Способ сублимационной сушки и устройство для его осуществления

 

Изобретение используется в сублимационной сушке лекарственных препаратов и пищевых продуктов и в устройствах для осуществления этих способов для сублимационной сушки. Способ сублимации осуществляется с помощью установленных в технологической последовательности компрессора, детандера, теплообменников, рабочих полок сублиматора, конденсатора, распределительных клапанов и регулирующих клапанов, а регулирование подвода тепла и холода рабочим полкам сублиматора производят регулированием давления сжатого газа в контуре от внешнего источника, или сбросом сжатого газа из контура в атмосферу, или изменением числа оборотов двигателя холодильной машины. А также тем, что в установке для осуществления способа сублимационной сушки холодильная машина выполнена в виде турбохолодильника, контур подачи в рабочие полки термоносителя снабжен компрессором, детандером, теплообменниками турбохолодильника, распределительными и регулирующими клапанами, а выход горячего воздуха турбохолодильника соединен с входом рабочих полок или конденсатора, выходы горячего воздуха рабочих полок или конденсатора - с атмосферой, выход холодного воздуха турбохолодильника соединен или с входом в конденсатор, или с входами рабочих полок, а вход холодного воздуха турбохолодильника соединен или с выходом конденсатора, или с выходом рабочих полок. Изобретение позволяет повысить качество готового продукта. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к пищевому и медицинскому машиностроению, а именно к способам сублимационной сушки лекарственных препаратов и пищевых продуктов и устройствам для осуществления этих способов.

Наиболее близким по технической сущности является способ сублимационной сушки, включающий замораживание продуктов, сублимацию продуктов путем создания вакуума в сублиматоре и конденсаторе, подвод регулируемого по величине тепла рабочим полкам сублиматора (SU, авторское свидетельство, 606058, F 26 B 5/06, 1978).

Недостатком известного способа является низкая эффективность, обусловленная тем, что подвод тепла к рабочим полкам сублиматора производится промежуточным термоносителем от дополнительных источников, например ТЭНов, что вызывает повышенный расход энергии. Кроме того, не обеспечивается плавная (бесступенчатая) регулировка процесса сублимации, что вызывает понижение качества продукта при заданной программе сублимации, т.к. мощность ТЭНов может регулироваться только ступенчато.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности способа сублимационной сушки за счет использования тепла, вырабатываемого в контуре, и обеспечения возможности плавной регулировки процесса сублимации.

Указанная техническая задача достигается тем, что в способе сублимационной сушки, включающем замораживание продуктов, сублимацию продуктов путем создания вакуума в сублиматоре и конденсаторе, подвод регулируемого по величине тепла рабочим полкам сублиматора, в качестве термоносителя используется сжатый газ, подвод регулируемого по величине холода конденсатору осуществляется с помощью термоносителя, движущегося по контуру, производится оттайка конденсатора, процесс сублимации осуществляется с помощью установленных в технологической последовательности компрессора, детандера, теплообменников, рабочих полок сублиматора, конденсатора, распределительных и регулирующих клапанов, а регулирование подвода тепла и холода рабочим полкам сублиматора производят регулированием давления сжатого газа в контуре от внешнего источника, или сбором сжатого газа из контура в атмосферу, или изменением числа оборотов двигателя холодильной машины.

Для осуществления способа сублимациионной сушки служит установка сублимационной сушки.

Наиболее близкой по технической сущности и решаемой задаче является установка для сублимационной сушки, содержащая сублиматор с рабочими полками, контур подачи в рабочие полки термоносителя и средство для вертикального перемещения рабочих полок (SU, авторское свидетельство, 606058, F 26 B 5/06, 1978).

Недостатком этой установки является низкая эффективность использования постороннего источника нагрева, в частности ТЭНов, регулирование мощности которых осуществляется ступенчато, что приводит к снижению качества сублимированного продукта.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности и качества обрабатываемой продукции.

