УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СУШКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR VACUUM DRYING OF BIOLOGICAL MATERIALS

Изобретение относится к оборудованию для сушки влагосодержащих материалов (бактериальные препараты, бактериальные концентраты и закваски; пищевые продукты; медицинские препараты; овощи; фрукты; эндокринно-ферментное сырье), использующему способ удаления влаги из нативного (холодная вакуумная сушка) или замороженного продукта (вакуумная сублимационная сушка) с помощью создания определенного вакуума вокруг продукта, например, в сублиматоре в виде герметичной камеры с полками для размещения противней с продуктами, соединенного посредством патрубков и вакуумных задвижек с системой откачки неконденсирующихся газов. Такой способ может быть использован в сельском хозяйстве, пищевой, медицинской, фармацевтической, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Известна вакуумная сублимационная установка для сушки биологических материалов, которая содержит две камеры (сублиматоры), при этом каждая из них подключена к индивидуальной системе нагрева и охлаждения, а система конденсации паров представляет собой камеру с охлаждаемыми батареями (десублиматоры), которые соединены с сублиматорами патрубками, а система отсоса неконденсирующихся газов представляет собой три вакуумных насоса с вакуумной задвижкой каждый, последовательно соединенных между собой посредством трубопровода, при этом крайние вакуумные насосы через трубопроводы соединены с десублиматорами [1].
Однако данное устройство позволяет осуществлять процесс только способом «вакуумной сублимационной сушки» и «досушка» происходит при работающей холодильной машине десублиматора, что приводит к повышенному расходу энергетических затрат.
Известно устройство для вакуумной сушки материалов, имеющее герметичную туннельную камеру (сублиматор), внутри которой установлены теплопередающие полки с обрабатываемым продуктом. Сублиматор соединен трубопроводом с системой конденсации паров (десублиматор), который предназначен для осушки выделяющихся паров воды из обрабатываемого продукта. Десублиматор представляет собой герметичный цилиндр, внутри которого находятся испарительные батареи холодильной машины. Сублиматор соединен с нагревателем и охладителем, которые предназначены для изменения температуры полок, а также оттаивания испарителей холодильной машины. В систему нагревания-охлаждения включены циркуляционный насос и дозировочно-расширительное устройство. Для откачки парогазовой смеси и неконденсирующихся газов служит вакуумный насос. Управление процессом сушки осуществляется с пульта управления с регистрирующими, контролирующими и сигнализирующими приборами [2].
Недостатками данного способа и устройства для вакуумной сушки являются большая продолжительность сушки и повышенные энергетические затраты, т.к. процесс происходит с применением холодильной машины для конденсации водяных паров.
Технической задачей предлагаемого способа и устройства является универсальность, позволяющая проводить сушку любых влагосодержащих материалов с использованием различных способов сушки под вакуумом: от «выпаривания» до «вакуумной сублимационной сушки», а также ускорение процесса высушивания материалов, путем оптимального расхода электроэнергии за цикл или на 1 кг испаренной влаги.
Это достигается тем, что установка для вакуумной сушки биологических материалов, имеющая сублиматор в виде герметичной камеры с полками для размещения противней с продуктами, соединенной посредством патрубков и вакуумных задвижек с десублиматором, а десублиматор с системой откачки неконденсирующихся газов.
Новым является то, что имеется отводящий патрубок с задвижками соединяющий сублиматор с системой откачки неконденсирующихся газов позволяет осуществлять сушку биологических препаратов в режимах вакуумной сублимационной сушки и холодной вакуумной сушки.
Использование такой установки для вакуумной сушки биологических материалов приводит к уменьшению энергозатрат и позволяет значительно сократить общую продолжительность процесса сушки.
На рис.1 схематично представлен общий вид установки для вакуумной сушки биологических материалов. Она состоит из сублиматора в виде герметичной камеры 1, при этом сублиматор 1 выполнен в виде цилиндра с крышкой, внутри которого расположены теплопередающие плиты, выполняющие роль продуктовых полок 2 для размещения противней с продуктом, и соединена посредством патрубка 3 и вакуумной задвижки 4 с системой осушки (I), предназначенной для конденсации паров, выделяющихся в процессе сушки материалов в сублиматоре 1. Система осушки паров (I) состоит из десублиматора 5, выполненного в виде цилиндра, внутри которого установлены испарительные батареи 6 холодильной машины, низкотемпературного компрессора 7, конденсатора 8 и соленоидного вентиля 9. Сублиматор соединен трубопроводами с системой нагрева и охлаждения продуктовых полок (II). Система нагрева и охлаждения продуктовых полок состоит из насоса 10, теплообменника 11 и охладителя 12. Установка включает вакуумную станцию (III), предназначенную для создания и поддержания в сублиматоре 1 рабочего давления и откачки парогазовой смеси и неконденсирующихся газов. Вакуумная станция состоит из вакуумных насосов 13 и 14, последовательно соединенных патрубками 15, 16 с вакуумными задвижками 17, 18.
Установка для вакуумной сушки биологических материалов при использовании способа вакуумной сублимационной сушки работает следующим образом.
