Sıvı azot – dondurarak kurutmada çevre için bir fırsat
Dondurarak kurutma veya liyofilizasyon, proteinlerin ve aşıların hassas bir şekilde kurutulması gerektiğinde sıklıkla tercih edilen bir yöntemdir. Hemen hemen tüm meyveler dondurarak kurutulabilir. İklimi korumak ve Küresel Isınma Potansiyelini (GWP soğutucu) azaltmak için tercihen sıvı azot soğutucu olarak kullanılır.
Dondurarak kurutmanın temelleri
Dondurarak kurutmada, süblimasyon yoluyla üründen su çıkarılır veya alternatif olarak başka bir donmuş çözücü kullanılır. Ardından, hala bağlı olan su molekülleri difüzyon ve desorpsiyon yoluyla uzaklaştırılır.
Dondurarak kurutma, liyofilizasyon olarak da adlandırılır. İyi kontrol edilen bir dondurarak kurutma işleminde, ürün sıcaklığı tüm süreç boyunca sabit olarak düşük tutulur. Böylece, kurutulan ürün matrisinde görünüm ve özellikleri olumsuz etkileyebilecek yapısal değişiklikler önlenir.
Dondurarak kurutma süreci birkaç adımdan oluşur: İlk olarak numune hazırlanır. Çözelti veya süspansiyon formülasyonu uygun ambalaj malzemesine (şişeler, şişeler, kaplar, dökme) aktarılır. Ardından dondurarak kurutucu numunelerle doldurulur. Dondurma işlemi atmosferik basınç altında gerçekleştirilir. Birincil kurutma (su süblimasyonu) vakum altında gerçekleşir. İkincil kurutma (difüzyon ve desorpsiyon) da vakum altında gerçekleşir. Gerekirse, inert gazın verilmesi ve kısmi vakum altında kapatılması gerekir. Ardından ürün çıkarılabilir. Başarılı bir dondurarak kurutma işlemiyle şu avantajlardan yararlanabilirsiniz:
- Daha uzun raf ömrü
- Nazik kurutma
- Kabul edilebilir düzeyde aktive edilebilir içerik maddeleri
- Kısa ve tam rekonstitüsyon
- Hoş görünüm
- Çevre dostu süreç
İyi ayarlanmış bir dondurarak kurutma tesisinde, süreç tanımlanmış parametreler (sıcaklık, basınç ve kurutma süresi) ile güvenilir bir şekilde tekrarlanabilir. Dondurarak kurutucunun ana bileşenleri soğutma sistemi, vakum sistemi, kontrol sistemi, ürün odası ve kondansatördür. Soğutma sistemi, dondurarak kurutucunun içindeki (buz) kondansatörü soğutur. Ayrıca, ürünü dondurmak için raf alanlarını soğutmak için de kullanılabilir. Vakum pompası kondansatöre bağlıdır.
Air Liquide, uzun yıllara dayanan pazar ortaklarıyla birlikte, çevre dostu bir dondurarak kurutma işlemi gerçekleştirmek için güvenilir bir hizmet sunar.
Su süblimasyonu sırasında ne olur?
Su süblimasyonu, bir maddenin sıvı fazı atlayarak katı fazdan gaz fazına doğrudan geçişi anlamına gelir. Süblimasyonun fiziksel arka planını anlamak, dondurarak kurutmanın başarılı bir şekilde uygulanması için temel önemdedir. Süblimasyonun gerçekleşmesi için düşük basınçlar gereklidir. Faz geçişi için enerji gereklidir. Dondurarak kurutmada bu enerji, dondurulmuş sisteme ısı şeklinde verilir. Dondurarak kurutmada süblimasyon şu şekilde gerçekleşir:
- Dondurma – Ürün tamamen dondurulur.
- Vakum – Ardından, suyun üçlü noktasının oldukça altında olan derin bir vakum uygulanır.
- Kurutma – Sıcaklık artırıldığında ısı enerjisi verilir ve buz süblimleşir.
Sıvı azot ile dondurarak kurutmanın avantajları
Air Liquide, dondurarak kurutma tesislerinde soğutucu olarak sıvı azot kullanır. Sıvı azot, hidroflorokarbon (HFC) ile yapılan geleneksel soğutmaya çevre dostu bir alternatiftir. Bu soğutma şekli ile iklim korunabilir. Azot ile dondurarak kurutmada tüm GMP gereklilikleri güvenli bir şekilde karşılanır. Proteinler, kültürler, meyveler vb. önce kontrollü bir şekilde dondurulur. Ardından nazikçe kurutulur. Bu işlemin avantajı, kurutmanın hızlı olmasıdır. Kondansatör sıcaklığı -50 °C ile -100 °C arasında bireysel olarak ve kademesiz olarak ayarlanabilir.
