Opracowa

ł: dr S. Wierzba

Katedra Biotechnologii i Biologii Molekularnej

Uniwersytetu Opolskiego

METODY PRZECHOWYWANIA

I UTRWALANIA BIOPRODUKTÓW

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Suszenie sublimacyjne

– faza sta

ła przechodzi bezpośrednio w fazę gazową

Cia

ło stałe jest zdolne do sublimacji gdy prężność jego par leży poniżej punktu

potrójnego.

Punkt potrójny

– takie warunki temperatury i ci

śnienia, w których istnieją obok siebie

równocze

śnie trzy fazy (stała, ciekła i gazowa) będące w równowadze.

Rys. 1. Wykres fazowy wody z punktem potrójnym:
P – woda destylowana (T = 0,01

°C; P = 610 Pa ), P' – rzeczywisty roztwór wodny

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Warunkiem prawid

łowego przebiegu procesu sublimacji jest zamrożenie produktu do

temperatury – poni

żej temperatury eutektycznej dla danego roztworu (w praktyce są to

temperatury z zakresu -40

0

C do -50

0

C.

Zamra

żanie produktu:

• wst

ępne zamrażanie, samozamrażanie (komora suszarki),

• zamra

żanie w zamrażarkach, kąpielach chłodzących.

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Szybko

ść liofilizacji zależy od:

• grubo

ści warstwy materiału (suchego i zamrożonego)

• przewodnictwa cieplnego materia

łu (suchego - małe - często ogranicza szybkość

sublimacji, zamro

żonego - duże)

• temperatury warstwy wysuszonej (uwarunkowana termostabilno

ścią materiału (zwykle

40-75

°C)

• temperatury frontu sublimacji (najlepiej jak najwi

ększa, zwykle od -15 do -45°C)

• temperatury kondensatora (najlepiej jak najmniejsza, ale ekonomiczna)

• sposobu zamro

żenia surowca

• ci

śnienia podczas liofilizacji (0,1 - 2 mm Hg)

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Zalety procesu:

• wilgo

ć usuwana w niskich temperaturach wyklucza inaktywację termiczną produktu

• zachowana jest struktura materia

łu suszonego

• praktycznie wyeliminowane jest usuwanie lotnych sk

ładników suszonego materiału, lub

naruszenie jego sk

ładu chemicznego

• u

łatwiona możliwość otrzymywania sterylnego produktu

Wady procesu:

• z

łożona aparatura i jej oprzyrządowanie

• d

ługi czas trwania procesu

• wysokie zapotrzebowanie na energi

ę

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Efektywno

ść procesu suszenia sublimacyjnego zależy od:

• intensywno

ści doprowadzania ciepła do materiału:

• temperatura otoczenia

• ró

żnica temperatur otoczenia i materiału suszonego

• sposób doprowadzenia ciep

ła

• intensywno

ści odprowadzenia odparowanej wilgoci:

• efektywna powierzchnia skraplacza

• temperatura

ścianek skraplacza

• mo

żliwość transportu wilgoci

• ci

śnienia w komorze sublimacji

• ci

śnienia cząstkowego pary w mieszaninie parowo-powietrznej

• fizykochemicznych w

łaściwości produktu

Zwi

ększenie siły napędowej procesu wymiany masy przez zwiększenie próżni jest

mo

żliwe poprzez zmniejszenie oporu przepływu pary wodnej:

• skrócenie odleg

łości między strefami sublimacji i skraplania

• wykorzystanie sorbentów

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Sorbenty spe

łniają funkcję desublimatora, znajdującego się w bezpośrednim kontakcie z

powierzchni

ą suszonego materiału (większa efektywność – okresowe odnawianie złoża

sorbentu, stosowanie cienkich warstw sorbentu)

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Suszenie rozpryskowe:

• zwi

ększenie prędkości przepływu cieczy – zawirowanie strumienia gazu

• zwi

ększenie stopnia rozpylenia cieczy – zmniejszenie wielkości kropel poprzez:

• zastosowanie pola akustycznego w strefie kszta

łtowania się rozpylonej strugi

• zmniejszenie lepko

ści cieczy poprzez:

• podwy

ższenie temperatury

• zmniejszenie st

ężenie fazy stałej (wstępne odwadnianie)

• zmian

ę pH

• zwi

ększenie intensywności wymiany ciepła i masy między materiałem, a gazem

susz

ącym:

• wprowadzenie do uk

ładu trzeciego składnika (rozdrobnione ciało stałe):

• zwi

ększenie objętościowej pojemności cieplnej

• zwi

ększenie wymiany ciepła przez promieniowanie i przewodzenie

• wi

ększa powierzchnia wymiany ciepła

SUSZENIE SUBLIMACYJNE

Suszenie w z

łożu fluidalnym:

• zwi

ększenie wymiany ciepła i masy poprzez zastosowanie wypełnienia – sorbentu

poch

łaniającego wilgoć:

• produkt bardziej jednolitym

• krótszy czas suszenia

• wi

ększe możliwości regulacji procesu

• zwi

ększenie siły napędowej procesu poprzez:

• podzia

ł komory na sekcje

• stosowanie przep

ływu przeciwprądowego

• doprowadzenie czynnika susz

ącego o wysokim potencjale energetycznym