса, работающего в диапазоне грубого и среднего вакуума, обычно указывается в м3/ч.

При использовании вакуума в технологии иногда возникает вопрос о конкретном времени откачки. Но, обычно потоки технологического газа и утечек газа просто необходимо откачивать вакуумным насосом до такой степени, чтобы требуемое рабочее давление надежно достигалось и поддерживалось.

Вопросы, касающиеся времени вакуумирования, играют роль лишь тогда, когда это необходимо в случае работы установки периодического принципа действия для достижения требуемого рабочего давления как можно быстрее после начала нового цикла обработки продукта.

Расчет необходимой скорости откачки при требуемом рабочем давлении (производительности) основан на уравнении состояния идеальных газов, согласно которому пары с учетом утечек необходимо откачивать. Информация, доступная инженеру-технологу, обычно выражается в виде массовых расходов (кг/ч), которые необходимо преобразовать с помощью универсального уравнения состояния идеальных газов в объемные расходы газов, перекачиваемых при заданном давлении. На основе этой информации и преобразования в объемные расходы можно определить величину скорости откачки, которую должен обеспечить приобретаемый вакуумный насос или вакуумная система. Другие свойства технологических паров, такие как их коррозионная активность, склонность к конденсации или образованию отложений, определяют тип или выбор материала вакуумного насоса и, соответственно, вакуумной системы, которую необходимо установить на эксплуатируемое или приобретаемое оборудование.

Выпаривание и вакуумно-выпарные установки

Мы предлагаем широкий ассортимент вакуумно-выпарных установок, которые предназначены для очистки и рециркуляции сточных вод в различных отраслях промышленности.

Выпаривание - это чистый процесс, который не добавляет загрязняющих веществ к тем, которые уже присутствуют в обрабатываемых жидкостях. Оборудование занимает мало места, относительно просто в обслуживании и служит в течение длительного времени. Кроме того, полученный конденсат, как правило, высокого качества, что позволяет повторно использовать его во многих промышленных процессах или утилизировать без проблем с загрязнением.

Что же такое вакуумное выпаривание?

Вакуумное выпаривание - это метод очистки сточных вод, который отделяет воду от загрязняющих веществ в условиях отрицательного давления. Вакуумное выпаривание идеально подходит для очистки и / или рециркуляции сточных вод в различных отраслях промышленности, таких как обработка металлов давлением, производство продуктов питания и напитков, фармацевтика, химия и многих других. Его можно комбинировать с другими процессами, такими как обратный осмос, для создания полноценной системы очистки сточных вод.

Для проведения технологического процесса вакуумного выпаривания применяется специальное оборудование - вакуумно-выпарная установка (ВВУ, вакуумный испаритель).

Для чего используются вакуумно-выпарные установки?

Вакуумно-выпарные установки позволяют очищать промышленные сточные воды путем отделения водной фазы от технологических загрязнений, простым доведением исходного раствора до кипения и конденсацией образующегося пара в виде дистиллированной воды. Они используются для очистки сточных вод и регенерации содержащейся в них воды, уменьшая количество отходов, подлежащих утилизации.

Дистилляция происходит в котле, находящемся под вакуумом, чтобы довести раствор до точки кипения при температуре 35-38 °C. Полученный дистиллят имеет характеристики, аналогичные деминерализованной воде, и поэтому может быть повторно использован в производственном процессе. Вакуумные испарители позволяют извлекать в виде дистиллята около 90-95% очищенных сточных вод.

Когда вакуумные испарители являются лучшим выбором для промышленных предприятий?

Вам стоит выбрать вакуумно-выпарную установку для очистки ваших сточных вод, если вы хотите:

• внедрить систему низко- или вовсе безотходного производства;
• утилизировать ресурсы, растворенные в ваших сточных водах, и добиться экономии средств;
• увеличить дебет доступной воды при ее нехватке, повторно используя воду;
• свести к минимуму объем отходов и значительно снизить затраты на их утилизацию;
• получать доход за счет преобразования отходов в побочные продукты;
• уменьшить потребность в хранении больших объемов отходов;
• сократить выбросы при транспортировке отходов;
• неукоснительно соблюдать строгие правила сброса сточных вод.

Какие типы сточных вод обрабатывают в ВВУ?

Вакуумно-выпарные установки ВВУ являются конкурентоспособным и эффективным решением для очистки сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, которые особенно трудно отделить от воды. Обычно это сточные воды, которые невозможно очистить традиционными методами, такими как биологические, физические или химические процессы. Обычно это происходит, когда сточные воды содержат:

• рассолы с очень высокой концентрацией солей;
• небиодеградируемые соединения;
• вещества, токсичные для микроорганизмов;
• промывочная вода;
• фильтрат со свалок;
• сточные воды от литья под давлением;
• эмульсии;
• используемые технологические растворы и фиксирующие средства;
• концентраты процессов мембранного разделения;
• промывочная вода из реакторов, смесителей и резервуаров;
• элюаты из промывочных ионообменных смол и т. д.

Помимо очистки сточных вод, наши вакуумно-выпарные установки ВВУ также широко используются в пищевой промышленности для концентрирования многих видов веществ, чувствительных к нагреванию: для концентрирования фруктовых соков, производства сгущенного молока, удаления спирта для получения безалкогольного пива и т. д.

Принцип работы вакуумно-выпарных установок

Сточные воды подаются рабочую емкость для выпаривания и нагреваются до тех пор, пока молекулы воды не превратятся в пар. Загрязняющие вещества остаются, а образовавшийся пар собирается, охлаждается и конденсируется в теплообменнике, после чего отводится в сборник конденсата. Вся система работает в условиях вакуума, поэтому сточные воды обрабатывают при более низких температурах. Другими словами, основная операция основана на доведении сточных вод до температуры кипения, которая при работе в условиях вакуума составляет около 40°C. Когда сточные воды начинают закипать, образующийся пар конденсируется и удаляется из системы, в то время как в рабочую емкость вакуумно-выпарной установки поступает следующая партия стоков. Подаваемые сточные воды должны быть предварительно нагреты, чтобы процесс испарения продолжался. Технология, с помощью которой сточные воды нагреваются, часто определяет тип вакуумно-выпарной установки. Мы готовы предложить вам наиболее подходящее оборудование для выпаривания.

Очищенная вода (дистиллированная), выделенная из жидких отходов, имеет высокое качество, что позволяет перерабатывать ее на заводе для различных применений (производство, охлаждение и т.д.), сокращая потребление водопроводной или артезианской технологической воды.

Многокорпусные вакуумно-выпарные установки

Эта технология состоит из набора соединенных между собой испарителей, в которых разрежение постепенно увеличивается от первого к последнему. Во-первых, при этом снижается температура кипения, а это означает, что пар, образующийся в испарителе (ступени, корпусе, эффекте), можно использовать в качестве теплоносителя для последующего испарителя, создавая эффект каскада.

В таких испарителях в качестве источника энергии используется горячая вода или пар из внешнего контура, что позволяет максимально использовать избыточные остаточные потоки тепла. Обычно это агрегаты, состоящие из одной (испаритель однократного действия), двух (испаритель двойного действия) или трех (испаритель тройного действия) ступеней.

В одноступенчатых вакуумно-выпарных установках энтальпия образующегося пара не используется, поскольку этот пар не применяется в качестве греющего агента. Однако его можно использовать во второй ступени, если раствор, содержащийся в последнем, имеет достаточно низкую температуру кипения, чтобы разница температур между греющим паром и кипящим раствором обеспечивала требуемый поток тепла.

В трехступенчатых вакуумно-выпарных установках пар, образующийся на первой ступени выпаривания, используется в качестве нагревающего агента во второй, где он конденсируется при температуре, превышающей температуру кипения испаряемой в ней жидкости. Пар, образующийся во второй ступени, далее отводится в третью, где он конденсируется при температуре, превышающую температуру кипения находящегося в ней раствора (суспензии, эмульсии). Водяной пар, образующийся в третьей ступени, конденсируется в холодном теплообменнике (конденсаторе), подключенном к вакуумной системе.

Их главное преимущество перед однокорпусными (одноступенчатыми) вакуумно-выпарными установками заключается в экономии теплоносителя. Для обработки больших потоков это один из наиболее конкурентоспособных вариантов с финансовой точки зрения.

