Способ сублимационной сушки жидких продуктов и сушилка для его осуществления

 

Использование: вакуум-сублимационная сушка жидких пищевых продуктов в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса. Сущность изобретения: десублиматор выполнен в виде двух трубчатых полуцилиндров, расположенных коаксиально перфорированному барабану и симметрично по отношению к патрубкам для воздуха и неконденсирующихся газов. Консоль выполнена полой и снабжена подпружиненным клапаном, расположенным на выходе полости в перфорированный барабан. 2 с. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к вакуум-сублимационной сушке жидких пищевых продуктов и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен способ сублимационной сушки концентрированных жидких пищевых продуктов путем глазирования тонким слоем чистого водяного льда открытой поверхности замороженного продукта перед нагревом в вакууме [1] .

Недостатком известного способа являются высокие энергозатраты из-за использования длительного замораживания продукта в лотках, а также невысокая интенсивность процесса сушки из-за образования верхнего слоя подсохшего продукта, обладающего низкой эффективной теплопроводностью.

Известен способ сублимационной сушки жидких и пастообразных продуктов путем выдавливания продукта на ленту конвейера в сушилке, содержащей фильерные каналы. После выдавливания продукт обрабатывают с двух сторон струями пара под давлением, не меньшим давления тройной точки [2] .

Недостатком известных способа и сублимационной сушилки является то, что намороженный материал на ленте конвейера имеет стационарное состояние и отсутствует деструкция поверхностного слоя, приводящего к снижению интенсивности процесса сушки.

Известен способ и установка для сублимационной сушки во вращающихся флаконах, где продукт намораживают на внутренней поверхности вращающегося флакона, а затем производят сублимационную сушку под воздействием тепла инфракрасных нагревателей [3] .

Недостатком указанного способа является низкая интенсивность процесса в связи со значительным сопротивлением высушенного слоя продукта удалению влаги и подводу тепла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ сушки в сушилке непрерывного действия для термочувствительных продуктов, содержащей перфорированный барабан, заключенный в корпус, инфракрасные излучатели с отражателями и размещенный по оси барабана вал [4] .

Недостатком известных способа и сушилки являются высокие энергозатраты вследствие того, что предварительное замораживание продукта вне камеры исключает использование собственного тепла продукта в процессе сушки.

Целью изобретения является снижение энергозатрат и интенсификация процесса сушки.

Поставленная цель достигается тем, что по способу сублимационной сушки жидких продуктов, включающему намораживание продукта на внутренней поверхности вращающегося носителя и его сушку под воздействием источников инфракрасного нагрева, продукт перед сушкой воздухом, переохлажденным при прохождении через десублиматор, намораживают на внутренней поверхности вращающегося перфорированного барабана до образования слоем намороженного продукта изолированной полости, которую дозаполняют продуктом, после чего продукт внутри полости замораживают под действием вакуума ниже тройной точки при одновременной сушке инфракрасными нагревателями и деструкции подсохшего слоя, а в сушилке для осуществления способа, содержащей вращающийся перфорированный барабан, установленный на неподвижных консолях, заключенный в корпус с патрубком для отвода воздуха и неконденсирующихся газов, подключенным к вакуум-насосу, инфракрасные нагреватели, цилиндрическую щетку и десублиматор, последний выполнен в виде двух трубчатых полуцилиндров, расположен коаксиально к перфорированному барабану и симметрично по отношению к патрубкам для воздуха и неконденсирующихся газов, размещенным по горизонтальной оси с противоположных сторон корпуса, при этом одна из неподвижных консолей выполнена полой и снабжена подпружиненным обратным клапаном, расположенным на выходе в перфорированный барабан.

На фиг. 1,2 и 3 изображены стадии процесса сушки в момент: намораживания слоя продукта на внутренней поверхности перфорированного барабана (фиг. 1), интенсивной сушки при одновременном самозамораживании жидкого продукта и деструкции подсохшего слоя (фиг. 2) и образования сплошного ледяного самозамороженного цилиндра (фиг. 3); на фиг. 4 и 5 - продольный и поперечный разрезы сушилки в момент заполнения изолированной полости жидким продуктом.