Посредством пульта управления включают компрессор 7 и создают рабочую температуру на охлаждающих батареях десублиматора 6. Одновременно включают насос 10 для циркуляции теплоносителя по трубопроводам через теплопередающие (продуктовые) плиты 2 сублиматора 1, при этом температуру теплоносителя поддерживают минимально возможной с помощью системы нагрева и охлаждения плит (II).
Предварительно замороженный в противнях материал укладывают на полки 2 сублиматора 1 и закрывают крышкой, и включают вакуумный насос 14, а после достижения необходимого давления включают насос 13, а насос 14 отключают, и выходят на рабочий режим, при этом вакуумные задвижки 4 и 17 открыты, а задвижка 18 - закрыта. В сублиматоре 1 создают рабочее давление, необходимое для процесса вакуумной сублимационной сушки, и устанавливают температуру допустимого нагрева продукта на продуктовых полках 2, посредством циркулирующего теплоносителя через теплообменник 11, которая поддерживается автоматически. Процесс сушки материалов в сублиматоре 1 контролируется приборами по температуре и вакууму, при этом температура охлаждающих батарей 6 в десублиматоре 5 должна быть равной заданной или ниже температуры сублимации, характеризующей высушиваемый продукт.
При достижении положительной температуры продукта закрывают вакуумные задвижки 4 и 17, тем самым отделяют десублиматор 5 от сублиматора 1, и открывают задвижку 18. Пары с положительной температурой отсасываются насосами 13 и 14 и осушаются за счет использования вакуумного насоса низкого давления 14, при этом отключают холодильную машину и производят оттайку батарей десублиматора.
После окончания процесса сушки, посредством напускных клапанов (не показано), проводят девакуумизацию сублиматора 1 и десублиматора 5 до атмосферного давления. Открывают крышку и высушенный продукт на противнях выгружают и отправляют на упаковку, а сублиматор и десублиматор подготавливают для следующей сушки: сублиматор 1 и теплопередающие полки 2 моют и охлаждают посредством охладителя 12, через который проходит теплоноситель, циркулирующий по замкнутому контуру, а охлаждающие батареи 6 десублиматора 5, уже освобожденные ото льда, просушивают сухим воздухом. После мойки и просушки сублиматора и батарей десублиматора, установка готова к следующему циклу сушки, при этом вакуумная задвижка 4 открыта, а 17 и 18 закрыты.
Сокращение продолжительности технологического процесса вакуумной сублимационной сушки материала (от загрузки до следующей загрузки) и уменьшение затрат на электроэнергию достигается за счет отключения десублиматора на стадии, когда высушиваемый продукт достигает положительной температуры, а удаление паров с камеры в процессе досушки осуществляется вакуумной станцией напрямую, минуя десублиматор, при этом происходит оттайка батарей десублиматора.
Предлагаемая установка для сушки биологических материалов при использовании метода холодной вакуумной сушки работает при отключенном десублиматоре и принцип действия заключается в следующем.
Жидковязкий продукт (бактериальные концентраты или закваски) разливают на противни и устанавливают их на продуктовые полки 2 сублиматора 1 и плотно закрывают крышкой. Вакуумные задвижки 4, 17, 18 закрыты. Включают насос 10 для циркуляции теплоносителя по продуктовым полкам, а температуру теплоносителя поддерживают на уровне температуры продукта с помощью системы нагрева и охлаждения плит (II), что контролируется и регистрируется приборами на пульте. Включают вакуумный насос 14 и после выхода на рабочий режим открывают вакуумную задвижку 18, в результате чего происходит откачка парогазовой смеси из сублиматора 1. При достижении рабочего давления устанавливают необходимую температуру продуктовых полок. Пары, образующиеся при испарении и выпаривании влаги из продукта, двигаются с газовым потоком в направлении вакуумного насоса и отводятся в окружающую среду за пределы производственного помещения.
При заметном снижении скорости сушки давление в сублиматоре понижают за счет включения вакуумного насоса 13, а температуру полок повышают до предельно допустимой. При этом происходит интенсивное выпаривание связанной влаги с образованием пористой структуры продукта.
Дальнейшее понижение давления в сублиматоре происходит на стадии досушки.
Предлагаемая установка для вакуумной сушки биологических материалов позволяет осуществлять процесс удаление влаги из продукта (если нет необходимости в сохранении геометрических размеров) методом холодной вакуумной сушки, при этом качество продукта (биологическая ценность или активность) остается на уровне вакуумной сублимационной сушки или выше.
В результате использования установки для вакуумной сушки биологических материалов существенно уменьшаются энергетические затраты на единицу испаренной влаги, возможна сушка коллоидных растворов с большим содержанием связанной влагой, увеличивается коэффициент использования оборудования.
Литература
1. Патент РФ №2119622 «Вакуумная сублимационная установка для сушки биологических материалов». БИ №28 от 27.09.96.
2. Патент РФ №2121638 «Способ вакуумной сушки материалов и устройство для вакуумной сушки материалов». БИ №34 от 16.11.96.