Le apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto sono disponibili in molti tipi, hanno un'ampia gamma di applicazioni e si stanno sviluppando rapidamente. Questo articolo si concentra sulle tendenze di sviluppo nazionali e internazionali di diversi tipi di apparecchiature di essiccazione sotto vuoto, con l'obiettivo di facilitare lo scambio di informazioni, identificare le sfide che devono essere affrontate nello sviluppo di apparecchiature di essiccazione sotto vuoto e migliorare il livello delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto nel mio paese.
L'essiccazione sotto vuoto presenta numerosi vantaggi: l'essiccazione a bassa pressione determina un basso contenuto di ossigeno, prevenendo l'ossidazione e il deterioramento del materiale essiccato e consentendo l'essiccazione di materiali pericolosi infiammabili ed esplosivi; consente la vaporizzazione dell'umidità nei materiali a basse temperature, facilitando l'asciugatura dei materiali-sensibili al calore; può recuperare componenti preziosi e utili dal materiale essiccato; e può prevenire l'emissione di sostanze tossiche e nocive dal materiale essiccato, rendendolo un metodo di essiccazione "verde" rispettoso dell'ambiente. Pertanto, l'applicazione delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto sta diventando sempre più diffusa.
I principali svantaggi dell'essiccazione sotto vuoto sono la necessità di un sistema del vuoto in grado di pompare vapore acqueo, con conseguenti investimenti elevati in attrezzature e costi operativi; e bassa efficienza produttiva e piccola produzione. Molti scienziati e ingegneri hanno compiuto sforzi significativi per superare queste carenze. Allo stesso tempo, a causa dei numerosi vantaggi dell'essiccazione sotto vuoto, alcuni prodotti devono utilizzare apparecchiature di essiccazione sotto vuoto. Pertanto, lo sviluppo di apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto ha un futuro promettente.
1. Sviluppo disomogeneo delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto continua a livello nazionale e internazionale
Per migliorare la produzione delle apparecchiature e garantire la qualità del prodotto, più di dieci anni fa sono stati sviluppati all'estero vari tipi di apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto continua. Tuttavia, in Cina, a causa dei limiti del livello tecnologico e della percezione pubblica, lo sviluppo è stato relativamente lento.
1) Attrezzatura per l'asciugatura sotto vuoto continua del tipo a nastro-
L'attrezzatura per l'essiccazione sotto vuoto continua del tipo a nastro WL-VAQ-prodotta da Hisaka Works, Giappone, è adatta per l'essiccazione di materiali liquidi, fanghi, paste e materiali ad alta-concentrazione e alta-viscosità. Il dispositivo di asciugatura continua di tipo BV-100.5 con nastro a vuoto- prodotto da Okawara Corporation, Giappone, utilizza vapore e riscaldamento a conduzione, con temperatura regolabile in ciascuna sezione e tensione e velocità del nastro trasportatore regolabili. La svizzera Bucher-Guyer AG ha sviluppato una serie di apparecchiature di essiccazione sotto vuoto continue a nastro con un dispositivo di pulizia automatica.
Dal 1995, l'azienda è impegnata nella progettazione, produzione, installazione e assistenza di apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto continua del tipo a nastro- e la sua tecnologia è relativamente matura. Le apparecchiature domestiche per l'asciugatura sotto vuoto a nastro continuo non sono comuni. Nel 2004, l'Accademia provinciale di scienze agricole del Guangdong ha sviluppato con successo un dispositivo sperimentale su piccola-scala per essiccare la polvere di banana, che ha mostrato risultati eccellenti.
2) Attrezzatura continua per l'essiccazione sotto vuoto dei cereali
L'essiccazione del grano comporta grandi quantità e richiede apparecchiature di essiccazione continue. In precedenza, molti paesi avevano sviluppato varie apparecchiature per l’essiccazione dei cereali, ma l’essiccazione sotto vuoto dei cereali veniva utilizzata principalmente per l’essiccazione dei semi a causa dei costi elevati. Tuttavia, questo è un malinteso. Secondo l'ingegnere senior He Xiang del Zhengzhou Grain Science Research and Design Institute, l'attrezzatura per l'essiccazione continua sotto vuoto del mais da loro sviluppata ha una capacità produttiva di 60 t/giorno. L'investimento fisso è leggermente superiore rispetto all'essiccazione ad aria calda, ma i costi operativi sono comparabili. Considerando la qualità del prodotto essiccato, compreso il tasso di rottura e di cracking durante il processo di essiccazione, il costo totale dell'essiccazione sotto vuoto a basse temperature non è superiore a quello dell'essiccazione con aria calda.
3) Attrezzatura per la liofilizzazione sotto vuoto-di essiccazione continua
Data l'abbondanza di materie prime alimentari, il volume di produzione dei prodotti liofilizzati-è molto elevato. Pertanto, le apparecchiature continue per la liofilizzazione-degli alimenti sono apparse relativamente presto. Nel 1985, l'azienda danese ATLAS ha prodotto l'impianto di liofilizzazione continua-CONRAD-800 per la liofilizzazione-del caffè, con una capacità produttiva di 13 tonnellate al giorno. La Figura 2 mostra un diagramma schematico di questa apparecchiatura. La Figura 3 mostra una macchina per la liofilizzazione continua prodotta in Germania.