Преимущества наших вакуумно-выпарных установок ВВУ

Вакуумно-выпарные установки ВВУ, произведенные на нашем предприятии, обладают рядом привлекательных преимуществ:

• надежная конструкция;
• простота в эксплуатации;
• занимают мало места;
• чистые и безопасные технологии;
• энергоэффективные, так как расходуют мало энергии;
• высокоавтоматизированные, требующие минимального контроля;
• различные варианты под потребности заказчика: периодического или непрерывного действия, с паровым или водяным обогревом, с перемешиванием и без него, одноступенчатые и многоступенчатые, любой производительности, в любом исполнении и т.д.

Наша компания проектирует и устанавливает вакуумные испарители для очистки промышленных сточных вод. Мы настраиваем каждую вакуумно-выпарную установку, чтобы обеспечить нашим клиентам большую эффективность и долговечность, чем у любого другого производителя оборудования.

Промышленные вакуумно-выпарные установки являются наилучшей технологией для внедрения системы с нулевым сбросом жидкости, при которой сточные воды преобразуются в два потока, один из которых содержит твердые отходы с ресурсами повторного использования (в основном сырье и побочные продукты), а другой - высококачественную воду, которую тоже можно использовать повторно.

Мы можем поставить систему нулевого сброса жидкости, которая позволит вашей компании достичь следующих целей:

• повторное использование 98% воды;
• извлечение ценного сырья и побочных продуктов из растворенной воды
• сведем к минимуму количество отходов, подлежащих утилизации.

Почему следует обратить внимание на вакуумно-выпарные установки ВВУ?

Правила сброса (утилизации жидких отходов) становятся все более строгими, и это приводит к увеличению затрат на утилизацию. Это влечет за собой новую проблему для производителей, которые обязаны соответствовать новым нормам  и максимально приближать к ним параметры своих производственных процессов.

Вакуумная выпарная установка является решением этих задач, поскольку представляет собой высокоэффективную технологию очистки промышленных сточных вод:

• восстанавливает более 95% чистой воды, которую можно использовать повторно
• извлекают ценные побочные продукты, которые могут быть проданы или использованы повторно
• сводит к минимуму объем утилизируемых отходов, благодаря высокой способности концентрировать загрязняющие вещества.

Вакуумное испарение не только решает утилизационные задачи, но и позволяет снизить затраты на транспортировку, а также затраты на рабочую силу и химические реагенты, поскольку эта технология может работать автоматически и не требует особого контроля.

Наши промышленные вакуумные испарители являются отличным выбором для производственных процессов по сокращению количества производственных стоков, а также по минимизации их загрязняющего эффекта.  

В чем польза вакуумного испарителя?

Вакуумный испаритель – это универсальное оборудование, которое способно максимально быстро и при низкой температуре обработки удалять влагу из жидкого сырья, состоящего из летучих и нелетучих веществ. При этом летучие вещества выпариваются и удаляются из системы, а нелетучие или слаболетучие образуют готовый концентрированный продукт.

Вакуумные испарители используются, в основном, для удаления влаги из продуктов в ходе производственных процессов, а также для очистки и рекуперации сточных вод. Эта технология особенно эффективна в таких отраслях, как производство продуктов питания и напитков, фармацевтика и химическая промышленность, где ее можно комбинировать с другими процессами, такими как обратный осмос, а также для создания комплексной системы очистки сточных вод.

Преимущества вакуумных испарителей

Наши вакуумные испарители (вакуумно-выпарные установки) обладают рядом преимуществ:

• эффективность. Вакуумные испарители обеспечивают превосходный уровень удаления влаги, что делает конечный концентрированный продукт способным к длительному хранению и легкой транспортировке;
• простота. Процесс вакуумного выпаривания влаги в наших вакуумно-выпарных установках прост и удобен;
• надежность. Эти системы не требуют кропотливого технического обслуживания;
• экономическая эффективность. Они потребляют небольшое количество энергии;
• экологичность. Процесс обеспечивает низкий уровень выбросов углекислого газа;
• универсальность. Вакуумные испарители позволяют обрабатывать широкий ассортимент самых разнообразных видов жидкого сырья, в том числе опасные и трудно обрабатываемые;
• нулевой сброс жидкости. Дистиллят можно рекуперировать и перерабатывать в технологическую среду, помогая заводам выполнять обязательства по сбросу и обеспечивая потенциальный источник дохода;
• извлечение компонентов. Ценные материалы могут быть извлечены и переработаны, включая драгоценные металлы или активные фармацевтические ингредиенты.

Применение в производстве

Вакуумное испарение также используется в производственных процессах для удаления воды из продуктов. Это особенно актуально в отраслях, где конечный продукт должен быть в подсушенном состоянии, таких как фармацевтика или некоторые пищевые продукты. Этот процесс часто предшествует сушке порошка, кристаллизации и гранулированию веществ, гарантируя, что конечный продукт соответствует стандартам качества.

Лабораторное и исследовательское применение

В меньших масштабах вакуумные испарители используются в лабораториях для тестирования промышленных образцов, требующих особого подхода. Они необходимы в фармацевтической и биотехнологической промышленности, а также в химических лабораториях, где проводятся интенсивные исследования. Вакуумный испаритель обычно включает в себя конденсатор, дистилляционную колбу, сборный сосуд и нагревательную рубашку, что облегчает точный контроль процесса выпаривания.

Подводя итог, можно сказать, что вакуумные испарители являются универсальным инструментом, используемым в различных отраслях промышленности благодаря своей эффективности, простоте и экономичности при очистке сточных вод и удалении воды из продуктов в процессе производства. Возможность работы в условиях вакуума не только повышает их производительность, но и делает их экологически чистыми и стабильными в работе.

Очистка и рекуперация сточных вод

Вакуумное выпаривание - это метод, который отделяет воду от загрязняющих веществ с высокой температурой кипения. В этом процессе сточные воды подаются в камеру кипячения и нагреваются до тех пор, пока молекулы воды не превратятся в пар. Загрязняющие вещества остаются позади, а пар собирается, охлаждается и конденсируется в теплообменнике. Система работает в условиях вакуума, что позволяет сточным водам кипятиться при более низких температурах, снижая потребление энергии и делая процесс более экологичным.

Откройте для себя возможности вакуумных испарителей вместе с нами!

Вы готовы революционизировать свои процессы производства? Наши вакуумные испарители отличаются непревзойденной эффективностью, простотой и экологичностью, обеспечивая экономичность и экологичность вашей работы. Независимо от того, работаете ли вы в фармацевтической промышленности, производстве продуктов питания и напитков или химической промышленности, наши передовые технологии помогут вам добиться нулевого расхода растворителя, извлекать ценные компоненты и поддерживать высокие стандарты качества. Не упустите возможность улучшить свои лабораторные исследования или промышленное производство с помощью наших надежных и универсальных решений. Если вы хотите купить вакуумный испаритель, свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как наше оборудование может преобразовать ваш рабочий процесс и внести вклад в перспективное будущее!

Вакуумно-выпарные установки

Вакуумно-выпарная установка – это технологическое оборудование, которое используются для сгущения растворов, суспензий и эмульсий за счет частичного удаления из них влаги с помощью процессов теплопередачи, вакуумирования, испарения и конденсации. Все вакуум-выпарные установки работают по единому принципу: обрабатываемая жидкость подается в установку и подогревается до температуры кипения при отрицательном давлении, а полученный в результате кипения пар отводится из установки и конденсируется на холодной поверхности конденсатора или выбрасывается в атмосферу. Это позволят убрать из обрабатываемой жидкости излишки влаги (растворителя) и тем самым преобразовать ее в густой (пастообразный, вязкий) продукт. Удаленная влага при необходимости может собираться в том числе для повторного использования в технологическом процессе, как например, это происходит в линиях экстракции и концентрирования.

Иногда вакуумно-выпарные установки называют вакуум-выпарными. 

Вакуумное выпаривание

Процесс удаления (влаги) из растворов, суспензий и эмульсий называется выпариванием. Когда выпаривание проводится при отрицательных давлениях его называют вакуумным выпариванием.