Указанная техническая задача достигается тем, что в установке для осуществления способа сублимационной сушки по п.1, содержащей сублиматор с рабочими полками, контур подачи в рабочие полки термоносителя, средство для вертикального перемещения рабочих полок, сублиматор связан с холодильной машиной, соединенной с конденсатором, холодильная машина выполнена в виде турбохолодильника, контур подачи в рабочие полки термоносителя снабжен компрессором, детандером и теплообменниками турбохолодильника, распределительными и регулирующими клапанами, а выход горячего воздуха турбохолодильника соединен с входом рабочих полок или с входом конденсатора, выход горячего воздуха рабочих полок или конденсатора - с атмосферой, выход холодного воздуха турбохолодильника соединен или с входом в конденсатор, или с входом рабочих полок, а вход холодного воздуха турбохолодильника соединен или с выходом конденсатора, или с выходом рабочих полок, рабочие полки выполнены из стандартных алюминиевых полых панелей, имеющих внутренние каналы, число которых кратно двум, при этом каналы с одного торца каждой полки сообщены последовательно каждый первый с четвертым, с другого торца - каждый второй - с третьим, а каждые два канала по боковым граням полки, не имеющие входа и выхода на торцы полки, сообщены между собой, верхняя рабочая полка жестко закреплена в корпусе сублиматора, а средство для вертикального перемещения полок выполнено в виде стержней регулируемой длины, в каждом углу каждой рабочей полки имеется по крайней мере два отверстия, перпендикулярных ее плоскости, в каждом из которых размещен один из стержней регулируемой длины, связывающий каждую предыдущую полку с последующей, расположенной ниже.

Выполнение холодильной машины в виде турбохолодильника и снабжение контура подачи в рабочие полки термоносителя компрессора, детандером и теплообменниками турбохолодильника и распределительными и регулирующими клапанами приводит к повышению эффективности холодильной машины за счет использования не только холода, получаемого после турбодетандера, но и тепла, образующегося после компрессора.

Соединение выхода горячего воздуха турбохолодильника с входом рабочих полок, или конденсатора, выхода горячего воздуха рабочих полок, или конденсатора с атмосферой, выхода холодного воздуха турбохолодильника с входом в конденсатор или рабочие полки, а вход холодного воздуха турбохолодильника с выходом конденсатора или рабочих полок позволяет осуществить предварительное замораживание продукта, его сублимацию, оттайку конденсатора и стерилизацию рабочих полок, что повышает эффективность установки в целом.

Выполнение средства для перемещения рабочих полок в виде стержней регулируемой длины дает возможность регулировать промежуток между полками для установки флаконов различной высоты. Кроме того, появляется возможность установки дополнительных полок при снижении интенсивности сублимации для продуктов, требующих "растяжки" процесса сублимации во времени.

Выполнение рабочих полок из стандартных алюминиевых панелей (обычно применяются панели ПК 1018; Профили прессованные из алюминиевых и магниевых сплавов. Каталог-справочник, кн. 1.-М.: Металлургия, 1989, с.508), имеющих внутренние каналы, число которых кратно двум, при этом каналы с одного торца каждой полки сообщены последовательно каждый первый с четвертым, а с другого торца - каждый второй с третьим, а каждые два канала по боковым граням полки, не имеющие входа и выхода на торцы полки, сообщены между собой, дает возможность получения наименьшей неравномерности нагрева (или охлаждения) рабочих полок, т.к. внутренняя поверхность рабочих полок имеет (при описанной выше конструкции) наибольшую площадь соприкосновения с термоносителем.

При этом для удобства компоновки входы и выходы могут располагаться с одного или с разных торцов полок, а количество входов и выходов может быть более двух.

На фиг.1 изображен общий вид установки; на фиг.2 - схема соединения турбохолодильника с каналами рабочих полок и каналами конденсатора; на фиг.3 - варианты выполнения рабочих полок; на фиг.4 - средство для обеспечения вертикального перемещения рабочих полок.

Установка для обеспечения способа сублимационной сушки содержит сублиматор 1 с рабочими полками 2, связанными с холодильной машиной, выполненной в виде турбохолодильника 3, связанный с последним конденсатором 4, контур подачи в рабочие полки термоносителя и средство для вертикального перемещения рабочих полок, выполненное в виде стержней 5 регулируемой длины. Контур подачи в рабочие полки термоносителя включает компрессор 6, детандер 7, теплообменники 8 турбохолодильника 3, рабочие полки 2, распределительные клапаны 9, регулирующий клапан 10.

