Оборудование для вакуумной сублимационной сушки

Сублимационное высушивание как технология консервирования биообъектов в щадящих температурных режимах нашла достаточно широкое применение в европейских странах, США, Китае. Сублимационную сушку используют в пищевой промышленности, в производстве широкого спектра лекарственных средств, ферментов, заквасок и т. д.

В мире сформировались и успешно работают крупные фирмы, выпускающие установки для сублимационной сушки. Примерами являются: «Вакутек», «Кляйн» (Германия), «Хето» (Дания), «Киова» (Япония), «Стокс» (США), «Юзифруа» (Франция) и др.

В России и странах СНГ сублимационная сушка наиболее широко применяется в медицинской промышленности. По нашим оценочным данным, в отраслях производства лекарственных препаратов для людей и животных эксплуатируется порядка тысячи сублимационных установок, преимущественно изготовленных в бывшей ГДР. В системе станций переливания крови работают несколько сотен сублимационных установок, выпущенных в бывшей Чехословакии. В пищевой промышленности России, Белоруссии, Молдавии эксплуатируются сублимационные установки производительностью 200−400 кг сырья (цикл сушки), изготовленные в единичных экземплярах отечественными заводами. По своей конструкции (форма и размер сушильной камеры, десублиматора, способу энергоподвода к объекту сушки, удельным энергозатратам, удельным параметрам и т. д.) и техническим параметрам эти установки все разные. Проектировались и изготовлялись они также на различных предприятиях, имеющих свои взгляды на эту проблему. Стоимость выпускаемых импортных установок весьма высока. Так, в 2000 году ведущие западные фирмы предлагали установки производительностью порядка 50—70 кг/цикл сушки по цене 120—150 тыс. долларов США. Поскольку номенклатура выпускаемых импортных изделий довольно быстро меняется, их просто снимают с производства через 5−6 лет. Все вышеизложенное делает чрезвычайно актуальной и экономически целесообразной проблему создания отечественной техники для сублимационной сушки.

При разработке нового оборудования решались задачи обоснованного выбора технических характеристик сублимационных установок, формирование их параметрического ряда, изготовление и испытание головных образцов.

Важнейшим показателем является площадь загрузки рабочей камеры, непосредственно связанная с производительностью каждого цикла сушки. На первом этапе практиками проведен анализ конструктивных особенностей сублимационных установок, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами. По своему функциональному назначению сублимационные установки можно разделить на три большие группы.

Во-первых, это оборудование для лабораторных исследований. Его характеризуют небольшая (1−5 кг) загрузка, высокая степень оснащенности приборами для контроля всех параметров процесса и объектов высушивания, возможность точного регулирования режима работы систем холодоснабжения и вакуума, возможность визуального контроля хода процесса, в том числе с использованием микротелекамер.

Вторая, наиболее многочисленная по типам моделей группа — это установки для предприятий медицинской и микробиологической промышленности. Загрузка высушиваемого материала в эти установки обычно на уровне 20−75, иногда 100 кг. Общей особенностью является сушка в условиях кондуктивного теплоподвода. Объекты сушки (чаще всего в ампулах или флаконах различной емкости) размещаются в противнях, устанавливаемых в свою очередь на горизонтальных плитах, смонтированных в объеме сушильной камеры в виде этажерки. Температура плит может изменяться в диапазоне от минус 30—40^вС на этапе замораживания и начала сушки, до плюс 55−80°С к ее завершению. Температура десублиматора — порядка минус 50−60°С. Рабочая сушильная камера имеет прямоугольную, реже — круглую форму. Десублиматор, как правило, выносной, отделяемый от основной рабочей камеры посредством вакуумной задвижки с рабочим сечением 250−400 мм. Холодоснабжение десублиматора и полок автономное, от холодильных машин, входящих в состав сублимационной установки. Как уже отмсчалось, установки этого класса выпускаются серийно всеми фирмами, специализирующимися на оборудовании для сублимационной сушки.

Третья группа установок предназначена для сушки пищевых продуктов массового спроса. Количество загружаемого в каждую рабочую камеру сырья составляет обычно от 300-^500 до 1000 кг. Характерной особенностью этих установок является радиационный подвод энергии к объекту сушки. При этом нагревающие элементы стационарно монтируются в корпусе рабочей камеры, а высушиваемый продукт — на этажерках (транспортерах, подвесных люльках и т. д.) вводится в зазор между рядами верхних и нижних нагревателей. Десублиматоры могут быть как встроенными, так и выносными.

Каждый из вариантов размещения десублиматоров имеет свои достоинства. Холодоснабжение десублиматоров обычно централизованное, от общей сети хладоснабжения предприятия. Типичным примером является сублимационная установка мясоконсервного комбината в г. Орша. Загрузка сырья — примерно 1 т, рабочая камера цилиндрической формы со встроенным десублиматором. Холодоснабжение — от общей системы холодообеспечения низкотемпературных камер замораживания мяса. Еще одним примером является цех сублимационной сушки овощеконсервного комбината в п. Детчино Калужской области. Цех укомплектован 4 установками с единовременной загрузкой сырья по 1 т в каждую установку. Производство является самым крупным в России и СНГ. Следует отметить, что сублимационные установки этих двух предприятий состоят только из отечественных комплектующих изделий. Из зарубежных фирм наиболее современными являются крупные сублимационные установки датской фирмы «ATLAS». Таким образом, по количеству загружаемого в сублимационную установку сырья и соответствующей этой загрузке рабочей площади полок сублимационные установки периодического действия можно разделить на три большие группы:

• • лабораторные установки для проведения экспериментальных исследований. Загрузка 1−5 кг (площадь полок 0,3—1 м²);
• • установки для медицинской и микробиологической промышленности, для выработки опытно-промышленных партий пищевых продуктов. Загрузка высушиваемого материала — 20−75, реже 100 кг (общая площадь полок — 2−7 или 10 м²);
• • установки для сушки в промышленных масштабах пищевых продуктов, кофе, грибов. Загрузка от 300−500 кг до 1 т в каждую установку, что соответствует рабочей площади 30−50 и 100 м².

Установки второй группы представляют собой наибольший практический интерес для отечественного производства. Причиной являются уже сформировавшиеся традиционные области их применения в медицинской и микробиологической промышленности, новые перспективные (для отечественного производства) области применения сушка лекарственных трав и экстрактов из них, эндокринно-ферментного сырья животного происхождения; компактные и мобильные по возможностям смены ассортимента пищевые производства, создаваемые на базе 2−4 сублимационных установок этой группы. Перечень можно продолжить примерами использования этих установок для сушки таких экзотических объектов, как пчелиное молочко и фермент сока папайи. Такие производства созданы нами соответственно в Краснодарском крае (агрофирма «АПИЛАК») и в Республике Эквадор.

На основе анализа технических параметров и особенностей конструкций импортных сублимационных установок, опыта их промышленной эксплуатации авторами совместно со специалистами НПО «ВАКУУММАШ» (г. Казань) был разработан параметрический ряд отечественных установок для сублимационной сушки. Каждая из моделей изготовлена в металле, прошла заводские испытания. Это оборудование сегодня вполне может быть использовано в отечественном промышленном производстве, так как по своим техническим параметрам оно сопоставимо с импортными аналогами, при этом стоимость каждой модели в несколько раз ниже. Рассмотрим более подробно их конструкцию.