Вакуумное выпаривание - это широко используемый метод концентрирования, который представляет собой удаление воды из жидкого сырья путем его кипячения в испарителе вакуумно-выпарной установки с одновременным отводом пара. Если сырье содержит растворенные сухие вещества, тогда полученный крепкий раствор может насыщаться вплоть до образования кристаллов.

Почему выбирают вакуум-выпарные установки?

Выбор именно вакуум-выпарной установки для вашего производственного процесса является оправданным, если вы хотите:

• вскипятить жидкий продукт при температуре ниже 100°С;
• повысить содержание сухих веществ в готовом продукте;
• уменьшить объем жидкого сырья, полупродукта или готового продукта методом частичного обезвоживания для снижения затрат на внутреннюю и внешнюю логистику;
• экономить на процессе удаления влаги из жидких продуктов;
• увеличить срок хранения готовых жидких продуктов;
• извлечь из сырья или готового продукта растворитель с целью его повторного использования в технологическом процессе;
• исключить ненужные запахи (провести дезодорацию);
• сгустить (сконцентрировать) жидкий продукт до нужной консистенции;
• получить пастообразный продукт;
• подготовить жидкий продукт к сушке с минимальными энергетическими затратами.

Факторы, влияющие на работу вакуумно-выпарной установки

В целом, вакуумно-выпарные установки работают также же надежно, как и часы, но все же есть некоторые факторы, от которых их работа, а также производственная себестоимость и качество получаемых продуктов находятся в прямой зависимости.

Концентрация.

С увеличением концентрации повышаются вязкость и плотность обрабатываемого раствора, суспензии или эмульсии, в результате чего повышается температура кипения.  

Вспенивание.

Растворы, подобные органическим соединениям, имеют тенденцию вспениваться при вакуумном выпаривании влаги. Пена уносится вместе с обильным количеством пара и может загрязнять поверхности теплообмена конденсатора, а также попадать в чистый растворитель, который буферизуется в сборнике конденсата. Наши вакуумно-выпарные установки спроектированы оптимальным образом для исключения этого неприятного явления.

Накипь и пригорание.

На горячих поверхностях греющих теплообменников и рабочих сосудов со временем образовываются отложения солей и пригаров. Крупные отложения могут привести к существенному снижению производительности вакуумно-выпарной установки, вплоть до полной остановки. Для клиентов, чье сырье имеет склонность к образованию отложений, у нас есть специальная линейка вакуумно-выпарных установок. При этом в любых наших тепловых установках реализован принцип простой очистки рабочих поверхностей теплообменного оборудования и трубопроводов, в том числе и по контуру теплоносителя.

Температурная чувствительность.

Некоторые вещества пищевых, косметических, химических и фармацевтических продуктов являются термолабильными, другими словами, не терпят перегрева. Ввиду нежелательности возможных изменений в сырье, полупродуктах и готовой продукции в наших вакуумно-выпарных установках реализуется конкретная рабочая температура ниже температурного порога повреждения таких веществ.

Жидкое сырье, которое подвергается концентрированию методом вакуумного выпаривания по допустимой температуре обработки может быть классифицировано следующим образом:

• можно нагревать до относительно высоких температур без разложения;
• можно нагревать до температуры около 60°C;
• можно нагревать до температуры не более 40-45°С.

Материал конструкции.

Вакуумно-выпарные установки изготавливаются из коррозионностойких сталей 304 и 316. Это позволяет максимально повысить статус инертности оборудования по отношению к сырью дает возможность получения готовой продукции самого высокого качества.

Рекуперация тепла.

Испарение достигается за счет добавления тепла к обрабатываемому сырью. Тепло подается главным образом для обеспечения скрытой теплоты испарения, и, благодаря внедрению методов рекуперации тепла из пара, нам удается добиться значительной экономии в использовании тепла.

Преимущества и область применения вакуумно-выпарных установок

Благодаря применению вакуумно-выпарных установок стало возможным:

• удаление излишков влаги из пищевых, косметических, химических и фармацевтических продуктов при низкой температуре, около 40°С;
• обеспечение микробиологической стабильности продуктов без применения консервантов;
• сокращение расходов на транспортировку и хранение;
• рециркуляция растворителя в технологическом процессе.

Поэтому вакуумно-выпарные установки широко используются в различных процессах перерабатывающей промышленности, включая процессы производства фармацевтических препаратов, БАД, еды и напитков, целлюлозы и бумаги, химикатов, полимеров и смол, неорганических солей, кислот, щелочей и т. д., а также в процессах очистки сточных вод.  

Наиболее популярными областями применения вакуум-выпарных установок являются процессы:

• производства пищевых концентратов (густых соков, сусла и экстрактов, молока и т. д.) и БАД;
• очистки сточных вод;
• дистилляции растворителя (производство спиртных напитков, деалколизация вина)
• сушки крови убойных животных;
• изготовление эмульсий, а также фармацевтических препаратов, вакцин и субстанций;
• концентрирования солей для выпаривания воды;
• производства бумаги для обработки рабочих растворов с целью удаления посторонних примесей;
• металлообработки при уменьшении стоков смазочных и охлаждающих эмульсий;
• научных и других исследований в производстве аналитических испытаний;
• изготовления косметической продукции в группах кремы, гели и мази для достижения необходимой пастообразной формы;
• производства неорганических полимеров и смол.

Виды (типы) вакуумно-выпарных установок

Вакуумно-выпарные установки подразделяются на разные типы в зависимости от испарителя и способа, которым они обеспечивают теплопередачу. Например, работа вакуумно-выпарных установок с принудительной циркуляцией зависит от насосов для циркуляции сырья, в то время как расчет конструкции вакуумно-выпарной установки с падающей пленкой основан на силе тяжести.

В зависимости от конструкции вакуумно-выпарные установки можно разделить на следующие типы:

Испаритель с падающей пленкой.

Испарители с падающей пленкой состоят из длинных труб, которые закрыты паровыми рубашками. Эти установки требуют равномерного распределения раствора. Раствор в испаритель поступает сверху, где равномерно распределяется по каждой трубке с помощью распределителя. В этом испарителе по мере того, как раствор течет вниз, он набирает скорость за счет силы тяжести. Испарители с падающей пленкой используются для приготовления растворов с высокой вязкостью, поэтому их обычно используют в сахарной, химической, ферментационной и пищевой промышленности при концентрировании молочных продуктов, таких как сыворотка, молочный белок, обезжиренное молоко, сливки и гидролизованное молоко, а также при концентрировании растворов сахаров, мочевины, фосфорной кислоты и щелока.

Испаритель с падающей пленкой создан для решения проблем, с которыми сталкивается испаритель с поднимающейся пленкой. Испаритель с падающей пленкой лучше всего подходит для выпаривания термочувствительных жидкостей.

Рисунок - Испаритель с падающей пленкой

Испаритель с циркуляцией.

Рабочие процессы в них, как правило, основаны на естественной циркуляции, которая является результатом разницы в плотности (конвекции), возникающей из-за нагрева. Таким образом при циркуляционном движении и одновременном кипении сырья из него отделяет лишняя влага в виде пара. Скорость испарения напрямую зависит от градиента температур и глубины разряжения. Основная проблема испарителей с естественной циркуляцией возникает, когда трубки испарителя не полностью погружены в раствор, что приводит к нарушению циркуляции и пересыханию системы. Для решения этой проблемы циркуляция достигается с помощью установки циркуляционного насоса для интенсификации и повышения стабильности процесса циркуляции, снижению количества загрязнений рабочих поверхностей.

Испаритель с принудительной циркуляцией используется в тех случаях, когда высока вероятность образования пленок или накипи в сырье или производственном растворе, или когда сырье имеет высокую вязкость, а тепловые и текучие свойства технологического раствора плохие, что делает необходимой принудительную циркуляцию. Работа испарителя с принудительной циркуляцией лучше всего подходит для кристаллизации суспензий и других растворов, так как обеспечивает высокие скорости и малое время пребывания в небольшом пространстве благодаря высокой теплопередаче. Таким образом, испартель с принудительной циркуляцией значительно снижает или полностью исключает возможность образования накипи. Быстрое испарение делает испарители с принудительной циркуляцией пригодными для переработки даже термоядерных веществ.

