Обезвоживание вакуумом

01.03.2022

Сегодня без процессов обезвоживания под вакуумом жидких веществ не обойтись. Причем в целом ряде отраслей производства. Как правило, подобной сушке подвергаются термолабильные материалы и вещества большой начальной влажности, которые имеют различную вязкость, плотность и прочие свойства. Сушильное оборудование представлено сушилками разной конструкции. Технологический процесс в таких установках протекает под вакуумом.

Вакуумное обезвоживание – общепризнанная технология достижения сохранности нативных свойств пищевых продуктов, экстрактов трав, ферментов и продуктов тонкой химии. Это эффективный инструмент, который обеспечивает не только экобезопасность процесса, но и экологическую чистоту самого продукта, который получается в ходе переработки. Однако при всех преимуществах обезвоживания вакуумом основными недостатками данной технологии являются сравнительно высокие энергозатраты и длительность процесса.

Сферы применения

Процесс низкотемпературного обезвоживания веществ (НОВ) нашел применение во многих отраслях, в которых используются внушительные объемы воды, получают отходы с содержанием влаги до 99 %. В электронике это отходы «мокрой» технологии, процессов фотолитографии, производства печатных плат и т.п. Такие отходы имеются в отраслях медицинской, пищевой, химической промышленностях, а также при переработке всех видов шламов, включая промышленные и бытовые.

Способы обезвоживания

Перспективным направлением повышения эффективности процесса обезвоживания является применение в рамках технологического цикла комплексных систем удаления влаги, использующих различные физические процессы. При этом каждый из процессов имеет свои преимуществ и недостатки.

Перечислим основные физические процессы обезвоживания:

Механический – за счет центрифугирования, прессования, фильтрации. Данные методы используют для предварительного обезвоживания, если полного влагоудаления не нужно. Основное преимущество данного способа – скорость. Недостаток – большой процент оставшейся влаги.
Физико-химический – за счет поглощения влаги различными веществами (кислотой или хлористым кальцием). Данный процесс весьма сложен. Его используют для удаления влаги из газов.
Тепловой – за счет испарения, выпаривания. Метод используется в случае, если требуется удалить влагу до 99 %, это его основное преимущество. Недостатки – высокое энергопотребление, длительность, а так же возможность разрушения или частичной потери свойств вещества из-за высокой температуры. Рассмотрим этот процесс подробнее.

Именно процесс устранения влаги из исходного сырья с применением тепловой энергии для влагоиспарения и отведения паров и называется сушкой. Поскольку сушка представляет собой диффузионный процесс, его интенсивность зависит непосредственно от такого показателя, как сопротивление диффузии устраняемой влаги. На процесс большое влияние оказывает характер связи поглощаемой влаги с веществом, которое подвергается данному процессу. Связь количественно характеризуется таким показателем, как свободная энергия. По ним понимают работу отрыва одного моля воды, которая протекает без изменения состава вещества. Чем больше будет энергия связи, тем надежнее материал связан с водой.

Так как при этом требуется много теплоэнергии и стоит это недешево, поэтому перед сушкой снижают влажность материала механическими способами. Такой подход позволяет сэкономить немало средств.

Обезвоживание некоторых веществ органического происхождения должно осуществляться при низкой температуре, поскольку несущественное ее повышение приводит к значительному ухудшению их характеристик. Именно для этих целей и используется процесс низкотемпературного обезвоживания. Так как с падением давления обычно резко возрастает интенсивность испарения (благодаря повышению коэффициента массового обмена), это и позволяет значительно снизить температуру сушки. НОВ осуществляется при работе в пределах температур от 30 до 80 °C с сохранением биологически ценных качеств продукта. НОВ снижает потери тепла, позволяя улавливать пары, которые выделяются из материала. Оборудование также используют для осушения взрывоопасных веществ.

Подбирая терморежим для НОВ, следует отметить, что с повышением температурных показателей нагрева увеличивается тепловая емкость.

Температурные показатели

Тепловая емкость воды в пределах от 37 до 160 °C повышается, а в диапазоне от 0 до 37 °C, наоборот, снижается. Поэтому все органические вещества сохраняют свои качества в пределах от 35 до 45 °C. Чтобы сохранить свойства органики, лучше работать в данном диапазоне. Хотя сушка при таком температурном диапазоне происходит медленно.

