Процесс сублимационной сушки продуктов физически состоит из двух основных этапов (замораживание и сушка продукта) и этапа досушивания. Первый этап это замораживание продукта при температуре ниже его точки затвердевания. Второй этап - сублимирование, удаление льда или кристаллов растворителя при очень низкой температуре, то есть непосредственно сушка продукта. При этом значительное влияние на качество сухопродукта и на время, требующееся для сушки, имеет этап заморозки. Чем быстрее и глубже замораживается продукт, тем менее крупные кристаллы льда образуются в продукте, тем быстрее они испаряются на втором этапе сушки продукта и тем выше качество получаемого продукта. Так как удаление основной массы влаги из объектов сушки происходит при отрицательных температурах (-20...-30 градусов Цельсия), а их досушивание осуществляется также при щадящем (не выше +40 градусов) температурном режиме, то в результате достигается высокая степень сохранности всех наиболее биологически ценных компонентов исходного сырья.
Наибольшее применение сублимационная вакуумная сушка получила в технологиях производства лекарственных препаратов, ферментов, заквасок, экстрактов лекарственных трав и других объектов, которым требуется обеспечить сохранность в сухопродукте всех полезных составляющих сырья в течение длительных периодов времени. Сублимационная сушка продукта является одним из самых современных методов обратимого консервирования микроорганизмов и биопрепаратов, который обеспечивает наилучшее качество сухопродукта и высокую восстанавливаемость лактобактерий при минимальной продолжительности процесса и, соответственно, минимальных затратах.
Поскольку конечная влажность сублимационно-вакуумных материалов является очень низкой (порядка 2-5%), то это создает все предпосылки для их длительного хранения в условиях нерегулируемых температур. Консервирование сублимационной сушкой в перечисленных выше отраслях является прогрессивной технологией, а в ряде случаев - не имеющей альтернативы.
В производстве продуктов питания сублимацонно-вакуумная сушка используется в качестве средства консервации путем замораживания свежих продуктов и удаления из них жидкости, что позволяет практически полностью, до 95%, сохранить в них питательные вещества, микроэлементы, витамины и даже первоначальную форму, естественный вкус, цвет и запах продолжительное время (от двух до пяти лет) при изменяющейся температуре окружающей среды (от -50 до +50 градусов Цельсия). Сублимационно-вакуумная сушка продуктов питания делает ненужным применение каких бы то ни было ароматизаторов, консервантов и красителей. Одним из важнейших достоинств вакуумной сушки продуктов является малая усадка исходного продукта, что дает возможность избегать их разрушения и быстро восстанавливать сублимированные сухопродукты, имеющие после сушки пористую структуру, путем добавления воды.
Способом сублимационной сушки консервируются фрукты, овощи, молочные изделия, мясо, рыба, каши и супы, грибы, приправы. Продукты сублимационно-вакуумной сушки имеют очень широкие возможности для использования как в качестве готовых продуктов быстрого приготовления, так и в качестве полуфабрикатов для дальнейшей промышленной переработки (кондитерская, пищеконцентратная, мясо-молочная, парфюмерная и другие отрасли).
Высокое качество и биологическая полноценность готовых сублимированных продуктов объясняется тем, что обработке может подвергаться только свежее сырье. Несвежие продукты сублимационную сушку не выдерживают. Консервирование методом сублимационной сушки не требует добавления каких-либо химических и иных ароматизаторов, консервантов и стабилизаторов и т.п., что является еще одним преимуществом. Данный факт примечателен тем, что прошедшие сублимационную сушку продукты абсолютно пригодны для детского и диетического питания. Вес сублимированных сухопродуктов в среднем принимается от 1/5 до 1/10 начальной массы. Столь малый вес сублимированных сухопродуктов исключительно важен для существенного сокращения расходов при их транспортировке. Как правило, упаковываются сублимированные сухопродукты в трехслойные металлизированные пакеты с азотным наполнением весом от 2г до 5000г, в зависимости от продукта.
Ранее в пищевой промышленности сублимационно-вакуумную сушку использовали в основном для выполнения заказов военной, оборонной и космической отраслей, теперь она оказалась востребованной для приготовления продуктов премиум класса.
