Способ вакуум-сублимационного обезвоживания и установка для его осуществления

 

Использование: в вакуум-сублимационной сушке гранулированных бесструктурных продуктов, в химической, фармацевтической, микробиологической промышленностях, а также на предприятиях агропромышленного комплекса. Сущность: способ вакуум-сублимационного обезвоживания включает сушку от источников нагрева, находящихся в слое продукта, охлаждение и конденсацию хладоносителя, сушка замороженных гранул продукта производится за счет теплоты хладоносителя нагнетаемого компрессором десублиматора при одновременном охлаждении и конденсации хладоносителя в зоне сушки в вакуум-сублимационной установке, содержащей сушильную камеру, соединенную с десублиматором и системой вакуумирования, перфорированный барабан, а также нагревательный элемент, имеющий в сечении форму сегмента и установленный в нижней зоне барабана, последний является по отношению к хладагенту конденсатором и выполнен в зоне змеевика, входной патрубок которого подсоединен к линии нагнетания компрессора десублиматора, а выходной к линии низкого давления перед теплообменником промежуточного давления. Техническим результатом изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к вакуум-сублимационной сушке гранулированных бесструктурных термолабильных продуктов и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.

Известен сублимационный способ для жидких термолабильных продуктов в сушилке (Патент РФ 2015473, кл. F 26 B 11/04, 1994), содержащий герметичный корпус с размещенным в нем перфорированным вращающимся барабаном, внутри которого установлен нагревательный элемент в виде индуктора, имеющего в сечении форму сегмента и установленного с возможностью поворота в нижней зоне барабана симметрично его вертикальной оси, устройства подачи и выгрузки материала, патрубок отвода паров.

Недостатками известного способа и сушилки являются высокие энергозатраты, связанные с работой холодильной машины и неиспользованием теплоты, получаемой при работе ее компрессора.

Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности работы.

Техническая задача достигается тем, что в способе вакуум-сублимационного обезвоживания, включающем сушку от источников нагрева, находящихся в слое продукта, охлаждение и конденсацию хладоносителя, сушка замороженных гранул продукта производится за счет теплоты хладоносителя нагнетаемого компрессором десублиматора при одновременном охлаждении и конденсации хладоносителя в зоне сушки, а в вакуум-сублимационной установке, содержащей сушильную камеру, соединенную с десублиматором и системой вакуумирования, перфорированный барабан, а также нагревательный элемент, имеющий в сечении форму сегмента и установленный в нижней зоне барабана, последний является по отношению к хладагенту конденсатором и выполнен в виде змеевика с шагом между трубками не более 15 мм, входной патрубок которого подсоединен к линии нагнетания компрессора десублиматора, а выходной к линии низкого давления перед теплообменником промежуточного давления.

На основании исследований, проведенных по источникам патентной и научно-технической литературы, можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет интенсифицировать процесс сушки, снизить энергозатраты и увеличить надежность работы.

Технических решений, свойства которых совпадали бы со свойствами заявляемого, не обнаружено.

На фиг. 1 представлена установка для осуществления вакуум-сублимационного обезвоживания, а на фиг. 2 разрез установки по A - A.

Установка для осуществления вакуум-сублимационного обезвоживания содержит герметичную сушильную камеру 1, соединенную с системой вакуумирования, конденсатор 2, теплообменник 3 промежуточного давления, терморегулирующие вентили 4, десублиматор 5, компрессор, состоящий из первой 6 и второй 7 ступеней.

Внутри камеры 1 установлен перфорированный барабан 9 с возможностью вращения от привода 10. В нижней зоне барабана 9 расположен нагревательный элемент, имеющий в сечении форму сегмента, и выполнен в виде змеевика 11 с шагом между трубками не более 15 мм. Данный шаг обусловлен свободным прохождением через межтрубное пространство замороженных гранул продукта оптимального (рационального) размера (согласно результатам испытаний вакуум-сублимационной установки с перфорированным барабаном оптимальным размером гранул является 12 мм). (Николаенко С.В. Повышение эффективности сублимационной сушки ферментных препаратов. Автореф. дисс. канд. техн. наук. - Воронеж: 1990, с. 22).

Входной патрубок змеевика 11 подсоединен к линии нагнетания компрессора десублиматора 5, а выходной к линии низкого давления перед теплообменником 3 промежуточного давления.

