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.

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 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 удаления намороженного льда с поверхностей ледового конденсатора (оттайки).

Недостатком данной установки является то обстоятельство, что нижний порог температуры конденсации возвращаемых водяных паров определяется температурой и давлением тройной точки воды. Очистка поверхностей ледового конденсатора от намороженного льда при помощи данной системы может осуществляться только при температуре в зоне конденсатора выше 0°С и при парциальном давлении водяных паров не ниже 610 Па. Установка данной конструкции не позволяет осуществлять очистку поверхностей ледового конденсатора от слоя намороженного льда при температуре в зоне конденсатора ниже 0°С.

Для устранения этого недостатка предложена установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумную сушильную камеру, внутри которой расположен охлаждаемый до отрицательных температур ледовый конденсатор (десублиматор), соединенный дренажным трубопроводом с конденсатосборником, оборудованным кипятильником, сообщающимся по паровой фазе через дренажный трубопровод с ледовым конденсатором, у которой дренажный трубопровод включает в свой состав ректификационную колонну, расположенную между ледовым конденсатором и кипятильником конденсатосборника. В качестве рабочего тела ректификационной колонны применена смесь воды и легкокипящего агента, образующего с водой низкозамерзающий раствор. Как вариант в качестве легкокипящего агента может быть применен этиловый спирт.

Ввод легкокипящего агента в вакуумную систему предпочтительно осуществляется через кипятильник или через ректификационную колонну, которая может быть пленочного, насадочного или тарельчатого типа либо являться их комбинацией. Вывод легкокипящего агента из вакуумной системы может осуществляться через отдельный вывод ректификационной колонны либо осуществляться через конденсатосборник совместно с конденсатом.

Между ледовым конденсатором и остальными зонами сушильной камеры предпочтительно размещена жалюзийная перегородка, свободно пропускающая парогазовую среду из рабочего объема камеры в зону ледового конденсатора в режиме сублимационной сушки и ограничивающая перемещение парогазовой среды из зоны ледового конденсатора в рабочий объем камеры на протяжении всего периода оттайки.

Предпочтительно установка вакуумной сублимационной сушки содержит несколько ледовых конденсаторов, поочередно работающих в цикле рабочий режим-оттайка.

Установка позволит осуществлять непрерывную или периодическую оттайку поверхностей ледового конденсатора при температуре ниже 0°С и при парциальном давлении водяных паров в зоне ледового конденсатора ниже 610 Па.

Оттайка ледового конденсатора при температуре и парциальном давлении водяных паров ниже тройной точки воды позволит полностью или частично очистить охлаждающие поверхности ледового конденсатора для очередного цикла работы и при этом удержать параметры среды в остальных зонах вакуумной камеры на уровне, соответствующем условиям сублимационной сушки загруженного продукта.

Непрерывная оттайка ледового конденсатора предпочтительно осуществляется при температуре в сушильной зоне камеры близкой к температуре тройной точки воды. Периодический режим оттайки предпочтительно осуществляется при необходимости поддержания температуры в сушильной зоне камеры существенно ниже тройной точки.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема варианта установки вакуумной сублимационной сушки.

Установка содержит вакуумный шкаф 1, обогреваемые полки 2 с загруженным высушиваемым продуктом, ледовый конденсатор 3, жалюзийную перегородку 4, дренажный трубопровод 5 с каплесборником 6, конденсатосборник 7 с кипятильником 8, ректификационную колонну 9. Установка также содержит вакуумный насос 10, обеспечивающий создание рабочего разрежения в системе.

Работа установки осуществлена следующим образом.

Запуск установки в работу осуществляют в стандартном режиме. На полки 2 вакуумного шкафа 1 загружают высушиваемый продукт, во внутреннем объеме вакуумного шкафа создают рабочее разрежение, включают обогрев полок 2 и осуществляют стандартный процесс вакуумной сублимационной сушки, во время которого на охлаждаемых поверхностях ледового конденсатора 3 постепенно намораживается слой льда. При достижении критического слоя заморозки приостанавливают режим сублимационной сушки и запускают режим удаления намороженного слоя льда.