Сублимационная сушилка для осуществления способа состоит из корпуса 1 с патрубками 2 для отвода воздуха и неконденсирующихся газов, подключенными к вакуум-насосу (не показан) посредством электромагнитных клапанов 3, и патрубком 4 для подвода и отвода воздуха, подключенными к вентилятору (не показан) посредством электромагнитных клапанов 3. При этом общие патрубки 5 для воздуха и неконденсирующихся газов расположены по горизонтальной оси с противоположных сторон корпуса 1 сушилки.

Внутри корпуса 1 на двух неподвижных консолях 6 и 7 при помощи подшипников качения 8 установлен перфорированный барабан, состоящий из сетки 9, торцевых крышек 10 и 11. Консоль 6 в выполнена полой и снабжена подпружиненным обратным клапаном 12, расположенным на выходе полости в перфорированный барабан, а торцевая крышка 10 снабжена зубчатой передачей 13 и приводом 14, вынесенным за пределы корпуса 1. Для герметизации ввода вращения в вакуумное пространство корпуса 1 использованы манжетные уплотнения 15.

Вертикально и коаксиально к перфорированному барабану, а также симметрично по отношению к патрубкам 5 для воздуха и неконденсирующихся газов расположен десублиматор в виде двух трубчатых полуцилиндров 16. В зазоре между десублиматором и перфорированным барабаном имеются источники инфракрасного нагрева 17, снабженные отражателями 18 и обращенные к оси вращения барабана. Со стороны торцевых крышек 10 и 11 барабана расположены дополнительные источники инфракрасного нагрева 19 с отражателями 20. Под нижней частью барабана размещены цилиндрические щетки 21, контактирующие с его поверхностью, и разгрузочное устройство, включающее шнековый транспортер 22 и разгрузочный патрубок 23 с вакуумным затвором 24.

Для обеспечения слива воды под каждым трубчатым полуцилиндром 16 десублиматора имеются желоба 25, патрубки 26 и краны 27.

Способ сублимационной сушки жидких продуктов осуществляется следующим образом.

Посредством привода 14 и зубчатой передачи 13 приводится во вращение перфорированный барабан. Через патрубок 4 и электромагнитный клапан 3 в корпус 1 сублимационной сушилки нагнетается вентилятором воздух, который удаляется через патрубок 4 и электромагнитный клапан 3, расположенные с противоположной стороны корпуса 1. Одновременно через полую консоль внутрь перфорированного барабана подается жидкий продукт, который за счет сил поверхностного натяжения удерживается на внутренней поверхности перфорированного барабана. Проходя между трубками десублиматора, воздух охлаждается и при взаимодействии с жидким пpодуктом намораживают его на внутренней поверхности перфорированного барабана (фиг. 1). Намораживание продукта производят до момента образования изолированной полости. При таком замораживании воздухом скорость замерзания зависит от размера перфориpованного барабана, температуры воздуха и скорости его циркуляции. Так как размеры и толщина слоя продукта задаются, то скорость замерзания тем выше, чем ниже температура воздуха. Снижения температуры воздуха в установке добиваются увеличением кратности циркуляции, т. е. путем вторичного использования удаляемого из сушилки воздуха. С другой стороны, снижение температуры воздушного потока имеет предел, обусловленный техническими возможностями десублиматора, выступающего в роли холодильного устройства.

Ускорить процесс замерзания можно и путем увеличения скорости циркуляции воздушного потока. Это влечет за собой рост коэффициента теплопередачи между продуктом и хладагентом.

