Установка вакуумной сублимационной сушки Российский патент 2024 года по МПК F26B9/06 F26B5/06 

Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической промышленности и может быть использовано для сублимационной сушки замороженных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов.

Известен способ вакуумной сушки пищевой продукции, заключающийся в том, что подготовленный продукт помещают в камеру, заполненную парогазовой средой с пониженным регулируемым давлением, к продукту подводят тепловую энергию, а выделяющиеся водяные пары осаждают на охлаждаемой поверхности ледового конденсатора, парогазовую среду перемещают при помощи газодувного устройства от продукта к ледовому конденсатору и обратно, при этом регулируют скорость протекания парогазовой среды путем изменения производительности газодувного устройства, температуру поверхности ледового конденсатора поддерживают ниже температуры тройной точки воды, а давление в камере поддерживают в диапазоне от 200 Па до 5000 Па (см. патент РФ 2761141, 2021).

Известна установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумный насос и вакуумный шкаф, в котором находятся нагревательные элементы, передающие тепловую энергию загруженному в шкаф высушиваемому продукту, а также газодувное устройство, обеспечивающее принудительное перемещение парогазовой среды от высушиваемого продукта к охлаждаемому посредством холодильной установки ледовому конденсатору и обратно, от конденсатора к высушиваемому продукту (см. патент РФ 2776402, 2021). Способ и установка позволяют производить сушку пищевого продукта в сублимационном режиме при рабочем давлении в камере выше давления тройной точки воды (выше 610 Па).

Недостатком данной установки является то обстоятельство, что при сушке в сублимационном режиме происходит переполнение емкости ледового конденсатора намороженным льдом в рабочих зонах ледового конденсатора, расположенных в непосредственной близости к сушильному отделению. А значительное удаление рабочих зон ледового конденсатора от сушильного отделения приводит к существенному снижению производительности процесса сублимационной сушки, а также к росту габаритов и материалоемкости вакуумного шкафа.

Известна установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумный пост, вакуумную камеру с защитным кожухом, нагреваемые полки, на которые загружается термообрабатываемый и сублимационно высушиваемый продукт, ледовый конденсатор и газодувное устройство, а также внешний конденсатосборник, предназначенный для сбора сконденсированных в процессе термообработки водяных паров. Конденсатосборник или ведущая к нему дренажная система оборудованы нагревателем-кипятильником, позволяющим возвращать часть сконденсированных водяных паров обратно во внутренний объем камеры (см. патент РФ №2814743, 2023 г.). Возвращаемые с помощью нагревателя-кипятильника водяные пары позволяют производить вакуумную термическую обработку высушиваемого продукта и внутренних поверхностей вакуумной камеры, а также производить термическую очистку поверхностей ледового конденсатора от слоя намороженного льда. Стекающий из внутреннего объема камеры по дренажному трубопроводу конденсат водяных паров попадает в кипятильник, в котором частично испаряется и образовавшиеся водяные пары обратным ходом по дренажному трубопроводу возвращаются во внутренний объем вакуумной камеры. Поступившие водяные пары равномерно распределяются по внутреннему объему вакуумной камеры и конденсируются на ее холодных элементах, обеспечивая их прогрев до температуры конденсации поступивших водяных паров, что, в частности может быть использовано для быстрого удаления намороженного льда с поверхностей ледового конденсатора (оттайки).

Недостатком данной установки является то обстоятельство, что возвращаемые водяные пары конденсируются не только на поверхности ледового конденсатора, но и на других холодных элементах вакуумной камеры, в частности, на замороженном высушиваемом продукте, что нарушает условия процесса сублимационной вакуумной сушки загруженного продукта. Установка известной конструкции не позволяет производить очистку поверхности ледового конденсатора от намороженного льда (оттайку) без приостановки основного процесса сублимационной сушки.

Для устранения этого недостатка предложена установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумную камеру, в которой расположены сушильное отделение с сублимационно высушиваемым продуктом, размещенный в непосредственной близости к сушильному отделению ледовый конденсатор и одно или несколько газодувных устройств, а также расположенные снаружи камеры вакуумный пост и вакуумный конденсатосборник, в которой ледовый конденсатор разделен на секции, выполненные с возможностью независимого режима включения-выключения в работу; секции или группы секций отделены от рабочего объема камеры герметичными и полугерметичными (например жалюзийными) перегородками, выполненными с возможностью автоматического открытия-закрытия; каждая секция или группа секций ледового конденсатора подключена к отдельному газодувному устройству или соединена с общим газодувным устройством отдельным каналом, снабженным автоматической задвижкой; каждая секция или группа секций ледового конденсатора снабжена отдельным отводом дренажного канала, соединяющего секции с вакуумным конденсатосборником; каждая секция или группа секций ледового конденсатора оборудована устройством или механизмом, обеспечивающим оттайку намороженного льда.

Перегородки выполнены с возможностью свободного пропуска парогазовой среды из сушильного отделения камеры в зону секции или группы секций ледового конденсатора при работе данных секций в режиме сублимационной сушки, и полного или частичного ограничения перемещения парогазовой среды из зоны секции или группы секций ледового конденсатора в сушильное отделение камеры на протяжении всего периода очистки поверхностей секций от намороженного льда (оттайки). Дополнительно перегородки ограничивают приток инфракрасного излучения со стороны нагретого сушильного отделения к близко расположенным охлаждаемым поверхностям ледового конденсатора, повышая эффективность работы конденсатора.

Очистка поверхностей ледового конденсатора в процессе его оттайки может осуществляться как за счет организации теплопритока с внешней стороны ледового конденсатора, так и за счет подъема температуры рабочего тела ледового конденсатора.

Общее давление в вакуумной камере в процессе оттайки секций ледового конденсатора предпочтительно поддерживают выше давления тройной точки воды (выше 610 Па).