Первоначально ограничивают подвод теплоты к высушиваемому продукту, после чего жалюзийную перегородку 4 приводят в состояние, ограничивающее переток парогазовой среды из рабочего объема камеры в зону ледового конденсатора 3 и обратно. Одновременно приостанавливают охлаждение ледового конденсатора 3.

Открывают задвижку дренажного трубопровода 5 и включают в работу кипятильник 8 конденсатосборника 7. Одновременно в ректификационную колонну 9 вводят порцию легкокипящего агента, образующего с водой низкозамерзающий раствор. Кипятильник 8 вырабатывает водяные пары, которые проходя через ректификационную колонну 9, осуществляют противоточный массо- и теплообмен с жидким легкокипящим агентом, в результате которого из верхней зоны ректификационной колонны в зону ледового конденсатора поступает паровая смесь, обогащенная парами легкокипящего агента.

Поступившая в зону ледового конденсатора паровая смесь контактирует с намороженным слоем льда и конденсируется на его поверхности, затрачивая теплоту конденсации паров на процесс плавления льда. Образовавшийся низкозамерзающий раствор легкокипящего агента в воде стекает в нижнюю часть ледового конденсатора, попадает в каплесборник 6 и по дренажному трубопроводу 5 попадает в ректификационную колонну 9.

Протекая по ректификационной колонне 9, раствор легкокипящего агента в воде осуществляет противоточный массо- и теплообмен с поступающими из кипятильника 8 водяными парами. В результате легкокипящий агент из раствора отгоняется в виде паров и возвращается в зону ледового конденсатора 3, а очищенная от агента чистая вода из нижней части колонны стекает в кипятильник 8 и в конденсатосборник 7.

Процесс осуществляют до момента удаления значительной части намороженного льда с поверхности ледового конденсатора, после чего выключают нагрев кипятильника 8, включают охлаждение ледового конденсатора 3 и перекрывают задвижку дренажного трубопровода 5. После достижения ледовым конденсатором 3 рабочей температуры открывают жалюзийную перегородку 4 и включают обогрев полок 2 с высушиваемым продуктом.

При необходимости процесс удаления намороженного льда с поверхности ледового конденсатора осуществляют несколько раз.

Если в установке присутствует несколько поочередно работающих ледовых конденсаторов, подвод теплоты к высушиваемому продукту на время оттайки одного из них, можно не ограничивать.

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 сушильную камеру, внутри которой расположен охлаждаемый до отрицательных температур ледовый конденсатор (десублиматор), соединенный дренажным трубопроводом с конденсатосборником, оборудованным кипятильником, сообщающимся по паровой фазе через дренажный трубопровод с ледовым конденсатором. Дренажный трубопровод включает в свой состав ректификационную колонну, расположенную между ледовым конденсатором и кипятильником конденсатосборника. В качестве рабочего тела ректификационной колонны применена смесь воды и легкокипящего агента, образующего с водой низкозамерзающий раствор. Как вариант, в качестве легкокипящего агента может быть применен этиловый спирт. Изобретение позволит осуществлять непрерывную или периодическую оттайку поверхностей ледового конденсатора при температуре ниже 0°С и при парциальном давлении водяных паров в зоне ледового конденсатора ниже 610 Па. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумную сушильную камеру, внутри которой расположен охлаждаемый до отрицательных температур ледовый конденсатор, соединенный дренажным трубопроводом с конденсатосборником, оборудованным кипятильником, сообщающимся по паровой фазе через дренажный трубопровод с ледовым конденсатором, отличающаяся тем, что дренажный трубопровод включает в свой состав ректификационную колонну, расположенную между ледовым конденсатором и кипятильником конденсатосборника.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела ректификационной колонны применена смесь воды и легкокипящего агента, образующего с водой низкозамерзающий раствор.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве легкокипящего агента применен этиловый спирт.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что ввод и вывод легкокипящего агента в систему осуществляется через ректификационную колонну.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между ледовым конденсатором и остальными зонами сушильной камеры расположена жалюзийная перегородка, свободно пропускающая парогазовую среду из рабочего объема камеры в зону ледового конденсатора в режиме сублимационной сушки и ограничивающая перемещение парогазовой среды из зоны ледового конденсатора в рабочий объем камеры на протяжении всего периода оттайки.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит несколько ледовых конденсаторов, поочередно работающих в цикле рабочий режим-оттайка.