Установка непрерывного действия для сублимационной сушки термолабильных материалов

 

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к технике сублимационной сушки термолабильных материалов. Установка дополнительно содержит резонаторную камеру с источником СВЧ-энергоподвода, излучатель, установленный под углом к оси сушилки, камеру досушки материала с вводом инертного газа, при этом источник инфракрасного нагрева охватывает весь факел распыла материала, а камеры досушки, резонаторная и распылительная, конденсатор-намораживатель и откачивающее устройство представляют собой единую вакуумную магистраль. Установка позволяет повысить производительность и получить продукт высокого качества. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к технике сублимационной сушке термолабильных материалов.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка непрерывного действия для сублимационной сушки термолабильных материалов (А. С. N 848932, М Кл F 26 В 5/06 БИ 27, 1981), содержащая вакуумную сушилку с вибрирующими электрообогреваемыми полками, снабженными датчиками теплового потока, распылительную форсунку, расположенную по оси сушилки, источники инфракрасного излучения, размещенные в зоне факела распыливаемого материала, электростатический пылеулавливатель подсоединен к генератору статического заряда, конденсатор-вымораживатель и откачивающее устройство. При этом сопло распылительной форсунки выполнено из титана.

Недостатком известной установки при сушке термолабильных материалов в вакууме является: - пониженная производительность установки, вызванная существенной неравномерностью высушивания (сублимации) гранулированного замороженного продукта (после распыла жидкости в вакууме) в поле инфракрасного излучения в связи с ассиметрией факела распыла, определяющаяся боковым расположением конденсатора и вакуум-насоса, - значительной неравномерностью высушивания гранулированного продукта на вибрирующих электрообогреваемых полках, что сказывается на конечной влажности продукта.

Использование вибрации поверхности контакта замороженных гранул влияет лишь на уменьшение внешнего газодинамического сопротивления при истечении сублимирующегося пара с сухой корочки продукта и незначительно влияет на фазовый переход (сублимацию замороженной влаги).

Задачей изобретения является повышение производительности установки и получение продукта высокого качества.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается производительность установки, уменьшается удельное потребление энергии на кг испаренной влаги.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что установка непрерывного действия для сублимационной сушки содержит вакуумную сушилку с распылительной камерой и расположенные по ее оси распылительную форсунку и источник инфракрасного излучения, которые расположены в зоне факела, конденсатор, вымораживатель, откачивающее устройство, а также дополнительно резонаторную камеру с источником СВЧ-энергоподвода, установленным под углом к оси сушилки, камеру досушки материала с вводом инертного газа, при этом камеры распылительная, резонаторная и досушки герметично соединены, источник инфракрасного излучения охватывает весь факел распыла материала, в распылительной камере осуществляют процесс грануляции материала, а камеры досушки, разонаторная и распылительная, конденсатор-вымораживатель и откачивающее устройство включены в единую вакуумную магистраль.

На чертеже изображена установка для сублимационной сушки термолабильных материалов и график изменения давления P и влажности W по высоте H установки (а).

Установка содержит распылительную камеру 1, резонаторную камеру 2, камеру досушки 3. Распылительная камера 1 содержит инфракрасный излучатель 4, форсунку 5, расходомер-дозатор 6, емкость 7 с продуктом. Продукт после распыла через конусообразный патрубок 8 поступает в резонаторную камеру 2 где подключен под углом к оси резонаторной камеры 2, излучатель 9, связанный с блоком питания 10.

Камера досушки 3 включает пористую пластину 11, натекатель 12, баллон 13 с инертным газом и нагревателем газа 14. В основании камеры 3 досушки установлен шнек 15, вводимый в движение двигателем 16. Шнек 15 транспортирует в промежуточную камеру 17 с иллюминатором 18. Камера 17 с иллюминатором 18 связана с емкостью сбора продукта 19 с иллюминатором 20. Выгрузка продукта из емкости 19 сбора проводится через заслонку 22.

В верхней части распылительная камера 1 соединена с конденсаторами 23 и 24, включенными параллельно к вакуум-насосу 25. Каждый из конденсаторов 23, 24 имеет на боковой поверхности иллюминатор 26.

Конденсаторы 23. 24 соединены с камерой 1 вентилями 27, 28 и с вакуум-насосом 25 вентилями 29, 30. Охлаждение конденсаторов 23, 24 проводится через вентили 31, 32, 33, 34. Регенерация конденсаторов 23, 24 /размораживание и сброс льда/ проводится с помощью вентилей 35, 36, 37, 38. Вакуум в камере 3 досушки контролируется вакууметром 39, а ее заполнение продуктом - через смотровое окно 40. Вакуум в конденсаторах 23, 24 контролируется вакууметрами 41, 42. Емкость 19 соединена вентилем 43 с распылительной камерой 1.

