Способ вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом тепловой энергии и установка вакуумной сублимационной сушки


 


Владельцы патента RU 2420215:

Ермаков Сергей Анатольевич (RU)

Изобретение относится к пищевой промышленности. Согласно предложенному способу осуществляют испарение жидкого гидрофобного рабочего тела. Перемещающиеся под действием перепада давлений пары рабочего тела нагревают и пропускают сквозь слой замороженного высушиваемого продукта, данный процесс осуществляют один или несколько раз, пропуская нагретые пары рабочего тела соответственно через один или несколько слоев замороженного высушиваемого продукта. Образовавшуюся смесь паров воды и паров рабочего тела пропускают через один или несколько десублиматоров/абсорберов, в которых осуществляют десублимацию/поглощение паров воды из смеси. Осуществляют конденсацию паров рабочего тела и возврат жидкого рабочего тела на начало процесса. В качестве рабочего тела применяют низкокипящую жидкость или легкосжижающийся газ. Предложено устройство для осуществления способа. Использование данной группы изобретений позволяет сократить время сушки и исключить контакт высушиваемого продукта с кислородом воздуха. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Известен способ атмосферной сублимационной сушки, при котором через слой замороженного влагосодержащего продукта продувают нагретый воздух с низким парциальным давлением водяных паров. Проходя сквозь слой продукта, воздух отдает тепловую энергию замороженному продукту, которая затрачивается на сублимационное испарение влаги из продукта. Выходящий из слоя продукта охлажденный воздух с повышенным содержанием водяных паров подают к испарителю холодильной установки (в десублиматор), на поверхности которого происходит десублимация содержащейся в воздухе влаги. Охлажденный и осушенный воздух нагревают и вновь подают в слой замороженного продукта. Подачу воздуха осуществляют путем естественной циркуляции (свободная конвекция) или при помощи воздуходувного устройства (вынужденная конвекция).

Недостатком данного способа является значительная продолжительность сушки и снижение качества высушиваемого продукта вследствие долговременного контакта высушиваемого продукта с кислородом воздуха.

(См. Семенов Г.В., Касьянов Г.И. «Сушка сырья: мясо, рыба, овощи, фрукты, молоко» Учебно-практическое пособие. Серия «Технологии пищевых производств». Ростов н/Д: издательский центр «МарТ», 2002, с.82-87).

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является сокращение времени сушки и исключение контакта высушиваемого продукта с кислородом воздуха.

Поставленный технический результат достигается тем, что способ вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом тепловой энергии к высушиваемому продукту заключается в том, что в системе вакуумируемых камер в условиях разрежения:

a) осуществляют испарение жидкого гидрофобного рабочего тела;

b) перемещающиеся под действием перепада давлений пары рабочего тела нагревают при помощи калорифера и пропускают сквозь слой замороженного высушиваемого продукта, данный процесс осуществляют один или несколько раз, пропуская нагретые пары рабочего тела соответственно через один или несколько слоев замороженного высушиваемого продукта;

c) образовавшуюся смесь паров воды и паров рабочего тела пропускают через один или несколько десублиматоров/абсорберов, в которых осуществляют десублимацию/поглощение паров воды из смеси;

d) осуществляют конденсацию обезвоженных паров рабочего тела;

e) осуществляют возврат жидкого рабочего тела для проведения процесса «а»; возврат рабочего тела в зону испарения осуществляют самотеком или при помощи насоса.

В качестве рабочего тела применяют низкокипящую жидкость или легкосжижающийся газ, нерастворимые или слаборастворимые в воде, например бутан, пентан, гексан и их изомеры.

Парциальное давление водяных паров во всех зонах системы вакуумируемых камер поддерживают на уровне, не превышающем равновесное парциальное давление водяных паров над замороженным высушиваемым продуктом.

Для нагрева паров рабочего тела в калориферах используют высокопотенциальный источник тепловой энергии либо применяют тепловой насос, использующий в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии теплоту десублимации/поглощения паров воды в десублиматорах/абсорберах.

Испарение рабочего тела предпочтительно осуществляют за счет энергии конденсации паров рабочего тела, тепловой потенциал которой повышают посредством теплового насоса.

