Вакуум-сублимационная сушилка

 

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для сублимационной сушки, и может быть использовано в химической, микробиологической и пищевой промышленности. В вакуум-сублимационной сушилке, содержащей вакуумную камеру, состоящую из герметично соединяющихся секций 1, снабженных патрубком с запирающим клапаном, установленным с возможностью подключения к вакуум-насосу, вакуум-насос, десублиматор, нагреватель, секции выполнены с двойным дном 3, в котором установлены термоэлектрические модули 4, представляющие собой полупроводниковые устройства, состоящие из полупроводниковых ветвей с проводимостью p- и n-типа, расположенных между двумя диэлектрическими подложками, на поверхностях которых имеются коммутационные площадки, соединяющие полупроводниковые ветви в единую электрическую цепь. Принцип действия термоэлектрических элементов основан на эффекте Пельтье. При прохождении постоянного электрического тока одна из подложек термоэлектрического элемента охлаждается, а другая нагревается. В данном случае верхние подложки будут играть роль нагревателей, а нижние - десублиматора, т.е. устройства, на котором происходит вымораживание влаги. Изобретение должно обеспечить снижение энергозатрат на процесс десублимации и равномерность процесса сушки. 2 ил.

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для сублимационной сушки, и может быть использовано в пищевой, химической и микробиологической промышленности.

Известен нагревательно-сушильный блок для сублимационной установки [а.с. 922469, кл. F 26 В 5/06, 1982], содержащий секции, последовательно установленные одна над другой. Недостатком данного устройства является необходимость использования нагревательных элементов в каждой секции и необходимость применения герметичной камеры для проведения процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является вакуум-сублимационная установка поточно-циклического действия [патент РФ 2099658, кл. F 26 В 5/06, Б.И. 35, 20.12.1997], содержащая вакуумную камеру, вакуум-насос, десублиматор, нагреватели, причем вакуумная камера состоит из герметично соединяющихся секций, представляющих собой обечайку, имеющую поперечную перегородку, выполненную из теплопроводного материала, разделяющую секцию на две полости, при этом полости секции соединяются посредством патрубка с запирающим клапаном, при помощи которого регулируется величина давления в каждой секции таким образом, что оно повышается с подсоединением каждой последующей секции. Вследствие разности температур насыщенных паров соседних секций через теплопроводящую перегородку происходит теплообмен между поверхностью сублимации замороженного продукта и насыщенным паром. При этом на теплопроводящей перегородке происходит частичная конденсация (десублимация) пара, а с поверхности замороженного продукта - сублимация влаги.

Недостатком устройства является сложность регулировки перепадов давления между секциями, неравномерность процесса сушки продукта и его высокая продолжительность.

Технической задачей изобретения является снижение энергозатрат на процесс десублимации, достижение равномерности процесса сушки и его интенсификация.

Поставленная задача достигается тем, что в вакуум-сублимационной сушилке, содержащей вакуумную камеру, состоящую из герметично соединяющихся секций, снабженных патрубком с запирающим клапаном, установленным с возможностью подключения к вакуум-насосу, вакуум-насос, десублиматор, нагреватель, секции выполнены с двойным дном, в котором установлены термоэлектрические модули, которые представляют собой полупроводниковые устройства, состоящие из полупроводниковых ветвей с проводимостью p- и n-типа, расположенных между двумя диэлектрическими подложками, на поверхностях которых имеются коммутационные площадки, соединяющие полупроводниковые ветви в единую электрическую цепь. Принцип действия термоэлектрических элементов основан на эффекте Пельтье, заключающемся в нагревании одного и охлаждении другого спая при пропускании постоянного электрического тока [Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Справочник. М. : Лег. и пищ. пром-сть, 1986]. В данном случае верхние подложки будут играть роль нагревателей, а нижние - десублиматора, т.е. устройства, на котором происходит вымораживание влаги. 2 ил.

На основании исследований, проведенных по источникам патентной и научно-технической литературы, можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет снизить энергозатраты на процесс десублимации, достигнуть равномерности процесса сушки и его интенсификации.

Технических решений, свойства которых совпадали бы со свойствами заявляемого, не обнаружено, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Положительный эффект при осуществлении предлагаемого изобретения достигается за счет снижения энергозатрат на процесс десублимации, достижения равномерности процесса сушки и его интенсификации.

На фиг. 1 изображен продольный разрез вакуум-сублимационной сушилки; на фиг.2 - схема расположения термоэлектрических модулей в секции.

Сушилка содержит вакуумную камеру, состоящую из герметично соединяющихся секций 1, включающих противень 2 с двойным дном 3, в котором установлены термоэлектрические модули 4 с возможностью подключения к источнику постоянного тока, нагреватель 5, при этом секции снабжены патрубком 6 с запирающим клапаном 7, установленным для подключения к вакуум-насосу.

Вакуум-сублимационная сушилка работает следующим образом. Продукт загружается в каждую секцию 1 и предварительно замораживается в низкотемпературном холодильном устройстве. Вакуумную камеру, собранную из секций 1, подключают к вакуум-насосу при помощи патрубков 6, затем доводят давление внутри вакуумной камеры до значения ниже тройной точки для воды (<610 Па). Начинают сублимационную сушку продукта под воздействием нагревателя 5. Одновременно включают источники постоянного тока для подачи питания на термоэлектрические модули 4, которые обеспечивают охлаждение дна противня 2 до температуры 250...255 К, и на нем вымораживается (десублимируется) влага, удаляемая из высушиваемого продукта и превращается в лед. Одновременно на горячих спаях термоэлектрических модулей выделяется теплота, равная сумме холодопроизводительности и мощности, затраченной на питание термоэлектрических модулей. Эта теплота передается продукту через перегородку, выполненную из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. При этом с поверхности замороженного продукта вышестоящей секции 1 происходит сублимация влаги (переход из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу). Аналогичные процессы происходят в каждой секции.

После достижения требуемой влажности продукта процесс сушки прекращают, вакуумную камеру девакуумируют и выгружают продукт. Затем меняют на 2...3 мин полярность питания термоэлектрических модулей, что приводит к нагреву холодных спаев и удалению десублимата (льда), после чего установку переключают на нормальный режим работы.

Количество термоэлектрических модулей, устанавливаемых в каждой секции зависит от их холодопроизводительности и требуемой производительности установки. Отечественной и зарубежной промышленностью выпускаются термоэлектрические элементы с известными величинами коэффициента термоЭДС, высотой полупроводников d, а также их термоэлектрической эффективности.

Предложенная сушилка позволяет: - понизить энергозатраты на процесс десублимации пара за счет использования термоэлектрических модулей в качестве встроенных десублиматоров; - достигнуть равномерности процесса сушки за счет создания одинакового давления в секциях; - интенсифицировать процесс сушки за счет достижения более глубокого вакуума в секциях, а также за счет использования термоэлектрических модулей с высокой плотностью теплового потока.

Формула изобретения

Вакуум-сублимационная сушилка, содержащая вакуумную камеру, состоящую из герметично соединяющихся секций, снабженных патрубком с запирающим клапаном, установленным с возможностью подключения к вакуум-насосу, вакуум-насос, десублиматор, нагреватель, отличающаяся тем, что секции выполнены с двойным дном, в котором установлены термоэлектрические модули, служащие одновременно в качестве нагревателей для вышестоящей секции и десублиматора для нижней.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2