Вакуумно-выпарные установки с принудительной циркуляцией обычно используются при обработке различных отходов, вязких жидкостей, жидкостях склонных к образованию кристаллов: сульфат натрия, мочевина, хлорид натрия, сульфат аммония, хлорид магния, лимонная кислота, едкий калий и т. д.

Рисунок - Испаритель с принудительной циркуляцией

Испаритель с восходящей пленкой.

Испаритель с восходящей пленкой представляет собой теплообменник кожухотрубного типа. Обрабатываемое жидкое сырье подается в такой испаритель снизу. На внешней поверхности вертикальных труб происходит конденсация греющего пара, и жидкость внутри трубок испарителя закипает, тоже превращаясь в пар. По мере продвижения жидкости вверх по каждой трубе объем образующегося пара увеличивается, что приводит к увеличению скорости в центральной части труб. Эта скорость, в свою очередь, прижимает жидкость к стенкам труб, создавая тонкую пленку, которая быстро перемещается. Быстрое перемещение пленки приводит к высокому коэффициенту теплопередачи и сокращению времени пребывания материала в испарителе. Испарители с восходящей пленкой лучше всего подходят для обработки материалов с легкой склонностью к образованию накипи, но они не могут работать с тяжелыми отложениями и термочувствительными материалами.

Тонкопленочный испаритель.

Тонкопленочные испарители с перемешиванием состоят в основном из кожухов и высокоскоростных роторов. Принцип работы тонкопленочного испарителя с перемешиванием заключается в том, что сырье поступает в испаритель сверху. Затем сырье распределяется в виде тонкой пленки на стенках корпуса с помощью быстро вращающегося ротора. Жидкость распределяется в виде тонкой пленки на нагреваемой стенке, где происходит теплопередача. Далее роторная мешалка внутри нагревательного кожуха снимает пленку сконцентрированной жидкости со стенок. Тонкопленочные испарители с перемешиванием используются в основном для жидкостей, обладающих высокой чувствительностью и вязкостью. Принцип работы тонкопленочного испарителя с перемешиванием позволяет предприятиям достигать высоких скоростей испарения. Турбулентность способствует тщательной передаче тепла, что дает возможность получения концентраций от 30% до 80% за один проход. Интенсивный процесс перемешивания в тонкопленочном испарителе также служит для защиты чувствительных к температуре продуктов от перегрева.

Многокорпусные вакуумно-выпарные установки.

Работа испарителя с несколькими корпусами (эффектами) - это процесс, в котором используется несколько испарителей, и парообразная влага, выделяемая из одного испарителя, используется в качестве теплоносителя для следующего испарителя с более низкой температурой кипения. Многоэффектный испаритель широко используется для концентрирования водных жидкостей и позволяет предприятиям получать продукт при самой низкой температуре. Один или несколько корпусов, работающих при одинаковой температуре кипения, определяются как один ‘эффект’ многоэффектного испарителя.

Принцип многокорпусных вакуумно-выпарных установок позволяет повторно использовать скрытое тепло, содержащееся в водяном паре. Поскольку давление пара второго эффекта относительно первого снижается, температура кипения второго эффекта в испарителе также снижается. В многоэффектном испарителе сырье перемещается от высокого давления к низкому, что устраняет необходимость в перекачивании сырья.

Самоочищающиеся испарители.

Принцип действия самоочищающегося испарителя основан на циркуляции твердых очищающих частиц по трубкам вертикального кожухотрубного теплообменника. Загрязняющая жидкость течет вверх по трубному пучку теплообменника, который включает в себя специально разработанные впускной и выпускной каналы. Твердые частицы попадают в жидкость через впускной канал. Для обеспечения равномерного распределения частиц по всем трубам используется специальная система распределения. Частицы псевдоожижаются восходящим потоком жидкости, где они создают мягкое очищающее действие на стенках труб теплообменника, удаляя тем самым любые отложения на ранней стадии образования загрязнений. После формирования трубного пучка частицы отделяются от жидкости в сепараторе и возвращаются во входной канал, после чего цикл повторяется.

Пластинчатые испарители.

Пластинчатый испаритель - это тип испарителя, в котором тонкая пленка жидкости пропускается и течет между пластинами в процессе испарения. Пластинчатые испарители также известны как пластинчатые с уплотнением и рамные испарители. Пластинчатый испаритель сконструирован путем установки ряда пластин с угловыми отверстиями между верхней и нижней планкой. Пластинчатые испарители состоят из пластинчатого и рамочного теплообменников и в основном используются в пищевой промышленности и производстве напитков. Обычно они используются для приготовления фруктовых соков, фруктового пюре, сиропов, кофе, молока.

Основные преимущества пластинчатых испарителей заключаются в том, что они хорошо адаптированы к материалам, требуют небольшого запаса прочности, легко моются и модифицируются. Основным недостатком пластинчатых испарителей является большая площадь уплотнения. Утечка также может произойти при неправильном выборе прокладки.

Испарители с механической рекомпрессией пара.

В этом тип испарителей водяной пар принудительно сжимается, что приводит к повышению его температуры и давления. Повышение температуры приводит к разнице температур между паром и жидкостью. Дальнейшая теплопередача происходит в теплообменнике. Сжатый пар снова подается обратно для выработки большего количества пара. Это довольно энергоэффективный процесс с рекуперацией энергии. Такие испарители применяются в молочной, пивоваренной, сахарной, солевой, целлюлозно-бумажной и химической промышленности.

Функционал и работа вакуумно-выпарных установок

Возможности той или иной вакуумно-выпарной установки зависят по большей части от конструкционных особенностей или опций. Перечислим их ниже:

• производительность. По производительности вакуумно-выпарные установки делятся на лабораторные и промышленные. Производительность обычно оценивается по количеству испаряемой влаги в единицу времени. Как правило в лабораторных установках эти параметры колеблются от 0,5 л/ч до 5 л/ч. Наши промышленные вакуумно-выпарные установки имеют производительность от 10 л/ч до 8000 л/ч в зависимости от типоразмера.
• наличие перемешивания. Как уже заявлялось выше, наличие перемешивания иногда дает большие преимущества в ускорении процесса выпаривания и повышении качества готовой продукции. Под различные сложные продукты мы рекомендуем различные устройства для перемешивания, чтобы достигать лучших результатов. Получите нашу консультацию, чтобы выбрать правильный тип мешалки.
• тип исполнения. В описании этого параметра можно упомянуть многое: конструкционный материал (AISI 304, AISI 316, 12х18н10т, титан, обыкновенная сталь), степень взрывозащиты, пространственная компоновка отельных аппаратов и узлов, стационарный и мобильный вариант;
• способ обогрева. По способу обогрева вакуумно-выпарные установки могут быть электрические и паровые.
• температура выпаривания. Обычно мы предлагаем нашим клиентам вакуумно-выпарные установки, работающие при температуре выпаривания от 40 до 45°C.
• уровень автоматизации и степень интегрирования в технологический процесс. Производимые нами вакуумно-выпарные установки бывают с ручным, полуавтоматическим или полностью автоматическим управлением. Также при желании заказчика вакуумно-выпарная установка может быть интегрирована в общую АСУ ТП предприятия заказчика;
• с матовыми или зеркальными поверхностями;
• с дополнительными смотровыми диоптрами и без них;
• с дополнительными патрубками подачи или отведения и без них;
• с теплоизоляцией и без нее;
• с косметической обшивкой или без нее;
• с площадкой (платформой) обслуживания или без нее и т.д.

Вакуумно-выпарная установка не является сложным оборудованием, поэтому ее работа проста и состоит из следующих этапов:

• запуск в работу системы охлаждения;
• предварительный прогрев установки;
• подача сырья в установку;
• набор рабочих значений давления и температуры;
• слив готового концентрированного продукта.

Чтобы работа вакуумно-выпарной установки соответствовала всем требованиям технологического процесса, ее выбору следует уделить особое внимание.

Цена и выбор вакуумно-выпарных установок

Стоимость популярных типоразмеров вакуумно-выпарных установок колеблется в пределах от 150 тыс. руб. до 30 млн. руб. В любом случае, стоимость вакуумно-выпарных установок зависит от всех вышеперечисленных функциональных возможностей.

