Основные методы высушивания в биотехнологии

Сушильные установки камерного  типа непрерывного и периодического действия имеют ряд недостатков:

• большая продолжительность сушки;
• неравномерность высушивания материала;
• значительные потери тепла при загрузке и выгрузке продукта;
• трудоемкость процесса.

В сушильной технике также  используются барабанные сушильные  установки, представляющие собой полый  цилиндр с внутренней насадкой  для непрерывного пересыпания и  перемещения высушиваемого материала, в который подается теплоноситель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контактный метод  высушивания.

 Этот метод сушки  основывается на передаче тепла  материалу при соприкосновении  с горячей поверхностью. В качестве  греющего теплоносителя используют  чаще всего водяной пар, реже  газы и высококипящие жидкости. Поток воздуха (вакуум) при этом  способе служит только для  удаления водяных паров из  сушилки, являясь влагопоглотителем.  По данным литературы, коэффициент  теплоотдачи при этом способе  значительно выше, чем при конвекторной  сушке.

Простейшими контактными  сушильными аппаратами являются вакуум-сушильные  шкафы периодического действия. Такая  сушилка представляет собой герметично закрывающуюся камеру, снабженную рядом  полок, внутри которых проходит теплоноситель. Высушиваемый материал укладывается непосредственно  на эти полки либо на съемные противни. Образующиеся при сушке пары отсасываются вакуум-насосом. Будучи очень металлоемкими  эти сушилки в то же время малопроизводительны, что объясняется неподвижностью слоя высушиваемого материала и  большей частью недостаточно полным контактом с поверхностью нагрева.

Широкое применение получили вальцовые сушильные установки  непрерывного действия различных конструктивных модификаций. В корпусе сушильной  установки вращается полый барабан, обогреваемый изнутри тепловым агентом. Исходный жидкий материал непрерывно подается на барабан, где за один неполный оборот последнего высушивается и срезается  ножами. Для большей производительности при конкретном обезвоживании используются двухвальцовые сушилки.

 

Терморадиационный метод высушивания.

 Сущность терморадиационного метода сушки состоит в том, что тепло материалу передается за счет невидимых тепловых (инфракрасных) лучей. Инфракрасные лучи (ИКЛ) – это лучи с длиной волны 0,77-340 мкм.

По мнению ряда авторов, при  сушке ИКЛ к материалу подводится тепловой поток в несколько десятков раз больше, чем при конвективном способе, следовательно, увеличивается  и скорость сушки инфракрасными  лучами по сравнению с конвективной, но не пропорционально увеличению теплового  потока. Так, для биологических препаратов растительного происхождения сушка  ИКЛ ускоряется по сравнению с  интенсифицированными методами конвективной сушки на 25-95%. Чем меньше длина  волны, тем больше проникающая способность  инфракрасных лучей. Проницаемость  материалов зависит в основном от толщины слоя и влажности продукта.

Для материалов, у которых  размер частиц больше глубины проникновения  инфракрасных лучей, рекомендуется  прерывистое облучение. В период прекращения подачи ИКЛ температура на поверхности частиц материала падает вследствие продолжительного интенсивного испарения. Температура внутри частицы больше, чем на поверхности, и влага начинает перемещаться из центральных слоев к поверхностным под действием обоих градиентов: температуры и влагосодержания.

По характеру излучателей  инфракрасных лучей различают терморадиационные  сушилки с электрическим и  газовым обогревом. Наиболее широко используются на практике терморадиационные  сушилки с газовыми панельными излучателями.

 

Сушка токами высокой  частоты.

При сушке токами высокой  частоты (частота колебания 10-3000 МГц) органический материал помещается между  обкладками конденсатора, к которым  подается электрический ток высокой  частоты. Продукты биологического происхождения  представляют собой диэлектрики, имеющие  некоторую проводимость, т.е. обладают свойствами полупроводников. В состав органических материалов входят ионы электролитов, электроны, полярные и  неполярные молекулы диэлектриков. Неполярные молекулы состоят из жестких упругих  диполей. Полярные молекулы с постоянным диполярным моментом ориентируются  в электрическом поле. Под действием  переменного электрического поля высокой  частоты происходит регулируемый нагрев материала.

Обкладки конденсатора имеют  противоположный заряд, поэтому  электроны и ионы перемещаются внутри материала к той или иной обкладке. При смене заряда на обкладках  они перемещаются в противоположных  направлениях, в результате чего неизбежно  возникает трение с выделением тепла. 

Таким образом, энергия электромагнитных волн, затрачиваемая на преодоление  этих трений, будет переходить в  тепло.

В электрическом поле высокой  частоты нагрев частиц органического  материала осуществляется за доли секунды. Поверхностные слои материала теряют часть тепла вследствие тепло- и влагообмена с окружающей средой, поэтому температура материала будет выше внутри, чем снаружи. Под действием температурного градиента влага изнутри перемещается к поверхности частицы.

Преимущества сушки токами высокой частоты по сравнению  с конвективной и контактной состоит  в возможности регулирования  и поддержания определенной температуры  внутри материала и интенсификации процесса. Однако большие затраты  электроэнергии, сложное оборудование и обслуживание, повышенные требования техники безопасности ограничивают применение токов высокой частоты  для сушки.

 

Комбинированные методы высушивания.

 В настоящее время  для высушивания термолабильных  препаратов, кроме рассматриваемых  выше методов, применяются их  различные комбинации, которые позволяют  достичь высокого качества получаемой  продукции, повышения производительности  и экономичности процесса, уменьшения  трудозатрат. Примерами комбинированных  способов сушки могут служить  распылительно-сублимационное высушивание,  сорбционное обезвоживание и  т.д.

 

Заключение. Таким образом, метод высушивания биопрепарата – выбирается исходя из целей проведения данного процесса, оснащенности предприятия и его финансовых возможностей. Однако на данное время самым эффективным и наиболее востребованным является лиофильный метод высушивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

 

 

1. «Биотехнология» - Тихонов И.В., Рубан Е.А., Грязнева Т.Н. под ред. Воронина Е.С. – СПб.: ГИОРД, 2005

 

2. «Биотехнология: учебное пособие» - Н.И. Коростелева, Т.В. Громова, И.Г. Жукова. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2006.

 

3. Статья «Методы, используемые в биотехнологическом производстве.» - сайт сельского хозяйства http://sxedu.ru/osnovy/101-metody-ispolzuemye-v-biotexnologicheskom-proizvodstve.html

 

4. «Введение в биотехнологию: Курс лекций» - А.Н.Евтушенков, Ю.К.Фомичев. - Мн.: БГУ, 2002