СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ВЛАГИ В ВАКУУМЕ
METHOD OF DEHYDRATION IN VACUUM

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к технологии 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 разрежение (10-1) Па, необходимое для кипения жидкости при температурах до 50°С, обеспечивающих биологическую активность сухого продукта.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, реализуемый установкой для удаления влаги из жидкого сырья, включающий операции создания разрежения (10-1) Па, нагрева, удаления и конденсации влаги и перемешивания высушиваемого сырья [2].
Однако на стадии прогрева жидкого сырья, как животного, так и растительного происхождения, возникает пена, препятствующая удалению влаги, вплоть до полной остановки процесса выпаривания.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении производительности способа за счет подавления пенообразования на стадии прогрева сырья.
Это достигается тем, что в известном способе удаления влаги в вакууме из жидкого сельскохозяйственного сырья, включающем создание разрежения (10-1) Па, нагрев, удаление и конденсацию влаги и перемешивание сырья, сырье нагревают в испарителе при атмосферном давлении с перемешиванием до температуры 50°С и одновременно создают разрежение в сборнике конденсата, затем испаритель подключают к сборнику конденсата и создают разрежение в системе, при стабилизации разрежения испаритель отсекают от сборника конденсата и создают более глубокое разрежение в сборнике, сырье выдерживают под вакуумом до выравнивания температур сырья и пара, после чего испаритель подключают к сборнику конденсата, контролируют и при необходимости регулируют, отключая и подключая испаритель, уровень пены в испарителе до начала конденсации, после начала конденсации включают нагрев и обеспечивают заданный режим выпаривания.
Нагрев сырья в испарителе при атмосферном давлении с перемешиванием до температуры 50°С обеспечивает равномерный прогрев до максимальной температуры, не приводящей к снижению биологической активности сырья. Равномерный прогрев создает условия для выпаривания с меньшим пенообразованием. Одновременное создание разрежения в сборнике конденсата обеспечивает более быструю откачку испарителя после прогрева сырья.
Последующее подключение испарителя к сборнику конденсата и создание разрежения в системе в целом обеспечивают подготовку прогретого сырья к переходу в режим кипения при температуре, не превышающей 50°С.
При стабилизации разрежения операции отсечения испарителя от сборника конденсата и создания более глубокого разрежения в сборнике позволяют, с одной стороны, защищать вакуумный насос от попадания в него излишней влаги, а с другой стороны, максимально использовать возможности насоса для создания более глубокого разрежения в сборнике конденсата.
Выдержка сырья под вакуумом до выравнивания температур сырья и пара подготавливает сырье к переходу в режим кипения при отключенном нагреве с минимальным пенообразованием.
После выравнивания температур сырья и пара подключение испарителя к сборнику конденсата позволяет, повышая разрежение в испарителе, инициировать процесс кипения сырья.
Контроль и при необходимости регулирование уровня пены в испарителе путем отключения и подключения испарителя к сборнику конденсата до начала конденсации позволяют избегать выброса сырья в сборник конденсата. В случае угрозы попадания пены в паропровод разрежение в испарителе понижают, отсекая испаритель от сборника конденсата. При опускании пены разрежение в испарителе повышают, подсоединяя испаритель к сборнику. В результате регулирования остаточного давления сырье переходит в режим кипения. Кипение сопровождается парообразованием, конденсацией и поступлением конденсата в сборник и протекает при уровне пены, обеспечивающем режим выпаривания.
Включение нагрева после начала конденсации обеспечивает заданный режим выпаривания, т.е. необходимую производительность по выпаренной влаге при температуре кипения не более 50°С.
Способ удаления влаги в вакууме осуществляют следующим образом. Выпариваемое сырье загружают в испаритель и при атмосферном давлении нагревают, перемешивая, до температуры 50°С. Одновременно с нагревом сырья отсекают испаритель от сборника конденсата и создают разрежение в сборнике. После прогрева сырья до температуры 50°С испаритель подсоединяют к находящемуся под вакуумом сборнику конденсата и создают разрежение в системе в целом. При стабилизации разрежения в вакуумной системе испаритель отсекают от сборника конденсата и создают более глубокое разрежение в сборнике. В свою очередь, сырье выдерживают под вакуумом до выравнивания температур сырья и пара. Выравнивание температур соответствует готовности сырья к переходу в режим кипения. После выравнивания температур испаритель подключают к сборнику конденсата, при этом непрерывно контролируют уровень пены в испарителе. При угрозе попадания пены в паропровод уменьшают разрежение в испарителе, отсекая испаритель от сборника конденсата. При опускании пены повышают разрежение в испарителе, подсоединяя его к сборнику. Регулирование давления в испарителе осуществляют до начала конденсации. При подключении испарителя к сборнику конденсата возможен переход в режим кипения с устранением пенообразования. После начала конденсации включают нагрев и обеспечивают заданный режим выпаривания при температуре сырья не более 50°С.
Испытания проведены с помощью устройства для удаления влаги в вакууме [2]. В камеру испарителя объемом 40 л загружено 17 л сока черной смородины. Сок прогревали с перемешиванием при атмосферном давлении до температуры 50°С, одновременно откачивался сборник конденсата. За время прогрева разрежение в сборнике составило Р=8 Па. После прогрева сырья испаритель был подсоединен к сборнику конденсата. Откачка системы продолжалась в течение часа, при этом разрежение в системе достигло Р=10 Па.
рж
пар
Зависимости от времени температур рабочей жидкости в рубашке t(τ) и пара t(τ) в испарителе приведены на фиг.1. Фиг.2 представляет зависимости от времени разрежения Р(τ) и объема дистиллята V(τ) в сборнике конденсата. За время откачки температура сырья уменьшалась, а температура пара в испарителе возрастала. После тридцатиминутной выдержки при неизменном разрежении Р=10 Па испаритель был отсечен от сборника конденсата. После отсечки разрежение в сборнике начало возрастать и к моменту равенства температур сырья и пара при Т=46°С достигло Р=7 Па. Выравнивание температур сопровождалось возникновением и ростом пенообразования. Однако в результате подсоединения к сборнику конденсата в испарителе был сформирован импульс разрежения, под действием которого выпариваемая жидкость перешла в стадию объемного кипения с ликвидацией пенообразования. Началу кипения соответствовало поступление конденсата в сборник. С началом конденсации был включен нагрев. Регулированием нагрева при контроле температуры кипения Т≤50°С осуществлено выпаривание сока черной смородины с производительностью 5,4 л/час. В других случаях при выравнивании температур сырья и пара пенообразование приходилось подавлять, регулируя разрежение путем отсечки и подсоединения испарителя к сборнику конденсата. Во всех случаях с началом конденсации пенообразование существенно уменьшалось и не препятствовало режиму выпаривания.
Предложенный способ позволяет повысить производительность известного способа удаления влаги из сельскохозяйственного сырья за счет подавления пенообразования на стадии прогрева сырья.
Источники информации
1. Заявка ЕПВ №0240793, кл. F26B 7/00, 1989.
2. Патент RU №2276314, кл. F26B 19/00, F26B 5/04, 2006 - прототип.