УСТАНОВКА ДЛЯ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ

Изобретение относится к оборудованию для сублимационной сушки, в том числе, термолабильных материалов, и может быть использованао в различных отраслях промышленности.
Известна установка для сублимационной сушки, содержащая систему вакуумной откачки, систему замораживания, транспортер, выполненный составным из отдельных ячеек и огибающий ведущий и ведомый барабаны, расположенные в вакуумируемой сушильной камере, нож для срезания замороженного продукта, вибрирующий лоток и расположенные над ним инфракрасные нагреватели (RU 2053468, 25.02.1992).
Недостатком известной установки является то, что она работает на принципе самозамораживания продукта в условиях вакуума. Режим самозамораживания большинства органических и биоорганических препаратов технологически ограничен скоростью 1-2°C/мин. При превышении скорости охлаждения в режиме самозамораживания в условиях вакуума происходит самовскипание, вспенивание и разбрызгивание жидкости, биоорганические материалы могут подвергаться деструкции.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является установка для непрерывной сублимационной сушки, которая содержит емкость для исходного сырья, генератор льда барабанного типа, шлюз загрузки замороженных гранул, транспортно-сушильный блок, имеющий цилиндрический корпус, установленный горизонтально, внутри которого размещены лотковый вибротранспортер с инфракрасными нагревателями, систему охлаждения, систему вакуумной откачки, систему конденсации, шлюз выгрузки высушенного продукта, насосы, трубопроводы, запорно-регулировочную арматуру. (RU 70567, 27.01.2008).
Недостатком известной установки является возможность возникновения локального перегрева поверхностного слоя гранул на последних полках вибротранспортера, нестабильность работы вибротранспортера, что может привести к снижению качества целевого продукта.
Техническим результатом заявленного технического решения является повышение стабильности в работе установки, обеспечение непрерывности процесса сушки, возможность регулирования температурных условий в процессе высушивания и повышение чистоты целевого продукта.
Технический результат обеспечивается описываемой установкой для сублимационной сушки, которая содержит емкость для исходного сырья, льдогенератор барабанного типа, шлюз загрузки замороженных гранул, по меньшей мере, один транспортно-сушильный блок, систему вакуумной откачки, систему охлаждения, систему конденсации, шлюз выгрузки высушенного продукта, запорно-регулировочную арматуру, насосы, и соединительные трубопроводы, причем транспортно-сушильный блок установки состоит из горизонтально установленной трубы, снабженной водяной рубашкой и полого вала с лопатками, установленного внутри трубы с возможностью его вращения, шлюзы загрузки и выгрузки связаны с вакуумной системой, и установка дополнительно оснащена системой подачи теплоносителя в полый вал и рубашку и стерилизующим фильтром для исходного сырья.
Предпочтительно, лопатки на полом валу установлены под углом наклона к горизонтальной оси, равном (12-17)°.
Заявленная установка в торцах транспортно-сушильного блока снабжена камерами наддува и средствами уплотнения, обеспечивающими герметичность.
Предпочтительно, установка содержит до пяти последовательно соединенных и размещенных друг над другом транспортно-сушильных блоков.
На фигуре 1 приведена схема заявленной установки, где 1 - емкость для исходного раствора; 2 - фильтр стерилизующий жидкостной; 3 - насос-дозатор; 4 - льдогенератор; 5 - бункер-накопитель гранул, он же шлюз загрузки; 6 - стерилизующий воздушный фильтр; 7 - холодильник; 8 - транспортно-сушильный блок; 9 - шлюз выгрузки; 10 - бункер-накопитель готового продукта; 11 - емкость сбора стоков; 12 - вакуумный насос; 13 - конденсатор; 14 и 15 - моторы-редукторы.
На фигуре 2 приведена принципиальная схема транспортно-сушильного блока установки, где 16 - цилиндрическая горизонтальная труба; 17 - водяная рубашка; 18 - полый вал; 19 - лопатки вала; 20 - патрубок загрузочный; 21 - уплотнение; 22 - патрубки выгрузки; 23 - камера наддува.
Заявленная установка работает следующим образом.
Исходный раствор из емкости 1 через стерилизующий фильтр 2 насосом-дозатором 3 подается на, захоложенный с помощью жидкого теплоносителя до отрицательных температур (-40- -54°C), вращающийся барабан льдогенератора 4, который приводится в движение мотором-редуктором 14. Скорость замораживания - больше или равна 150°/мин, время замораживания раствора - 3-5 сек. Замороженные гранулы удаляются с поверхности барабана ножом и направляются в бункер-накопитель гранул 5, он же является и шлюзом загрузки. Шлюз загрузки 5 с рубашкой-холодильником предназначен для накопления ледяных полусферических гранул замороженного продукта (размер гранул 3-5 мм), предотвращения подтаивания гранул в ходе их накопления и подачи подготовленного продукта в полость транспортно-сушильного блока 8, не прерывая процесса сушки. Для предотвращения подтаивания в бункер-накопитель подают воздух, охлажденный в холодильнике 7. Воздух предварительно очищают и стерилизуют в фильтре 6. Шлюз загрузки оснащен системой вакуумной откачки для создания вакуума в полости шлюза перед засыпкой продукта в полость транспортно-сушильного блока.