Температуру десублиматоров/абсорберов, десублимирующих/поглощающих водяные пары из потока паров рабочего тела, поддерживают на уровне, при котором исключена конденсация паров рабочего тела на поверхностях десублиматора/абсорбера, то есть на уровне, более высоком, чем температура конденсации паров рабочего тела при рабочем давлении в десублиматоре/абсорбере.

Абсорбцию паров воды из паровой смеси осуществляют охлажденным низкозамерзающим раствором электролита, например раствором хлористого кальция, хлористого или бромистого лития.

Поставленный технический результат достигается тем, что установка вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом теплоты к продукту содержит испаритель рабочего тела, несколько калориферов для нагрева паров рабочего тела, несколько вакуумируемых сушильных камер (сосудов), в которых находится замороженный высушиваемый продукт, один или несколько десублиматоров/абсорберов для избирательной десублимации/абсорбции водяных паров из потока паров рабочего тела и конденсатор паров рабочего тела, образующие общую герметичную систему, а также вакуумный насос, поддерживающий в системе разрежение; в качестве рабочего тела установки применен легкокипящий гидрофобный агент, например бутан, пентан, гексан и их изомеры.

Сушильные камеры подключены последовательно друг к другу по ходу паров рабочего тела, перед каждой сушильной камерой находится не менее одного калорифера.

Конденсатор рабочего тела предпочтительно связан тепловым насосом с испарителем рабочего тела, который дополнительно охлаждается при помощи холодильного агрегата.

Использование заявленного изобретения позволит исключить контакт высушиваемого продукта с кислородом воздуха. Обеспечит высокую скорость и равномерность подвода тепловой энергии к высушиваемому продукту за счет использования принудительной конвективной передачи тепловой энергии продукту с помощью парообразного рабочего тела. Обеспечит высокую скорость отвода выделяющихся из продукта водяных паров за счет высокой объемной скорости потока разреженных паров рабочего тела. Высокая объемная скорость потока паров рабочего тела обеспечивается низкой плотностью паров рабочего тела и значительным перепадом давлений между зоной испарения и зоной конденсации рабочего тела. Высокий (двухтрехкратный) перепад давлений обеспечивается небольшим (10-15°С) температурным перепадом между зоной испарения и зоной конденсации рабочего тела, что позволит возвращать теплоту конденсации паров рабочего тела в зону испарения при помощи теплового насоса. Высокая объемная скорость потока позволит повысить коэффициент теплопередачи от калорифера парам рабочего тела и коэффициент теплопередачи от паров рабочего тела к гранулам (частицам) высушиваемого продукта.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан вариант установки вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом теплоты к продукту.

Установка содержит группу сушильных камер 1 с замороженным высушиваемым продуктом и калориферами 2, низкотемпературный калорифер 3, абсорберы 4 и 5 с охлаждаемыми змеевиками 6 и 7, конденсатор 8 с охлаждаемым змеевиком 9, испаритель 10 с греющим змеевиком 11 и охлаждающим змеевиком 12, насосы 13-15, компрессор 16, вакуумный насос 17, дроссельные вентили 18 и 19, регулирующие вентили 20 и 21, гидрозатвор 22, холодильные агрегаты 23 и 24. В качестве рабочего тела применен пентан. В абсорберы 4 и 5 подаются низкозамерзающие водные растворы 25 и 27, которые в виде разбавленных растворов 26 и 28 выводятся за пределы установки.

Работа установки осуществлена следующим образом.

