УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ЖИДКОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК F26B3/347 

Изобретение относится к устройствам для непрерывной вакуумной сушки с микроволновым нагревом текучих материалов, перемещающихся при сушке под действием силы тяжести, а конкретно к устройствам для сушки жидковязких материалов, содержащих термолабильные вещества, преимущественно в фармацевтической, пищевой, микробиологической промышленности.

Известны используемые в промышленности высокоэффективные установки для непрерывной сушки жидких материалов - вальцовые вакуумные и распылительные сушилки. Вальцовые вакуумные сушильные установки содержат расположенные в вакуумируемой камере нагреваемые медленно вращающиеся вальцы (валец), на поверхность которых непрерывно наносится высушиваемый материал, и скребки, снимающие корочку высохшего материала с поверхности вальцов. Распылительные сушилки содержат сушильную камеру, распылительное устройство, распыляющее в камере высушиваемый материал, и устройство для нагрева и подачи в камеру сушильного агента (газ, воздух).

В распылительных сушилках процесс идет интенсивно в режиме кипения жидкости в распыленных частицах, то есть при температуре сушильного агента выше температуры кипения воды, что не исключает возможности перегрева высушиваемых термолабильных веществ даже несмотря на малое время пребывания частиц в сушильной камере. Снижение же температуры сушильного агента приводит к неприемлемо большим габаритам сушильной камеры. Применение вакуума в вальцовых сушилках позволяет снизить вероятность перегрева высушиваемого вещества за счет снижения температуры подаваемого в вальцы теплоносителя, но при этом резко снижается производительность установки, которая при обогреве вальцов паром составляет 40...50 кг/ч с 1 м² поверхности вальцов, и при хорошей адгезии высушиваемого вещества к поверхности вальцов сохраняется вероятность перегрева из-за длительной тепловой экспозиции не очищаемой скребком корочки.

Известна сушильная установка для непрерывной сушки сыпучих материалов с микроволновым нагревом, содержащая вертикально расположенную сушильную камеру, в которую подается СВЧ-энергия, расположенное в верхней части камеры устройство загрузки высушиваемого материала и расположенное в нижней части камеры устройство выгрузки высушенного продукта. Перемещение материала при сушке на этой установке под действием силы тяжести, исключающее его налипание, и объемный нагрев микроволновым излучением делают эту установку привлекательной также для сушки жидковязких материалов.

Однако продолжительность сушки свободно падающих в камере капель жидкого материала ограничена высотой сушильной камеры, которая может оказаться технически неприемлемо большой для полного высыхания капель. Повышение интенсивности сушки до режима кипения капель при атмосферном давлении в камере делает невозможной сушку материалов, содержащих термолабильные вещества. С другой стороны, повышение интенсивности сушки требует повышения плотности СВЧ-энергии в камере до предельно высоких значений, что связано с рядом технических затруднений: возможность пробоев в камере и бесполезная потеря СВЧ-энергии, необходимость применения сверхмощных СВЧ-генераторов и т.д. Кроме того, выполнение сушильной камеры как резонатора не позволяет наиболее полно использовать подводимую СВЧ-энергию из-за возможных колебаний связи с нагрузкой и возникновения стоячих волн при отражении непоглощенной энергии.

Целью изобретения является обеспечение возможности непрерывной сушки перемещающихся в сушильной камере под действием силы тяжести содержащих термолабильные вещества жидковязких материалов при их микроволновом нагреве и более полное использование СВЧ-энергии для сушки.

Указанная цель достигается за счет того, что в сушильной установке, содержащей вертикально расположенную сушильную камеру, в которую подводится СВЧ-энергия, расположенное в верхней части камеры устройство загрузки высушиваемого материала и расположенное в нижней части камеры устройство выгрузки высушенного продукта, сушильная камера выполнена в виде вакуумируемого волновода и имеет ввод СВЧ-энергии в верхней части камеры и ловушку излишков СВЧ-энергии в нижней части, загрузочное устройство имеет вход в камеру, выполненный в виде регулируемого по расходу жиклера, а в нижней части камеры дополнительно расположено устройство для измельчения высушенного материала и вывода его из камеры.

Стенки сушильной камеры имеют перфорацию и коллектор для вакуумирования внутренней полости камеры.