Виды вакуумных сушилок

Ввиду разнообразия условий различают несколько типов вакуумных сушилок. Их объединяют в группы по двум основным факторам:

Давлению, при котором осуществляется сушка. Сушильное оборудование бывает следующих видов:
- вакуумное агрегаты с рабочим давлением 60-80 кПа;
- вакуумные агрегаты с рабочим давлением 4-60 кПа. Этот диапазон соответствует НОВ;
- вакуумное агрегаты с рабочим давлением менее 4 кПа. Этот диапазон соответствует сублимационной сушке.
Типу процесса:
- периодический;
- непрерывный.

Оборудование, в котором реализуется НОВ – процесс разделения исходного материала происходит в температурном диапазоне от 25 °C до 85°C на три компонента: воду влажности до 1%, сухое вещество и несущественный экобезопасный выхлоп. Использование такого диапазона температур позволяет произвести обеззараживание начального продукта и устраняет эффект разложения углеводородистых соединений. Сконденсированная вода, которая получается при НОВ, по своему составу чище водопроводной.

В оборудовании сублимационной сушки процесс осуществляется при давлении порядка 10-12 мм ртутного столба. При этом свободная влага материала замерзает, причем плавления при последующем испарении не происходит. Влагоудаление происходит путем эффузии.

Жидкость находится в замороженном состоянии, она удаляется при превращения ее в пар. Сублимация льда по окончанию процесса НОВ заканчивается. Далее процесс НОВ идет при повышении температурных показателей (выше 0°C). То есть сублимационная сушка состоит из сублимации льда, испарения влаги внутри тела и связанной воды.

Какие задачи решает технология вакуумной сушки

Рассмотрим на примере переработки птичьего помета в эффективное органическое удобрение. Данный процесс значительно усложняется в связи с несовершенством утилизации помета. Обычно в него поступает вода из гидросмыва и поилок. Повышенная влажность убираемого помета (до 90 % и выше) способствует размножению бактерий, что приводит к образованию аммиака. Чтобы этого не происходило, помет нужно обрабатывать сразу, не подвергая его чрезмерному увлажнению.

На курином помете отработаны технологические режимы НОВ, которые обеспечивают безопасность как самого процесса сушки, так и сухого продукта с конденсатом. Обезвоженный помет птицы подходит для производства электрической энергии в пиролизных установках или парогенераторах. Сухой, лишенный запаха, помет не уступает органическому удобрению – «гуано». В его составе – повышенное содержание калия, азота и прочих элементов. Отказ от применения удобрений с последующим использованием органических веществ значительно повышает конкурентную способность сельхозяйственной продукции и урожайность до 40 %.

Также с помощью технологии низкотемпературного обезвоживания осуществляется сушка молочной сыворотки. В результате этого процесса получается белково-витаминный концентрат, который содержит биоконсерванты, тем самым превосходя по микробиологическим характеристикам и стоимости многие иностранные аналоги. Переработка сыворотки решает важнейшую экопроблему, поскольку очистка 1 куб. м. сыворотки сопоставима с очисткой 400 куб. м. канализационных стоков.

Используя технологию низкотемпературного обезвоживания, становится возможным исключение потерь биологически ценных компонентов, полное сохранение органической составляющей исходного сырья, а также повышение экономичности процесса.

Один из альтернативных способов снизить риск термической деструкции осушаемого продукта – резко уменьшить время воздействия высокой температуры. Реализовать данный принцип позволяют распылительные сушилки. Компания Мида – лидер поставок промышленных распылительных сушилок в России.

Прочитать статью "Технология и принцип работы распылительной сушилки"

Сушильное оборудование от компании «Мида»

Наша компания специализируется на подборе и поставке сушильного оборудования. В нашем каталоге Вы найдете разные виды и модели оборудования от ведущих производителей. Специалисты компании «Мида» помогут выбрать подходящее решение для Ваших производственных задач. Для получения консультации отправьте запрос через специальную форму на нашем сайте, позвоните +7 (495) 145-06-01 или напишите на info@mida.ru.

Перейти в каталог