• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

ОСОБЛИВОСТІ СУБЛІМАЦІЇ ЛЬОДУ|криги| У ВАКУУМІ

Історія сушіння біологічних матеріалів із замороженого стану

СУБЛІМАЦІЙНЕ СУШІННЯ

ЛЕКЦІЯ №4

Сушіння біологічних матеріалів із замороженого стану у вакуумі, як вважають, вперше застосував Шакелл, який в 1909 р. висушив цим методом вірус сказу, комплемент і сироватку. Раніше сироватки, висушені тепловим способом, погано розчинялися і після розчинення були каламутними. На відміну від цього ліофілізовані сироватки легко розчинялися і були прозорі

Пріоритет в області сушіння харчових продуктів належить радянському інженерові Г.М.Лаппа-старженецькому, який в 1921 р. зробив патентну заявку на винахід методу консервації матеріалів тваринного і рослинного походження. У цій заявці були викладені основні принципи теорії сушки сублімаційного сушіння.

У цьому ж році Свіфт застосував метод сублімації для висушування і подальшого збереження мікроорганізмів.

Всі роботи того часу носили характер лабораторних досліджень, і лише після 1935 р. цей метод знайшов широке застосування в медицині, що було викликане зростаючою потребою в сухій кров'яній плазмі і розвитком промисловості антибіотиків. Надалі сушка із замороженого стану була застосована при висушуванні різних біологічних препаратів з метою тривалого їх збереження і як етап технологічного процесу отримання ряду препаратів крові: альбуміну, гамма-глобулина, фібриногену і ін. Одночасно почався розвиток сублімаційного аппаратуробудування.

Для води основна потрійна|потроєна| точка характеризується температурою —0,0098°С|із| і парціальним тиском|тисненням| 611 Па. На рис. 1 представлена|уявлена| частина|частка| діаграми фазового стану води. Крива АОВ| ділить її на дві області:

нижню — область існування насиченої водяної пари і верхню — область існування води в твердому або рідкому стані. З|із| рис. видно|показно|, що якщо підводити тепло до речовини в твердому стані — льоду,|кризі| при тиску|тисненні| нижче за тиск|тиснення| основної потрійної|потроєної| точки, то відбудеться випаровування твердої речовини — льоду|криги|, яке називається сублімацією.

Характерною|вдача| особливістю фазового перетворення «лід|крига| — пара» у вакуумі є|з'являється,являється| різке збільшення об'єму|обсягу|, займаного|позичати,посідати| водяною парою. Об'єм|обсяг| 1 кг водяної пари при атмосферному тиску|тисненні| (1,013*104 Па) складає 1,72 м³, при залишковому тиску|тисненні| 133,322 Па— 1000 м³, при тиску|тисненні| 13,33 Па — 10000 м³. Від режиму руху водяної пари, що утворилася в суміші з|із| повітрям, яке містилося|утримувалося| в камері при сублімації льоду|криги| у вакуумі, залежить ефективність процесів зовнішнього і внутрішнього тепло- і масопереносу, що визначають кінець кінцем|зрештою| інтенсивність процесу сублімації.

В умовах сублімаційного зневоднення харчових продуктів, тиск|тиснення| пароповітряного середовища|середи|, що заповнює об'єм|обсяг| камери, знаходиться|перебуває| в межах 133,322— 13,33 Па, рух пари і повітря по мікрокапілярах має молекулярний режим; крізь макрокапіляри — молекулярно-вязкісний |. У тих же умовах режим руху пароповітряної суміші в середовищі|середі|, що оточує продукт - вязкісний|, тобто рух пари з моменту|із моменту| освіти|утворення| їх на межі|кордоні| розділу фаз і до моменту аблимации| їх має складний характер|вдача| і лише ретельне вивчення закономірностей руху дозволить намітити шляхи|колії,дороги| інтенсифікації процесів зовнішнього і внутрішнього тепло- і масопереносу.

Процес сублімації, тобто утворення пари безпосередньо з|із| твердої фази, істотно|суттєво| відрізняється від процесу паротворення|пароутворення| з|із| рідкої фази. У першому наближенні процес сублімації льоду|криги| розглядається|розглядується| поряд дослідників як прямий перехід окремих молекул і навіть частинок|часток,часточок| речовини з|із| твердого стану безпосередньо в пару. Всі молекули і частинки|частки,часточки| в поверхневому|поверховому,зверхньому| шарі пов'язані одна з іншою енергією, еквівалентній теплоті сублімації. Такі молекули мають однакову вірогідність|ймовірність| переходу з|із| твердого стану в пару.