Для удаления высохшего продукта из-под барабана 9 служит ленточный транспортер 12, а из сушилки - шлюзовой затвор 13.

Способ вакуум-сублимационного обезвоживания в установке осуществляется следующим образом.

В начальный момент пуска холодильной машины установки в конденсатор 2 подается охлаждающая вода. После этого включается компрессор, который сжимает хладагент сначала в первой 6, а затем во второй 7 ступенях. Температура и давление хладагента при этом повышаются сначала до промежуточных значений t_пр и P_пр, а затем до температуры и давления нагнетания.

После выхода холодильной машины на рабочий режим работы сушильная камера 1 вакуумируется и через шлюзовой затвор-питатель во вращающийся барабан 9 подаются замороженные гранулы продукта.

Горячий пар после компрессора поступает через входной патрубок в змеевик 11, находящийся в слое замороженных гранул продукта. Тепло хладагента через трубки змеевика 11 передается замороженным гранулам, из которых происходит сублимация влаги, удаляемая затем в десублиматор 5. В результате трения гранул друг о друга и о перфорации барабана 9 от них отделяются сухие частицы продукта, которые удаляются за пределы барабана 9 на ленточный транспортер 12 и далее через шлюзовой затвор 13 за из вакуумной камеры 1. А хладагент в змеевике 11 охлаждается до температуры насыщения и в результате конденсации снова превращается в жидкость. При этом хладагент конденсируется при постоянных температуре конденсации t_к и давлении конденсации P_к.

Жидкий хладагент подается из змеевика 11 через фильтр-дегидратор (не показан) и через терморегулирующий вентиль 4 в теплообменник 3 промежуточного давления.

Перед теплообменником 3 жидкий хладагент разделяется на два потока. Основной поток поступает в змеевик теплообменника 3, где переохлаждается, отдавая теплоту кипящей жидкости, и в состоянии глубокого переохлаждения поступает в испаритель десублиматора 2, через терморегулирующий вентиль 4, в котором он дросселируется от давления конденсации P_к до давления кипения P₀.

Другой поток жидкости также дросселируется в терморегулирующем вентиле 4 перед теплообменником 3 от давления конденсации P_к до промежуточного давления P_пр при постоянном значении энтальпии i и поступает в межзмеевиковое пространство теплообменника 3, где благодаря его кипению при промежуточных параметрах P_пр и t_пр происходит переохлаждение жидкости, идущей по змеевику. Испаренный в межзмеевиковом пространстве хладагент из теплообменника 3 используется для промежуточного охлаждения при P_пр= const нагнетаемых паров, подводимых во вторую ступень 7 компрессора.

Наличие в схеме сублимационной установки конденсатора 2 вызвано необходимостью обеспечения эффективной работы холодильной машины в момент пуска и в момент окончания процесса сушки, т.е. когда змеевик 11 полностью не находится в слое замороженных гранул.

Обеспечение процесса сушки замороженных гранул продукта за счет теплоты хладоносителя, нагнетаемого компрессором десублиматора при одновременном охлаждении и конденсации хладоносителя в зоне сушки и использование змеевика по отношению к высушиваемому продукту в качестве нагревателя, а по отношению к хладагенту в качестве конденсатора позволяет значительно снизить энергозатраты, приходящиеся на весь цикл обезвоживания продукта.

Формула изобретения

1. Способ вакуум-сублимационного обезвоживания, включающий сушку от источников нагрева, находящихся в слое продукта, охлаждение и конденсацию хладоносителя, отличающийся тем, что продукт представляет собой замороженные гранулы, сушка продукта производится за счет теплоты хладоносителя нагнетаемого компрессором десублиматора при одновременном охлаждении и конденсации хладоносителя в зоне сушки.

2. Вакуум-сублимационная установка, содержащая сушильную камеру, соединенную с десублиматором, и систему вакуумирования, перфорированный барабан, а также нагревательный элемент, имеющий в сечении форму сегмента и установленный в нижней зоне барабана, отличающаяся тем, что нагревательный элемент, являющийся по отношению к хладагенту конденсатором, выполнен в виде змеевика с шагом между трубками не более 15 мм, входной патрубок которого подсоединен к линии нагнетания компрессора десублиматора, а выходной - к линии низкого давления перед теплообменником промежуточного давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2