УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ

Предлагаемая полезная модель относится к экспериментальному оборудованию для изучения процесса вакуум-сублимационной сушки.
Известны экспериментальные вакуум-сублимационные установки для исследования процесса в поле СВЧ [Моисеева И.С. Совершенствование процесса вакуум-сублимационной сушки зародышей зерна пшеницы: Автореф. дис. канд. техн. наук / Воронежская государственная технологическая академия. - Воронеж, 2005. - 20 с. и Белозерцев А.С. Разработка способа сублимационной сушки в поле СВЧ продукта на основе форменных элементов крови убойных животных: Автореф. дис. канд. техн. наук /Воронежская государственная технологическая академия. - Воронеж, 2004. - 20 с.], содержащие корпус сублимационной установки, весы с установленной на их чаше СВЧ-камеры с волноводом для изучения кинетики сушки, блок манометров, потенциометр КСП-4 и блок управления магнетронами.
Известны лабораторные вакуум-сублимационные установки для исследования процесса вакуум-сублимационной сушки во вращающемся барабане [Бляхман Д.А. Исследование процесса вакуум-сублимационной сушки хлебопекарных дрожжей на инертных носителях: Автореф. дис. канд. техн. наук /Воронежская государственная технологическая академия. - Воронеж, 2001. - 17 с. и Кретов И.Т., Антипов С.Т., Шахов С.В., Эйхаб Хасан Исследование процесса сублимационной сушки молочных заквасок // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1996. - №4. - С.15-16], включающие вакуумную камеру, внутри которой для регистрации потери массы в процессе сушки установлены весы фирмы «Sartorius», на чаше которых размещена лабораторная установка, представляющая собой каркас из алюминиевых уголков, на котором крепятся опорные ролики, удерживающие перфорированный барабан, а также имеются амперметр, вольтметр, блок управления ИК-нагревателем (ЛАТР), блок управления приводом перфорированного барабана.
Недостатком известных экспериментальных и лабораторных вакуум-сублимационных установок является отсутствие возможности компенсировать массу носителя для продукта при исследовании процесса сушки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому является устройство контроля влажности материала [А.С. №1359606 Кл. F26В 5/06, 25/22 15.12.87. Бюл. №46], включающее сушильную камеру с размещенной внутри нее кассетой с материалом, взаимодействующей с весами и установленной на подставке, которая выполнена в виде винтовой пружины, сила упругости которой компенсирует массу кассеты.
Недостатком известного устройства контроля влажности материала является узкий диапазон используемых носителей, так как пружина имеет определенную силу упругости, компенсирующую заданную массу кассеты, что не позволяет использовать другой носитель.
Технической задачей полезной модели является возможность использования различных типов носителей без замены компенсатора его массы.
Поставленная техническая задача полезной модели достигается тем, что в устройстве для изучения кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки, содержащем сушильную камеру с размещенным внутри нее носителем для материала, взаимодействующим с весами и установленным на компенсаторе массы носителя, новым является то, что компенсатор массы носителя выполнен в виде рычажных весов с набором компенсационных грузов или системы блоков и противовесов.
Технический результат заключается в повышении универсальности использования различных типов носителей без замены компенсатора.
На фиг.1 представлена схема устройства для изучения кинетики процесса вакуумной сублимационной сушки с использованием рычажных весов; на фиг.2 - устройство для изучения кинетики процесса вакуумной сублимационной сушки с использованием системы блоков и противовесов.
Устройство для изучения кинетики процесса вакуумной сублимационной сушки (фиг.1) состоит из вакуум-сушильной камеры 1, с крышкой 35, снабженной смотровыми окнами 33, компенсатора 32, весов 2, например марки ВЛК-500 г-М, с установленным на них носителем 3 с образцами высушиваемого материала, в который вмонтирована электрообогреваемая пластина с хромель-копелевой термопарой. Напряжение на электрообогреваемой пластине можно регулировать с помощью автотрансформатора 27. Над носителем 3 размещены ИК-нагреватели 4, напряжение которых регулируют при помощи ЛАТРа 23, Потребляемая мощность ИК-нагревателей 4 определяется посредством вольтметра 24 и амперметра 25. При помощи термопар (не показаны) определяются также температуры высушиваемого продукта и десуб-лиматора 5. Все термопары через герметичный разъем подключены к потенциометру 26 типа КСП-4.
Компенсатор 32 выполнен в виде рычажных весов с набором компенсационных грузов, возмещающих массу носителя 3. Компенсатор 32 может также быть выполнен в виде системы блоков и противовесов, возмещающих массу носителя 3. Это позволяет повысить точность контроля в тех случаях, когда масса кассеты несоизмеримо больше массы загружаемых в нее образцов, так как диапазон измерения весов традиционно применяемых в аналитических исследованиях кинетики вакуум-сублимационной сушки (например, Тулиновского весового завода) равен массе образцов (например, 1. кг.)
