СПОСОБ ВАКУУМНОЙ СУШКИ ЖИДКОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1999 года по МПК F26B5/04 

Изобретение относится к сушильной технике под вакуумом жидковязких материалов, преимущественно коллоидных и водных растворов и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, медицинской и химической отраслях промышленности.

Известен способ сушки пищевых продуктов в вакуумных сушилках. Этот способ позволяет с высокой скоростью удалить только свободную влагу материала. Ведение процесса после удаления влаги до состояния критической, т.е. в период падающей скорости сушки, требует длительного времени и больших энергозатрат.

Известен способ выпаривания пищевых продуктов путем чередования вакуумирования и продувания продукта сухим воздухом, а также вводом окиси углерода между вакуумированием и продуванием для интективирования окислительно-восстановительных ферментов.

Однако этот способ вносит посторонние примеси в процесс, а это нежелательно. Способ дорогостоящий и требует дополнительного оборудования.

Известен способ, заключающийся в том, что вещества в вакууме подвергаются нагреву до температуры 100±10^oC в режиме "кипящего слоя" и давлении от 760 до 10^-2 мм рт. ст., а удаление конденсата осуществляют непрерывной откачкой.

Этот способ предназначен для сыпучих веществ и невозможно его применение для жидких и вязких материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вакуумной сушки жидковязких материалов, сущность которого заключается в том, что материал предварительно перед подачей в камеру нагревают до температуры кипения воды. Нагрев осуществляют СВЧ-излучением, при этом потоки СВЧ-излучения и материала совпадают.

Однако этот способ предполагает дополнительный нагрев материала перед вакуумной сушкой, способ нагрева СВЧ является энергоемким, а высокопотенциальная энергия, применяемая при этом, является одним из дорогих видов энергии. Недостатком СВЧ нагрева продуктов является неравномерность прогрева, что приводит к образованию участков перегрева и ухудшению качества продукта. Все эти недостатки при промышленной организации производства усугубляются.

Задача изобретения - ускорение процесса сушки в промышленных условиях с большой производительностью
Это достигается тем, что материал помещают в вакуумную камеру и подвергают нагреву согласно изобретению. На первой стадии путем регулирования вакуума и температуры нагрева материал доводят до температуры немногим ниже температуры кипения свободной влаги, что обеспечивает ее интенсивное испарение до критической влажности материала. На второй стадии при том же давлении в камере, материал нагревают до температуры кипения влаги, при этом интенсивно удаляется связанная влага и образуется необходимая структура материала. На третьей стадии максимально понижают давление в камере, а температуру нагрева повышают до критической для высушиваемого материала.

Целесообразно, для получения пористой структуры материала в конце второй стадии сушки после начала повышения температуры резко сбросить остаточное давление в камере.

Процесс сушки материала ведется в три стадии. На первой стадии путем интенсивного испарения удаляется свободная влага материала. Режим первой стадии процесса (разрежение в камере и температура подогрева материала) обеспечивает большую движущую силу процесса - разность парциальных давлений пара у поверхности материала и в окружающей среде и высокую постоянную скорость испарения влаги, не доводя материал до состояния кипения, не балансируя на грани с ним. В первой стадии температура материала постоянна, так как все тепло, подводимое к нему, идет на испарение влаги. Окончание первой стадии характеризуется повышением температуры материала.

Вторая стадия процесса направлена на интенсивное удаление связанной влаги материала и представляет собой процесс выпаривания. До температуры кипения материал доводят увеличением температуры подогрева материала при том же вакууме; завершение второй стадии процесса характеризуется структурообразованием материала и повышением его температуры. В зависимости от скорости создания разрежения в конце второй стадии модно получить монолитную или пористую структуру материала. Пористая структура материала получается путем резкого сброса давления, которое способствует кипению влаги внутри твердообразного материала, выходу ее сквозь материал в окружающую среду и созданию в результате этого микро- и макрокапилляров.

Третья стадия процесса - это досушка материала. Она ведется при максимальном вакууме (понижают давление до разрежения, соответствующего температуре ниже тройной точки состояния воды) и температуре подогрева материала, близкой к критической, что наряду с пористой структурой материала, обеспечивающей развитую поверхность испарения, повышает скорость удаления влаги.

