Из стратосферы в кашу на завтрак: сублимационная сушка на Node.JS

Уже не в первый раз, собираясь написать небольшую статью для VC.ru о бизнесе, задаюсь одним вопросом – какую пользу принесет прочтение моего рассказа о компании и применяемых технологиях читателю, и, в очередной, не находя подходящего и убедительного ответа, использую классическое начало повествования для экскурсий на производство. Попробуем с этого и начать.

Самое частое начало диалога после рукопожатия в бизнес-сообществе за последние 3 года выглядит примерно так:

- Чем же вы все-таки занимаетесь?

- Мы производим продукты сублимационной сушки.

Как правило после этого ответа в 80% случаев на лице второй стороны диалога появляется легкая настороженность, поэтому, не дожидаясь второго уточняющего вопроса я, что называется «достаю из рукава козырную карту», не давая собеседнику уйти мыслями в химическую промышленность:

— Это то, что вы, скорее всего, едите на завтрак в каше… такие маленькие, вкусные кусочки ягод и фруктов.

После этой, что называется «дежурной фразы», вторая сторона диалога почти в 100% случаев с улыбкой выдыхает, а еще в 50% случаев мой собеседник с улыбкой ответит:

- Ну, так бы сразу и сказал! Это вкусно!

Да, это действительно вкусно, и даже полезно, поэтому предлагаю узнать поподробнее, что же такое продукты сублимационной сушки, как устроен технологический процесс на нашем производстве и даже причем тут web приложения.

Сублимационная сушка – это один из наиболее передовых методов обезвоживания продуктов с помощью вакуума и щадящего воздействия нагрева. Такая формулировка наиболее простая, и возможно уже лишает вас мнения о высокой технологичности всего действа, поэтому давайте представим этот процесс несколько иначе. Для того, чтобы получить горсть сублимированных ягод черники, для каши на завтрак, нам потребуется создать в камере разряжение порядка 85 Па, что примерно соответствует значениям стратосферы на высоте порядка 100 км над землей. Это конечно не сверхнизкий вакуум, но все же, при столь низком давлении мы станем свидетелями опытов из видео в стиле занимательная физика. Все дело в том, что ниже так называемой «тройной точки», то есть ниже 600 Па, у воды, содержащейся в чернике в крайне большом количестве, не существует такого агрегатного состояния как жидкость. Вода существует лишь в двух фазах — лед и пар. Более того продукт начнет «самозамораживаться». Мы пока не будем вдаваться в природу этого явления (для этого есть соответствующий учебник по сублимационной сушке), достаточно того, что мы увидим, как температура продукта вместе со снижением давления опустится до -30⁰С, а то и до -50⁰ С.

Фактически процесс сублимации уже начался, но протекать он будет крайне медленно, лишив Вас вкусного завтрака, а нас экономического обоснования бизнеса. Кстати говоря, природу, а главное результаты этого процесса, заметили примерно в XI веке инки. Традиционное блюдо народов, населяющих предгорья Анд это – чуньо, фактически это блюдо из сублимированного картофеля. Продукт поочередно замерзает и нагревается, влага испаряется из продукта под действием разряженного горного воздуха. Этот процесс очень похож на технологию современной сублимационной сушки

От блюд перуанской и боливийской кухни вернемся к нашим ягодам, находящимся в условиях стратосферы. И чтобы все же получить горсть сублимированных ягод, в качестве наполнителя к каше на завтрак, нам нужно ускорить процесс и для этого мы используем плавный, в прямом смысле слова, щадящий нагрев. Причина проста — чтобы сохранить пользу в ягодах и фруктах, нужно сохранить витамины и микроэлементы. Витамины начинают безвозвратно разрушаться при температуре выше 50С, именно поэтому я делаю акцент на словосочетании щадящий нагрев. В технологическом процессе мы не нагреваем продукт выше 45⁰С, более того большая часть всего цикла проходит при отрицательных температурах продукта. Нагрев продукта, в большей степени, играет роль катализатора процесса. Шутка ли, в одной из диссертации моему партнеру даже встречался подход, автор которого утверждал, что греть вообще ничего не нужно – само собою высохнет, просто под воздействием вакуума. В теории да, но на практике как-то не получилось, поэтому довольствуемся щадящим нагревом.

Чуть не забыл, самую важную деталь. Нам нужно не просто получить из замороженного продукта пар, нам нужно его обязательно куда-то осадить, иначе пар просто повиснет над продуктом и при первом же снижении своей температуры постарается вернуться обратно. К тому же пар начнет поднимать давление в камере, а это нам совершенно ни к чему. Для того, чтобы превратить извлеченный из продукта пар обратно в лед, мы используем специальный теплообменник – десублиматор. Температура десублиматора для эффективного процесса должна быть ниже на 10-12 чем температура продукта, который мы сушим, то есть до -55⁰ С. Это необходимо для того, чтобы пар перемещался в вакууме и осаждался в виде льда.

Процесс сублимации — это не быстро, и мы не уложимся за пару часов. Стандартные циклы, которые мы используем для таких продуктов как ягоды и мелконарезанные фрукты достигают 24 часа, реже 16 часов. Среди опытов умельцев, собиравших установки сублимационной сушки в кладовке, можно найти циклы сушки клубники до 48 часов. Такой продукт обладает потрясающей органолептикой – с расстояния метра вы не отличите такую клубнику от только что сорванной с куста. Так называемые передовые технологии сублимационной сушки в СВЧ поле позволяют сократить процесс до 4 часов без потери качества продукта — и это просто потрясающе, и, возможно, это будущее технологии, но есть одна деталь, которую крайне неохотно обсуждают специалисты по данному оборудованию. Для того чтобы быстро обезвоживать продукт, то есть удалять лед, нужно еще и этот лед столь же быстро осаждать на десублиматорах. И как вы понимаете, осадить тонну льда за 4 часа или за 24 часа вопрос совсем разных энергозатрат на систему холодоснабжения. Да и стоимость такой машины будет раза в три четыре выше. Возможно в ближайшем будущем этот вопрос будет решен иначе, но пока завтрашний день сублимационной сушки не наступил, и массового применения таких установок нет. Хотя эксперименты с СВЧ и мы осторожно ведем…

Последние часы технологического цикла это в буквальном смысле охота за последними граммами влаги, которую мы все же оставим в минимальном количестве. Остаточная влажность продукта, с которой он без проблем может храниться лет десять в герметичной упаковке, составит около 4%.

