ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННАЯ СУШИЛКА
VACUUM-SUBLIMATION DRYER

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано в пищевой и комбикормовой промышленности для сушки растительных продуктов и компонентов комбикормов.
Известно «Устройство для низкотемпературного обезвоживания органических веществ в вакууме» (пат. RU 2150058, F26B 5/06, 27.06.2000 г.), которое содержит вакуумную камеру, элементы размещения и транспортировки органического продукта, систему нагрева и узлы загрузки и выгрузки.
Данное устройство имеет сложную конструкцию, отдельные узлы громоздки, в частности, полые диски 6 с размещенными на них лопатками 5, снабженными трубчатыми каналами 7 и рядами гребенок пружинных лепестков 8, не могут обеспечить надежный непрерывный поточный процесс обрабатываемого материала.
Известна «Установка для сублимационной сушки гранулированных пищевых продуктов» (Авт. св. 763658, F26B 5/06, 15.09.1980 г.), содержащая вакуумную камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, наклонные к горизонтали вибрирующие лотки, электронагреватели, вибраторы и десублиматоры.
Установка предусматривает выполнение процесса сублимации за один проход гранул по наклонным лоткам. В связи с тем что процесс сублимации длится 8-15 часов, то это возможно осуществить только при большой длине лотков и очень малой скорости перемещения обрабатываемого материала, что не практично. Выполнение вакуумной камеры в виде треугольной призмы не обосновано технологической необходимостью.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Вакуум-сублимационная сушилка» (пат. RU 2183307, F26B 5/06, 10.06.2002 г.) - принято за прототип, которая содержит вакуумную камеру, герметично соединяющиеся секции с термоэлектрическими модулями, служащими одновременно в качестве нагревателей для вышестоящей секции и десублиматором для нижней.
Недостатком сушилки является высокая энергоемкость, большая продолжительность цикла (8-10 ч. на цикл) и неравномерность процесса сушки. Причиной тому является неподвижный плотный слой обрабатываемого продукта толщиной 10-15 см.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на процесс сублимации, сокращение продолжительности цикла и обеспечение равномерности сушки.
Поставленная задача достигается тем, что в вакуум-сублимационной сушилке, включающей вакуумную камеру, секции с термоэлектрическими модулями, вакуум-насос, нагреватель, новым является то, что внутри вакуумной камеры расположены электровибратор с пружинами, закрепленными в нижней части несущей рамы вакуумной камеры, и вертикальный ковшовый транспортер, нижняя часть которого посредством направляющего патрубка сообщена с нижней секцией с термоэлектрическими модулями, а верхняя часть через гибкий поворотный патрубок - с верхней секцией с термоэлектрическими модулями, причем смежные секции с термоэлектрическими модулями жестко установлены на противоположных вертикальных стенках несущей рамы вакуумной камеры в шахматном порядке противонаклонно под углом α к горизонтальной оси, при этом секции с термоэлектрическими модулями и вертикальный ковшовый транспортер создают непрерывный, равномерный круговой поток обрабатываемого материала.
Наличие вибрирующих сублимационных секций с термоэлектрическими модулями и сообщенного с ними вертикального ковшового транспортера позволяет создавать непрерывный, равномерный круговой поток обрабатываемого продукта, а установка смежных сублимационных секций с термоэлектрическими модулями на внутренних поверхностях противоположных вертикальных стенках вакуумной камеры в шахматном порядке под углом α к горизонтальной оси дает возможность исключить статическое состояние находящегося в лотках обрабатываемого продукта в виде неподвижного, плотного слоя толщиной 10-15 см и создавать псевдоожиженный поток, что обуславливает равномерность процесса сушки, сокращает время обработки и затраты энергии. Величина наклона угла α равна 2-5° и зависит от обрабатываемого продукта.
Интенсифицировать пределы сушки можно за счет оптимизации режимов вакуума для каждого вида продукта (<610 Па и 250…255 К, пат. RU 2183307, раздел работа), при этом конечная влажность должна быть 5-2%.
Термоэлектрические модули обеспечивают охлаждение продукта до 23-28°C, поэтому для стимуляции этого процесса дополнительно подведен аммиак, обеспечивающий температуру в диапазоне - 30-70°C, что позволяет производить вакуум-сублимационную сушку различных видов продуктов.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. - схема вакуум-сублимационной сушилки.
