Устройство вакуумной сушки и способ вакуумной сушки

Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической отраслей промышленности и может быть использовано для концентрирования и сушки замороженных растворов или суспензий в вакууме, вакуумной сушки пищевых продуктов, а также для концентрирования или сушки жидких растворов и суспензий. Процессы конденсации и замораживания удаляемых из объема сушильной камеры водяных паров осуществляются в двух секциях ледового конденсатора, сначала в первой секции путем смачивания поверхностей конденсатора циркулирующим низкозамерзающим водосодержащим раствором, при этом охлаждаемые поверхности ледового конденсатора находятся в вакуумируемой полости сушильной камеры и контактируют с поглощаемыми водяными парами, а другая секция охлаждаемых поверхностей ледового конденсатора находится вне вакуумируемой полости сушильной камеры и не контактирует с поглощаемыми водяными парами. Изобретение должно обеспечить снижение нагрузки на холодильную установку. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической отраслей промышленности и может быть использовано для сублимационной сушки замороженных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов, а также для концентрирования или сушки жидких растворов и суспензий.

Известно устройство вакуумной сушки, содержащее: сушильную камеру, в которой расположены открытые емкости с жидким или замороженным высушиваемым продуктом; нагревательные элементы, передающие теплоту высушиваемому продукту для испарения (сублимации) из него влаги; и сообщающийся с сушильной камерой ледовый конденсатор (десублиматор), в котором происходит конденсация (десублимация) испарившейся из продукта влаги. В сушильной камере при помощи вакуумного насоса поддерживается рабочее разрежение. Данное устройство также может использоваться для концентрирования жидкого продукта. Работа данного устройства осуществляется следующим образом: теплота, требуемая для испарения влаги из высушиваемого продукта, передается от нагревательных элементов продукту, после чего испарившаяся из продукта влага перемещается через вакуумируемую полость и конденсируется на охлаждаемых до глубоких минусовых температур поверхностях ледового конденсатора. Пары воды, сконденсировавшиеся на поверхности ледового конденсатора, сразу же замораживаются, образуя лед.

Недостатком данного устройства является наращивание в процессе работы на поверхности ледового конденсатора толстого слоя льда, который снижает теплопроводность стенок змеевика конденсатора и приводит к непрерывному снижению эффективности его работы в течение цикла сушки. Необходимость отвода высоких тепловых мощностей через постоянно увеличивающийся слой льда в свою очередь приводит к жесткому и неэкономичному режиму работы холодильной установки, обеспечивающей функционирование ледового конденсатора. Для снижения нагрузки на холодильную установку увеличивают размеры поверхностей охлаждаемых поверхностей ледового конденсатора, что ведет к росту металлоемкости оборудования и увеличению холостого объема устройства, требующего глубокого вакуумирования.

(См. Камовников. «Вакуумно-сублимационная сушка пищевых продуктов» М. 1985 г.).

Целью изобретения является снижение нагрузки на холодильную установку ледового конденсатора при сохранении одинаково высокой эффективности работы ледового конденсатора в течение всего цикла сушки, уменьшение холостого объема устройства, требующего глубокого вакуумирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве вакуумной сушки, содержащем вакуумируемую сушильную камеру, расположенные внутри сушильной камеры нагревательные элементы, над которыми и/или под которыми находится осушаемый продукт, и ледовый конденсатор, согласно изобретению ледовый конденсатор состоит из двух охлаждаемых секций, одна из которых сообщается через вакуумируемую полость с сушильной камерой и смачивается низкозамерзающим водосодержащим раствором, поступающим из второй секции ледового конденсатора, а вторая секция отделена от сушильной камеры и смачивается низкозамерзающим водосодержащим раствором, поступающим из первой секции ледового конденсатора.

Также в устройстве в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора может быть применен раствор, конечная температура замерзания которого ниже температуры ледового конденсатора, или в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен водный раствор вещества, имеющего низкое парциальное давление пара.

Также в устройстве в качестве вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, может быть применена минеральная соль, хорошо растворимая в воде, а в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор воды в органической жидкости.

Также в устройстве в качестве органической жидкости может быть применен низкомолекулярный спирт или смесь спиртов, а в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор, начальная температура замерзания которого отличается от рабочей температуры ледового конденсатора не более чем на 10 градусов по Цельсию.