Проте|однак|, якщо врахувати, що частинки|частки,часточки| мають різне число з'єднань|сполучень,сполук| і різну енергію зв'язку, то вірогідності|ймовірності| «прямого випаровування» є|наявний| лише для невеликої кількості частинок|часток,часточок|. Виходячи з цієї концепції, була запропонована теорія «стадійного випаровування», в якій поверхня випаровування розглядається|розглядується| як сукупність виступів і западин, на яких частинки|частки,часточки| мають різну енергію зв'язку. При підводі енергії із|із| зовні відбувається|походить| (шляхом міграції по поверхні) перехід з|із| міцнішого зв'язаного положення|становища| (западина) в менш міцно енергетично зв'язаний стан, потім в прикордонний шар і лише після|потім| цього в пару; випаровування в таких умовах нагадує осередкові спалахи різної інтенсивності і в різних точках поверхні.

Радянськими вченими А. А. Гухманом і Е. А. Ермакової була запропонована гіпотеза «струменевого випаровування» льоду|криги| у вакуумі, згідно якої при випаровуванні з|із| твердого стану в середу з|із| тиском|тисненням| 1333,22— 13,332 Па об'єм|обсяг| речовини збільшується в 104 — 106 разів. Маса пари, що займає|позичає,посідає| цей величезний об'єм|обсяг| (по відношенню до об'єму|обсягу| зразка|взірця|), відривається від поверхні і викидається в навколишнє середовище, причому випаровування відбувається|походить| нерівномірно зі всієї поверхні, а у вигляді струменів, що вириваються з|із| багатьох дискретно розташованих|схильних| вогнищ|осередків| випаровування. Ці струмені, вторгаючись в навколишнє середовище, викликають|спричиняють| дуже складний неврегульований рух, обумовлений виникненням циркуляційного перебігу великої кратності, наприклад, для нафталіну кратність циркуляції рівна 134. Ця гіпотеза підтверджена експериментальними даними, згідно яким при сублімації льоду|криги| тиск|тиснення| пари у|в,біля| поверхні рпов| більше тиску|тиснення| навколишнього середовища р_ср| в 2,5—3,3 разу, т. е. р_пов| має надкритичне значення. У цих умовах закінчення|виділення,витікання| пари відбувається|походить| з|із| надкритичною швидкістю.

Запропонована гіпотеза дозволяє пояснити деякі особливості тепло- і масообміну при сублімації льоду|криги| у вакуумі, зокрема різке збільшення коефіцієнта теплообміну в інтервалі тиску|тиснення| 13,332— 1333,22 Па і збільшення коефіцієнта теплообміну при переміщенні тіла, що сублімується, у вакуумі.

Для пояснення різкого збільшення коефіцієнта теплообміну в цьому інтервалі тиску|тиснення| А. В. Ликовим була запропонована інша гіпотеза, що пояснює механізм сублімації льоду|криги|, - гіпотеза «об'ємного випаровування», згідно якої із-за неоднорідності поверхні шару при сублімації льоду|криги| відбуваються|походять| одночасно процеси сублімації і аблімації|. Виступаючі в прикордонний шар найдрібніші частинки речовини (кристали льоду|криги|) на ділянках аблімації| відриваються від поверхні тіла і несуться в навколишнє середовище без витрати|затрати| тепла на випаровування. Тому потік маси містить|утримує| не тільки|не лише| пару, але і найдрібніші тверді частинки. Оскільки|тому що| потік тепла визначається по витраті маси з урахуванням|з врахуванням| прихованої теплоти сублімації (q = rj), то з'являються|появляються| завищені значення питомого потоку тепла, а отже, і коефіцієнта теплообміну, частинки|частки,часточки|, що відірвалися, поступово випаровуються. Найбільше число таких частинок|часток,часточок| утворюється при

залишковому тиску|тисненні|, рівному 133,322 Па. Тому в цій області тиску|тиснення| і спостерігається максимальне значення коефіцієнта теплообміну. Винесення|винос| твердих частинок|часток,часточок| було підтверджене експериментально при вивченні процесу сублімації льоду|криги|. На мал. 12 добре видно ділянки аблімації| у вигляді ворсинок, які потім відриваються і рухаються|сунуться| в поверхневому|поверховому,зверхньому| шарі вологого|вогкого| газу. В процесі руху ці частинки|частки,часточки| випаровуються|. Крім того спостерігалося коливання ворсинок і обертання цілого комплексу кристалів. При швидкості (частоті) обертання до 70 об/хв ворсинки здійснювали|скоювали,чинили| до 20—30 об/хв, причому вони могли припинити обертання і почати|розпочати,зачати| нове в інший бік.