После завершения цикла сушки продукт нужно бережно и быстро упаковать в герметичную упаковку, но прежде разделить на фракции. Это необходимо для того, чтобы в тарелке каши оказались именно кусочки, а не порошок. А порошок отправится на предприятия кондитерской промышленности, а возможно даже придаст яркий вкус настойке в вашем любимом баре, ну, или в конце концов войдет в купаж фруктового чая. Применений продуктам сублимации много, и, пожалуй, единственным сдерживающим фактором является неприятное сочетание их цены и не самой благоприятной покупательной способности в нашей стране.

И вот когда мы с вами завершили технологический процесс, а оборудование находится в стадии дефростирования (процесс обильного поливания теплой водой массы намороженного нами льда, о котором читатель возможно забыл), можно поговорить об управлении всем технологическим процессом.

С недавнего времени всем этим действом было решено управлять с помощью web приложения. Компания обзавелась своими программистами и специалистами на вольных хлебах, но прежде мы сломали десятки копий в обсуждениях на тему «о сращивании интерфейсов программируемых промышленных контролеров и ERP систем», и не нашли иного выхода как создать свое ПО, решающее две главные задачи:

Первая и глобальная. Нужно, чтобы условный сотрудник, всегда знал что ему делать на разных стадиях технологического процесса. Система должна ему сказать: «Антон (Саша, Миша и так далее) я проведу тебя от коробки на складе хранения сырья к сублимационной камере и до склада готовой продукции и не дам ошибиться. Помогу выбрать именно ту самую коробку с той самой малиной, приехавшей того самого числа, и так далее…» Но сказать мало, важно еще сделать, и как раз над этой частью мы сейчас работаем. И, признаться, я не нашел ни одной готовой ERP системы, решающей вопрос линейного межцехового управления отвечающей нашим потребностям, однако, уже видел «передовые внедрения», кончившиеся расширением штата и появлением еще большего количества бумаг «в зубах» у технологов. К слову сказать, Антон бумаги не любит не только писать, но и анализировать, как и все молодые специалисты, поэтому шаг (бег) в сторону цифровизации очевиден.

Вторая и технологически не менее важная. Необходимо, чтобы оператор (технолог процесса) работал с дружественным интерфейсом, желательно сидя в удобном кресле, желательно уменьшив «пробег» по цехам. Смена оператора длится 12 часов, предприятие работает круглосуточно, и тот, кто работал в таком режиме меня, наверное, хорошо понимает. Общая тенденция, наблюдаемая во многих отраслях промышленности по всему миру, это упрощение работы сотрудника, при уменьшении объема первично необходимых знаний о работе оборудования. Этакий промышленный Макдональдс, если хотите. Пришел, встал и работаешь. В России этот процесс обусловлен огромными проблемами с компетенцией в рабочих специальностях, но работать как-то нужно. Обучение специалистов — это всегда время, и любой работодатель хотел бы, что бы система управления нивелировала риски не только периода обучения сотрудника. Так называемый «человеческий фактор» на пищевом производстве — это зло, и гораздо реже благо.

Отдельно стоит сказать о выборе «архитектуры» — собственное web приложение vs SCADA. Вы, возможно, согласитесь со мной, что любая работа с всевозможными SCADA это боль и страдание, оборачивающаяся ужасной неповоротливостью системы и тратой денег. На JavaScript (Node JS), являющимся основой нашего «рабочего» web приложения, пишут тысячи и тысячи, в SCADA пишут сотни, и эти сотни стоят сотни и сотни… Вы можете нарисовать в SCADA прекрасные мнемосхемы дающее полное представление о всем происходящем (заодно создающие иллюзию управления атомной электростанцией), обвешать все это великолепие сотнями показаний приборов, но на мой субъективный взгляд, это не позволит сделать работу оператора более простой. Вы можете применить прекрасные алгоритмы, но их обновление зачастую выливается в каторжный процесс. Лично у меня иногда складывает впечатление, что существует секта SCADA, минимальным последствием вступление в которую является «интерфейсный аскетизм».

О том как мы подружили, во всяком случае пытаемся подружить, эти две задачи я расскажу более подробно в следующих статьях, безусловно если вы сочтете этот материал интересным.

В конце статьи мы немного вернемся к декорациям, на фоне которых проходил весь вышеописанный процесс. Автор, добравшись с ягодами почти до самой стратосферы, забыл рассказать о самом предприятии и компании.

ПАО «Сибирский гостинец» — ведущий производитель продуктов сублимационной сушки на территории России. Производственный комплекс компании расположен в особой экономической зоне «Моглино» (Псковская область). Предприятие является одним из первых резидентов особой экономической зоны. В конце 2020 года компания начала процесс существенного увеличения производственных мощностей включающий ввод в эксплуатацию четырех новых установок сублимационной сушки. Данное увеличение мощностей позволит компании стать крупнейшим производителем не только в России, но и в восточной Европе. Общий объем производства составит до 25 т готового продукта в месяц. Продукция компании поставляется не только крупным производителям продуктов питания, но и доступна конечным потребителям на маркетплейсах OZON и WB.