Способ сублимационной сушки гранулированных продуктов
Изобретение относится к технике сублимационной вакуумной сушки гранулированных продуктов и обеспечивает интенсификацию процесса и повышение качества высушенного продукта. Предварительно замороженный и раздробленный на гранулы продукт подается внутрь центральной трубы вращающегося барабана с последующим его распределением с помощью конической насадки в периферийные трубы, в межтрубное пространство которых подается горячая вода. Контактируя с обогреваемой поверхностью труб, влажный продукт подвергается сушке с образованием тонкого высохшего слоя. При интенсивном перемешивании гранул в барабане этот слой истирается в порошок и в потоке образовавшегося водяного пара выносится в сборник готового продукта. При частоте вращения барабана в пределах n=(0,25-0,37)nкр обеспечивается максимальная интенсификация процесса сушки и одновременного истирания высохшего слоя с поверхности гранул за счет эффективного перемешивания, что исключает перегрев высушенного продукта и соответствующее снижение его качества. 1 ил.
Изобретение относится к сушке, в частности к обезвоживанию продуктов методом сублимации в установках барабанного типа, и может быть использовано в пищевой промышленности, а также в медицине, химической и микробиологической промышленности для высушивания препаратов и материалов. Известны способы сублимационной сушки гранулированных предварительно замороженных продуктов при давлении ниже тройной точки воды путем нагрева их при непрерывном отводе образовавшихся паров. Наиболее близким к предлагаемому является способ сублимационной сушки продуктов и материалов под вакуумом при непрерывном перемешивании в установке с вращающимся барабаном, при этом частота вращения барабана поддерживается на уровне 1,66 
10-3 - 1,66 10-2, с-1, а барабан наклонен в сторону выгрузочного устройства и снабжен подпорным устройством для предотвращения высыпания влажного продукта. Недостаток известного способа заключается в том, что в процессе сушки высохший слой продукта создает значительное термическое сопротивление подводу теплоты в зоне сублимации влаги и повышенное гидравлическое сопротивление движению водяных паров от зоны сублимации к поверхности продукта. В процессе сушки неоднородность размеров гранул вызывает ухудшение условий тепло- и массообмена, способствует образованию влажных комков, поэтому при сушке известным способом во вращающемся барабане, загружаемый продукт должен быть откалиброван, а это усложняет процесс подготовки продукта к сушке. Температура греющей поверхности барабана поддерживается на уровне 375-380 К, что необходимо для ведения интенсивного процесса сушки. В то же время высокая температура греющей поверхности приводит к локальному перегреву продукта, подгоранию и снижению его качества. Цель изобретения состоит в интенсификации процесса сушки при одновременном повышении качества готового продукта. Поставленная цель достигается тем, что при сублимационной сушке жидких и пастообразных материалов (например, фруктовоягодных пюре, соков с мякотью, экстрактов кофе, чая и других продуктов, обладающих способностью легко истираться в порошок после их сублимационного высушивания) в установке с вращающимся барабаном предварительно замороженный и раздробленный на гранулы продукт загружается в барабан через загрузочное устройство, при этом частота вращения барабана поддерживается на уровне, определяемом соотношением n= (0,25-0,37)nкр, при котором обеспечиваются наилучшие условия для истирания высохшего слоя, удаление которого с поверхности гранул делает минимальным сопротивление тепло- и влагопереносу и, таким образом, обеспечивает максимальную интенсивность теплоотвода при пониженной (в пределах 313-328 К) температуре греющей поверхности барабана. Условия сублимационной сушки растительного сырья при температурах, не превышающих 328 К обеспечивают высокое качество готового продукта, так как при этих условиях фактически полностью сохраняется биологическая ценность продукта. Процесс сушки ведется при непрерывном съеме подсохшего слоя гранул за счет истирания и выносе сухих частиц продукта из зоны сублимации в выгрузочное устройство потоком водяного пара. Именно заявляемые частота вращения барабана n=(0,25-0,37)nкр и температура греющей поверхности в пределах 313-328 К обеспечивают интенсивное перемешивание подвергаемого сушке продукта, истирание высохшего слоя и вынос сухих частиц продукта потоком водяного пара и тем самым достижение цели изобретения - интенсификацию процесса сушки и повышение качества готового продукта. Указанный способ сушки может быть реализован в сублиматоре, схема которого приведена на чертеже. Сублиматор содержит герметичный корпус 1 с патрубком 2 для отвода парогазовой смеси, в котором расположен вращающийся на катках 3 и 4 барабан, состоящий из обечайки 5, трубных решеток 6 и 7, теплообменных сушильных труб 8, конического насадка 9. Подачу теплоносителя в межтрубное пространство 10 барабана и слив из него осуществляют через сальниковое устройство 11, гибкие трубопроводы 12 и 13. Вращение барабана производится от привода 14. Загрузка барабана продуктом обеспечивается устройством 15 из бункера 16 через вакуумную задвижку 17, бункер загружается через задвижку 18. Крышка 19 предотвращает высыпание продукта из периферийных труб со сторон загрузочного устройства, противоположная сторона сушильных труб открыта. Сушка осуществляется следующим образом. Предварительно замороженный и раздробленный продукт загружается в бункер 16 через вакуумную задвижку 18, затем вакуумная задвижка 18 закрывается и давление в бункере 16 понижается до рабочего (26,6-66,7 Па). Барабан приводится в движение приводом 14. Частота вращения барабана, поддерживаемая в пределах n=(0,25-0,37)nкр, обеспечивает интенсивное перемешивание подвергаемого сушке продукта с минимальной прорезью гранул и стирание высохшего слоя продукта с поверхности гранул. Загрузочное устройство 