Предложенная конструкция установки позволит осуществлять периодическую очистку охлаждающих поверхностей секций ледового конденсатора от слоя намороженного льда и при этом удержать параметры среды в остальных зонах вакуумной камеры на уровне, соответствующем условиям сублимационной сушки загруженного продукта.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показан вариант конструкции установки вакуумной сублимационной сушки, на фиг. 2 вариант компоновки секции ледового конденсатора.

Установка содержит вакуумную камеру 1, сушильное отделение 2 с загруженным высушиваемым продуктом, секции 3 ледового конденсатора, ограниченные сплошными перегородками 4 и подвижными (открываемыми и закрываемыми) жалюзийными перегородками 5, подключенные к общему дренажному трубопроводу каплесборники 6 и газодувные устройства (вентиляторы) 7. Установка также содержит не показанные на схеме внешние вакуумный конденсатосборник и вакуумный пост.

Работа установки осуществлена следующим образом.

Запуск установки в работу осуществляют в стандартном режиме. В сушильное отделение 2 вакуумной камеры 1 загружают высушиваемый продукт, во внутреннем объеме вакуумной камеры создают рабочее разрежение в диапазоне от 200 Па до 5000 Па (согласно способу вакуумной сублимационной сушки по патенту РФ 2761141), включают обогрев сушильного отделения 2, охлаждение секций 3 ледового конденсатора и осуществляют обдув данных секций при помощи газодувных устройств 7 при открытых жалюзийных перегородках 5. Осуществляется процесс вакуумной сублимационной сушки загруженного продукта, во время которого на охлаждаемых поверхностях секций 3 ледового конденсатора постепенно нарастает слой льда. При достижении критического слоя намороженного льда приостанавливают стандартный режим сублимационной сушки и запускают режим сублимационной сушки с параллельной очисткой части секций 3 ледового конденсатора от льда.

При необходимости снижают теплоподвод к высушиваемому продукту, поднимают рабочее давление в вакуумной камере выше давления тройной точки воды (выше 610 Па), после чего в предназначенных для очистки секциях 3 останавливают газодувное устройство 7, закрывают жалюзийную перегородку 5 и включают обогрев секций, например подают внутрь секций 3 нагретый выше 0°С теплоноситель. Происходит процесс таяния слоя намороженного льда. Растаявший лед (конденсат) стекает в каплесборник 6, откуда по дренажному трубопроводу самотеком транспортируется во внешний вакуумный конденсатосборник. Равновесное парциальное давление водяных паров внутри оттаиваемой секции поднимается до 610 Па, однако вследствие того, что давление атмосферы, окружающей отключенную оттаиваемую секцию, превышает данное значение, существенного перетока водяных паров через неплотности ограждения в сушильное отделение вакуумной камеры не происходит. Небольшие порции водяных паров вследствие процесса диффузии через неплотности ограждения могут проникать в рабочий объем вакуумной камеры, однако сразу же конденсируются на охлаждаемых поверхностях оставшихся в работе секций ледового конденсатора и существенного влияния на процесс вакуумной сублимационной сушки продукта не оказывают.

По мере очистки поверхностей отключенных секций 3 ледового конденсатора от намороженного льда возобновляют охлаждение секций до рабочей температуры, открывают жалюзийную перегородку 5 и включают в работу газодувное устройство 7. После чего приступают к очистке от намороженного льда следующей части секций.

Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической промышленности и может быть использовано для сублимационной сушки замороженных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов. Установка вакуумной сублимационной сушки содержит вакуумную камеру, в которой расположены сушильное отделение с сублимационно высушиваемым продуктом, размещенный в непосредственной близости к сушильному отделению ледовый конденсатор и одно или несколько газодувных устройств, а также расположенные снаружи камеры вакуумный пост и вакуумный конденсатосборник. Ледовый конденсатор разделен на секции, выполненные с возможностью независимого режима включения-выключения в работу; секции или группы секций отделены от рабочего объема камеры герметичными и полугерметичными (например, жалюзийными) перегородками, выполненными с возможностью автоматического открытия-закрытия; каждая секция или группа секций ледового конденсатора подключена к отдельному газодувному устройству или соединена с общим газодувным устройством отдельным каналом, снабженным автоматической задвижкой; каждая секция или группа секций ледового конденсатора снабжена отдельным отводом дренажного канала, соединяющего секции с вакуумным конденсатосборником; каждая секция или группа секций ледового конденсатора оборудована устройством или механизмом, обеспечивающим оттайку намороженного льда. Изобретение позволит осуществлять периодическую очистку охлаждающих поверхностей секций ледового конденсатора от слоя намороженного льда и при этом удерживать параметры среды в остальных зонах вакуумной камеры на уровне, соответствующем условиям сублимационной сушки загруженного продукта. 2 ил.

Установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумную камеру, в которой расположены сушильное отделение с сублимационно высушиваемым продуктом, размещенный в непосредственной близости к сушильному отделению ледовый конденсатор и одно или несколько газодувных устройств, а также расположенные снаружи камеры вакуумный пост и вакуумный конденсатосборник, отличающаяся тем, что ледовый конденсатор разделен на секции, выполненные с возможностью независимого режима включения-выключения в работу; секции или группы секций отделены от рабочего объема камеры перегородками, выполненными с возможностью автоматического открытия-закрытия; каждая секция или группа секций ледового конденсатора подключена к отдельному газодувному устройству или соединена с общим газодувным устройством отдельным каналом, снабженным автоматической задвижкой; каждая секция или группа секций ледового конденсатора снабжена отводом дренажного канала, соединяющего секции с вакуумным конденсатосборником; каждая секция или группа секций ледового конденсатора оборудована устройством оттайки льда.