Транспортно-сушильный блок состоит из горизонтально установленной трубы 16, изготовленной из нержавеющей стали диаметром 150 мм, снабженной водяной рубашкой 17 и полого вала 18 с лопатками 19, установленного внутри трубы 16 с возможностью его вращения. Подвод энергии в зону испарения осуществляется путем подачи теплоносителя в рубашку 17 цилиндрической горизонтальной трубы 16 и в полый вал 18 для увеличения площади теплопередачи. Теплоноситель в рубашку и полый вал подается в каждый блок из самостоятельного контура с возможностью регулирования температуры в каждом блоке по заданному режиму. Тепловой поток составляет 100-400 Вт/м. Герметичность вала в транспортно-сушильном блоке обеспечивается тем, что в торцах транспортно-сушильного блока установлены камеры наддува 23 и средства уплотнения 21.
Модуль установки состоит из 5 последовательных транспортно-сушильных блоков, расположенных друг над другом в вертикальной плоскости. Вращение валов каждого блока синхронизировано от единого двигателя цепной передачи - мотора-редуктора 15.
Ледяные гранулы из шлюза загрузки через патрубок загрузочный 20 подаются в транспортно-сушильный блок и располагаются между лопатками 19 в зоне загрузки. В транспортно-сушильном блоке вакуумным насосом создается вакуум с остаточным давлением 1-50Па. В ходе процесса глубина вакуума поддерживается конденсаторами 13 и при необходимости вакуумным насосом 12. Конденсаторы работают поочередно: 1 - рабочий, 2-ой - на регенерации.
Продольное перемещение гранул продукта в камере транспортно-сушильного блока и их ворошение обеспечивается наличием на валу 18 лопаток 19, расположенных под углом к оси движения материалов. Скорость вращения вала (1-3 об/мин) и угол наклона лопаток (12-17)° обеспечивает технологически необходимое время нахождения высушиваемого материала в транспортно-сушильном блоке (до 60 мин).
Гранулы высушиваемого материала последовательно проходят 5 блоков транспортно-сушильного модуля, время высушивания 3-5 час, за это время достигается высушивание растворов с концентрацией исходного вещества до 30% с сохранением их исходных свойств и получением готовых сухих веществ с остаточной влажностью 1-7%. Производительность установки - до 20 кг/час (5 блоков по 4 кг при температуре высушивания до 30°C). Увеличение производительности единичного блока и числа блоков более 5 технически и экономически нецелесообразно.
Высушенный материал через патрубки выгрузки 22 подают в шлюз выгрузки 9. Шлюз выгрузки оснащен системой вакуумной откачки и системой подачи стерильного сжатого воздуха для уравнивания давления в момент выгрузки продукта. Выгрузку осуществляют в емкость готового продукта 10. Емкость готового продукта оснащена вакуумным перегрузчиком для перегрузки гранул в устройство для дозирования и упаковки или иных технологических целей.
Стоки всего технологического процесса собираются в емкости сбора стоков 11.
Технологические испытания проведены на растворах гемоглобина и сухого молока. Технологические испытания на культурах кисломолочных заквасок и суспензиях живых микроорганизмов показали высокую степень выживаемости микроорганизмов в процессе сублимационного высушивания (до 70% исходной культуры)
Как видно из описания работы установки предложенное техническое решение обладает следующими преимуществами.
Нахождение высушиваемого материала в виде гранул с различной их пространственной ориентацией и механическим перемещением и ворошением их в процессе сушки позволяет избежать создания вязкотекущих пленок на поверхности высушиваемого материала и способствует высушиванию материалов, например, полисахаридов, не способных к сублимационному высушиванию в классических сушилках.
Использование принципа подвода энергии (тепла) через стенку в сочетании с механическим ворошением гранул высушиваемого материала позволяет обеспечить мягкий и регулируемый нагрев высушиваемых гранул до установленной температуры и исключить перегрев поверхности высушиваемого материала с изменением его исходных свойств. Дополнительная подача теплоносителя в полый вал позволяет увеличить эффективную площадь теплообмена.
Механическое перемещение высушиваемого материала из одного транспортно-сушильного блока в другой позволяет создать технологические зоны высушивания с различными регулируемыми температурными условиями, учитывающими изменения состояния единичной гранулы и ее структуры в ходе высушивания.
Модульное устройство установки позволяет в ходе эксплуатации выводить на ремонт и техническое обслуживание любой из транспортно-сушильных блоков без остановки производства.
Устройство способно обеспечить непрерывный процесс сублимационного высушивания с циклической загрузкой подготовленного замороженного материала и циклической выгрузкой готового высушенного продукта, обеспечивает стерильность процесса и предусматривает возможность очистки, мойки и тепловой стерилизации в период остановки техпроцесса.