Данная статья призвана облегчить выбор вакуумно-выпарной установки, но для подтверждения обоснованности своих намерений лучше проконсультируйтесь с нашим специалистом по телефону, указанному на нашем сайте. Это поможет сохранить ваше драгоценное время, а также сделать выбор более практичным, так как наш опыт всегда работает во благо нашим клиентам.

Где купить вакуумно-выпарную установку?

В последнее время появилось большое количество производителей вакуумно-выпарных установок. Их можно разделить на следующие группы:

• хотят производить и продавать, не имея за плечами должного опыта строительства подобного оборудования. Как правило, это кустарные («гаражные») производства;
• занимаются перепродажей;
• стремятся к низкой себестоимости за счет снижения надежности и качества используемых материалов;
• существенно завышают цену, выдавая свое оборудование за нечто эксклюзивное;
• производят качественные и надежные вакуумно-выпарные установки с адекватной рыночной стоимостью.

Мы и наши клиенты относим нашу компанию к производителям качественного и недорогого оборудования. К тому же на протяжении 10 лет мы специализируемся именно на вакуумно-выпарном оборудовании и уже успели достичь экспертных знаний и соответствующих навыков в области процессов выпаривания. Если вы хотите купить вакуумно-выпарную установку и вместе с тем получить безопасное и безотказное техническое решение, которое удовлетворяет всем вашим технологическим запросам, обращайтесь к нам, и мы с радостью поможем.

Сублимационная сушилка

Сублимационная сушилка (другие названия: лиофильная сушилка, сублиматор, лиофилизатор, вакуумная сублимационная сушилка) - это оборудование для бережной сушки пищевого, косметического и фармацевтического сырья при отрицательных температурах в вакууме. 

Бережная сушка вымораживанием (лиофилизация) — это процесс, который протекает следующим образом. Вода в сырье сначала замерзает до твердого состояния, а затем удаляется непосредственно путем превращения льда в пар. Это делается под вакуумом и без прохождения воды через жидкую фазу. Уникальное преимущество сублимационной сушки заключается в том, что сырье хранится при низких температурах и остаются замороженными в течение всего процесса сушки, тем самым сохраняя термолабильные компоненты (белки, ароматные вещества, красители), сохраняя при этом первоначальную форму и размер. Затем высушенный продукт может храниться в течение длительного времени без риска изменения состава (т. е. ферментативного, генетического) или заражения микроорганизмами, что становится возможным благодаря отсутствию воды.  Поэтому до появления холодных атмосферных сушилок сублимационные сушилки считались уникальными в своем роде. После появления холодных атмосферных сушилок, работающих по принципу теплового насоса, сублимационные сушилки для процессов пищевой, косметической и фармацевтической промышленности отошли на второй план ввиду своей дороговизны, как в капитальных, так и в эксплуатационных затратах. На фоне этого холодная атмосферная сушка опередила по популярности сублимационную вакуумную и стала общепринятым методом обработки термочувствительных продуктов, не требующих сохранения гормональных и ферментативных систем.

Другими словами, сублимационная сушка — это метод обезвоживания. Аспект процесса сублимационной сушки, который отличает его от других методов обезвоживания, заключается в том, что обезвоживание происходит, когда продукт находится в замороженном состоянии и под вакуумом. Эти условия стабилизируют продукт, сводя к минимуму последствия окисления и других процессов деградации. Сублимационная сушка широко используется в фармацевтической, а также в других отраслях промышленности и является одной из самых дорогостоящих единичных операций из-за высокого энергопотребления. Консервативные циклы сублимационной сушки приводят к увеличению времени обработки, что увеличивает стоимость производства. Более длительные циклы лиофилизации не считаются оптимальными, так как они часто оказываются менее надежными и имеют повышенный риск отказа оборудования. Циклы сублимационной сушки должны быть оптимизированы, чтобы свести к минимуму время сушки без отрицательного влияния на качество продукта. Поэтому для эксплуатации сублимационных сушилок требуется высококвалифицированный персонал.

Процесс сублимационной сушки был разработан как коммерческий метод, позволяющий сделать сыворотку химически стабильной и жизнеспособной без необходимости охлаждения. Этот процесс был применен к пенициллину и стал признан важным научным методом сохранения биологических препаратов. Сушка вымораживанием также используется в качестве метода консервации или обработки широкого спектра продуктов, таких как фармацевтические препараты, диагностические наборы, восстановление документов, поврежденных водой, осадок из рек, подготовленный для анализа углеводородов, керамика, вирусные или бактериальные культуры, ткани, подготовленные для анализа, производство синтетических кож и реставрация исторических/рекультивированных артефактов. Для процессов переработки растительного и животного сырья с целью создания высококачественных пищевых, косметических и фармацевтических продуктов мы рекомендуем вам холодные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки.

Принцип работы сублимационной сушилки

Любая сублимационная сушилка состоит из трех основных компонентов. Этими компонентами являются камера продукта, конденсатор и вакуумный насос. Каждый компонент жизненно важен для функционирования лиофилизатора. Существует два основных типа камер для продуктов: одна для флаконов и одна для лотков (навалом). Если продукт относительно сложен, химически сложен, подлежит перепродаже или асептической обработке, то система флаконов будет предпочтительнее. Этот метод позволяет операторам полностью контролировать параметры, управляющие процессом сублимационной сушки. Когда продукт обрабатывается в сушилке для флаконов, жидкий продукт разливается во флаконы и загружается на полки лиофилизатора. Там продукт предварительно замораживают до температуры чуть ниже точки замерзания продукта, также называемой точкой эвтектики. Во время первичной сушки вакуумный насос сублимационной сушилки удаляет неконденсирующиеся пары. Эти пары образуются из-за утечек в оборудовании и постоянного выделения неконденсирующихся молекул из продукта по мере прохождения процесса сублимационной сушки. Использование вакуумного насоса создает свободный путь пара для миграции конденсирующихся молекул путем удаления воздуха из камеры.

Независимо от причины использования процесса сублимационной сушки, есть 4 основных шага, которые требуют внимания и/или понимания:

• предварительная обработка;
• замораживание;
• первичная сушка (ледяная сублимация);
• вторичная сушка (десорбция влаги). 

Предварительная обработка перед сушкой

Под предварительной обработкой понимается любой метод «улучшения» продукта перед замораживанием. Это может включать концентрирование продукта, разбавление продукта, пересмотр рецептуры, например, добавление компонентов для повышения стабильности и/или улучшения обработки, уменьшение количества растворителя с высоким давлением паров или увеличение площади поверхности. Во многих случаях решение о предварительной обработке продукта основывается на теоретических знаниях о сублимационной сушке и ее требованиях, определяемых продолжительностью цикла или соображениями качества продукта. 

Замораживание сырья перед сушкой

Замораживание, также называемое предварительным замораживанием, представляет собой замораживание сырья до температуры ниже его «эвтектической точки» или безопасной точки замерзания. Обычно она находится в диапазоне от -40 до -60°C, тогда как в некоторых случаях может опускаться до -60 до -80°C. Во время предварительного замораживания сублимационная сушилка работает как морозильная камера, поскольку вакуум не применяется. Предварительное замораживание также может осуществляться отдельно от сушилки.

Этап замораживания имеет первостепенное значение, так как он определяет морфологию льда и распределение пор по размерам, что необходимо для успешного завершения процесса. Это кажется довольно простым, но зачастую это наименее понятный и малоизученный этап процесса.

Замораживание продукта может привести либо к внезапному затвердеванию жидкости при определенной температуре (эвтектообразователь), либо к жидкости, которая не затвердевает, а становится все более и более вязкой (стеклообразователи). Температура замерзания эвтектикообразователей соответствует тройной точке продукта на фазовой диаграмме. В этом случае продукт замораживается в классическом понимании, и температура должна поддерживаться ниже этого уровня в течение всей первичной обработки. 

Чтобы правильно заморозить продукт, можно использовать термический анализ, чтобы лучше понять его свойства. Термический анализ для обнаружения точки эвтектики можно проводить несколькими способами, но ни один из них не является эффективным на 100%:

• кривая зависимости времени от температуры;
• дифференциальная сканирующая калориметрия;
• криомикроскопия.