Жидкий пентан отбирается из нижней части испарителя 10 и насосом 15 через распределительное устройство возвращается внутрь испарителя 10, смачивая поверхность греющего змеевика 11 испарителя. На поверхности змеевика 11 испарителя происходит кипение пентана, образовавшийся парообразный пентан проходит через охлаждающий змеевик 12 испарителя, на котором часть паров пентана конденсируется и стекает в нижнюю зону испарителя 10. Прошедшие через змеевик 12 пары пентана нагреваются в низкотемпературном калорифере 3, после чего нагреваются в высокотемпературном калорифере 2 и проходят сквозь слой замороженного высушиваемого продукта, находящегося в сушильной камере 1. В камере 1 нагретые пары пентана частично охлаждаются, передавая теплоту замороженной влаге, находящейся в продукте. Под действием полученной теплоты часть замороженной влаги сублимируется. Образовавшаяся смесь паров пентана и водяных паров вновь нагревается в следующем по ходу калорифере и вновь проходит через камеру с замороженным высушиваемым продуктом. Данный процесс повторяется N раз, после чего смесь паров пентана и водяных паров поступает в абсорбер 4, охлаждаемый змеевик 6 которого непрерывно смачивается слабым низкозамерзающим водным раствором хлористого лития (широко применяемого в системах кондиционирования воздуха) или хлористого кальция. Непрерывно охлаждаемый раствор поглощает основную часть водяных паров из протекающей сквозь змеевик 6 паровой смеси. Циркуляция раствора обеспечивается насосом 13, который также обеспечивает непрерывный отвод части циркулирующего раствора 26 на регенерацию - удаление из него поглощенной влаги. Регенерированный раствор 25 возвращается в абсорбер 4.

Вышедшая из абсорбера 4 паровая смесь с пониженным содержанием водяных паров поступает в группу совмещенных аппаратов - абсорбер 5 и конденсатор 8, в которых осуществляется полная раздельная абсорбция водяных паров и конденсация паров пентана. Неконденсирующиеся газы, попавшие в паровую смесь из высушиваемого продукта и через неплотности вакуумной системы установки, удаляются вместе с незначительным количеством водяных паров и паров пентана вакуумным насосом 17 в атмосферу (через систему очистки).

Абсорбция водяных паров осуществляется крепким низкозамерзающим водным раствором хлористого лития (или бромистого лития), смачивающим поверхность охлаждающего змеевика 7 абсорбера 5. Непрерывно охлаждаемый раствор поглощает водяные пары, обеспечивая их остаточное давление в группе аппаратов 5 и 8 на уровне, при котором не происходит десублимация водяных паров на поверхности охлаждаемого змеевика 9 конденсатора 8. Циркуляция раствора обеспечивается насосом 14, который также обеспечивает непрерывный отвод части циркулирующего раствора 28 на регенерацию - удаление из него поглощенной влаги. Регенерированный раствор 27 возвращается в абсорбер 5.

Пары пентана из поступающей в группу совмещенных аппаратов 5 и 8 паровой смеси конденсируются на поверхности охлаждаемого змеевика 9 конденсатора 8. Температура охлаждаемого змеевика 9 поддерживается на более низком уровне, чем температура охлаждаемого змеевика 7, чтобы не допустить конденсации паров пентана на поверхности охлаждаемого змеевика 7, но разница температур не должна быть существенной, чтобы не допустить десублимации водяных паров на поверхности охлаждаемого змеевика 9.

Сконденсированные пары пентана самотеком через гидрозатвор 22 возвращаются из конденсатора 8 в испаритель 10.

Охлаждение змеевиков 7 и 9 осуществляется посредством теплового насоса, конденсатором которого является змеевик 11 испарителя 10. Работа теплового насоса осуществляется следующим образом. Пары хладагента, являющегося рабочим телом теплового насоса, сжимаются компрессором 16 и подаются внутрь змеевика 11, в котором конденсируются, передавая теплоту конденсации жидкому пентану, смачивающему внешнюю поверхность змеевика. Сконденсированный хладагент по трубопроводу через дроссельные клапаны 18 и 19 поступает в змеевики 7 и 9, в которых при пониженном давлении и температуре испаряется (кипит), отбирая теплоту от абсорбирующихся паров воды и конденсирующихся паров пентана соответственно. Образовавшиеся пары хладагента отсасываются компрессором 16, замыкая цикл.

Отвод избыточного тепла от испарителя 10 осуществляется холодильным агрегатом 24, охлаждение змеевика 6 абсорбера 4 осуществляется холодильным агрегатом 23. Часть тепловой энергии, отводимой агрегатами 23 или 24, передается в низкотемпературный калорифер 3 для нагрева холодных паров пентана, выходящих из испарителя 10.

