Способ удаления влаги в вакууме

Изобретение относится к аппаратам пищевой промышленности, а именно к технологии и оборудованию для концентрирования жидких и получения сухих пищевых продуктов путем их выпаривания и сушки в вакууме, и может быть применено в условиях малых предприятий, фермерских хозяйств, лишенных парового снабжения. Способ удаления влаги в вакууме включает создание в испарителе разрежения примерно 0,1-10 Па, нагревание сырья, удаление и конденсацию влаги и перемешивание сырья. При пенообразовании контролируют уровень пены в испарителе. При угрозе попадания пены в паропровод отсоединяют насос от вакуумной системы и выключают нагрев. После подавления пенообразования подключают насос, при необходимости операции отсоединения и подключения насоса повторяют до установления устойчивого режима кипения. Затем включают нагрев и регулируют мощность нагрева, контролируя температуру в испарителе. Изобретение позволяет повысить производительность выпаривания влаги из сырья.

 

Изобретение относится к аппаратам пищевой промышленности, а именно к технологии и оборудованию для концентрирования жидких и получения сухих пищевых продуктов путем их выпаривания и сушки в вакууме, и может быть применено в условиях малых предприятий, фермерских хозяйств, лишенных парового снабжения.

Известен способ конденсации водяного пара из сушильного устройства в протекающей через вакуумный насос жидкости [1]. Однако данный способ не позволяет получать вакуум (˜0,1-10 Па), необходимый для кипения жидкости при температурах до 50°С, обеспечивающих сохранность биологически активных веществ в конечном продукте.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, реализуемый установкой для удаления влаги, включающий операции создания разрежения ˜0,1-10 Па, нагревания сырья, удаления и конденсации влаги и перемешивания высушиваемого сырья [2].

Однако на стадии удаления влаги при возникновении пенообразования возможно попадание пены, а с ней и выпариваемого сырья, в паропровод, а затем в сборник конденсата, что существенно снижает производительность процесса удаления влаги, вплоть до его остановки.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении производительности способа за счет подавления пенообразования.

Это достигается тем, что в известном способе удаления влаги в вакууме, включающем создание разрежения ˜0,1-10 Па, нагревание сырья, удаление и конденсацию влаги и перемешивание сырья, при пенообразовании контролируют уровень пены в испарителе, при угрозе попадания пены в паропровод отсоединяют насос от вакуумной системы и выключают нагрев, после подавления пенообразования подключают насос, при необходимости операции отсоединения и подключения насоса повторяют до установления устойчивого режима кипения, после чего включают нагрев и регулируют мощность нагрева при контроле температуры в камере испарителе.

При пенообразовании введение операции контроля уровня пены в испарителе позволяет точно определять моменты отключения насоса от вакуумной системы при возникновении угрозы попадания пены в паропровод и подключения насоса к системе, когда такая угроза отсутствует.

При угрозе попадания пены в паропровод отсоединение насоса от вакуумной системы приводит к повышению давления и температуры кипения в испарителе. Повышение температуры кипения по отношению к температуре в камере испарителя сопровождается прекращением кипения и пенообразования. Результатом этой операции является снижение уровня пены в испарителе и последующее подавление пенообразования.

Операция выключения нагрева прекращает подвод энергии к испарителю, ускоряя остановку кипения и подавление пенообразования.

Операция включения насоса после подавления пены необходима для выхода в стационарный режим удаления влаги при температурах, обеспечивающих сохранность биологической активности конечного продукта.

Необходимость повторения операции регулирования давления в испарителе путем отсоединения и подключения вакуумного насоса предусмотрена на случай повторного пенообразования и угрозы попадания пены в приемник конденсата. Регулирование давления путем отключения и подключения насоса продолжают до установления устойчивого режима кипения сырья и удаления влаги.

Включение нагрева после выхода в установившийся режим необходимо для обеспечения процесса испарения влаги в испарителе.

Регулирование мощности нагрева при контроле температуры в камере испарителя обеспечивает заданную производительность при удалении свободной влаги или заданную температуру сырья при удалении связанной влаги.

Способ удаления влаги в вакууме осуществляют следующим образом. В испаритель загружают высушиваемое сырье, создают разрежение ˜0,1-10 Па и повышают температуру сырья, включив нагрев. При возникновении пенообразования контролируют уровень пены в камере испарителя. При угрозе попадания пены в паропровод с помощью вентиля, установленного между насосом и приемником конденсата, отсекают насос от вакуумной системы, одновременно выключив нагрев. При отсоединенном насосе в отсутствие нагрева контролируют уровень пены через окна камеры испарителя до подавления пенообразования. После подавления пены при отключенном нагреве подсоединяют насос к вакуумной системе, продолжая контроль уровня пены в камере. С ростом разрежения пенообразование увеличивается. В случае повторной угрозы попадания пены в паропровод повторяют операцию регулирования остаточного давления в камере испарителя, отсоединяя, а затем подсоединяя вакуумный насос. При стабилизации уровня пены и отсутствии угрозы попадания пены в паропровод включают нагрев и, регулируя мощность, добиваются заданной производительности при удалении свободной влаги. Контроль температуры необходим для обеспечения заданного температурного режима при удалении влаги из сельскохозяйственного сырья.

Испытания проведены с помощью устройства для удаления влаги в вакууме [2]. В камеру испарителя объемом 40 л загружено 10,5 кг сока тыквы. С помощью форвакуумного насоса в системе создано разрежение ˜10 Па. Нагрев сырья произведен при мощности 11 кВт. Температура охлаждающей воды составляла 16°С. Образование пены началось через 15 мин после включения нагрева при температурах сырья 42°С и рабочей жидкости в рубашке камеры испарителя 62°С. Пена, быстро поднимаясь, угрожала попасть в паропровод. Для предотвращения этого был перекрыт вентиль, установленный между насосом и сборником конденсата, и одновременно выключен нагрев. В результате отсечки насоса давление в камере испарителя начало повышаться, что привело к постепенному снижению уровня пены и последующему подавлению пенообразования. Повторное подсоединение вакуумного насоса к системе после подавления пенообразования сопровождалось быстрым ростом уровня пены с угрозой попадания пены в паропровод. Повторное отсоединение насоса при отключенном питании привело к подавлению пенообразования. На устойчивый режим удаления влаги при объемном кипении сырья удалось выйти после дополнительного двукратного регулирования уровня пены путем подключения и отключения вакуумного насоса. После выхода на установившийся режим кипения был включен нагрев мощностью 11 кВт. Установившийся режим характеризовался температурой кипения сырья 44°С и температурой рабочей жидкости 75°С. Скорость удаления влаги из сырья при данных условиях составила 15,7 л/час. По окончании этапа удаления свободной влаги, регулируя мощность нагрева, обеспечивали температуру рабочей жидкости равной 50°С.

Данный способ позволяет повысить производительность известного способа удаления влаги из сельскохозяйственного сырья за счет подавления пенообразования.

Источники информации

1. ЕР 0240793 А2, 14.10.1987.

2. RU 2276314 С1, 10.05.2006.

Способ удаления влаги в вакууме из сельскохозяйственного сырья, включающий создание в испарителе разрежения ˜0,1-10 Па, нагревание сырья, удаление и конденсацию влаги, и перемешивание сырья, отличающийся тем, что при пенообразовании контролируют уровень пены в испарителе, при угрозе попадания пены в паропровод отсоединяют насос от вакуумной системы и выключают нагрев, после подавления пенообразования подключают насос, при необходимости операции отсоединения и подключения насоса повторяют до установления устойчивого режима кипения, после чего включают нагрев и регулируют мощность нагрева, контролируя температуру в испарителе.