La prima apparecchiatura di liofilizzazione sotto vuoto continua-di produzione nazionale è stata sviluppata con successo dallo Shenyang Refrigeration Technology Research Institute nel 2000. La camera a vuoto adotta una struttura rettangolare, con piastre di isolamento tra le camere di ingresso/uscita e la camera di essiccazione. Sia la camera di ingresso che quella di uscita sono dotate di sistemi di pesatura automatici per determinare il tasso di essiccazione, il tasso di rimozione dell'acqua e il grado di essiccazione finale del cibo liofilizzato-. Due trappole per l'acqua esterne funzionano alternativamente per ottenere un intrappolamento continuo dell'acqua e uno scioglimento del ghiaccio.
Esiste un divario significativo nel volume delle vendite di apparecchiature per la liofilizzazione continua-tra i mercati nazionali e internazionali. Dal 1985 al 1990, la società danese ATLAS ha venduto 18 unità di liofilizzazione-continue, una delle quali è stata acquistata da Taiwan, mentre la Cina continentale non ha ancora introdotto questo tipo di apparecchiature e l'unica unità prodotta a livello nazionale non è stata ancora venduta.
2. La varietà di apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto sta aumentando sia a livello nazionale che internazionale.
Sono stati sviluppati vari tipi nuovi e diversi di apparecchiature di essiccazione sotto vuoto per scopi diversi.
1) L'attrezzatura per l'essiccazione sotto vuoto a microonde consente di risparmiare energia e aumentare la velocità di asciugatura.
2) L'attrezzatura per la liofilizzazione a spruzzo-combina la spruzzatura e la liofilizzazione-a seconda delle proprietà del materiale e della resa del prodotto. Il materiale deve essere un impasto liquido che forma particelle su scala micro- e nano- dopo il congelamento a spruzzo, aumentando la velocità di essiccazione e migliorando la resa del prodotto.
3) L'attrezzatura per l'essiccazione in fase di vapore-a vuoto è utilizzata specificatamente per l'essiccazione di trasformatori-immersi in olio di grandi dimensioni e altre apparecchiature elettriche simili. La Svizzera ha sviluppato questo prodotto negli anni '70. il mio paese ha introdotto queste apparecchiature negli anni '80 e, dopo gli anni '90, la tecnologia è stata ampiamente assimilata e ora è possibile produrre a livello nazionale set completi di apparecchiature.
4) Attrezzature per la liofilizzazione-da laboratorio su piccola scala-: per soddisfare le esigenze delle scuole e degli istituti di ricerca, a livello nazionale e internazionale sono stati sviluppati diversi dispositivi di liofilizzazione-da laboratorio su piccola scala-con funzioni diverse. Le figure 4-7 mostrano diversi liofilizzatori da laboratorio-su scala ridotta-prodotti dalla tedesca MartinChrist, di piccole dimensioni, leggeri e multi-funzionali. Possono sostanzialmente soddisfare gli esperimenti di liofilizzazione di vari materiali. Diversi produttori nazionali, come Haimen Light Industry Machinery Factory No. 4, hanno iniziato ad assimilare e introdurre progetti, sviluppando nuovi prodotti, sebbene le loro prestazioni non siano ancora sufficientemente stabili.
Sistema-a camera singola
In condizioni asettiche, sia il pre-congelamento che l'essiccazione vengono eseguiti nella camera di condensazione.
Sistema a doppia-camera
Il pre-congelamento viene effettuato in un frigorifero a bassa-temperatura o in un congelatore rotante, mentre l'essiccazione viene eseguita nella camera di essiccazione sopra la camera di condensazione.
5) Liofilizzatore farmaceutico-di tipo separatore per liofilizzazione-
I liofilizzatori-per alimenti separano il congelamento e l'essiccazione per risparmiare energia, risparmiare tempo e aumentare la resa. I liofilizzatori farmaceutici tradizionali-completano il congelamento e l'essiccazione nella macchina in un unico passaggio. Alcune aziende in Europa occidentale e negli Stati Uniti, per raggiungere gli stessi obiettivi della liofilizzazione-degli alimenti, pre-congelano i farmaci e poi li inviano all'essiccatore per l'essiccazione. La Figura 8 mostra la foto di un dispositivo di precongelamento continuo di farmaci.
3. Le funzioni delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto stanno aumentando.
Con il progresso dell'elettronica e della tecnologia informatica, i sistemi di controllo e le funzioni di visualizzazione delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto sono generalmente aumentati. L'attrezzatura per l'essiccazione sotto vuoto del mais sviluppata dal Zhengzhou Grain Science Research Institute dispone di funzioni di controllo automatico e di visualizzazione simulata; i liofilizzatori sottovuoto prodotti da produttori come Shanghai Dongfulong e Beijing Suyuan hanno molteplici funzioni tra cui la determinazione del punto finale della liofilizzazione-, la progettazione della curva di liofilizzazione-, il monitoraggio dello stato operativo, l'archiviazione di più curve di liofilizzazione-e la stampa delle informazioni sulla produzione.