1. Способ вакуумной сублимационной сушки, отличающийся тем, что в системе вакуумируемых камер в условиях разрежения:
a) осуществляют испарение жидкого гидрофобного рабочего тела;
b) перемещающиеся под действием перепада давлений пары рабочего тела нагревают и пропускают сквозь слой замороженного высушиваемого продукта, данный процесс осуществляют один или несколько раз, пропуская нагретые пары рабочего тела соответственно через один или несколько слоев замороженного высушиваемого продукта;
c) образовавшуюся смесь паров воды и паров рабочего тела пропускают через один или несколько десублиматоров/абсорберов, в которых осуществляют десублимацию/поглощение паров воды из смеси;
d) осуществляют конденсацию паров рабочего тела;
e) осуществляют возврат жидкого рабочего тела для проведения процесса «а».

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела применяют гидрофобную низкокипящую жидкость или сжиженный газ, например бутан, пентан, гексан и их изомеры.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что парциальное давление водяных паров во всех зонах системы вакуумируемых камер поддерживают на уровне, не превышающем равновесное парциальное давление водяных паров над замороженным высушиваемым продуктом.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру десублиматоров/абсорберов, десублимирующих/поглощающих водяные пары из потока паров рабочего тела, поддерживают на уровне, более высоком, чем температура конденсации паров рабочего тела при рабочем давлении в десублиматоре/абсорбере.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нагрева паров рабочего тела в калориферах используют высокопотенциальный источник тепловой энергии либо применяют тепловой насос, использующий в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии теплоту десублимации/поглощения паров воды в десублиматорах/абсорберах.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарение рабочего тела осуществляют за счет энергии конденсации паров рабочего тела, тепловой потенциал которой повышают посредством теплового насоса.

7. Установка вакуумной сублимационной сушки, отличающаяся тем, что содержит испаритель рабочего тела, несколько калориферов для нагрева паров рабочего тела, несколько вакуумируемых сушильных камер, в которых находится замороженный высушиваемый продукт, один или несколько десублиматоров/абсорберов для избирательной десублимации/абсорбции водяных паров из потока паров рабочего тела, и конденсатор паров рабочего тела, образующие общую герметичную систему, а также вакуумный насос, поддерживающий в системе разрежение; в качестве рабочего тела установки применена гидрофобная низкокипящая жидкость или сжиженный газ.

8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что сушильные камеры подключены последовательно друг к другу по ходу паров рабочего тела, перед каждой сушильной камерой находится не менее одного калорифера.

9. Установка по п.7, отличающаяся тем, что в качестве рабочего тела установки применен пентан.

10. Установка по п.7, отличающаяся тем, что конденсатор рабочего тела связан тепловым насосом с испарителем рабочего тела, который дополнительно охлаждается при помощи холодильного агрегата.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к биотехнологии. .

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

Изобретение относится к способам консервирования пищевых продуктов животного происхождения. .

Изобретение относится к оборудованию пищевой промышленности при производстве сублимированных пищевых продуктов с заданными свойствами и возможностью сушки продукта, с низким содержанием сухих веществ с высоким качеством и низкими энергозатратами.

Изобретение относится к оборудованию пищевой промышленности при производстве сублимированных пищевых продуктов. .
Изобретение относится к пищевой промышленности. .
Изобретение относится к технологии пищевой промышленности, а именно к технологии консервирования пищевых продуктов методом сушки топочными газами. .