Материалы с плохой структурной стабильностью обычно сморщиваются, вздуваются или могут стать гладкими и липкими. Говорят, что такие образцы разрушаются во время сублимационной сушки. Плохая структурная стабильность в сочетании с более длительным временем сушки также приводит к ухудшению качества продукта.

С другой стороны, высокая скорость замораживания приводит к тому, что продукт быстрее

становится неактивным и имеет меньшую кристаллическую структуру, что, в свою очередь, приводит к тому, что он становится более гранулированным и, следовательно, легче восстанавливается.

Ниже приведены некоторые температуры разрушения обычно лиофилизированных продуктов и растворов:

• яблочный сок (-42°C).
• цитратный буфер (-40°C)
• экстракт кофе (-20°C)
• декстран (-9°C)
• фруктоза (-48°C)
• желатин (-8°C)
• глюкоза (-40°C)
• инизитол (-27°C)
• лактоза (-32°C)
• мальтоза (-32°C)
• фосфатный буфер (-80°C)
• сорбитол (-45°C). 

После определения точки замерзания (точки эвтектики) продукта необходимо также определить оптимальную скорость замораживания. Скорость замораживания определяет размер кристаллов. Важно помнить, что, поскольку замороженная жидкость в конечном итоге будет сублимировать из продукта, более крупная кристаллическая структура, возникающая из-за низкой скорости замораживания, приведет к получению более пористого и быстро высыхающего продукта. Как правило, это полезно для оптимизации циклов сублимационной сушки, но может не привести к получению наилучшего продукта с точки зрения регидратации (восстановления). 

С другой стороны, высокая скорость замораживания приводит к тому, что продукт имеет меньшую кристаллическую структуру, что, в свою очередь, приводит к тому, что он лучше восстанавливается в воде.

Эмпирическое правило для замораживания продуктов во флаконах заключается в том, что

флакон с продуктом никогда не должен быть заполнен более чем на половину его объема.  

Первичная сушка при сублимировании продуктов

На этапе первичной сушки лед сублимируется (превращается непосредственно в пар) при сверхнизком давлении, обычно до 0,01 мбар или ниже, в зависимости от температуры предварительного замораживания образца. Движущей силой сублимации является разница давлений, связанная с соответствующей разностью температур между поверхностью льда продукта и поверхностью льда конденсатора. Большие перепады температур означают большие перепады давления, что позволяет ускорить процесс. Вакуум ускоряет процесс, удаляя молекулы воздуха, что позволяет молекулам паров пробы легче перемещаться из пробы через камеру в конденсатор. Как правило, температура полок во время первичной сушки изменяется от –40 до +20°C в течение всего времени процесса, которое может

варьироваться от нескольких часов до нескольких дней. Температура полки косвенно влияет на температуру льда образца за счет проведения тепла (контакт с полкой), а также излучения тепла от полки выше. Из-за низкого уровня молекул воздуха, присутствующих в камере, сильно ограниченное количество нагрева происходит за счет конвекции. Температуру сырья во время сушки контролируют крошечными датчиками, вставленными в пробирки, или лотки.

Признаки завершения первичной сушки

1. Температура продукта равна или очень похожа на температуру полки. Это указывает на то, что между этими точками не происходит теплопередачи и что небольшое количество молекул пара (и связанной с ними энергии) выходит из продукта.
2. Температура конденсатора вернулась к исходному низкому значению. Это указывает на то, что конденсатор больше не улавливает большое количество пара (и связанной с ним энергии), что приводит к повышению температуры.
3. Давление в системе вернулось к исходному низкому значению. Это еще раз свидетельствует о том, что движение молекул пара существенно уменьшилось. 

Чтобы сублимационная сушилка была эффективной, температура конденсатора должна быть ниже температуры продукта. Эта разница в температуре создает перепад давления и результирующую миграцию водяного пара к конденсатору.

На этапе первичной сушки необходимо максимально нагреть продукт (не переходя точку эвтектики), чтобы увеличить перепад давления между продуктом и конденсатором. Это также увеличивает перепад температур между границей раздела лиофилизированного льда

(конденсатор) и ледяным барьером продукта. Однако важно помнить, что ограничения по подводимой теплоте часто обусловлены собственными тепловыми характеристиками продукта. Если продукт имеет эвтектическую температуру -10°C, то продукт можно доводить до температуры приблизительно -15°C. Если конденсатор - 50°C это приведет к гораздо большему перепаду давления (скорости процесса), чем если бы температура продукта оставалась равной -30°C или даже -40°C. Поскольку перепады давления при

очень низких температурах минимальны, дальнейшее снижение температуры конденсатора окажет ограниченное влияние на скорость процесса.

Независимо от используемого метода сублимационной сушки важно помнить, что первичная сушка представляет собой тонкий баланс между подводимой к продукту энергией и перепадом давления, создаваемым между продуктом и конденсатором из-за перепада температур.

Кроме того, первичная сушка обычно является той частью процесса, которая занимает больше всего времени и поэтому подлежит оптимизации. Обычно это делается путем регулировки температуры и давления, чтобы максимально приблизить продукт к условиям его коллапса, но без пересечения границы.

Вторичная сушка при сублимировании продуктов

Когда продукт достигает температуры выше точки эвтектики, обычно начинается процесс вторичной сушки. На этом этапе вакуумный насос создает условия низкого давления, необходимые для удаления растворителей, что часто приводит к тому, что продукт выглядит сухим. Растворитель, удаляемый во время этой стадии десорбции, называется «связанным». Количество связанной или остаточной воды в продукте зависит от времени, в течение которого продукт остается на этапе вторичной сушки.

Удаление контролируется и оптимизируется путем повышения температуры полки до максимально допустимого уровня. Однако она обычно никогда не поднимается выше +42°C, так как биологические образцы содержат белки, которые в результате этого денатурируют.

Вакуум в этой точке очень высок (низкое давление), поскольку молекулы пара отсутствуют или присутствуют очень мало. Эта часть цикла сублимационной сушки обычно составляет менее половины всего цикла, но очень важна для конечного содержания влаги в образце. Для фармацевтических образцов во флаконах требуемый уровень влажности часто близок или ниже 1-3%, чтобы обеспечить максимальный срок хранения. Это может быть достигнуто только за счет использования камер сублимационной сушки, оснащенных укупорочными устройствами для герметизации флаконов, например, резиновыми пробками, которые закрываются под действием вакуума,

или путем выравнивания вакуума в камере инертным газом, например азотом.

Как правило, клеточные культуры, фармацевтические препараты и диагностические наборы подвержены такому низкому уровню содержания остаточной воды. Для проверки содержания остаточной влаги можно использовать такие методы, как тест титрования Карла Фишера или взвешивание образца до и после температурной обработки. С точки зрения восстановления невыгодно стремиться к более низкому уровню остаточной влажности, чем требуется, поскольку это будет становиться все более продолжительным и

трудным.

После того, как определено, что продукт находится в конце своего цикла сушки, его необходимо удалить из сублимационной сушилки. Если используются объемные камеры, систему доводят до атмосферных условий путем «нагнетания» воздуха или азота в камеру перед разгрузкой лотков. Продукт, обработанный таким образом, будет поглощать водяной пар, с которым он вступает в контакт. Следовательно, этот продукт следует перерабатывать или упаковывать в герметичную упаковку как можно скорее.

Цена (стоимость) сублимационной сушилки

Сублимационные сушилки при их довольно низкой производительности - это, пожалуй, самое дорогостоящее оборудование для сушки. Цена бытовых и опытно-промышленных сублимационных сушилок с загрузкой около 9 кг/партия стартут с 340000 руб. Чем больше производительности сублимационной сушилки, тем дороже она вам обойдется. Но спрос на сублимационные сушилки все равно растет, так как требовательные покупатели сушеных продуктов уже распробовали великолепный вкус высококачественных сублиматов и быстро привыкли к хорошему. 

Чем заменить сублимационную сушилку (аналоги)?

Сублимационные сушилки быстро набирают популярность. Их преимущества в получении высококачественных продуктов неоспоримы, так как только лиофильные сушилки позволяют исходную геометрическую форму продукта и получать некоторые продукты с самыми лучшими показателями восстановления в воде. 

