Контрольная работа: Использование сублимации в пищевой промышленности
Испарение остаточной адсорбционно связанной влаги - это удаление части влаги, которая не замерзает даже при очень низких температурах. При этом температура материала быстро повышается.
Между сушилкой и вакуум-насосом устанавливается конденсатор, охлаждаемый холодильным агентом, например, аммиаком до температуры более низкой, чем температура сублимации. Вследствие этого парогазовая смесь из сушилки непрерывно поступает в конденсатор, где основная масса пара замораживается на теплопередающих стенках, а газы и частично пары воды отсасываются вакуум-насосом в атмосферу. Установка снабжается двумя конденсаторами, которые попеременно размораживаются при подаче пара или воды.
Несмотря на применение низкотемпературного теплоносителя (40 - 60оС), суммарный расход энергии на молекулярную сушку велик. Поэтому она применяется, когда высушиваемый материал (пенициллин, стрептомицин и другие медицинские препараты, плазма крови и др.) должен продолжительно сохранять биологические свойства.
Рисунок 2. Схема сушилки для сублимационной сушки продуктов
Для получения 1 кг сухого продукта необходимо высушить 10 кг сырья. Затраты на традиционную атмосферную сушку в два раза меньше затрат на сублимацию.
2. Материальный и энергетический баланс процесса выпаривания
Выпаривание, концентрирование растворов (чаще всего твёрдых веществ в воде) частичным испарением растворителя при кипении. При этом повышаются концентрация, плотность и вязкость раствора, а также температура его кипения. При пересыщении раствора растворённое вещество выпадает в осадок. Температура кипения растворов всегда выше температуры кипения растворителей; разность между ними, называется температурной депрессией, растёт с увеличением концентрации растворённого вещества и внешнего давления.
В. производится за счёт подводимого извне тепла: при температуре ниже 200°C теплоносителем является водяной пар, выше 200°С - высококипящие жидкости (дифенильная смесь, масло) и топочные газы. Обогрев производится через стенку аппарата, а при сильно агрессивных средах - барботажем пузырьков газа сквозь раствор или распылением последнего в струе газа. [2]
В. ведут при атмосферном, пониженном или повышенном давлении. В большинстве случаев экономически выгодно работать под давлением выше 0,1 Мн/м2 (1 кгс/см2), так как в этом случае можно использовать вторичный пар для обогрева других аппаратов. При работе с термически нестойкими веществами пользуются вакуум-выпаркой, что позволяет снизить температуру кипения растворов и уменьшить поверхность нагрева (вследствие увеличения разности температур между нагревающими агентами и кипящим раствором). Вакуум в аппаратах создаётся конденсацией вторичного пара и отсасыванием вакуум-насосом несконденсировавшейся паровоздушной смеси. Полный расход тепла на стадии выпаривания можно определить из уравнения теплового баланса: [4]
Qв расход тепла на выпаривание,
сnt`kGn - расход тепла в начале выпаривания
Wib - тепло с водяным паром,
ckt``kGk - тепло в конце стадии выпаривания (расход тепла на выпаривание смеси от начальной температуры кипения t`k до конечной t``k)
Основные уравнения материального баланса:
где 
- массовые расходы начального и конечного раствора, кг/с;
хнач , хкон - массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе;
W - массовый расход выпариваемой воды, кг/с:
Уравнение теплового баланса выпарного аппарата:
Q = Qнагр+ Qисп+ Qпот, (3)
где Q - расход теплоты на выпаривание, Вт;
Qнагр - расход теплоты на нагрев раствора до температуры кипения, Вт;
Qисп- расход теплоты на упаривание раствора до конечной концентрации, Вт;
Qпот - расход теплоты на компенсацию потерь в окружающую среду, Вт;
Существует более 80 разновидностей выпарных аппаратов с паровым обогревом. В малотоннажных производствах обычно применяют вертикальные и горизонтальные цилиндрические выпарные аппараты с обогревом змеевиками или нагревательными рубашками; в крупнотоннажных производствах - аппараты с внутренними и выносными нагревательными камерами (рис.1), плёночные аппараты, в которых струя пара увлекает вверх тонкую плёнку раствора, в результате чего создаются благоприятные условия для В., и аппараты с принудительной циркуляцией (рис.2). Последние применяют при необходимости предотвратить осаждение солей на поверхности нагрева, а также при упаривании вязких растворов.
В однокорпусных аппаратах расход греющего пара составляет 1,2-1,25 кг на испарение 1 кг воды. Значительно экономнее многокорпусные выпарные установки, из которых наиболее распространены прямоточные (рис.3); в них слабый раствор и греющий пар, движущиеся в одном направлении, последовательно поступают в выпарные аппараты. В последнем аппарате, присоединённом к барометрическому конденсатору и вакуум-насосу, создаётся разрежение, вследствие чего давление и температура кипения раствора постепенно понижаются от первого корпуса к последнему; благодаря этому осуществляется переток раствора и его испарение при обогреве вторичными парами. В противоточных установках раствор и греющий пар движутся навстречу друг другу, при параллельном питании слабый раствор подаётся одновременно во все корпуса.
На практике число корпусов редко бывает больше пяти, так как дальше полезная разность температур становится очень малой. Расход греющего пара на испарение 1 кг выпариваемой воды составляет для трёхкорпусной установки 0,4 кг, а для пятикорпусной 0,25-0,28 кг. Многокорпусные выпарные установки широко применяются в многотоннажных производствах, потребляющих большое количество греющего пара (например, производство сахара). [6]