Вакуум-сублимационная сушилка содержит вакуумную камеру 1 (см. фиг.), внутри которой со стороны загрузки расположен загрузочный лоток 2, сообщенный через заслонку 3 с вертикальным ковшовым транспортером 4, имеющим в нижней части направляющий патрубок 5, подведенный к низу несущей рамы 6 в область расположения нижней (однотипной), наклоненной под углом α к горизонтальной оси, секции 7 с лотком 8, наполненным обрабатываемым продуктом, термоэлектрическим модулем 9 и сублиматором 10, закрепленной на противоположной направляющему патрубку 5 вертикальной стенке несущей рамы 6. В верхней части вертикальный ковшовый транспортер 4 снабжен гибким поворотным патрубком 11 подведенным сверху к несущей раме 6 в область расположения верхней секции 7, расположенной противонаклонно относительно нижней секции под углом α к горизонтальной оси и закрепленной на прилегающей к поворотному патрубку 11 вертикальной стенке несущей рамы 6. Все секции 7 жестко установлены на противоположных вертикальных стенках несущей рамы 6 в шахматном порядке и противонаклонно друг к другу. В зону каждой секции 7 подведен вакуум-провод 12, а к каждому сублиматору 10 подключены трубы с жидким аммиаком 13. В нижней части несущей рамы 6 установлены электровибратор 14, спиральные пружины 15, электрообогреватель 16. На месте выгрузки, рядом с вакуумной камерой, расположена емкость приема готовой продукции 17.
Вакуум-сублимационная сушилка работает следующим образом. При включенном электровибраторе 14 предварительно замороженный до заданной температуры (-35-50°C) обрабатываемый продукт поступает в загрузочный лоток 2 и при открытой заслонке 3 и работающем вертикальном ковшовом транспортере 4 захватывается его ковшами, поднимается вверх, далее через гибкий поворотный патрубок 11 выгружается на верхнюю часть лотка 8 верхней секции 7, установленной под углом α к горизонтальной оси, на прилегающей к гибкому поворотному патрубку 11 вертикальной стенке несущей рамы 6. Под воздействием электровибратора 14 и спиральных пружин 15, за счет угла наклона α замороженный продукт равномерно распределяется по всему лотку 8, перемещается вдоль до противоположного края и ссыпается вниз на верхнюю часть лотка 8 нижерасположенной секции 7, установленной под углом α к горизонтальной оси на противоположной вертикальной стенке несущей рамы 6 противонаклонно предыдущей секции 7, и так до полной загрузки всех лотков 8. Затем закрывается заслонка 3, подключается вакуум через вакуум-провод 12, который доводится до величины ниже тройной точки для воды (<610 Па), включается электрообогреватель 16, источник постоянного тока для подачи питания на термоэлектрические модули 9, а по трубам 13 передается жидкий аммиак. Начинается сублимационная сушка. Термоэлектрические модули 9 нагревают дно лотка 8 с расположенным на нем продуктом, которому передается теплота, в результате чего под влиянием вакуума из поверхности замороженного продукта вырываются («испаряются») замороженные молекулы воды, переходя из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу, которые оседают в виде льда на сублиматоре 10, вышерасположенной секции 7 и одновременно охлаждаемого обратной стороной термоэлектрического модуля 9 до температуры -23-28°C, превращаясь в лед, при этом происходит непрерывное перемещение потока обрабатываемого продукта сначала внутри несущей рамы 6 с секции на секцию, далее через направляющий патрубок 5 в вертикальном ковшовом транспортере 4 с последующим поступлением по гибкому поворотному патрубку 11 снова на секции 7 несущей рамы 6 и т.д. до достижения заданной влажности обрабатываемого продукта. По завершении процесс сушки прекращают, девакуумируют вакуумную камеру 1, отключают подвод электропитания и аммиака. Гибкий поворотный патрубок 11 устанавливают в положение выгрузки и высушенный продукт выгружают в емкость 17. Затем меняют полярность питания термоэлектрических модулей 9 сублимационных секций 7, что приводит к нагреву холодной стороны и удалению льда с сублиматора 10. Установку переключают на режим работы.
Таким образом, использование заявленной вакуум-сублимационной сушилки позволяет обеспечить равномерность сушки, сократить продолжительность цикла обработки и снизить энергозатраты.