В настоящее время концентрирование жидких сред методом вымораживания влаги развивается по трем основным направлениям и основан на отводе теплоты, выделяемой при кипении воды в среде вакуума ниже точки ее замерзания; впрыскивании легкокипящего хладагента или жидкости с низкой температурой замораживания в продукт и на на передаче теплоты от жидкой среды к хладагенту через твердую стенку.
Эффективность процесса вымораживания зависит от правильного проведения процесса кристаллизации влаги. Кристаллизация зависит главным образом от температуры замерзания, степени переохлаждения и физико – химических свойств продукта.
Для более эффективного обезвоживания процесс вымораживания и последующее удаление льда могут повторяться несколько раз.
Процесс мнегоступенчатого вымораживания можно проследить на диаграмме i–x (рисунок). На оси абсцисс откладывается количество вещества х, приходящего на 1 кг растворенного вещества, а по оси ординат – энтальпия раствора у.
Процесс концентрирования вымораживанием в i – x диаграмме
Исходное состояние раствора характеризуется точкой 1. Начальное охлаждение раствора происходит при постоянном объеме, т.е. по вертикали (x=const). Точка 2 характеризует насыщенное состояние. При небольшом переохлаждении процесс дойдет до точки 3, где начинается образование кристаллов льда. Замораживание происходит при постоянной температуре по изотерме t1=const.
Образование кристаллов льда продолжается до точки 4, которая характеризует состояние смеси, состоящей из (1+х4) кг раствора и (х1–х4) кг кристаллов льда. Если лед удаляется из смеси, то остается раствор более концентрированный, чем исходный и характеризуется точкой 4.
Повторным охлаждением в точке 5 снова начинается образование кристаллов, и замораживание происходит изотермически по линии t2 аналогичным образом, как и в первом случае образование кристаллов происходит до точки 6. Вымораживание таким образом может продолжаться до концентрации, соответствующей эвтектической точке 7, для чего необходимо охладить раствор до температуры t3.
Дальнейшее охлаждение нецелесообразно, так как помимо образования кристаллов льда, начинается образование кристаллов растворенного вещества.