Десублиматор 5, расположенный с внутренней стороны камеры 1, выполнен в виде трубчатого змеевика и отделен экраном 6 от рабочей зоны сушилки, что предотвращает лучистый теплообмен. Экран 6 выполнен из тонколистовой полированной нержавеющей стали. Для создания рабочего вакуума в вакуум-сублимационной камере 1 служит двухступенчатый ротационный вакуум-насос 7 с электродвигателем 8. А для охлаждения трубчатого змеевика десублиматора 5 служит холодильная машина, которая состоит из шестицилиндрового двухступенчатого компрессора 9 с электродвигателем 10 и с маслоотделителем 13, кожухотрубного конденсатора с водяным охлаждением 11, теплообменника промежуточного давления 12, фильтра-дегидратора 14, автоматического барорегулирующего вентиля 15, терморегулирующих вентилей 16, 17 и 18, электромагнитного запорного вентиля 19, прессостата 20, предохранительногое реле давления 21, водяного клапана 22, фотоэлектрических регуляторов 28; контактных часов 29,
В камере сушилки при давлении ниже давления тройной точки воды для контроля остаточного давления применяется термоэлектрический вакуумметр 30, например, модели ВТ-2А. Для изменения интенсивности нагрева электрообогреваемой пластины служат переключатели 31.
Устройство для изучения кинетики процесса вакуум-сублимационной сушки работает следующим образом.
0
0
0
вс
Сначала включают в работу холодильную машину (фиг.1) сущность которой заключается в том, что шестицилиндровый двухступенчатый компрессор 9 откачивает из трубчатого змеевика десублиматора 5 насыщенный пар хладагента, образующийся в нем в результате кипения при постоянном давлении р и температуре t. Перед компрессором 9 во всасывающем трубопроводе происходит перегрев пара при давлении кипения Р до температуры всасывания t. Перегрев пара перед компрессором приводит к увеличению работы сжатия, конечной температуры нагнетания и тепловой нагрузки на конденсатор. Однако перегрев пара перед компрессором необходим для безопасной работы холодильной машины.
пр
пр
к
к
В компрессоре 9 пар сжимается, температура и давление его при этом повышаются сначала до промежуточных значений t и р, а затем до температуры и давления нагнетания. Горячий пар после компрессора 9 поступает в кожухотрубный конденсатор с водяным охлаждением 11, где охлаждается до температуры насыщения и в результате конденсации превращается в жидкость. При этом хладагент конденсируется при постоянных значениях температуры конденсации t и давления конденсации р. Расход воды автоматически регулируется водяным клапаном 22.
Жидкий хладагент подается из конденсатора через фильтр-дегидратор 14 и через электромагнитный запорный вентиль 19 в теплообменник промежуточного давления 12.
к.
0
Перед теплообменником 12 жидкий хладагент разделяется на два потока. Основной поток поступает в змеевик теплообменника 12, где переохлаждается, отдавая теплоту кипящей жидкости, и в состоянии глубокого переохлаждения поступает в трубчатый змеевик десублиматора 5, либо через автоматический барорегулирующий вентиль 15, либо через терморегулирующий вентиль 18, в котором он дросселируется от давления конденсации р до давления кипения р.
к
пр
пр
пр
пр
Другой поток жидкости дросселируется в терморегулирующем вентиле 17 от давления конденсации р до промежуточного давления р при постоянном значении энтальпии; и поступает в межзмеевиковое пространство теплообменника 12, где, благодаря его кипению при промежуточных параметрах р и t, происходит переохлаждение жидкости, идущей по змеевику. Испаренный в межзмеевиковом пространстве хладагент используется для промежуточного охлаждения при р=const нагнетаемых паров, подводимых во вторую ступень компрессора 9.
Для контроля давления всасывания, промежуточного давления, давления конденсации и масла служат манометры. Холодильная машина вакуум-сублимационной сушилки также снабжена датчиками температуры, расхода и потребляемой энергии. Поддержание низкого давления в картере компрессора осуществляется прессостатом 20.
1
1
м
м
м
м
Ф
В
Ф
В
После выхода холодильной машины на рабочий режим работы в вакуум-сублимационной камере 1 на компенсаторе в виде рычажных весов 32 и одновременно на весах 2 устанавливают носитель 3 с образцами высушиваемого материала и компенсационные грузы 34, которые выбирают таким образом, чтобы сумма их массы m и m соответствовала массе носителя m, т.е компенсировала его вес G. После этого герметизируют сушильную камеру 1 и подключают ее к системам вакуумирования и обогрева. В процессе сушки через окно 33 в сушильной камере следят (визуально или с использованием видеонаблюдения) за изменением массы образцов высушиваемого материала по показателям весов 2. При этом ее фактическую ее величину определяют по формуле m =m К, где m  - убыль массы фактическая; m  - убыль массы, измеренная по весам; К - градуировочный коэффициент, определяемый экспериментально с помощью калиброванных масс.
Использование весов со значительно более узким диапазоном измерения (равным массе образцов высушиваемого материала) позволяет легко и точно подобрать компенсационные грузы и тем самым повысить точность контроля влажности в тех случаях, когда масса кассеты несоизмеримо больше массы загружаемых в нее образцов высушиваемого материала.
Влажность сухого продукта определяется путем высушивания до постоянной массы в сушильном шкафу.
По достижении высушиваемым материалом требуемой конечной влажности процесс сушки заканчивают. Сушильную камеру отключают от вакуумной системы и системы обогрева, развакуумируют камеру и выгружают высушенный продукт.
Аналогичным образом работает устройство для изучения кинетики процесса вакуумной сублимационной сушки с использованием системы блоков и противовесов (фиг.2).
Преимущества устройства для изучения кинетики процесса вакуумной сублимационной сушки по сравнению с существующими заключаются в том, что выполнение компенсатора массы в виде рычажных весов с набором компенсационных грузов позволяет расширить диапазон используемых носителей с различной массой без замены компенсатора, а также использовать носители для продута с различной конфигурацией в виде кассет, барабанов, и т.п.