Пример 1. Желчь крупяного рогатого скота с температурой 10-20^oC и исходной влажностью 48-52% разливают на противни вакуумной камеры слоем 10-15 мм. Противни, имеющие водяной обогрев, кондуктивным способом постоянно подогревают желчь. В камере с помощью вакуумного насоса и конденсатора создают разрежение. В процессе сушки постоянно контролируется давление в камере, температура продукта и температура подогрева. Процесс сушки ведется в три стадии. На первой стадии, когда испарением удаляется свободная влага, создается вакуум, равный 15-25 мм рт. ст (2000-3350 Па) при температуре подогрева 17,5 - 25,5^oC, температура желчи при этом приближается к температуре противня. Первая стадия процесса завершается через 3-5 часов, на что указывает повышение температуры желчи. На второй стадии с помощью вакуума, равного 15-25 мм рт. ст. (2000-3350 Па), и постепенного повышения подогрева с 17,5 - 25,5^oC до 60-70^oC доводят желчь до состояния кипения. Завершение второй стадии, которая длится 6-8 часов, также характеризуется повышением температуры желчи. После начала повышения температуры желчи осуществляют сброс давления в камере до 0,5 - 0,1 мм рт. ст. (66 - 10 Па), что приводит к получению пористой структуры желчи, способствующей в дальнейшем интенсификации процесса сушки. Третью стадию процесса проводят при вакууме 0,5-0,1 мм рт. ст. (66-10 Па) и температуре подогрева, равной 60-70^oC, меньшей температуры критической. Конечная влажность желчи равна 2-5%. Общая продолжительность процесса 13-18 часов.

Пример 2. Патоку с температурой 20-25^oC и влажностью 8,0 - 10,0% разливают на противни толщиной 10-15 мм и устанавливают на продуктовые полки вакуумной камеры с температурой подогрева 25-30^oC.

Процесс сушки патоки ведется в три стадии. На первой стадии, когда испарением удаляется свободная влага, в камере создается вакуум 24-33 мм рт. ст. (3200-4400 Па) при максимальной температуре подогрева 30-35^oC, при этом температура патоки приближается к температуре подогрева, а продолжительность первой стадии составляет 2-3 часа.

Во второй стадии при вакууме в камере 24-33 мм рт. ст. (3200-4400 Па) постепенно повышают температуру подогрева до 60-70^oC и тем самым доводят патоку до состояния кипения, при котором удаляется связанная влага. Завершение второй стадии также характеризуется повышением температуры и продолжительность ее составляет 2-3 часа.

Третью стадию процесса осуществляют путем понижения давления в камере до 0,5-0,1 мм рт. ст. (66-10 Па) и температуры подогрева 60-70^oC, а продолжительность ее составляет 2-3 часа. Конечная влажность продукта составляет 4-5%.

Таким образом, как видно из примеров, предлагаемый способ позволяет высушить материалы, желчь, потоку и др. за более кроткий промежуток времени, чем по существующим рекомендациям, что позволяет сократить затраты на проведение процесса сушки. Одновременно способ универсален, так как позволяет сушить широкий класс жидковязких материалов даже таких, сушка которых до настоящего времени не была известна, например, патоку.

Способ может использоваться в пищевой, фармацевтической, медицинской и химической отраслях промышленности для сушки жидковязких материалов, преимущественно коллоидных и водных растворов. В способе материал, предназначенный для сушки, располагают на нагреваемых противнях в вакуумной камере, процесс ведут в три стадии. На первой стадии доводят до состояния ниже температуры кипения свободной влаги материала, на второй доводят до температуры кипения и удаления связанной влаги и образования нужной структуры материала, а на третьей максимально понижают давление в камере, а температуру нагрева повышают до критической для высушиваемого материала, при этом целесообразно на второй стадии после доведения материала до состояния кипения резко сбросить остаточное давление в камере. Способ позволяет высушить материалы за более короткий промежуток времени, что позволяет сократить затраты на проведение процесса сушки.

Способ вакуумной сушки вязкожидких материалов путем их нагрева и отвода конденсата, отличающийся тем, что сушку ведут в три стадии в камере на подогреваемых противнях в непрерывном режиме, при этом на первой стадии температуру материала путем регулирования вакуума и температуры подогрева поддерживают на уровне кипения свободной влаги до критической влажности, на второй при поддержании вакуума на постоянном уровне материал доводят до состояния кипения для удаления связанной влаги путем нагрева материала до предельно допустимой температуры, а процесс ведут до образования пористой структуры и на последней понижают давление до 0,5-0,1 мм рт.ст., а температуру нагрева материала поддерживают на уровне, не превышающем предельно допустимую температуру.