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к вакуумной сушке жидких, пастообразных или плоских твердых высоковлажных материалов, и может быть использовано в пищевой, химической, медицинской и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике хранения и переработки пищевых продуктов и может быть использовано для их охлаждения, заморозки и последующей сублимационной сушки.
Изобретение относится к пищевой промышленности

Изобретение относится к пищевой промышленности
Изобретение относится к получению биологически активной пищевой добавки и может быть использовано в профилактическом питании
В соответствии со способом сырые яйца моют и дезинфицируют, размещают на транспортере и подвергают шоковой заморозке. Замороженные яйца подвергают воздействию горячей воды при прохождении через устройство грохота, где они подвергаются динамической ударной нагрузке до полной очистки от скорлупы. В одном варианте очищенные яйца замораживают и используют в качестве сырья. В других вариантах яйца покрывают глазурью с последующей заморозкой или подвергают сублимационной сушке. Изобретение обеспечивает использование в пищевой промышленности очищенных от скорлупы яиц. 3 н. и 14 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к пищевым технологиям, к текстурированным двухкомпонентным сублимированным продуктам и к способам их изготовления. Предложен способ изготовления растворимого пищевого продукта, который предусматривает совместную отсадку (со-отсадку) первого компонента и второго компонента при температуре от -5°C до 10°C на плоскую поверхность с формированием продукта, охлаждение продукта до температуры ниже примерно -5°C и подвергание продукта стадии сублимации в течение примерно от 5 часов до 20 часов и при давлении примерно от 0,1 до 1,0 мбар. Также предложен растворимый пищевой продукт, полученный указанным способом, содержащий первый компонент и второй компонент, которые формируют пищевой продукт, в котором сформованный пищевой продукт является сублимированным и первый компонент и второй компонент визуально различимы в нем. При этом первый компонент может быть выбран из группы, включающей йогурт или другой молочный продукт, пюре, зерновой продукт, сыр, фрукт, овощ, мясо, солод, шоколад, кофе, рыбу или другой морепродукт либо их комбинации, и второй компонент может быть выбран из группы, включающей йогурт или другой молочный продукт, пюре, зерновой продукт, сыр, фрукт, овощ, мясо, солод, шоколад, кофе, рыбу или другой морепродукт либо их комбинации. Заявленное изобретение обеспечивает более экономичный и эффективный способ изготовления двухкомпонентного пищевого продукта. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к сублимированному закусочному продукту с добавлением цельного зерна, который в особенности предназначен для детей младшего возраста. Сублимированный закусочный продукт содержит пищевой компонент, выбранный из молочного компонента, овощного компонента, фруктового компонента или их смесей, композицию из гидролизованного цельного зерна, альфа-амилазу или ее фрагмент, где альфа-амилаза или ее фрагмент в активном состоянии не обладают гидролитической активностью в отношении пищевых волокон, и эмульгирующий компонент. Изобретение позволяет получить продукт, легко растворимый в полости рта, при этом в дополнение к удобной форме важным для потребителя является диетическая доставка пищевых волокон и снижение потребности в добавлении подсластителя. 11 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл., 5 пр.

Группа изобретений относится к сушке растительных материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве и в пищевой промышленности преимущественно для получения лечебных веществ. В процессе сушки топинамбура его моют, сортируют, инспектируют, калибруют, очищают, нарезают на кубики, бланшируют, сульфитируют и обрабатывают агентом сушки в плотном слое в два этапа: сначала при переменной, затем при постоянной температуре. В качестве агента сушки используют воздух с температурой, не превышающей 90°C. Этапы сушки разграничены критической влажностью топинамбура. Устройство для сушки топинамбура включает бункер, сушильную и охладительную камеры, наклонные жалюзийные решета, цепочно-планчатый транспортер, теплогенератор, охлаждающий вентилятор и дополнительный теплогенератор, подключенный к охладительному вентилятору. Использование группы изобретений позволит повысить качество получаемого продукта. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано в пищевой, комбикормовой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности. Способ включает сублимацию, подвод теплоты, создание вакуума и отвод конденсата в двухсекционный десублиматор. Размораживание льда на секциях двухсекционного десублиматора осуществляют конденсатом и отработанным паром путем передачи их от двух автономно работающих сублимационных камер сублимационной установки, накопления в емкости для сбора конденсата и отработанного пара и подачи по системе отвода на секции двухсекционного десублиматора. Предотвращают попадание талой воды в вакуум-проводы секций двухсекционного десублиматора посредством установленных в них желобов, по которым отводят ее в канализацию. Использование изобретения позволит сократить цикл сушки, снизить удельные затраты энергии и повысить кпд процесса. 2 ил.
Наверх