Физические представления о сублимации продуктов

Сублимационной сушкой называют удаление влаги из замороженных материалов путем возгонки льда непосредственно из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Далее рассмотрим физические представления о сублимации продуктов. Для осуществления такого перехода парциальное давление водяного пара над сушимым материалом должно быть ниже давления тройной точки. Параметры тройной точки чистой воды следующие: температура 0°С, давление 610,5 Па (4,58 мм рт. ст.). В воде, содержащейся в продуктах питания, растворены различные соли и минеральные вещества, поэтому температура её замерзания и равновесное давление водяного пара ниже, чем для чистой воды. Соответственно для сублимации льда, образующегося в реальных продуктах питания, парциальное давление пара составляет 40—133 Па (0,3—1,0 мм. рт. ст.). Этот процесс называют атмосферной сублимационной сушкой, так как он происходит в естественных условиях при атмосферном давлении в среде холодного и сухого воздуха относительной влажностью менее 100% (например, высушивание рыбы на морозе в солнечные дни). Однако такой процесс очень длителен. Известны результаты исследований, направленных на интенсификацию процесса атмосферной сублимационной сушки в промышленных аппаратах путем использования лучистого подвода теплоты к сушимому продукту, обдуваемому холодным воздухом или инертным газом, а также путем организации процесса высушивания гранулированного продукта в кипящем слое. Такие аппараты могут найти применение, например, в районах Крайнего Севера при наличии в достаточном количестве атмосферного холодного воздуха пониженной влажности или при высушивании продуктов непосредственно в морозильных камерах холодильников.

Интенсивность процесса сублимации продуктов существенно повышается при понижении давления в сушильной камере, т. е. при реализации процесса в условиях вакуума. Поэтому в промышленности процесс сублимационной сушки осуществляется именно в вакуумных установках, в которых парциальное давление обычно не превышает 70 Па (0,5 мм рт. ст.).

Вакуум-сублимационной установкой называют комплекс технологического оборудования, предназначенный для удаления из объекта обработки легколетучего компонента путем его перехода из твердого состояния в парообразное (минуя жидкую фазу) в условиях вакуума. Установки такого типа используют в химической промышленности для осуществления процессов разделения, а в биологической, медицинской и пищевых отраслях — для консервирования скоропортящихся продуктов посредством удаления части содержащейся в них влаги.

Современная вакуум-сублимационная установка включает сушильную (сублимационную) камеру, в которой расположены объект сушки (продукт) и средства энергоподвода, десублиматор с искусственно охлаждаемой поверхностью, на которой осаждается (десублимирует) удаленный из материала водяной пар, вакуум-насосы, создающие рабочий вакуум в сублимационной камере и непрерывно эвакуирующие из нее неконденсирующиеся газы, а также средства контроля и регулирования процесса сушки. Можно рассматривать процесс сублимационной сушки продуктов питания как организованное изменение влагосодержания сырья от исходного начального Uн до заданного конечного Uк при соблюдении ряда ограничений, обусловленных технологическими требованиями, предъявляемыми к качеству готового продукта сублимации. Для обеспечения этого изменения влагосодержания объекта сушки от Uн до Uк предназначены три основные системы сублимационной установки: энергоподвода (теплоподвода); откачки или сорбции водяного пара и газов, а также система управления процессом. Первые две системы составляют энергетический комплекс сублимационной установки, последняя система осуществляет функции контроля и управления процессом сушки. Система энергоподвода компенсирует затраты энергии при фазовом превращении в пар содержащейся в материале влаги. Вторая система предназначена для эвакуации образующегося пара, а также воздуха, выделяющегося из продукта и натекающего через неплотности камеры из окружающей среды. Не умаляя важной роли этой системы, можно утверждать, что развитие сублимационной техники в достаточно большой степени определяется в основном существенными усовершенствованиями именно системы энергоподвода.

Исходя из физических представлений о сублимации продуктов и происходящих в сублимационной установке процессов тепло- и массопереноса, которые характеризуются большой сложностью, и недостаточной изученности их механизма, стоит подробнее рассмотреть процесс сублимации как с позиций молекулярных теорий, так на континуальном уровне, когда объект исследования (продукт) представлен в виде сплошной среды.

Материал подготовлен по книге: Камовников Б. П. и др. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов (Основы теории, расчет и оптимизация) /Б. П. Камовников, Л. С. Малков, В. А. Воскобойников. — М.: Агропромиздат, 1985 — 288 с.