15, например питающий шнек, подает гранулы в центральную теплообменную сушильную трубу. При интенсивном перемешивании гранулы движутся к противоположному от загрузочного устройства концу сушильной трубы и ссыпаются на внутpеннюю сторону конического насадка. За счет того, что барабан имеет уклон 1-3о в сторону загрузочного устройства, продукт равномерно заполняет периферийные сушильные трубы. Подвод теплоты осуществляется от промежуточного теплоносителя, например воды, циркулирующего в межтрубном пространстве 10. В процессе подвода теплоты к продукту от стенок сушильных труб в нем образуется тонкий высохший слой, который при перемешивании истирается, превращается в порошок. Сухой порошок выносится потоком водяного пара через патрубок 2 в сборник готового продукта. Для ведения такого процесса сушки необходимо обеспечить скорость движения пара в сушильных трубах выше скорости питания сухих частиц. Процесс сушки в сублиматоре ведется непрерывно при постоянном уровне энергоподвода. Наилучшие условия сушки термолабильных продуктов выдерживаются при максимальном и допустимом уровне энергоподвода и высокой интенсивности тепломассообмена за счет постоянного удаления высохшего слоя, создающего значительное сопротивление процессу сублимации. При частоте вращения барабана n < 0,25 nкр мала скорость перемещения гранул относительно друг друга и недостаточно истирание высохшего слоя, что приводит к ухудшению условий тепломассообмена и снижению интенсивности сушки. Повышение частоты вращения 0,37 nкр увеличивает порозность перемешиваемого материала, что также ухудшает условия снятия сухого слоя за счет истирания. Для создания высокого качества готового продукта необходимо поддерживать температуру поверхности барабана не выше 328 К, так как превышение этого значения приводит к разложению и разрушению витаминов, биологически ценных и ароматических веществ. Снижение температуры поверхности барабана ниже 313 К замедляет процесс сушки. Для поддержания интенсивного процесса сушки при температуре барабана, поддерживаемой в диапазоне 313-328 К, и постоянном уровне энергоподвода заполнение барабана должно быть максимально допустимым, т.е. продукт должен пересыпаться по всей длине сушильных труб. Для выполнения этого условия необходимо постоянно догружать барабан замороженными гранулами в количестве, равном массе удаляемого водяного пара и сухого продукта. П р и м е р. Яблочное пюре, кабачки,лимоны,морковь, предварительно замороженные и раздробленные на гранулы произвольной формы с линейными размерами 0,022-0,01 м, загружали в сублиматор барабанного типа. Температура замороженного пюре равнялась 247 К, что исключило подтаивание продукта во время загрузки. После загрузки сублиматор герметично закрывали и понижали давление до рабочего, которое поддерживалось в течение всего периода сушки на уровне 28-40 Па. Отсос водяных паров осуществляли за счет их конденсации на холодильной поверхности. Температуру десублиматора поддерживали на уровне 230 К при помощи холодильной машины. Теплоту подводили к сублиматору при помощи электрогрелки. Включение электрогрелки осуществляли после понижения давления в сублиматоре до рабочего. Температуру греющей поверхности барабана поддерживали в опытах на различных уровнях (от 283 до 343 К). При температурах ниже 288 К продолжительность увеличивается (при 283 К - на 20%). При температурах выше 333 К готовый продукт имеет темный цвет, появляется горьковатый привкус. Частоту вращения барабана поддерживали в пределах (9,25 10-2 -6,3 10-1)nкр. Максимальная интенсивность сушки наблюдалась при частоте (0,25-0,37)nкр. Угол наклона барабана изменяли в пределах 0-5о. В опытах при угле наклона барабана более 3о наблюдалось залипание продукта со стороны загрузочного устройства, что нарушало процесс сушки. Вынос сухих частиц продукта визуально наблюдался только после включения нагревателей. При таком способе сушки упрощается программа энергоподвода. Она остается постоянной за весь период сушки при условии постоянной дозагрузки барабана продуктом. Процесс сушки осуществляется постоянно с высокой интенсивностью, так как у материала отсутствует сухой слой, создающий термическое сопротивление подводу теплоты в зоне сублимации. Отсутствие сухого слоя продукта уменьшает гидравлическое сопротивление отводу водяных паров из зоны сублимации. Все это в комплексе позволяет улучшить условия тепло- и массообмена, интенсифицировать процесс сушки и увеличить производительность установки, упростить программу энергоподвода и контроль за процессом сушки. Процесс сушки можно вести непрерывно при постоянном уровне энергоподвода. Продукт получается в виде порошка, готового к применению. Предлагаемый способ позволяет исключить операции калибровки гранул перед сушкой и операцию помола готового продукта, присущие другим установкам, интенсифицировать процесс тепло- и массообмена, что существенно увеличивает производительность барабана сублимационных установок и сокращает время сушки, а также использовать низкопотенциальные источники теплоты. Ведение процесса сушки с постоянной программой энергоподвода позволяет упростить контроль процесса сушки и уменьшить количество датчиков для контроля температуры греющей поверхности барабана, повысить качество готового продукта. (56) Авторское свидетельство СССР N 800538, кл. F 26 B 5/06, 1978. Котсон С. и др. Сублимационная сушка пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1968, с.248-249.
Формула изобретения
СПОСОБ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ путем их нагрева под вакуумом во вращающемся барабане при непрерывном съеме подсохшего слоя гранул при истирании с последующим их выносом потоком образующихся водяных паров, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и повышения качества продукта, частоту вращения поддерживают на уровне 0,25 - 0,37 критической частоты вращения.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 14-2002
Извещение опубликовано: 20.05.2002
