Sublimarea (uscarea primara)

Sublimarea (uscarea primara)

Dupa congelare, urmata in unele cazuri de o maruntire a produsului congelat, produsul este introdus in incinta unde urmeaza sa se efectueze liofilizarea propriu-zisa.

In faza de uscare primara se elimina prin sublimare cea mai mare parte din apa aflata in produs (apa libera si apa de constitutie). Sublimarea fiind un proces endotermic, pentru a se asigura o viteza corespunzatoare a uscarii, pe langa depresiunea intretinuta de o pompa de vid, in incinta respectiva de liofilizare se introduce si caldura.

In incinta de liofilizare se scade presiunea cu ajutorul unei pompe de vid de la presiunea barometrica pana la o presiune de 1 mm Hg 0,3 mm Hg la inceputul uscarii primare. Deoarece punctul triplu al apei se afla la opresiune de 4,6 mm Hg, rezulta ca la orice presiune sub aceasta valoare singurele doua schimbari de faza posibile sunt sublimarea si respectiv desublimarea (fig. 5.2).

Sublimarea se poate realiza teoretic fie prin scaderea presiunii, izoterm, sub o

anumita valoare, fie prin cresterea temperaturii, izobar, peste o anumita valoare. Apa continuta in produsele alimentare nefiind pura nu are acelasi punct triplu ca apa chimica pura. Punctul triplu in acest caz este determinat de o endoterma, pentru intretinerea acesteia si o buna derulare a ei, este necesar un aport de caldura din exteriorul produsului. Produsul este astfel incalzit, sub o presiune scazuta, cu o sursa de caldura al carei flux termic este progresiv reglat in functie de cantitatea de gheata care trebuie sublimata. Altfel spus, incalzirea se face cu o cantitate de caldura egala cu cea absorbita de gheata pentru sublimare. Fluxul de caldura trebuie reglat permanent astfel incat sa se evite decongelarea partiala sau totala al mijlocului congelat al produsului, supraincalzirea partilor uscate ale produsului si respectiv supraracirea produsului.

Uscarea primara se considera terminata in momentul in care a sublimat total intreaga masa de apa cristalizata din produs. Vaporii de apa care rezulta in urma sublimarii ghetii sunt dirijati pana la un aparat schimbator de caldura racit, pe suprafata caruia sunt condensati, denumit condensator. In timpul uscarii prin desublimare a produsului congelat frontul de sublimare avanseaza catre interiorul produsului, avand loc fenomene complexe si interconditionate: transformarea de faza solid-vapori, migrarea vaporilor formati prin produs catre exterior, transferuri de caldura.

Migrarea vaporilor de la nivelul frontului de sublimare prin produs se produce ca urmare a diferentei dintre presiunea la nivelul frontului de sublimare si presiunea la nivelul produsului uscat.

(5.1)

Cum presiunea este strict determinata de natura produsului si nivelul temperaturii locale, pentru a influenta diferenta de presiune (care este forta motrice a procesului de uscare) se poate influenta presiune prin realizarea unor anumite dimensiuni ale porilor in produs (alegand adecvat metoda de congelare prealabila) si prin alegerea unei presiuni optime in incinta de uscare care influenteaza direct valoarea presiunii . O crestere a presiunii in incinta de uscare determina o intensificare a transferului de caldura prin activarea convectiei termice intre suprafetele incalzitoare si produsul congelat. In acelasi timp insa cresterea presiunii determina o crestere a presiunii in portiunile uscate ale produsului si deci conduce la o scadere a valorii , iar in final la o diminuare a transferului de vapori de apa catre exterior. Avand in vedere cele doua fenomene determinate de cresterea presiunii in incinta de uscare, fenomene care au efecte contrare asupra intensitatii procesului de uscare, trebuie aleasa valoarea optima a presiunii

Pe masura avansarii frontului de sublimare catre interiorul produsului, traseul pe care trebuie sa-l parcurga vaporii devine din ce in ce mai lung, iar o parte din acest traseu se face prin interiorul porilor de dimensiuni foarte mici ai produsului. In acest fel conditiile de migrare a vaporilor devin din ce in ce mai nefavorabile. De asemenea transferul de caldura se inrautateste.

Factorii care influenteaza transferul de caldura si transferul de masa in timpul sublimarii sunt:

- rezistenta la curgere prin stratul de produs deja uscat;

- conductibilitatea termica a stratului de produs uscat;

conductibilitatea stratului de produs congelat;

porozitatea produsului;

aportul de caldura;

raportul presiune/temperatura in produs si in incinta de uscare;

rezistenta la curgere pe traseul produs-schimbatorul de caldura (conden­satorul de vapori de apa).