Soğutucu azot ile iklimi koruyun: Çevre dostu bir işlem
Dondurarak kurutmada kullanılan sıvı azot, hava ayrıştırma tesislerinde çevre dostu bir şekilde üretilir, çünkü emilen hava filtrelenir ve sıkıştırma yoluyla yaklaşık 130 °C'ye ısıtılır. Sıvılaştırma ve rektifikasyondan önce hava, moleküler eleklerden geçirilir ve yaklaşık -180 °C'de donarak sudan, karbondioksitten ve hidrokarbonlardan arındırılır. Sıvı azotun kaynama sıcaklığı -195,79 °C'dir (1,013 bar basınçta).
Sıvı azot üretiminin temelleri, dondurarak kurutma için de geçerlidir
Hava sıvılaştırma
Hava önce su buharı, toz ve CO2'den arındırılır. Bir kompresör havayı 200 bar basınca sıkıştırır. Ardından hava bir kısma valfi veya türbin aracılığıyla gevşetilir. İlk aşamada sıcaklığı yaklaşık 45 K düşerek -25 °C'ye iner. Soğutulan hava, bir ters akışlı ısı eşanjörü aracılığıyla kompresöre geri gönderilir. Böylece hava, gevşetilmeden önce diğer sıkıştırılmış havayı soğutmak için kullanılır. Bu işlem sayesinde hava yavaş yavaş soğutulur ve 20 bar basınçta sıvılaşır.
Atmosferik basınç altında açık bir kapta sıvı hava yaklaşık -190 °C = 83 K sıcaklığa ulaşır. Sıvı havanın kaynaması ile düşük sıcaklığı korunur ve buharlaşma ısısı çekilir. Isı iletimi veya radyasyon yoluyla sağlanan ısı, tüketilen buharlaşma ısısı ile dengede olduğundan, kaynayan hava miktarı düzenlenir. Kabın büyüklüğüne ve yalıtımına bağlı olarak, sıvı hava birkaç saatten birkaç güne kadar korunabilir. Ancak sıvı hava hiçbir şekilde kapalı kaplarda saklanmamalıdır, çünkü kademeli ısınma nedeniyle artan iç basınç kapların patlamasına neden olur.
Sıvılaştırılmış havanın fraksiyonlanması
Sıvı hava, fraksiyonlama yoluyla bileşenlerine ayrılabilir: Bunun için, hava bileşenlerinin farklı kaynama noktaları kullanılır. Ancak, oksijen ve azotun kaynama noktaları birbirine çok yakındır. Bu nedenle bir rektifikasyon kolonu kullanılır: Sıvı hava, yükselen gaza karşı akış yönünde birkaç rektifikasyon tabanından aşağı doğru akar. Gazdan oksijeni alır ve azotu verir. İklimi korumak için, rektifikasyonda çevreye zararlı GWP soğutucu akışkanlar kullanılmaz.
Dondurarak kurutma için sıvı azot kullanıldığında, soğutucu olarak zehirli florlu hidrokarbon kullanılmasına gerek kalmaz.
Kendi dondurarak kurutmanızı yapın – hızlı ve rahat bir şekilde kendi tesisinizde kurutun
Air Liquide tesisleri ve güvenilir azot tedariki sayesinde, evinizde veya laboratuvarınızda sorunsuz bir şekilde kendiniz dondurarak kurutma yapabilirsiniz. Vakumlu dondurarak kurutma için küçük laboratuvar cihazları sunulmaktadır.
Tipik olarak, şişeler veya şişeler için bir bağlantı borusu (kuru tarak) bulunan bir kurutucu kullanılır. Burada ürün genellikle tesisin dışında dondurulur. Yer kaplayan dondurarak kurutucularda ürün, tepsilere veya şişelere yerleştirilir. Diğer bir yaygın sınıflandırma ise boyut (kapasite) ve uygulamaya göredir – yani Ar-Ge için laboratuvar cihazları, proses geliştirme için pilot tesisler, ölçek büyütme ve üretim tesisleri. Pilot tesisler, ölçek büyütme ve proses geliştirmenin yanı sıra formülasyon geliştirme çalışmaları ve küçük ölçekli uygulamalar için de sıklıkla kullanılır.
Dondurarak kurutmada sıvı azotun kullanılması, yenilikçi bir gelecek pazarı olan biyofarmasötik alanında da yeni uygulama olanakları yaratmaktadır. Diğer geleneksel GWP soğutucu akışkanlar, proteinlerin dondurulmasında (lyofilizasyon proteinleri) -40 °C'nin altındaki kristalizasyon sıcaklıklarında sınırlarına ulaşırken, sıvı azot bu işlem için idealdir. Ayrıca, sıvı azot çevreye zarar vermez, çünkü soğutucu (GWP) kullanılmaz ve böylece iklim korunur. Azotun bir diğer avantajı, diğer kullanım olanaklarıdır. Örneğin, kontrollü bir atmosferi korumak için inert gaz olarak kullanılabilir. Bu ve diğer uygulamalar, dondurarak kurutmanın ekonomikliğini artırır.
Bu da ilginizi çekebilir
Eco Origin ile Air Liquide, teknik gazların üretimi/imalatında tüm CO2 emisyonlarını önlemektedir – tüm enerji ihtiyacı yenilenebilir enerji kaynakları ile karşılanmaktadır.