На одном или на разных торцах каждой рабочей полки 2 выполнены по меньшей мере один вход 11 и один выход 12 воздуха. В каждом углу каждой рабочей полки имеется по крайней мере два отверстия, перпендикулярных ее плоскости.

Выход 13 горячего воздуха турбохолодильника 3 соединен с входом 11 рабочих полок 2 или с входом 14 конденсатора, а выход 12 горячего воздуха из полок 2 и выход 15 конденсатора 4 - с атмосферой. Выход 16 холодного воздуха из турбохолодильника 3 соединен или с входом 14 в конденсатор 4, или с входом 11 рабочих полок, а вход 17 холодного воздуха турбохолодильника соединен с выходом 15 конденсатора или с выходом 12 рабочих полок.

Рабочие полки выполнены из стандартных полых алюминиевых панелей типа ПК 1018, имеющих внутренние каналы 18, число которых кратно двум, при этом каналы 18 с одного торца каждой полки соединены последовательно каждый первый с четвертым, а с другого торца - каждый второй с третьим, а каждые два канала 18 по боковым граням, не имеющие входа и выхода на торцы полки, сообщены между собой.

Для удобства компоновки в камере сублиматора и конденсатора вход 11 и выход 12 могут располагаться с одного или разных торцов полок, а количество их может быть больше двух (см. фиг.3, где представлены по крайней мере два варианта расположения входов и выходов).

Для исключения взаимодействия алюминия с пищевыми продуктами и лекарственными средствами полки 2 сублиматора имеют соответствующее покрытие.

Средство для вертикального перемещения рабочих полок 2 выполнено в виде стержней 5 регулируемой длины. В каждом углу каждой рабочей полки имеется по крайней мере два отверстия, перпендикулярных ее плоскости. В одном из отверстий размещен один из стержней 5, связывающий верхнюю полку с расположенной ниже, в другом отверстии другой стержень, связывающий последнюю с полкой, последующей за ней, и т.д. В каждом углу каждой рабочей полки может быть выполнено третье отверстие для утопления выступающих элементов крепления стержня. При этом самая верхняя полка 2 жестко закреплена в корпусу сублиматора 1. Последняя нижняя полка связана подвижно с упором 19 гидроцилиндра 20.

Сублиматор 1 и конденсатор 4 разделены разделительным клапаном 21. Сублиматор 1 и конденсатор 4 оснащены крышками 22 и 23 соответственно. Полости сублиматора и конденсатора сообщены вакуумными насосами 24. На выходе 13 горячего воздуха турбохолодильника 3 установлен регулирующий клапан 10 для сброса горячего воздуха в атмосферу и регулирования скорости сублимации. Конденсатор 4 имеет кран 25 для слива воды.

Способ сублимационной сушки на данной установке осуществляется следующим образом.

С помощью установленных в технологической последовательности компрессора, детандера, теплообменников, рабочих полок сублиматора, конденсатора, распределительных и регулирующих клапанов термоноситель (сжатый газ) циркулирует и производит плавно регулируемый подвод тепла и холода рабочим полкам сублиматора и конденсатора.

Работа установки разделяют на три стадии.

1. Замораживание. На этой стадии на рабочие полки 2 сублиматора 1 помещают обрабатываемый продукт (не показано), Разделительный клапан 21 и крышки 22 и 23 закрываются. Включается турбохолодильник 3, горячий и холодный воздух которого посредством распределительных клапанов 9 распределяются следующим образом. Холодный воздух из выхода 16 турбохолодильника поступает на вход 11 рабочих полок 2, отдает холод продукту и возвращается обратно во вход 17 холодного воздуха турбохолодильника 3. Горячий воздух из выхода 13 турбохолодильника 3 практически весь выбрасывается через регулирующий клапан 10.