Сушка сублимацией заключается в удалении влаги из замороженного материала путем возгонки льда. Этот способ сушки довольно широко применяется в таких отраслях промышленности, как пищевая, мясо-молочная, фармацевтическая, когда надо высушить продукт, сохранив его природные свойства: внешний вид, размеры, запах, растворимость и т. п. Сушка сублимацией может быть осуществлена при атмосферном и пониженном давлении. Раньше в кожевенной промышленности сушка сублимацией при атмосферном давлении использовалась при выработке некоторых специальных кож (например, мостовье). В настоящее время она применяется лишь в исключительных случаях для замораживания кожевенного сырья. Это связано с тем, что интенсивность процесса сублимации при атмосферном давлении невелика, и образующиеся в дерме при замораживании крупные кристаллы льда разрыхляют ткань, делая кожу слабой и тряпичной. Значительно более эффективной является сушка сублимацией при пониженном давлении. С уменьшением давления окружающей среды интенсивность испарения влаги при сублимации резко возрастает. В отличие от сушки вымораживанием при атмосферном давлении, когда основным фактором, обусловливающим скорость сушки, является температура, при сублимационной вакуумной сушке решающее значение приобретает величина остаточного давления. При давлении пара меньше 610 Па, т. е. ниже тройной (криоскопической) точки, температура испарения льда определяется только величиной давления. Технологически процесс сублимационной сушки состоит из двух операций: замораживания полуфабриката и сублимации из него замороженной влаги. Обе эти стадии оказывают существенное влияние на продолжительность сушки, на структуру и свойства кожи. Замораживание может осуществляться двумя способами:
1) предварительным выдерживанием влажного полуфабриката в специальных морозильных установках;
2) самозамораживанием его в самой сублимационной камере, предназначенной для сушки.
Как показывают исследования, с точки зрения конструктивного оформления сушилки, трудовых и энергетических затрат, организации работы, использования производственной площади неоспоримые преимущества имеет второй способ замораживания - самозамораживание. Особенно важно то, что при этом способе обеспечивается возможность управлять скоростью процесса и таким образом активно влиять на величину кристаллов льда, образующихся в дерме. В результате практически исключается опасность повреждения структуры дермы при замораживании за счет образования в ней крупных кристаллов. Сущность самозамораживания заключается в следующем. Влажный полуфабрикат, помещенный в сублимационную камеру, подвергают вакуумированию. При этом происходит интенсивное испарение влаги с его поверхности. Поскольку подвод тепла извне отсутствует, теплота, необходимая для испарения, отбирается от самого полуфабриката, происходит его охлаждение, затем замораживание содержащейся в ней свободной воды и дальнейшее охлаждение. При достижении оптимальной отрицательной температуры (зависящей от особенностей полуфабриката) дальнейшее охлаждение полуфабриката прекращают, подводя тепло. Начинается собственно процесс сублимационной сушки. Испарение влаги начинается с поверхности полуфабриката, затем зона испарения углубляется. По мере образования сухого слоя тепло к внутренним слоям полуфабриката передается в результате теплопроводности. Вследствие этого внутренние слои нагреваются медленнее и позднее наружных.
Работы по применению сублимационной сушки в производстве кожи носят исследовательский характер. Различные авторы используют в своих исследованиях отличающиеся по конструкции сублимационные установки, поэтому естественно, что существенно отличаются и предлагаемые ими режимы сушки. Однако совершенно четко установлено, что применение сублимационной сушки в вакууме дает возможность получить кожу, не уступающую по механической прочности коже, высушенной иными способами. Вместе с тем такая кожа отличается очень высокой пористостью, повышенной воздухопроницаемостью, мягкостью.
3. Компрессоры холодильных машин
3.1 Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры являются самыми распространенными в странах СНГ, среди установленных компрессоров с производительностью до 100 м3/мин. Данная технология используется для сжатия воздуха на протяжении уже двух столетий, в силу относительной простоты её технической реализации. По этой же причине поршневые компрессорыпоршневому были основным, и до недавнего времени единственным типом воздушных компрессоров (за исключением центробежных производительностью от 100 м3/мин) производимых в СССР. Винтовые компрессоры в то время не рассматривались как серьезная альтернатива поршневым компрессорам, в силу технологической сложности производства первых и ориентирования экономики на обслуживание компрессорной техникой предприятий-гигантов, с потреблением сжатого воздуха, значительно превосходящим 100м3/мин. Основными достоинствами поршневых компрессоров являются их заметная дешевизна по сравнению с компрессорами других типов, относительная простота производства, высокая ремонтопригодность. При своевременном обслуживании, поршневой компрессор - практически "вечная" машина. Необходимость проведения частого технического обслуживания и ремонта - является и основным недостатком поршневых компрессоров. Межсервисный интервал поршневого компрессора не превышает 500 рабочих часов. В результате нормальная ситуация для промышленных предприятий, использующих поршневые компрессоры и по сей день - когда на один работающий поршневой компрессор приходится один резервный или (и) находящийся в состоянии ремонта поршневой компрессор.