Нижняя часть камеры герметично отделена мембраной из радиопрозрачного материала, например из фторопласта, стекла "пирекс", заполнена проточной водой и является ловушкой излишков СВЧ-энергии, не поглощенных высушиваемым материалом.

Устройство для измельчения высушенного материала содержит выполненный из радиопрозрачного материала, например из капролона, зубчатый ротор диаметром не менее двух поперечных разервов сушильной камеры, соприкасающийся сверху с разделительной мембраной и вращающийся в примыкающем к камере корпусе, имеющем отверстие для вывода высушенного материала.

Выполнение сушильной камеры в виде волновода с вводом СВЧ-энергии в верхней части камеры, ловушкой избытков СВЧ-излучения в нижней части камеры обеспечивает заполнение камеры СВЧ-излучением в режиме бегущей волны, совпадающей по направлению с движением в камере высушиваемого материала, и, как итог, хорошее согласование подводимой мощности СВЧ-излучения с нагрузкой, наиболее полное использование мощности СВЧ-генератора, снижает перегрузки генератора при колебаниях согласования с нагрузкой, а также предотвращает опасное для обслуживающего персонала паразитное излучение. Ввод высушиваемого материала в сушильную камеру сверху струей через регулирующий расход жидкости жиклер и вакуумирование камеры обеспечивают возможность вспенивания струи при входе в камеру, ее удержание за счет пенной структуры и сушку материала в виде пенного шнура (а не капель), опускающегося в камере со скоростью, лишь немногим превосходящей скорость подачи материала из жиклера, что в итоге обеспечивает при фиксированной высоте камеры увеличение длительности времени пребывания в камере по сравнению со свободным падением. Вакуумирование сушильной камеры обеспечивает не только вспенивание струи жидкости, но и ее сушку в режиме кипения при достаточном для этого микроволновом подогреве, то есть сушку при температуре, гарантированно не превышающей температуру кипения, соответствующую значению остаточного давления в вакуумируемой камере. Например, при остаточном давлении 4250 Па (40 мм рт.ст.) вода кипит при 303 К (30^оС), что исключает возможность перегрева высушиваемого вещества при его расходе, согласованном с мощностью используемого СВЧ-генератора. Устройство измельчения при вращении зубчатого ротора обеспечивает грубое измельчение высохшего пенного шнура и вывод измельченного сухого продукта через отверстие в корпусе, к которому могут быть подсоединены известные в технике устройства: либо периодически заменяемая накопительная емкость, либо шлюзовый затвор для непрерывного вывода высушенного продукта из вакуумируемого объема.

На чертеже приведена схема установки для сушки жидковязких материалов.

Установка содержит выполненную в виде волновода сушильную камеру 1 с вводом СВЧ-излучения 2, перфорированными стенками 3 и коллектором 4 для вакуумирования полости камеры. Расположенное над камерой загрузочное устройство 5 имеет вход в верхнюю часть камеры в виде жиклера 6 с регулирующей расход высушиваемого материала иглой 7. Нижняя часть 8 камеры герметично отделена мембраной 9, выполненной из радиопрозрачного материала, например из фторопласта, и заполнена проточной водой. Устройство для измельчения высушенного материала состоит из примыкающего к камере корпуса 10 с отверстием 11 для вывода сухого продукта, выполненного из радиопрозрачного материала, например из капролона, зубчатого ротора 12 и двигателя 13 привода ротора. На схеме также показана сменная накопительная емкость 14 сухого продукта.

Высушиваемый жидковязкий материал под действием перепада давления в окружающей атмосфере и вакуумируемой камере из загрузочного устройства 5 через жиклер 6 поступает струей в сушильную камеру 1 и под воздействием вакуума вспенивается. Получившая пенную структуру струя при достаточной прочности в виде пенного шнура опускается в камере и непрерывно подогревается поглощаемым СВЧ-излучением до температуры кипения воды, соответствующей значению остаточного давления в камере. Пары из камеры непрерывно отсасываются вакуум-насосом. Высушенный пенный шнур достигает разделительной мембраны 9 и измельчается вращающимся ротором 12. Измельченный сухой продукт через отверстие 11 в корпусе либо ссыпается в сменную накопительную емкость 14, либо непрерывно выводится из вакуумируемого объема известными в вакуумной технике устройствами, например роторным шлюзовым затвором.