Установка работает следующим образом (предварительно все вентили закрыты). Включается охлаждение конденсаторов 23, 24 путем открытия вентилей 31, 33. По достижении минимальной температуры на рабочих поверхностях конденсаторов 23 и 24 включается вакуум-насос 25, открывается вентиль 29 и вакуумируется конденсатор 23. По завершении вакуумирования, что определяется по вакууметру 40, открывается вентиль 27, и вакуумируется сушильная камера 1. После установления стабильного вакуума в сушильной камере 1 жидкий материал с помощью распылительной форсунки 5 распыливается в сушильную камеру 1 непосредственно внутрь инфракрасного излучателя 4. Титановое сопло исключает налипание материала на форсунке 5. Дальнобойность струи расходомером-дозатором 6 подбирается таким образом, чтобы факел распыла достигал источника инфракрасного излучателя 4 и полностью находился внутри него. Подсушенные до образования на поверхности сухого слоя (корочки) частицы через конусообразный патрубок 8 в свободном падении попадают в камеру резонатора 2 при включенном излучателе 9 непосредственно в поле СВЧ и оседают на шнеке 15. Открывается натекатель 12, и включается подогретый нагревателем 14 поток инертного газа в камеру 3 досушки. После заполнения камеры 3 продуктом, что регистрируется визуально через иллюминатор 39, включается двигатель 16 шнека 15, и высушенный продукт выводится в приемную камеру 17.

При открытом вентиле 43 выкуумируется емкость сбора 19. При заполнении промежуточной емкости 17 высушенным продуктом, что визуально наблюдается через иллюминатор 18, закрывается вентиль 43, и открывается заслонка 21, после чего продукт ссыпается в емкость сбора 19. После заполнения емкости сбора 19, что наблюдается через иллюминатор 20, закрывается заслонка 21, открывается заслонка 22, и готовый продукт выводится из установки в упаковочную тару (не показано). При этом промежуточная емкость 17 продолжает заполняться готовым продуктом, а заслонка 22 закрывается, вентиль 43 открывается для очередного вакуумирования емкости сбора 19 и подготовки ее для нового заполнения готовым продуктом. Система конденсаторов 23 и 24 установки обеспечивает полную конденсацию испаренной влаги. При этом после намораживания заданного количества влаги на его трубках конденсатора 23, что наблюдается через иллюминатор, вентиль 30 открывается, и происходит вакуумирование конденсатора 24. По завершении вакуумирования конденсатора 24 вентиль 29 закрывается, закрывается вентиль 27, открывается вентиль 28. Процесс вакуумирования конденсаторов определяется по показаниям вакууметров 41, 42. Сушильная камера 1 начинает работать на конденсатор 24, степень намораживания льда на трубах которого определяется также визуально, через иллюминатор 26. В отключенный конденсатор 23 при открытом вентиле 35 вводится пар, и происходит быстрый сброс намороженного льда с трубок (Авторское свидетельство N 817465 СССР, БИ N 12, 1981). Пар выводится из конденсатора 23 через открытый вентиль 36. После слива влаги из конденсатора 23 вентили 36, 35 закрываются. Попеременная работа конденсаторов 23, 24 обеспечивает непрерывную работу установки.

На чертеже (а) при высушивании черносмородинового сока показаны кривые: I. - измерения влажности черносмородинового сока по высоте H сушилки, %; II. - зона установки удаления кристаллической влаги из продукта в установке; III. - зона удаления связанной влаги из продукта в установке; 1 - изменение остаточного давления P по высоте H установки, Па; 2 - изменение влажности V в продукте по высоте H установки, %.

В таблице представлено сравнение трех сушилок: традиционной конструкции сублимационной сушилки; вакуумной сублимационной распылительной сушилки с инфракрасным энергоподводом и вибрацией и предлагаемой распылительной сублимационной сушилкой и СВЧ энергоподводом и потоком инертного газа. В качестве объекта сушки взят черносмородиновый сок.

Как видно из таблицы, предлагаемая установка позволяет существенно повысить эффективность сушильного процесса с сохранением высокого качества конечного продукта.

В предлагаемой конструкции сушилки реализуются следующие механизмы кинетики сушки: - самозамораживание жидкого продукта и его грануляция в вакууме; - сублимационное обезвоживание гранул по объему под действием инфракрасного излучения (I период сушки);
- сублимационное обезвоживание гранул с подсушенной корочкой и удаление связанной влаги (конец I периода и II период сушки) в поле СВЧ;
- досушка продукта до заданной низкой остаточной влажности в потоке инертного газа.

Формула изобретения

Установка непрерывного действия для сублимационной сушки термочувствительных материалов, содержащая вакуумную сушилку с распылительной камерой и расположенные по ее оси распылительную форсунку и источник инфракрасного излучения, расположенные в зоне факела, конденсатор-вымораживатель, откачивающее устройство, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит резонаторную камеру с источником СВЧ-энергоподвода, установленным под углом к оси сушилки, камеру досушки материала с вводом инертного газа, при этом камеры распылительная, резонаторная и досушки герметично соединены, источник инфракрасного излучения охватывает весь факел распыла материала, в распылительной камере осуществляют процесс грануляции материала, а камеры досушки, резонаторная и распылительная, конденсатор-вымораживатель и откачивающее устройство включены в единую вакуумную магистраль.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2