Поставленная цель достигается также тем, что в способе вакуумной сушки продукта, содержащего жидкий или замороженный удаляемый агент, заключающемся в нагревании продукта в вакуумируемой камере с одновременным удалением выделяющихся паров агента из газовой фазы путем их конденсации, десублимации или абсорбции, согласно изобретению в вакуумируемую камеру подают охлажденную низкозамерзающую жидкость, содержащую в своем составе удаляемый из продукта агент, после чего данную жидкость охлаждают в условиях контакта жидкости с парами агента, после чего жидкость с дополнительно поглощенным агентом выводят из вакуумируемой камеры, охлаждают в условиях отсутствия контакта жидкости с парами агента, отделяют жидкость от вымороженных кристаллов удаляемого агента и возвращают охлажденную жидкость в вакуумируемую камеру.

При этом в качестве низкозамерзающей жидкости могут применять раствор вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, или раствор нескольких таких веществ, в жидком удаляемом агенте.

Также в качестве агента могут применять воду, а в качестве вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, - минеральную соль, хорошо растворимую в воде.

В качестве низкозамерзающей жидкости могут применять раствор агента в жидком растворителе, состоящем из одного или нескольких веществ, в качестве агента применяют воду, а в качестве растворителя применяют низкомолекулярный спирт или смесь спиртов.

Предпочтительно в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применяют раствор воды в органической жидкости, начальная температура замерзания которого отличается от рабочей температуры ледового конденсатора не более чем на 10 градусов по Цельсию в ту или иную сторону.

Использование заявленного изобретения позволит снизить мощность холодильной установки, требующейся для функционирования ледового конденсатора, и уменьшить холостой объем вакуумируемой сушильной камеры.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана общая схема варианта устройства вакуумной сушки.

Устройство содержит вакуумную сушильную камеру 1, блок нагревательных элементов 2 (полок) с осушаемым продуктом, жалюзийную перегородку 3, внутреннюю охлаждаемую секцию 4 ледового конденсатора, внешнюю охлаждаемую секцию 5 ледового конденсатора, расположенную внутри емкости 6, накопительную емкость 7 циркулирующего водосодержащего раствора, насос 8, вентили 9, 10 и 11, линию 12 подачи хладагента в секции ледового конденсатора и линию 13 вывода хладагента из секций ледового конденсатора.

Работа устройства вакуумной сушки осуществлена следующим образом.

Низкозамерзающий водосодержащий раствор из накопительной емкости 7 насосом 8 при открытых вентилях 9, 10 и закрытом вентиле 11 подается в емкость 6, в которой расположена охлаждаемая секция 5 ледового конденсатора. В ледовый конденсатор через линию 12 подается жидкий хладагент, который в охлаждаемых секциях 4 и 5 конденсатора кипит, отбирая теплоту от водосодержащего раствора, контактирующего со стенками охлаждаемых секций 4 и 5 конденсатора. Пары хладагента из данных секций через линию 13 удаляются к компрессору холодильной установки, обеспечивающей работу конденсатора.

В емкости 6 водосодержащий раствор охлаждается до рабочей температуры ледового конденсатора, в результате чего из него вымораживается часть растворенной воды. Вымороженная вода в виде льда оседает на стенках охлаждаемой секции 5 ледового конденсатора, а охлажденный водосодержащий раствор через вентиль 10 подается в вакуумную сушильную камеру 1 для смачивания охлаждаемой секции 4 конденсатора.

В вакуумной сушильной камере 1 поддерживается высокое разрежение. Из осушаемого продукта, размещенного на нагревательных элементах 2, под действием поступающей теплоты выделяется водяной пар, который через жалюзийную перегородку 3 перемещается к охлаждаемой секции 4 конденсатора, где поглощается охлажденным водосодержащим раствором, стекающим по стенкам конденсатора. При поглощении паров воды раствором выделяется большое количество теплоты, приводящее к значительному повышению температуры стекающего раствора. Основная часть выделяющейся теплоты передается стенкам внутренней секции 4 конденсатора, в результате чего температура стекающего раствора поддерживается на низком уровне, достаточном для непрерывного поглощения поступающих водяных паров, с целью поддержания низкого парциального давления паров воды в сушильной камере. Нагретый раствор с повышенным содержанием воды из нижней части вакуумной сушильной камеры 1 через опускную трубу стекает в накопительную емкость 7, откуда насосом 8 вновь подается в емкость 6 для охлаждения раствора и вымораживания поглощенной воды на стенках охлаждаемой секции 5 ледового конденсатора.

Таким образом на поверхности охлаждаемой секции 4 ледового конденсатора осуществляется поглощение паров воды циркулирующим раствором, при этом образование слоя льда на стенках секции 4 конденсатора, смачиваемых стекающим раствором, не происходит из-за относительно высокой температуры стекающего раствора, поддерживаемой поглощаемыми водяными парами. На поверхности же охлаждаемой секции 5 ледового конденсатора происходит вымораживание поглощенной воды из циркулирующего водосодержащего раствора.