Le apparecchiature straniere per l'essiccazione sotto vuoto hanno generalmente più funzioni, la maggior parte delle quali includono bracci robotici per il campionamento e i test durante il processo di essiccazione; alcune apparecchiature rotanti per l'essiccazione sotto vuoto hanno funzioni di frantumazione e granulazione; anche le apparecchiature di liofilizzazione-farmaceutiche possono eseguire la granulazione.
4. Diversi punti di vista sullo sviluppo delle apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto
1) L'innovazione è la via d'uscita fondamentale per lo sviluppo di apparecchiature per l'essiccazione sotto vuoto
Attualmente, lo sviluppo delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto è relativamente lento. Una ragione importante è l’imitazione reciproca, che porta alla stagnazione allo stesso livello tecnologico e alla mancanza di innovazione. C’è una forte capacità e velocità nell’imitazione, ma un concetto debole di innovazione e investimenti insufficienti. La concorrenza si concentra sulla quota di mercato, sulla costruzione di relazioni e sulle guerre dei prezzi. Un approccio leggermente migliore prevede un certo sforzo in termini di qualità e servizio post-vendita. Tuttavia, questi non sono buoni metodi per sviluppare apparecchiature di essiccazione sotto vuoto; gli investimenti in risorse umane, materiali e finanze sono necessari per l’innovazione.
2) Il risparmio energetico è la chiave per lo sviluppo di apparecchiature di essiccazione sotto vuoto
La scarsità di energia ha attirato l’attenzione di tutto il mondo. Il pensiero tradizionale sostiene che le apparecchiature di essiccazione sotto vuoto consumano molta energia perché richiedono una pompa a vuoto. Tuttavia, mancano confronti reali sul consumo energetico per l’essiccazione dello stesso materiale allo stesso contenuto di umidità. In effetti, l'essiccazione sotto vuoto è un'essiccazione a bassa-temperatura in uno spazio chiuso, con conseguente spreco di energia relativamente inferiore. Tuttavia, il risparmio energetico nelle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto rimane cruciale per il loro sviluppo. Rispetto ad altri tipi di apparecchiature di essiccazione, l'obiettivo del risparmio energetico nelle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto dovrebbe essere la progettazione, la selezione e l'uso razionale del sistema del vuoto.
Non esistono molti sistemi di vuoto in grado di pompare vapore acqueo. Attualmente, ci sono due categorie principali: una è quella delle pompe che possono pompare direttamente il vapore acqueo, comprese principalmente pompe a getto d'acqua, pompe a getto di vapore, pompe ad anello d'acqua e pompe a radici umide; l'altro utilizza la condensa per catturare l'acqua. Entrambi i metodi sono relativamente-ad alta intensità energetica. La direzione del risparmio energetico per i primi dovrebbe essere quella di migliorare l'efficienza di pompaggio della pompa; la direzione del risparmio energetico per quest'ultimo è progettare strutture e efficienza termica di dispositivi come gas-scambiatori di calore in fase solida. 3). Le apparecchiature di essiccazione sotto vuoto continue sono un metodo importante per aumentare la resa del prodotto e risparmiare energia.
Rispetto alle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto batch, le apparecchiature di essiccazione sotto vuoto continue richiedono meno tempo ausiliario, risparmiando tempo e aumentando la produzione. Inoltre, a differenza delle apparecchiature di essiccazione sotto vuoto batch, non richiede che la temperatura dell'apparecchiatura fluttui ad ogni ciclo di produzione, evitando così sprechi energetici dovuti al riscaldamento ripetuto dei componenti dell'apparecchiatura. Pertanto, si risparmia energia.
4) La combinazione di apparecchiature di essiccazione sotto vuoto con altri metodi di essiccazione è un metodo di produzione che dovrebbe essere incoraggiato.
La combinazione dell'essiccazione sotto vuoto con altri metodi di essiccazione può migliorare l'efficienza produttiva e ridurre i costi del prodotto. Ad esempio, per prodotti come verdure, prodotti acquatici e frutta, l'essiccazione sotto vuoto può garantire la qualità del prodotto. Se, dopo la pulizia e la scottatura, i prodotti vengono centrifugati per rimuovere l'acqua superficiale e poi essiccati con aria fredda prima di essere inviati all'apparecchiatura di essiccazione sotto vuoto, si possono ottenere miglioramenti significativi nell'efficienza produttiva e riduzione dei costi di produzione. Anche la combinazione di essiccazione a spruzzo e liofilizzazione-è una di queste combinazioni.
Molti metodi di combinazione simili possono essere trovati attraverso la sperimentazione, anche se ciò richiederà tempo, impegno e risorse finanziarie considerevoli.
5. Conclusione
Le apparecchiature di essiccazione sotto vuoto vengono costantemente innovate. Tuttavia, ci sono ancora molti problemi. Se l’industria, il mondo accademico e gli istituti di ricerca riusciranno a collaborare strettamente, i risultati saranno ancora più significativi.