Образовавшуюся герметичную полость через полую консоль 6 заполняют жидким продуктом (фиг. 4 и 5). Одновременно внутри корпуса 1 сушилки создают остаточное давление ниже тройной точки. После установки рабочего вакуума в корпусе 1 сушилки подключают источники инфракрасного нагрева 17 и 19, под действием тепла которых (при вращающемся перфорированном барабане) происходит сублимация влаги и образование высушенного слоя продукта, который посредством цилиндрических щеток 21 удаляется с замороженного продукта и, проходя через перфорацию барабана, поступает в шнековый транспортер 22.

По мере удаления высушенного продукта цилиндрическими щетками 21 происходит образование зазора между замороженным продуктом и внутренней поверхностью перфорированного барабана. В результате образования такого зазора имеет место "проседание" ледяного цилиндра, полость которого заполнена жидким продуктом, благодаря этому ледяной цилиндр получает возможность перекатываться по внутренней поверхности перфорированного барабана, что позволяет удалять высушенный слой продукта не только цилиндрическими щетками 21, но и истиранием о перфорацию барабана. Одновременно под действием вакуума происходит самозамораживание жидкого продукта, находящегося в полости ледяного цилиндра (фиг. 2). Процесс замораживания продолжается до момента образования сплошного ледяного однородного цилиндра (фиг. 3). После полного истирания ледяного цилиндра цикл сушки повторяется.

Для облегчения работы десублиматора рекомендуется производить его периодическую регенерацию, а воду при этом удалять посредством желоба 25, патрубков 26 и кранов 27.

Преимущества данных способа сублимационной сушки жидких продуктов и сушилки для его осуществления по сравнению с прототипом следующие: 1. Создание слоя намороженного продукта на внутренней поверхности перфорированного барабана, образующего ледяной цилиндр с полостью, заполненной жидким продуктом, позволяет до минимума сократить время, затрачиваемое на предварительное замораживание, и благодаря этому существенно снизить удельные энергозатраты на процесс сушки.

2. Применение в процессе сушки самозамораживания продукта увеличивает интенсивность процесса за счет использования собственного тепла продукта.

3. Равномерный подвод тепловой энергии к перекатывающемуся по внутренней поверхности перфорированного барабана ледяному цилиндру улучшает качество сушки и готового продукта.

4. Использование десублиматора в качестве холодильного устройства делает установку компактной и снижает энергозатраты при получении сухого продукта. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1374009, кл. F 26 В 5/06, опублик. 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 909497, кл. F 26 B 5/06, опублик. 1983.

3. Шумский К. П. Вакуумные аппараты и приборы химического машиностроения. М. : Машиностроение, 1974, с. 192-194, рис. 99, 104.

4. Авторское свидетельство СССР N 1339370, кл. F 26 B 5/06, 1988.

Формула изобретения

1. Способ сублимационной сушки жидких продуктов, включающий его намораживание и последующую сушку под действием инфракрасных нагревателей, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и интенсификации процесса сушки, намораживание производят на внутреннюю поверхность вращающегося перфорированного барабана с образованием слоем намороженного продукта изолированной полости, которую затем полностью дозаполняют продуктом, затем одновременно с сушкой инфракрасными нагревателями осуществляют замораживание путем вакуумирования ниже тройной точки.

2. Сушилка для сублимационной сушки жидких продуктов, содержащая установленный на неподвижных консолях вращающийся перфорированный барабан, заключенный в корпус с образованием кольцевой полости, снабженный патрубками для отвода воздуха и неконденсирующихся газов, подключенными к вакуум-насосу, инфракрасные нагреватели, цилиндрическую щетку и десублиматор, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергозатрат и интенсификации процесса сушки, десублиматор выполнен в виде двух трубчатых полуцилиндров, установленных в кольцевой полости коаксиально перфорированному барабану и симметрично относительно патрубков для воздуха и неконденсирующихся газов, размещенных по горизонтальной оси с противоположных сторон корпуса, при этом одна из неподвижных консолей выполнена полой и снабжена подпружиненным клапаном, расположенным на выходе в перфорированный барабан.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5