На описанной выше установке проводилась сушка сахарной патоки с влагосодержанием 0,2 кг/кг. Диаметр сушильной камеры составлял 96 мм, высота (от жиклера до мембраны) 1500 мм. Установка питалась СВЧ-энергией от СВЧ-генератора с частотой излучения 2,25 кГц и выходной мощностью до 2,5 кВт. Сушильная камера вакууммировалась водокольцевым насосом до остаточного давления 0,2 МПа (150 мм рт.ст.). Расход патоки через жиклер устанавливался примерно 5 г/с. Коэффициент использования СВЧ-энергии составлял 80...85% (может быть повышен до 90...95% и выше). Для сравнения: удельные энергозатраты при распылительной сушке молока составляют 20 МДж на 1 кг высушиваемой воды, энергетический КПД не превышает 15%. Высушенный порошкообразный продукт имел остаточную влажность 4%, что обеспечивает его длительную сохранность в укупорке, не допускающей атмосферную влагу. При использовании выпускаемых промышленностью СВЧ-генераторов с выходной мощностью 50 кВт предлагаемая установка для сушки жидковязких материалов обеспечит выпаривание воды до 70 кг/ч или при влагосодержании исходного материала порядка 0,25 кг/кг производительность сушки по этому материалу до 300 кг/ч.

Использование: в устройствах для непрерывной вакуумной сушки материалов при их микроволновом нагреве, например в фармацевтической промышленности. Сущность изобретения: установка содержит вертикально расположенную сушильную камеру 1, в которую подводится СВЧ - энергия, расположенное над ней устройство 5 загрузки высушиваемого материала и расположенное внизу устройство выгрузки высушенного продукта. Сушильная камера 1 выполнена в виде вакуумируемого через перфорированные стенки волновода с вводом СВЧ - энергии в верхней части и ловушкой излишков СВЧ - энергии в нижней части. Ввод материала в камеру 1 осуществляется через регулируемый по расходу жиклер 6. Установка имеет устройство для измельчения высушенного материала в нижней части камеры 1. Ловушкой излишков СВЧ - энергии является заполненная проточной водой нижняя часть 8 камеры, отделенная мембраной 9 из радиопрозрачного материала. Устройство для измельчения включает зубчатый ротор 12 из радиопрозрачного материала, вращающийся в примыкающем к камере корпусе. Поступающая в вакуумируемую камеру через жиклер струя материала вспенивается, медленно сравнительно со свободным падением в виде вспененного шнура опускается в камере, непрерывно подогревается до температуры кипения энергией бегущей волны, сухой вспененный шнур измельчается зубьями вращающегося ротора, а измельченный высушенный продукт выводится из корпуса измельчающего устройства. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ СУШКИ ЖИДКОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая вертикальную сушильную камеру в виде волновода с подключенным к ее верхней части устройством подвода СВЧ-энергии и расположенной в ее нижней части ловушкой излишков СВЧ-энергии, а также снабженную загрузочным устройством, расположенным над устройством подвода СВЧ-энергии и разгрузочным устройством в нижней части камеры, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности непрерывной сушки содержащих термолабильные вещества материалов при их микроволновом подогреве и более полного использования СВЧ-энергии, сушильная камера снабжена устройством для вакуумирования, сообщенным с внутренней полостью сушильной камеры и расположенным над разгрузочным устройством и ловушкой-устройством для измельчения высушиваемого материала, при этом загрузочное устройство снабжено регулируемым по расходу жиклером. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для вакуумирования снабжено коллектором сбора отводимых паров, а стенки камеры в зоне упомянутого устройства выполнены перфорированными. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ловушка излишков СВЧ-энергии выполнена в виде емкости с проточной водой, образованной стенками камеры и установленной по ее оси поперечной мембраной из радиопрозрачного материала, например фторопласта. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для измельчения высушиваемого материала выполнено в виде примыкающего к камере корпуса с отверстием в нижней части для вывода высушенного материала, сообщенного с полостью камеры, а в верхней части корпуса и в полости камеры над мембраной расположен зубчатый ротор диаметром не менее двух поперечных размеров камеры, выполненный из радиопрозрачного материала, например капролона.