СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ В ВАКУУМЕ
METHOD OF REMOVING MOISTURE IN VACUUM

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, реализуемый установкой для удаления влаги в вакууме, включающий операции создания разрежения 0,1-10 Па, нагревания сырья, удаления и конденсации влаги и перемешивания высушиваемого сырья [1]. Однако данный способ не предусматривает мер, направленных на подавление пенообразования, сопровождающего удаление влаги из сельскохозяйственного сырья.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ удаления влаги в вакууме из сельскохозяйственного сырья, включающий создание разрежения 0,1-10 Па, нагревание сырья, при пенообразовании контроль уровня пены, при угрозе попадания пены в паропровод выключение нагрева и регулирование давления в испарителе путем отсоединения и подсоединения насоса до установления устойчивого режима выпаривания, после подавления пенообразования включение и регулирование мощности нагрева, контроль температуры в испарителе и перемешивание сырья [2].
Однако способ не предусматривает регулирования подведенной мощности на стадии прогрева сырья, что снижает производительность способа. Пенообразование, возникающее при непрогретом сырье по достижении температуры кипения на стенках испарителя, продолжается и после отключения нагрева из-за инерционности процессов теплообмена. С ростом подведенной мощности увеличиваются интенсивность и продолжительность пенообразования, возрастают затраты на его подавление. Регулируя подведенную мощность, можно обеспечить равномерный прогрев сырья и снизить интенсивность кипения на стенках испарителя, сократив пенообразование вплоть до ликвидации угрозы попадания пены в паропровод.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении производительности способа за счет регулирования подведенной мощности на стадии прогрева сырья.
рж
с.max
рж
с.max
c.max
рж
tc.max
Это достигается тем, что в известном способе удаления влаги в вакууме из сельскохозяйственного сырья, включающем создание разрежения 0,1-10 Па, нагревание сырья, при пенообразовании контроль уровня пены, при угрозе попадания пены в паропровод выключение нагрева и регулирование давления в испарителе путем отсоединения и подсоединения насоса до установления устойчивого режима выпаривания, после подавления пенообразования включение и регулирование мощности нагрева, контроль температуры в испарителе и перемешивание сырья, причем на стадии прогрева сырья контролируют температуру рабочей жидкости t в рубашке испарителя, при достижении температурой рабочей жидкости величины максимально допустимой температуры сырья t отключают нагрев, после прохождения температурой рабочей жидкости локального максимума и снижения до величины t=1,1t включают нагрев, отключая и подключая нагрев, температуру рабочей жидкости поддерживают в диапазоне 1,2t≤t≤1,4 до установления устойчивого режима выпаривания.
рж
Контроль температуры рабочей жидкости t в рубашке испарителя на стадии прогрева сырья необходим для регулирования подведенной мощности и управления процессом прогрева сырья и пенообразованием.
с.max
Отключение нагрева при достижении температурой рабочей жидкости величины максимально допустимой температуры сырья t является операцией регулирования подведенной мощности, обеспечивает равномерность прогрева сырья, создает условия возникновения объемного кипения, снижает перепад температур между рабочей жидкостью испарителя и сырьем, уменьшает интенсивность пенообразования на стенках испарителя.
рж
с.max
Повторное включение нагрева после прохождения температурой рабочей жидкости локального максимума и снижения до величины t=1,1t обеспечивает дальнейший нагрев рабочей жидкости, отдавшей избыточную теплоту сырью при отключенном нагреве, и уже прогретого сырья.
c.max
рж
tc.max
Операции отключения и подключения нагрева позволяют поддерживать температуру рабочей жидкости в заданном диапазоне до установления устойчивого режима выпаривания. Диапазон температур 1,2t≤t≤1,4 обеспечивает плавный переход от прогрева к объемному кипению сырья без угрозы попадания пены в паропровод.
рж
рж
рж
с.max
рж
рж
с.max
c.max
рж
c.max
Способ удаления влаги в вакууме осуществляют следующим образом. В испаритель загружают выпариваемое сырье, создают разрежение 0,1-10 Па и включают нагрев. В процессе нагрева контролируют температуру рабочей жидкости t в рубашке испарителя. При достижении температурой t величины максимально допустимой температуры сырья t=1,1t отключают нагрев. После прохождения температурой t локального максимума и снижения до величины t=1,1t включают нагрев. В процессе нагрева сырья температуру рабочей жидкости поддерживают в диапазоне 1,2t≤t≤1,4t путем отключения и включения нагрева. После установления устойчивого режима выпаривания включают нагрев и, регулируя его мощность при контроле температуры в испарителе, обеспечивают заданный режим удаления влаги. Перемешивание сырья осуществляют на этапе удаления связанной влаги.
рж
c
рж
c
рж
c.max
рж
c
рж
рж
рж
с.max
рж
c
рж
рж
c.max
рж
c
рж
c
рж
с
рж
Испытания предложенного способа проведены на 24 кг сока черной смородины с помощью малогабаритной вакуумной выпарной установки [1]. В ходе испытаний контролировались температура рабочей жидкости t в рубашке испарителя, температура сырья t и масса G выпаренной влаги. После создания разрежения 8 Па был включен нагрев мощностью N=13,2 кВт. На фигуре приведены зависимости от времени температур t(τ) рабочей жидкости (кривая 1) и t(τ) выпариваемого сырья (кривая 2), G(τ) массы выпаренной влаги и подведенной к испарителю мощности N(τ). Из приведенных кривых следует, что по достижении температурой t величины максимально допустимой температуры сырья t=50°C нагрев был отключен. За время нагрева температура сырья не изменилась и составляла 24°C, при этом перепад температур на стенке испарителя достиг t-t=26°С. После отключения нагрева температура t продолжала по инерции увеличиваться, достигла локального максимума t=56°С и затем начала спадать. По достижении температуры t=1,1t=55°C, превышающей на 10% максимально допустимую температуру сырья, был включен нагрев. К моменту включения нагрева температура сырья выросла до 28°С, а перепад температур - до t-t=27°C. После повторного включения нагрева температура t продолжала по инерции уменьшаться, достигла локального минимума и затем начала увеличиваться. По достижении температурой рабочей жидкости величины t=1,3t=65°С нагрев был отключен. К моменту отключения температура сырья поднялась до 42°С, а перепад температур уменьшился до t-t=23°С. Несмотря на отключенный нагрев, температуры рабочей жидкости и сырья продолжали расти. При t=70°С, t=49°С и перепаде t-t=21°C началось объемное кипение сырья с поступлением конденсата в сборник. Образовавшаяся при кипении пена не угрожала попаданием в сборник конденсата. После выхода в устойчивый режим выпаривания включен нагрев в два раза меньшей мощности N=6,6 кВт, который обеспечил постоянство температуры рабочей жидкости в рубашке испарителя t=68°C и устойчивый режим выпаривания сырья со скоростью 14 л/ч. Таким образом, регулирование мощности нагрева согласно заявляемому способу позволило вывести сырье в устойчивый режим выпаривания без угрозы попадания пены в паропровод.
Данный способ повышает производительность известного способа за счет регулирования подведенной мощности на стадии прогрева сырья.
Источники информации
1. RU 2276314 C1, 10.05.2006.
2. RU 2328170 C1, 10.07.2008-прототип.