Сублимация и сублиматоры⁠⁠

Я тут относительно недавно пообещал рассказать про работу, про изготовление сублиматоров, ну и саму сублимацию, как процесс. Не хотелось бы писать простыню, да и думаю, мало кому интересен будет и этот текст, однако, обещал, так обещал.

Итак - сублимация это процесс, при котором вода из твердого состояния (лёд) превращается в газообразное (пар) минуя жидкое состояние. Это возможно при некоторых условиях. Если давление в сосуде, где происходит сублимация, будет ниже "тройной точки" воды. тройная точка воды это условия, когда возможно существования воды в трёх ее видах. То есть в виде газа, жидкости, и твердого состояния. При давлении ниже этой точки (4.5 мм.рт.ст) вода может находится только в двух состояниях. В виде льда и пара. Таким образом, соблюдая это давление, можно сделать так, чтобы вода в продукте не становилась жидкой, и из замороженного продукта она попросту испарялась, и не становилась жидкостью.

Для чего же это нужно? Дело в том, что если испарять воду таким способом из предварительно правильно замороженной, к примеру, клубники, то можно получить продукт, практически напрочь лишенный влаги. При этом его структура, витаминный состав, и все прочее практически останутся неизменными, так как продукт не подвергается нагреву при сушке (температура не более 35°С) и не окисляется кислорода воздуха, потому что его попросту нет. Я имею ввиду воздуха :) Готовый продукт похож на пенопласт. Невесомые ягоды клубники очень странные, я вас уверяю. Это происходит потому, что там практически не остаётся влаги, а клубника может на 93 процента состоять из нее. Следовательно, она становится примерно на 90 процентов легче исходного веса При этом готовый продукт может храниться практически бесконечно при комнатной температуре в герметичном светонепроницаемом пакете. А ещё, что очень важно, это же самый продукт способен к регидратации. То есть, стоит добавить воды, в количестве равном тому, что мы извлекли из него при сублимации, как через некоторое время продукт станет почти таким же, какой и был до заморозки. То есть яблоко снова станет хрустящим и сочным, а дыня ароматной и с волокнами, как будто это свежая дыня. Ну, почти. В основном, качество продукта зависит от того, как заморозили сырье. Чем более быстро и при более низкой температуре замораживают сырье, тем выше качество будет готового продукта.

Сублиматор это очень непростое и очень дорогостоящее устройство. Сейчас расскажу почему:
1. Это пищевое оборудование, следовательно кругом нержавейка
2. Это результат компромиссов технического характера. Для производства процесса сублимации, необходимо подводить к продукту тепловую энергию. В вакууме это можно сделать только двумя способами - контактным и излучением. Так как конвекции, ввиду отсутствия атмосферы, нет. С излучением тоже непросто. В вакууме очень затруднительно использовать СВЧ, ввиду образования плазменных шнуров. Остаётся только тепловое излучение. При очень плотной компоновке полок это становится совсем непросто. Таким образом, остаётся контактный способ. Это когда продукт нагревается от полки, на которой он лежит. Но, учитывая то, что мы не можем сильно греть полку, количество подводимой энергии в единицу времени, ограничено. Так же препятствует этому теплопроводность получаемого продукта. Как я уже говорил, что готовый продукт похож на пенопласт. То есть является отличным теплоизолятором. То есть, по мере высыхания продукта он все меньше и меньше пропускает тепло к верхним слоям и тем медленнее сохнет. Вот ведь зараза, не правда ли?
3. Это проблема удаления пара. Дело в том, что мы должны эффективно отводить получающийся пар, иначе давление в камере поднимется выше той самой тройной точки (4.5 мм.рт.ст) и все, привет. Наша ягодка растает. И все накрылось. Предварительно вакуум создаётся вакуумным насосом. Но вот какая проблема. Учитывая крайне низкое давление, водяной пар начинает занимать поистине циклопические объемы. То есть килограмм водяного пара может занять объем в сотни кубометров. А у нас с вами, к примеру, сублиматор с загрузкой в 400 кг. То есть мы должны как минимум, переработать 350 килограммов пара за цикл. А цикл длиться примерно 24 часа. То есть, иными словами, если откачивать пар вакуумным насосом, то этот насос будет величиной с дом и жрать энергию как не в себя. Таким образом, капитальные затраты и эксплуатационные будут так высоки, что продукт будет на вес золота. А нафиг нам такой продукт? Но не все потеряно. Пар можно намораживать на охлажденных поверхностях. То есть, если засунуть в сублиматор радиатор, охлаждённый до -40°С, то водяной пар попросту прилипнет к нему и превратится в лёд, который уже не будет стремиться стать паром, потому как холодно :) как правило, так и поступают. Этот самый радиатор называется десублиматор. Туда подаётся фреон, который кипит при низкой температуре и на этом радиаторе намерзает пар в виде льда.

Вот такие, и множество других проблем надо решить, чтобы провернуть трюк с сублимацией. Но все это ужасно энергозатратно. Холодильная машина тратит прорву энергии, да и сама стоит очень недешево. Ввиду этого компания, где я работаю, разработала и запатентовала другой способ удаления водяного пара. Но это я опишу, если будет интересно, в другой статье. А сейчас несколько фотографий:

Вот так выглядит промышленный сублиматор. Здоровенная колба, где находятся подогреваемые полки закрыта массивной дверью, чтобы выдержать атмосферное давление.

Вот так выглядит сублимированная клубника. Смотрите, какие они, мои натруженные руки :) клубника при сублимации теряет цвет, но при регидратации все восставливается. И цвет и блеск и, самое главное, аромат. Сублимированные продукты пахнут аномально сильно, так как растворитель (вода) исчезает, а эфиры и все прочее остаётся в порах. И пахнет просто одуряюще.

Вот так выглядит "бытовой" сублиматор разработанный и изготавливаемый фирмой, где я работаю. За акриловой дверью видны нагреваемые полки, а внизу расположен холодильный агрегат. В этой модели десублиматор находится отдельно в виде отдельной ёмкости с радиаторами.

Вот так выглядят сублимированные кабачки. Кстати, они удивительно вкусные именно в сублимированной виде. Хрустишь как чипсами, причем это просто удивительно вкусно. Особенно с натертым сыром.

Это вот клубника кусочками. Для отправки на анализ в такую баночку упаковали

А так выглядит один из экранов системы управления сублиматором нашего производства. Этот сублиматор не использует холодильный десублиматор, у него иной принцип отведения паров.

А вот тут что-то пошло не так :) видно, что ягоды "закипели". Произошла серьезная неприятность-давление поднялось выше требуемого, лёд обратился в воду, и все пошло прахом. Катастрофа как есть, все это брак. Ягоды стали бесформенные и вообще тьфу и расстройство.

Ну вот, я исполнил обещание, рассказал про сублимацию как мог просто. Думаю, мало кто осилил и дошел до этого момента. Ну а кто дошел, вот вам моя кошка, я знаю, на Пикабу любят этих зверей