У нас вы можете купить сублимационные сушилки, а также их близкие аналоги - холодные атмосферные и вакуумно-импульсные сушилки. 

Вакуумная сушилка для сушки продуктов

Вакуумная сушилка - это оборудование для бережного удаления влаги из различных материалов. При вакуумной сушке температура кипения воды снижается ниже 100°C за счет снижения давления. Если атмосферное давление уменьшить в 100 раз, то температура кипения воды будет около 7°С. Степень вакуума и температура сушки подбираются в зависимости от чувствительности материала к скорости и температуре сушки.

Вакуумная и вакуумно-импульсная сушилка

Классическая вакуумная сушка не является дешевым способом сушки. Конечно, его стоимость сравнима с сублимационной сушкой, но обычно выше, чем у других методов. Поскольку вакуумные сушилки довольно дорогие, они часто используются в качестве этапа досушки (второго этапа сушки). В настоящее время разработаны и успешно эксплуатируются на российских предприятиях пищевой, косметической и фармацевтической промышленное более совершенные вакуумно-импульсные сушилки с меньшей стоимостью процесса сушки. В отличие от классических вакуумных сушилок, потребление энергии в них составляет всего 0,40-0,75 кВт на 1 кг удаленной влаги в зависимости от происхождения высушиваемого материала.

Применение вакуумных сушилок

Вакуумные сушилки применяются для сушки дорогих термочувствительных материалов. Основной целью вакуумной сушки является бережное удаление влаги и получение готовых продуктов с сохраненным исходным химическим составом и без изменения цвета, вкуса и аромата.

Оборудование для вакуумной импульсной сушки используется для производства сухих экстрактов после технологических этапов экстракции и концентрирования эссенций и ароматизаторов. Также их все чаще стали использовать для производства продуктов быстрого приготовления из мясного (мясо, мясо на кости, субпродукты, лакомства для собак и т.д.) и растительного сырья, а также для сушки косточковых фруктов, в которых основным сахаром является сахароза (персик, слива, абрикос). Содержание влаги в продуктах с высоким содержанием влаги при вакуумной досушке сначала снижается до 20%-25% традиционным методом, таким как сушка горячим воздухом, а затем применяется вакуум для снижения влажности до 5%-12%. Вакуумно-импульсные сушилки из-за низкого энергопотребления могут использоваться для осуществления процесса сушки полностью от начала и до конца с максимальной (99,9%) и до минимальной (4%) влажности соответственно.  Если вы хотите купить вакуумную сушилку, то все это нужно учитывать.

Нагрев в вакуумных сушилках

В отличие от вакуумных сушилок, вакуумно-импульсные сушилки могут использовать теплый воздух, как источник нагрева высушиваемого сырья между циклов вакуумирования.

Из-за пониженного давления передача тепла в классических вакуумных сушилках зависит от методов, отличных от конвекции. Излучение и теплопроводность — другие способы; однако теплопроводность может быть неэффективной, поскольку высыхающие материалы сжимаются, уменьшая, таким образом, площадь контакта. Вакуумная сушка не очень распространена в пищевой промышленности из-за высокой стоимости. В мировой практике метод вакуумной сушки применялся для обезвоживания цитрусовых соков, яблочных хлопьев и различных термочувствительных продуктов, в которых важно удержание аскорбиновой кислоты.

Температура сушки в вакуумной сушилке

Продукт сушат в вакууме при низких температурах. Диапазон температур составляет от 15°C до 55°C. Высушенные в ваукуме продукты достаточно гигроскопичны. При упаковке материалов необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы защитить их от впитывания влаги. Этот метод может быть применен как к периодическим, так и к непрерывным системам. В системах периодического действия продукт в лотках высушивается в отделении, где давление поддерживается ниже атмосферного.

В системах непрерывного действия продукт распределяется по ленте из нержавеющей стали и с помощью роликов проходит через вакуумный сосуд. Высушенный продукт собирается на другом конце. Этот метод также используется в сочетании с сушкой предварительно вспененных материалов. 

Вакуумная сушилка

Основная цель вакуумной сушки – обеспечить удаление влаги при температуре ниже точки кипения в условиях окружающей среды. Вакуумная сушка обеспечивает важные преимущества для определенных продуктов с точки зрения конечного качества. Из-за высокой стоимости монтажа и эксплуатации вакуумных сушилок их применяют только для дорогостоящего сырья или продуктов, требующих доведения до предельно низкого уровня влажности без повреждений. Важной особенностью вакуумной сушки является практическое отсутствие воздуха при обезвоживании, и это делает процесс привлекательным для сушки материала, который может испортиться в результате окисления или может быть химически модифицирован в результате воздействия воздуха при повышенных температурах. Речь идет о продуктах, которые могут разлагаться или изменять структуру, консистенцию, внешний вид. Существует множество типов вакуумных сушилок, и вот какие они бывают:

• вакуумно-импульсная паровая лотковая сушилка (преимущество - наиболее универсальный вариант для широкого ассортимента сырья);
• полочная вакуумная сушилка;
• коническая вакуумная сушилка;
• ротационная вакуумная сушилка;
• ленточная вакуумная сушилка.

Все системы вакуумной сушки имеют следующие обязательные узлы:

• вакуумную камеру;
• модуль теплоснабжения;
• вакуумный блок;
• устройство для сбора водяного пара, когда он испаряется из пищевого продукта;

Все вакуумные сушилки также должны иметь эффективные средства передачи тепла продукту, чтобы обеспечить необходимую скрытую теплоту испарения, и средства удаления паров, выделяющихся из продукта во время сушки. Такие осушители должны быть спроектированы так, чтобы создавать и поддерживать вакуум, и они должны быть герметичными. Вакуумная сушилка и связанные с ней сосуды должны иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать перепад давления атмосферы снаружи и поддерживать вакуум внутри.

Полочная вакуумная сушилка

Вакуумная полочная сушилка, самый простой тип вакуумной сушилки, состоит из вакуумной камеры, содержащей ряд полок, расположенных для подачи тепла к продукту и для поддержки лотков, на которые продукт загружается в камеру. Полки могут нагреваться электрически или чаще за счет циркуляции по ним нагретой жидкости. Полки с подогревом называются плитами, и они передают тепло высушиваемому сырью, находящемуся с ними в контакте, путем теплопроводности. Когда несколько полок расположены одна над другой, они также излучают тепло на сырье, находящееся на нижней полке. Скорость теплопередачи в этом типе оборудования низкая по сравнению с сушилками, в которых сушильный материал перемещается или перемешивается каким-либо образом.

Создание вакуума производится вакуумным насосом или паровым эжектором. Другой важной частью вакуумной сушилки с вакуумным насосом является конденсатор с холодными стенками, который собирает водяной пар. Он может быть расположен внутри или снаружи вакуумной камеры, но должен располагаться перед вакуумным насосом, чтобы предотвратить попадание водяного пара в насос. Для создания вакуума также можно использовать паровой эжектор. Это своего рода аспиратор, в котором струя пара с высокой скоростью проходит через отверстие, всасывая воздух и водяной пар из вакуумной камеры. В установках с паровым эжектором конденсатор не нужен, так как паровой эжектор может конденсировать водяной пар, всасываемый вместе с воздухом из вакуумной камеры.

Полочная сушилка подходит только для работы в периодическом режиме. Оборудование легко обслуживать и оно отлично подходит для работы в условиях высокого вакуума. В сушилке этого типа можно обрабатывать широкий спектр фруктовых продуктов — жидкости, пасты, порошки, отдельные частицы, кусочки, ломтики и дольки.

Коническая вакуумная сушилка

Коническая вращающаяся вакуумная сушилка представляет собой сушилку периодического действия. Вращение сосуда обеспечивает очень мягкое скольжение продукта по внутренним стенкам сосуда, снабженного рубашкой для циркуляции горячей воды, пара или другого теплоносителя. Скользящее движение приводит к тесному контакту продукта с теплообменной поверхностью. Движение продукта обеспечивает равномерную температуру по всей его массе. Этот тип осушителя подходит для порошков или отдельных частиц при условии, что они не склонны образовывать комки или прилипать к стенкам сосуда, препятствуя тем самым теплопередаче и сушке.