2. Сублимация. Полости сублиматора 1 и конденсатор 4 вакуумируются вакуумными насосами 24. Регулирующие клапаны 9 соответственно переключаются, и холодный воздух поступает на вход 14 конденсатора 4 и возвращается во вход 17 холодного воздуха турбохолодильника 3, а горячий воздух поступает на вход 11 рабочих полок 2, выход через выход 12 и выбрасывается в атмосферу. Разделительный клапан 21 открывается.

Регулирование скорости сублимации производится регулированием проходного сечения регулирующего клапана 10 либо регулированием числа оборотов двигателя (не показано) турбохолодильной машины 3. При регулировке производительности давлением выход воздуха в атмосферу соединен с входом 26 турбохолодильника (не показано). При этом в контуре устанавливают теплообменник (не показано), охлаждаемый водой, а регулирующий клапан 10 закрывается.

В случае размещения на рабочих полках 2 продукта во флаконах с герметическими крышками (во время сублимации пары жидкости выходят в прорезях крышек - на чертеже не показано) происходит закупорка флаконов после окончания стадии сублимации. Гидроцилиндр 20 перемещает упор 19 вверх и соответственно перемещает полки 2 вверх до их полного смыкания, т.е. закупорки флаконов. Полки имеют возможность перемещаться по направляющим (не показано).

3. Оттайка льда конденсатора. Эта стадия обычно совмещается с замораживанием продукта для сокращения цикла сушки. Горячий воздух из выхода 13 турбохолодильника 3 поступает на вход 14 конденсатора 4, выходит из него через выход 15 и через распределительный клапан 9 - в атмосферу. Лед превращается в воду, которая через кран 25 сливается.

Формула изобретения

1. Способ сублимационной сушки, включающий замораживание продуктов, сублимацию продуктов путем создания вакуума в сублиматоре и конденсаторе, подвод регулируемого по величине тепла рабочим полкам сублиматора, отличающийся тем, что в качестве термоносителя используют сжатый газ, подвод регулируемого по величине холода конденсатору осуществляют с помощью термоносителя, движущегося по контуру, производят оттайку конденсатора, процесс сублимации осуществляют с помощью установленных в технологической последовательности компрессора, детандера, теплообменников, рабочих полок сублиматора, конденсатора, распределительных и регулирующих клапанов, а регулирование подвода тепла и холода рабочим полкам сублиматора производят регулированием давления сжатого газа в контуре от внешнего источника, или сбросом сжатого газа из контура в атмосферу, или изменением числа оборотов двигателя холодильной машины.

2. Установка по п.1, содержащая сублиматор с рабочими полками, контур подачи в рабочие полки термоносителя, средство для вертикального перемещения рабочих полок, отличающаяся тем, что сублиматор связан с холодильной машиной, соединенной с конденсатором, холодильная машины выполнена в виде турбохолодильника, контур подачи в рабочие полки термоносителя снабжен компрессором, детандером и теплообменниками турбохолодильника, распределительными и регулирующими клапанами, а выход горячего воздуха турбохолодильника соединен с входом рабочих полок или с входом конденсатора, выход горячего воздуха рабочих полок или конденсатора - с атмосферой, выход холодного воздуха турбохолодильника соединен или с входом в конденсатор, или с входом рабочих полок, а вход холодного воздуха турбохолодильника соединен или с выходом конденсатора, или с выходом рабочих полок.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что рабочие полки выполнены из стандартных алюминиевых полых панелей, имеющих внутренние каналы, число которых кратно двум, при этом каналы с одного торца каждой полки сообщены последовательно каждый первый с четвертым, с другого торца - каждый второй с третьим, а каждые два канала по боковым граням полки, не имеющие входа и выхода на торцы полки, сообщены между собой.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что верхняя рабочая полка жестко закреплена в корпусе сублиматора, а средство для вертикального перемещения полок выполнено в виде стержней регулируемой длины, в каждом углу каждой рабочей полки имеется по крайней мере два отверстия, перпендикулярных ее плоскости, в каждом из которых размещен один из стержней регулируемой длины, связывающей каждую предыдущую полку с последней, расположенной ниже.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4