Експериментальне підтвердження наявності об'ємного випаровування в пристінному| шарі пароповітряного середовища|середи| дозволило авторам запропонувати нову гіпотезу про механізм тепло- і масообміну в цьому шарі: в результаті|унаслідок,внаслідок| значного збільшення об'єму|обсягу| речовини при сублімації відбувається|походить| явище, аналогічне вибуху з|із| утворенням квазіударної хвилі (молекулярна хвиля розрідження). Унаслідок|внаслідок| інтенсивного розрідження в зоні хвилі відбувається|походить| конденсація, або точніше аблімація|, пара з|із| утворенням частинок|часток,часточок| льоду|криги|, розташованих|схильних| на поверхні тіла. Розташування частинок|часток,часточок| обумовлене рухом молекулярних хвиль розрідження. З|із| теорії утворення молекулярних хвиль розрідження відомо, що тиск|тиснення| пари на ділянках сублімації поверхні тіла менше тиску|тиснення| насиченої пари при даній температурі і для деякого тиску|тиснення| складає близько 60% від тиску|тиснення| насиченої пари при даній температурі.

Радянськими дослідниками П. Л. Новіковим і Е. А. Вагнер здійснене фотографування траєкторії польоту частинок|часток,часточок| льоду|криги|, що відірвалися від поверхні, визначені швидкості і прискорення пересування частинок|часток,часточок|. На підставі даних про поле швидкостей і прискорень, ними були визначені термодинамічні параметри пароповітряного середовища|середи| при випаровуванні у вакуумі, що дозволило зробити деякі висновки|виведення| про особливості процесу сублімації льоду|криги| у вакуумі:

1. На|в,біля| поверхні тіла, що сублімується, є|наявний| шар пароповітряної суміші, термодинамічні властивості якого відрізняються від властивостей навколишнього середовища (цей шар не можна ототожнювати з|із| прикордонним шаром при нормальному тиску|тисненні|), через який переносяться величезні об'єми|обсяги| пари унаслідок|внаслідок| його великої протяжності і малої щільності.

Саме в цьому шарі відбувається|походить| зміна швидкостей, температур і тиску|тиснення| від значень на поверхні сублімації до значень в середовищі|середі|. Товщина шару σ|β,α³λ| визначається в основному щільністю середовища|середи| у вакуумній камері, де σ= 1/ρ. У цьому шарі сконцентровано основний опір конвективного тепло- і масопереносу.

2. Інтенсивну передачу тепла до поверхні сублімації через розріджений шар найдоцільніше здійснювати за допомогою електромагнітного випромінювання. Інші способи підведення тепла — конвекція, кондукція|, через середовище|середу| низької щільності є|з'являються,являються| малоефективними.

Тепловий баланс процесу сушки при атмосферному тиску може бути виражений наступним рівнянням:

де:

- загальна кількість тепла, підведеного до матеріалу в ккал/м, годину;

- коефіцієнт масообміну при нормальному тиску в кг/іг, година мм рт.ст.;

Р - нормальний тиск в мм рт.ст;

B -барометричний тиск в мм рт.ст;

r - теплота випаровування в ккал/кг;

з - теплоємність матеріалу в ккал/кг, в градусах Цельсія;

-питома вага матеріалу в кг/г;

-визначаючий розмір матеріалу в м;

- зміна температури в часі, в градусах Цельсія за годигну

Читайте також:

1. I. Особливості аферентних і еферентних шляхів вегетативного і соматичного відділів нервової системи
2. VI.3.3. Особливості концепції Йоганна Гайнріха Песталоцці
3. VI.3.4. Особливості концепції Йоганна Фрідриха Гербарта
4. А. Особливості диференціації навчального процесу в школах США
5. Агітація за і проти та деякі особливості її техніки.
6. Аграрне виробництво і його особливості
7. Аграрне право як галузь права, його історичні витоки та особливості.
8. АНАТОМІЯ І ФІЗІОЛОГІЯ ЦЕНТРАЛЬНОЇ ТА ПЕРИФЕРИЧНОЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ, ЇЇ ВІКОВІ ОСОБЛИВОСТІ
9. Анатомо-фізіолгічні особливості
10. Анатомо-фізіологічна перебудова організму підлітка та її вплив на його психологічні особливості й поведінку.
11. Анатомо-фізіологічні особливості молодших школярів
12. Антисептики ароматичного ряду (фенол чистий, іхтіол, дьоготь, мазь Вількінсона, лінімент за Вишневським). Особливості протимікробної дії та застосування.

Переглядів: 1283