Способ вакуумной сушки жидковязких материалов

 

Использование: для сушки жидковязких материалов, содержащих термостабильные вещества растворов, эмульсий, суспензий в фармацевтической, микробиологической пищевой промышленности. Сущность изобретения: высушиваемый материал непрерывно подают в вакуумируемую шахтную сушилку при температуре, превышающей температуру кипения воды, соответствующую значению остаточного давления в сушилку СВЧ-излучения с частотой 0,8 - 10 ГГц, поток энергии которого в сушилке совпадает по направлению с движением высушиваемого материала. 1 ил.

Изобретение относится к сушке жидко-вязких материалов, преимущественно к сушке водных растворов, суспензий, эмульсий термолабильных веществ в фармацевтической, микробиологической, пищевой промышленности.

При сушке термолабильных веществ качество высушенного продута обусловлено значением температуры, до которой он нагревался при сушке, и длительностью тепловой экспозиции, что накладывает жесткие ограничения на применимость тех или иных способов сушки, в особенности при сушке содержащих такие вещества жидко-вязких материалов.

Известные способы сушки можно разделить по способу подвода тепла на кондуктивные, конвективные и радиационные, а по способу отвода паров на воздушные (газовые) и вакуумные. Известные способы сушки содержащих термолабильные вещества материалов реализуют различные сочетания способов подвода тепла и отвода паров [1]. При конвективном и кондуктивном подводе тепла и отводе паров циркулирующим воздухом реализуется сушка в сушильных шкафах. При кондуктивном подводе тепла и вакуум-отсосе паров реализуется сублимационная сушка. Эти способы сушки периодические и малопроизводительны, хотя последний обеспечивает наивысшее качество высушенных термолабильных продуктов. Кондуктивный подвод тепла и вакуум-отсос паров используются при вакуумной сушке жидко-вязких материалов на вальцевых сушилках. Этот способ непрерывный. Производительность при нагреве вальцов паром достигает 40-50 кг/ч с 1 м² поверхности вальцов и снижается при снижении температуры теплоносителя. Даже при низких температурах теплоносителя этот способ не исключает возможности перегрева высушиваемого вещества в прилипшей к поверхности вальца корочке в случае хорошей адгезии, что приводит к неполному ее снятию скребками и длительному пребыванию на нагретой поверхности вальца.

Известен непрерывный высокопроизводительный способ сушки жидких материалов распылением, заключающийся в непрерывной подаче высушиваемого материала в сушильную камеру, его диспергировании, нагреве диспергированных частиц от непрерывно подаваемого в камеру нагретого газа (воздуха), отводе паров с протекающим через камеру газом, непрерывном выводе из камеры высушенного дисперсного продукта либо свободно оседающего на днище камеры, либо выносимого из камеры протекающим газом.

Несмотря на малое среднее время пребывания высушиваемых частиц в нагретом газе при распылительной сушке не исключена возможность перегрева части вещества, так как распылительная сушка эффективна только в режиме кипения жидкости в распыленных частицах, то есть при температуре подаваемого в сушилку газа, превышающей температуру кипения жидкости, либо в противном случае требуются неприемлемо большие габариты сушильной камеры. Кроме того, недостаток этого способа заключается в повышенных энергозатратах, связанных с выводом из сушилки нагретого газа: удельные тепловые затраты при распылительной сушке молока составляет 20 МДж на 1 кг испаряемой воды, тепловой КПД не превышает 15%.

Целью изобретения является снижение возможности перегрева высушиваемого вещества, снижение энергоемкости процесса сушки жидко-вязких материалов.

Цель достигается тем, что в известном способе сушки жидких материалов, включающем непрерывную подачу высушиваемого материала в сушильную камеру, нагрев его в камере, отвод из камеры паров и непрерывный вывод из камеры высушенного продукта, высушиваемый материал подают в вакуумируемую камеру сверху струей (струями) при температуре, на 5-10 К превышающей температуру кипения воды, соответствующую значению остаточного давления в камере, опускающуюся в камере вспененную струю (струи) высыхающего материала непрерывно подогревают вводимым в камеру СВЧ-излучением частотой 0,8-10 ГГц, поток которого совпадает в камере по направлению с движением высушиваемого материала, высушенную вспененную струю (струи) измельчают в нижней части камеры и высушенный измельченный продукт непрерывно или периодически выводят из вакуумируемой камеры.

Другое отличие способа заключается в том, что материал в сушильную камеру подают с расходом из расчета 0,20-0,25 г/с высушиваемой влаги на каждый киловатт вводимой в камеру СВЧ-энергии.

