Отделение молекулярной сушки пасты нистатина с разработкой процесса самозамораживания продукта, страница 16

Действительная скорость откачки образующихся паров (В_д) в период самозамораживанияв зависит от способности конденсатора интенсивно воспринимать эти пары (В) и проводимости вакуум – коммуникаций (Е):

                                                    

Для молекулярного и молекулярно – вязкостного режимов скорость откачки паров поверхностью конденсатора определяется по уравнению

                                 ,

где: m_п-молекулярная масса пара, кг/ кмоль; р_ст.к-давление пара соответствующее температуре стенке конденсатора, мм.рт.ст.; р_к- давление пара в сушильной камере соотвествующее температуре замороженного материала,мм.рт.ст., F_э-эффективная поверхность конденсатора, см², В-скорость откачки паров поверхностью конденсатора, м³/c.

Е

Исследования кинетики самозамораживания капиллярно – пористых материалов /1/ показали, что процесс самозамораживания до темпераиуры сублимации имеет три стадии: стадию охлаждения и переохлаждения, стадию кристаллизации и стадию понижения температуры.

В этом случае для обспечения постоянной  температуры сублимации необходимо прекратить откачку воздуха вакуум-насосом, а отвод испаряемой влаги из материала обеспечить за счет работы конденсатора - вымораживателя, который будет выступать в качестве насоса для откачки паров.

 В первом периоде молекулярной сушки меняются во времени как параметры материала (масса и температура), так и параметры паровоздушной среды в сушильной камере (количества газовой смеси и водяного пара, их давления, температура смеси). Следовательно математическое описание периода самозамораживания должно включать соответствующие балансовые уравнения, записанных по принципу: скорость накопления вещества=приток – сток.  Рассмотрим их.

Балансовое уравнение для паровоздушной смеси в камере:

                              ,                                  (37)

где: G_см – количество смеси, кг; Р_п и Р_н – парциальное давление водяного пара в сушильной камере и давление его насыщенного пара при температуре материала, мм.рт.ст.; Q – объемный расход форвакуумного насоса, м³/с; Т_см, Р_см,  - температура, давление и молекулярная масса смеси соответственно, К, мм.рт.ст., кг/кмоль; R – универсальная газовая постоянная, Дж/(кг×К); F – поверхность испарения, м²; b_исп =6,3×10^-6 /      / - коэффициент испарения, кг/(м²×с×мм.рт.ст.); t - время, с;  n – количество сушильных камер в сублимационной установке.

Дифференциальное уравнение для скорости изменения давления паровоздушной среды (получено ранее, (30)):

                                             ,                                                         (38)

где: V_кам – объем сушильной камеры, n – количество камер в установке.

Уравнение теплового баланса для паровоздушной смеси в камере:

                                   ,                                         (39)

где: Т_см и Т_м – температура паровоздушной смеси и материала соответственно, К; С_см – массовая теплоемкость смеси, Дж/(кг×К); a - коэффициент теплоотдачи от смеси к материала, Вт/(м²×К).

Уравнение материального баланса для материала:

                                              ,                                            (40)

где: М_м – масса материала, кг.

Уравнение теплового баланса для материала:

                    ,                          (41)

где: q_исп – удельная теплота испарения, Дж/кг; С_м – массовая теплоемкость материала, Дж/(кг×К). В этом уравнении в первом приближении пренебрегаем тепловым эффектом кристаллизации влаги.

Уравнение материального баланса по влажному пару в сушильной камере:

                                    ,                                             (42)

где: G_п и r_п – количество и плотность пара в камере соответственно, кг, кг/м³.