По окончании работы раствор из емкости 6 дренируют в накопительную емкость 7, закрывают вентиль 9, размораживают лед, накопившийся на поверхностях охлаждаемой секции 5 конденсатора, после чего открывают вентиль 11 и образовавшуюся воду удаляют из установки.

В устройстве охлаждаемая секция 4 конденсатора, обеспечивающая наиболее энергоемкий процесс конденсации паров воды из газовой фазы вакуумируемой сушильной камеры 1, работает в одних и тех же условиях в течение всего периода сушки, без образования на ее поверхности слоя льда. Следовательно, размеры данной секции можно значительно уменьшить по сравнению с существующим устройством для уменьшения холостого объема сушильной камеры, требующего глубокого вакуумирования. Так как отвод теплоты конденсации паров осуществляется через необмерзшие стенки конденсатора, покрытые тонким слоем стекающего раствора, существенно снижаются нагрузки на холодильную установку конденсатора.

На стенках емкости 6 конденсатора происходит нарастание слоя льда, однако тепловые потоки, отводимые через данную секцию, составляют лишь небольшую долю общих тепловых потоков вследствие того, что данная секция осуществляет только некоторое охлаждение раствора и вымораживание из него поглощенной воды. Размеры данной секции не влияют на вакуумируемый объем сушильной камеры, следовательно, для уменьшения толщины ледовой корки наружную поверхность данной секции можно неограниченно увеличивать. Кроме того, данную секцию в целях снижения металлоемкости можно дополнительно разделить на две небольшие попеременно работающие секции - пока одна обеспечивает вымораживание льда из раствора, вторую секцию размораживают от накопленного льда. При этом работа самой сушильной камеры не нарушается.

1. Устройство вакуумной сушки, содержащее вакуумируемую сушильную камеру, расположенные внутри сушильной камеры нагревательные элементы, над которыми и/или под которыми находится осушаемый продукт, и ледовый конденсатор, отличающееся тем, что ледовый конденсатор состоит из двух охлаждаемых секций, одна из которых сообщается через вакуумируемую полость с сушильной камерой и смачивается низкозамерзающим водосодержащим раствором, поступающим из второй секции ледового конденсатора, а вторая секция отделена от сушильной камеры и смачивается низкозамерзающим водосодержащим раствором, поступающим из первой секции ледового конденсатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор, конечная температура замерзания которого ниже температуры ледового конденсатора.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен водный раствор вещества, имеющего низкое парциальное давление пара.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в качестве вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, применена минеральная соль, хорошо растворимая в воде.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор воды в органической жидкости.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве органической жидкости применен низкомолекулярный спирт или смесь спиртов.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор, начальная температура замерзания которого отличается от рабочей температуры ледового конденсатора не более чем на 10°.

8. Способ вакуумной сушки продукта, содержащего жидкий или замороженный удаляемый агент, заключающийся в нагревании продукта в вакуумируемой камере с одновременным удалением выделяющихся паров агента из газовой фазы путем их конденсации, десублимации или абсорбции, отличающийся тем, что в вакуумируемую камеру подают охлажденную низкозамерзающую жидкость, содержащую в своем составе удаляемый из продукта агент, после чего данную жидкость охлаждают в условиях контакта жидкости с парами агента, после чего жидкость с дополнительно поглощенным агентом выводят из вакуумируемой камеры, охлаждают в условиях отсутствия контакта жидкости с парами агента, отделяют жидкость от вымороженных кристаллов удаляемого агента и возвращают охлажденную жидкость в вакуумируемую камеру.

9. Способ вакуумной сушки продукта по п.8, отличающийся тем, что в качестве низкозамерзающей жидкости применяют раствор вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, или раствор нескольких таких веществ, в жидком удаляемом агенте.

10. Способ вакуумной сушки продукта по п.9, отличающийся тем, что в качестве агента применяют воду, а в качестве вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, применяют минеральную соль, хорошо растворимую в воде.

11. Способ вакуумной сушки продукта по п.8, отличающийся тем, что в качестве низкозамерзающей жидкости применяют раствор агента в жидком растворителе, состоящем из одного или нескольких веществ.

12. Способ вакуумной сушки продукта по п.8, отличающийся тем, что в качестве агента применяют воду, а в качестве растворителя применяют низкомолекулярный спирт или смесь спиртов.