Подача в вакуумируемую камеру подогретого жидко-вязкого материала струей (струями) обеспечивает его вскипание и вспенивание струи (струй) до выхода из отверстия (отверстий) подающего устройства, а пенная структура материала обеспечивает удержание струи (струй) у выходного отверстия (отверстий), предотвращает капельный режим ее (их) стекания, обеспечивает опускание струи в сушильной камере со скоростью, лишь немного превосходящей среднюю скорость подачи материала в камеру, в итоге обеспечивает приемлемую длительность пребывания высушиваемого материала в камере. Без вспенивания капельный режим истечения струи и свободное падение капель в разреженном газе приводит к необходимости применения сушильной камеры высотой сотни метров, что исключает реальную возможность реализации предлагаемого способа сушки. Вспенивание струи ведет к ее охлаждению, но после выхода из отверстия материал подогревается поглощаемой во всем объеме энергией СВЧ-излучения, которая особенно интенсивно поглощается содержащейся в материале водой в диапазоне частот СВЧ-излучения 0,8-10 ГГц, причем тем интенсивнее, чем выше содержание воды. Это при совпадении по направлению потока энергии и потока вещества обеспечивает высокую эффективность связи между вводимой в камеру от генератора мощностью и мощностью, поглощаемой опускающейся в камере вспененной струей (струями). Непрерывный подогрев материала во всем объеме материала поддерживает испарение влаги из него в режиме кипения при температуре, соответствующей значению остаточного давления, что исключает возможность перегрева материала в непрерывном режиме сушки, а также вместе с пенной структурой обеспечивает максимальную интенсивность сушки. Например, при давлении 10 кПа (75 мм рт.ст.) вода кипит при 319 К (46^оС). Остатки непоглощенной мощности СВЧ-излучения внизу камеры расходуются на испарение оставшейся влаги, что позволяет практически полностью использовать вводимую в камеру СВЧ-энергию для сушки и задавать расход в соответствии с мощностью используемого СВЧ-генератора. Высушенная вспененная струя (струи) в нижней части камеры легко измельчается известными в технике устройствами, и измельченный высушенный продукт либо накапливается в периодически заменяемых емкостях-накопителях, либо непрерывно выводится из вакуумируемой камеры с помощью, например, шлюзового затвора.

П р и м е р. Проводилась сушка сахарной патоки на экспериментальной сушильной установке для непрерывной вакуумной сушки.

На чертеже показана схема сушильной камеры. К сушильной камере 1 подводилось СВЧ-излучение с частотой 2,25 ГГц от СВЧ-генератора с выходной мощностью 2,5 кВт. Камера вакуумировалась с помощью водокольцевого вакуум-насоса до остаточного давления 02, МПа (≈150 мм рт.ст.). В камеру сверху через регулирующий расход жиклер под действием атмосферного давления подавалась струей подогретая до 65-70^оС сахарная патока с влагосодержанием 0,2 кг/кг. Расход устанавливался ≈ 5 г/с. Струя под действием разрежения в камере вскипала и образовывала пенную струю, которую непрерывно подогревали подводимой в камеру СВЧ-энергией. Достигшую низа камеры высохшую вспененную струю непрерывно измельчали перегородками вращающегося ротора шлюзового затвора, и тонкодисперсный сухой порошок тем же шлюзовым затвором непрерывно выводили из вакуумируемой камеры. Высушенный продукт имел остаточную влажность 4% , что обеспечивает его длительную сохранность в укупорке, не допускающей атмосферной влаги.

Использование предлагаемого способа сушки жидко-вязких материалов обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: по сравнению с распылительной сушкой возможность непрерывной сушки термолабильных веществ при низких температурах высушиваемого вещества, не превышающих температуру кипения воды при реализуемом остаточном давлении в вакуумируемой сушильной камере, что особенно важно при сушке лекарств, витаминов и тому подобных веществ, а также сравнительно низкую энергоемкость процесса, так как не менее 90% подводимой СВЧ-энергии расходуется на испарение влаги; по сравнению с непрерывной вакуумной сушкой на вальцовых сушилках исключается длительное воздействие тепла на высушиваемый материал при обогреве вальцов паром либо рост производительности при использовании теплоносителя с более низкой температурой; по сравнению с сублимационной сушкой повышение производительности и непрерывность процесса.

Формула изобретения

СПОСОБ ВАКУУМНОЙ СУШКИ ЖИДКОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ путем одновременного нагрева материала, отличающийся тем, что материал подают с температурой, превышающей температуру кипения воды, соответствующей значению остаточного давления в сушилке, а нагрев осуществляют в поле СВЧ с частотой 0,8 - 10 ГГц, при этом направление потока СВЧ излучения совпадает с направлением движения материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1