Ротационная вакуумная сушилка

Ротационная вакуумная сушилка, очень эффективная сушилка, имеет горизонтальный стационарный цилиндрический сосуд с рубашкой для теплоносителя. Устройство может работать только в периодическом режиме. Он может работать с широким спектром продуктов и подходит для работы в условиях высокого вакуума.

Вакуумная ленточная сушилка

В ленточной вакуумной сушилке может быть достигнута непрерывная работа в вакууме. Этот тип сушилки состоит из горизонтальной резервуарной камеры, в которой есть одна или несколько конвейерных лент. Камера подключена к системам создания вакуума и конденсации влаги. Соответствующие изолирующие запирающие устройства на концах загрузки и разгрузки обеспечивают непрерывный поток материала через сушилку. Ряд инфракрасных нагревательных панелей или плит с подогревом расположен над, а иногда и под конвейером для подачи тепла. Эффект опрокидывания создается на конце каждой конвейерной ленты, когда система с несколькими конвейерными лентами используется для обеспечения воздействия источников тепла на каждую сторону частиц по мере их прохождения через сушилку. Вакуумная ленточная сушилка непрерывного действия особенно подходит для сушки кусочков фруктов, гранул, и отдельных частиц в относительно высоком вакууме. Капитальные затраты на это оборудование намного больше, чем на сушильную серийную установку аналогичной мощности.

Осмотическая сушка 

Осмотическая сушка – это процесс обезвоживания нарезанных кусочков фруктов, которые подвергают воздействию концентрированного сахарного сиропа (сухого сахара) или соли для удаления воды из фруктов путем осмоса. Таким образом можно удалить более 50% первоначального веса фруктов в виде воды. Частично обезвоженный кусочек фрукта затем дополнительно сушат с помощью других методов обезвоживания - чаще всего, но не обязательно в вакуумной сушилке с полками - до низкого содержания влаги. Эта двухступенчатая комбинация осмотической и вакуумной сушки называется процессом «осмовак».

Высокая концентрация сахара, окружающего кусочки фруктов, предотвращает ферментативное потемнение фруктов, что позволяет производить сухой продукт хорошего цвета с небольшим содержанием SO2 или других восстановителей или без них. Такие фрукты, как яблоки, персики, бананы сушатся таким способом со значительно улучшенным вкусом и прекрасным цветом. Кроме того, интересная получается с помощью технологии осмовака и применения небольшого количества SO2 или его отсутствия.

Преимущества и недостатки осмотической сушки

Метод осмотической сушки с последующей сушкой в вакууме имеет следующие дополнительные преимущества:

• сокращение времени, в течение которого продукт подвергается воздействию высокой температуры;
• минимизация теплового повреждения цвета и вкуса;
• использование сахарного сиропа в качестве осмотического агента снижает потери свежести, фруктового вкуса;
• часть фруктовой кислоты удаляется путем осмоса, который в сочетании с остаточным сахаром после осмотической обработки дает более мягкий и сладкий продукт, чем обычные сухофрукты.

Однако снижение кислотности и добавление сахара могут быть неблагоприятными для некоторых продуктов.

Определены некоторые химические изменения, происходящие в ломтиках яблок, высушенных осмоваком. Соотношение сахара и кислоты в конечном продукте увеличивается в три раза по сравнению с исходными яблоками. Однако осмовак-высушенные яблоки обладают приятным сладким вкусом, подходящим для закусок или компонентов хлопьев для завтрака.

Имеются недостатки процесса осмовака:

• стабильность при хранении может измениться для некоторых продуктов из-за развития прогорклости в продуктах, обработанных сахаром и высушенных до низкого уровня влажности;
• стоимость процесса, включая нерешенную проблему утилизации избыточного раствора сахара;
• склеивание обработанных сахаром кусочков фруктов в большие гроздья, которые трудно разделить без образования большого количества мелких частиц.

Оборудование для вакуумной сушки

Каждый из нас может вспомнить солнечный день с ветреной погодой, когда белье быстро сохнет, в то время как пасмурный день с влажной погодой затрудняет сушку белья. На производстве это  недопустимо, и для сушки влажного сырья в промышленных условиях требуется система, которая будет обеспечивать эффективную сушку в любую погоду, чтобы поддерживать производство качественных сушеных продуктов и ритмичность производства на проектном уровне при любых обстоятельствах.  Для такой сушки с высокой эффективностью необходим метод вакуумной (или холодной атмосферной) сушки. Используйте оборудование для вакуумной сушки и легко решайте задачи обезвоживания овощей, ягод, фруктов, мяса, сыра, меда, готовых блюд, пищевых и косметических ингредиентов и многого другого сырья до состояния хрусткости.  

Сушка горячим воздухом и вакуумная сушка?

Что такое сушка горячим воздухом? Привычная всем сушка сильно нагретым воздухом называется конвективной горячей сушкой, при которой следующие условия являются критическими для быстрой сушки:

• высушиваемое сырье нагревается.
• воздух продувает сырье (дует ветер).
• влажность воздуха низкая.

Качество сушки определяется разностью парциального давления водяных паров (или разностью плотности) у поверхности сырья и воздуха. Чем выше температура поверхности или чем ниже влажность осушительного воздушного потока, тем выше разница парциального давления водяных паров (разница плотности). Эти два условия являются факторами, которые увеличивают разницу в парциальном давлении водяного пара. Однако температура объекта снижается из-за скрытой теплоты влаги, которая покидает сырье, пока оно сохнет. Падение парциального давления водяного пара вызывает меньшую разницу между парциальным давлением водяного пара и воздуха, что затрудняет сушку. В бытовом примере сушки белья солнечные лучи обычно без проблем согревают белье в солнечные дни. Системы для промышленной сушки пищевых продуктов обычно используют тепло от теплого воздуха или воздуха, подогретого нагревателем, чтобы предотвратить падение температуры и ускорить высыхание объекта. Еще этот метод высушивает влагу с поверхности объекта. Для сушки пористого предмета напитанного влагой, например губки, требуется время, чтобы дождаться, пока влага, находящаяся внутри, просочится на поверхность и испарится, что удлиняет время до полного высыхания.

Что такое вакуумная сушка?

Метод сушки, при котором подлежащий сушке объект помещается в закрытый контейнер для выпуска воздуха и снижения давления с помощью вакуумного насоса для искусственного увеличения перепада парциального давления водяного пара, называется вакуумной сушкой. Метод вакуумной сушки позволяет высушить предмет при температуре 45ºC в 5-7 раз быстрее, чем при сушке горячим воздухом. Вакуумная сушка выполняется в закрытом контейнере, так что она не получает постоянного притока тепла, подаваемого солнцем, излучателем или теплым воздухом. Метод требует лишь некоторого подогрева в межцикле или во время вакуумирования, чтобы предотвратить падение температуры объекта сушки, сопровождающееся испарением влаги. 

Вакуумная сушка заставляет давление в узких зазорах и капилярах сырья уменьшаться, что позволяет влаге быстрее испаряться. Кроме того, влага, попавшая в узкие зазоры в результате толчков, может выйти наружу, если только температура внутри сушильного объекта не упадет чрезмерно, что еще больше ускорит сушку. Таким образом, использование насоса с объемом, достаточным для отвода испаряемой влаги для вакуумной сушки, позволяет полностью и равномерно высушить любое пористое или даже вязкое пастообразное сырьё даже изнутри.

Однако, несмотря на преимущества равномерной сушки даже изнутри пористого объекта или более быстрой сушки, чем сушка теплым воздухом, скорость сушки определяется температурой, при которой уравновешивается количеством энергии, удаляемой при испарении, и поступающей энергией. В случае пористых или порошкообразных объектов с низкой теплопроводностью при повышении температуры поверхности от метода нагрева внутренняя температура не повышается, что задерживает высыхание в центре. Таким образом, сушка пористого материала с низкой теплопроводностью может привести к полному высыханию поверхности методом вакуумной сушки, но не к полному высыханию внутренней части. Использование наших технологий вакуумно-импульсной сушки позволяет решить и эту задачу. У нас вы можете купить вакуумную сушилку любого типоразмера под любые производственные задачи.