СПОСОБ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ
METHOD OF VACUUM-SUBLIMATION DRYING

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано в пищевой и комбикормовой промышленности для сушки растительных продуктов и компонентов комбикормов.
Известны «Вакуум-сублимационная сушилка» (пат. RU, 2183307, F26B 5/06, 10.06.2002 г.), «Вакуум-сублимационная сушилка поточно-циклического действия» (пат. RU, 2099658, F26B 5/06, 20.12.1997 г.), содержащие вакуумную камеру, десублиматор, герметично соединяющиеся секции, вакуум-насос и нагреватель.
Недостатком данных сушилок 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.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ сублимационной сушки реализованный в «Установка для сублимационной сушки гранулированных пищевых продуктов» (Авт. свид., 763658, F26B 5/06, 15.09.1980 г.) - принято за прототип, которая содержит 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. Не регулируется время сублимации продукта, поэтому трудно (невозможно) получить заданную температуру сушки.
Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение равномерности сушки, сокращение продолжительности цикла и снижение энергозатрат.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе вакуум-сублимационной сушки, включающем подачу подготовленного продукта в вакуумную камеру на наклонные к горизонтали вибрирующие лотки, продвижение по ним, сублимацию продукта путем создания вакуума в вакуумной камере, подвод необходимого для сушки тепла и отвод конденсата, новым является то, что для вакуум-сублимационной сушки используют секции с термоэлектрическими модулями, к которым подводят аммиак, обеспечивающий температуру охлаждения 30-70°C, причем продукт загружают в вертикальный ковшовый транспортер, которым подают на верхний лоток, установленный в секции с термоэлектрическим модулем, расположенной наклонно под углом α к горизонтальной оси, перемещают вдоль лотка и переводят на следующий лоток, установленный в секции с термоэлектрическим модулем, расположенной под предыдущей секцией противонаклонно под углом α к горизонтальной оси, пропускают вдоль несущей рамы вакуумной камеры до заполнения всех лотков, создавая псевдоожиженный поток внутри нее, с последующим поступлением продукта в упомянутый вертикальный ковшовый транспортер, по которому доставляют продукт на упомянутый верхний лоток секции с термоэлектрическими модулями, при этом в процессе сублимации производят многократное движение равномерного кругового потока продукта до достижения им заданной конечной влажности.
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 K, 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 способа реализуется в вакуум-сублимационной сушилке и 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 завершению 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 предлагаемого способа, реализованного в вакуум-сублимационной сушилке позволяет обеспечить равномерность сушки, сократить продолжительность цикла обработки и снизить энергозатраты.