Установка вакуумной сублимационной сушки
VACUUM FREEZE DRYING UNIT

Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической промышленности и может быть использовано для сублимационной сушки замороженных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов.
Известна установка вакуумной сублимационной сушки, содержащая вакуумный насос и вакуумный шкаф, в котором находятся нагревательные элементы, передающие радиационным или кондуктивным способом тепловую энергию загруженному в шкаф высушиваемому продукту, а также газодувное устройство, обеспечивающее принудительное перемещение заполняющей вакуумированную систему парогазовой среды от высушиваемого продукта к конденсатору, охлаждаемому посредством холодильной установки.
Работа данного устройства осуществляется следующим образом: в сушильной камере при помощи вакуумного насоса поддерживается глубокое разрежение; теплота, требуемая для испарения (сублимации) влаги из высушиваемого продукта, передается кондуктивным или радиационным путем от нагревательных элементов продукту, после чего перешедшие из продукта в газовую фазу водяные пары посредством работы газодувного устройства перемещаются через вакуумируемую полость к конденсатору, где и конденсируются (десублимируются) на его охлаждаемых поверхностях (См. патент РФ №92375654 «Установка вакуумной сублимационной сушки», 23.06.2008 г.).
Недостатком данного устройства является недостаточно равномерный подвод тепловой энергии ко всем зонам высушиваемого продукта, связанный с малым теплосодержанием и низкой теплопроводностью парогазовой среды, окружающей высушиваемый продукт. Последнее обстоятельство в свою очередь связано с тем, что перемещение парогазовой среды от поверхности продукта к всасывающему патрубку газодувного устройства осуществляется посредством положительного перепада давлений между зоной продукта и зоной всаса газодувного устройства, а в известном техническом решении максимально возможное давление парогазовой среды в зоне продукта ограничено давлением тройной точки при интенсивной сушке продукта в сублимационном режиме. Такое низкое абсолютное давление в зоне высушиваемого продукта не позволяет эффективно использовать возможности конвективного подвода тепловой энергии к продукту, что отрицательно сказывается на общей производительности процесса сублимационной сушки.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является снижение энергетических затрат на работу вакуумного насоса и ускорение процесса сушки.
Поставленный технический результат достигается тем, что установка вакуумной сублимационной сушки содержит вакуумный насос и вакуумный шкаф, в котором находятся нагревательные элементы, передающие радиационным и/или кондуктивным способом тепловую энергию загруженному в шкаф высушиваемому продукту, а также газодувное устройство, обеспечивающее принудительное перемещение заполняющей вакуумированную систему парогазовой среды от высушиваемого продукта к конденсатору, охлаждаемому посредством холодильной установки, в которой между конденсатором и вакуумным шкафом имеется дополнительный канал с возможностью перетекания парогазовой среды из конденсатора в вакуумный шкаф; канал предпочтительно снабжен устройством для нагрева перетекающей через него парогазовой среды.
Предпочтительно канал имеет низкое аэродинамическое сопротивление.
Использование заявленного изобретения позволит повысить абсолютное давление парогазовой среды внутри сублимационной установки до и выше давления тройной точки без срыва сублимационного режима сушки продукта при условии поддержания парциального давления паров воды над поверхностью продукта ниже давления тройной точки.
Повышение абсолютного давления парогазовой среды позволит снизить конструкционные и эксплуатационные требования к системе вакуумирования, позволит снизить энергетические затраты на ее работу.
Повышение абсолютного давления позволит ускорить процесс конвективной передачи тепловой энергии через газовую фазу от греющих полок к поверхности продукта, так как при давлениях, близких к давлению тройной точки теплопроводность газовой фазы имеет сильную зависимость от величины абсолютного давления. Данный эффект позволит ускорить процесс конвективного отвода тепловой энергии от нагретых высушенных зон продукта к его холодным недосушенным зонам, что снизит риск перегрева высушиваемого продукта при интенсивном радиационном или кондуктивном энергоподводе и сократит общее время сушки.
Дополнительный нагрев возвращаемой из конденсатора в вакуумный шкаф парогазовой среды повысит ее внутреннюю энергию и позволит ускорить процесс сублимационной сушки продукта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема варианта установки вакуумной сублимационной сушки.
Установка содержит вакуумный шкаф 1, газодувное устройство 2, вакуумный насос 3, обогреваемые противни 4 с высушиваемым продуктом, сосуд 5 ледового конденсатора, испаритель 6 холодильной установки и нагреватель 7 циркулирующей парогазовой среды.
Работа установки осуществлена следующим образом.
Противни 4 с замороженным продуктом загружают в вакуумный шкаф 1, после чего шкаф герметично закрывают и включают в работу вакуумный насос 3, который создает в сосуде 5 конденсатора и в вакуумном шкафу 1 рабочее разрежение. Запускают в работу холодильную установку с испарителем 6, после чего включают газодувное устройство 2. Газодувное устройство обеспечивает циркуляцию парогазовой среды по контуру: вакуумный шкаф с продуктом - ледовый конденсатор - нагреватель парогазовой среды - вакуумный шкаф с продуктом.
Ранее накопленная или подведенная к продукту тепловая энергия затрачивается на сублимацию из него замороженной влаги, образовавшиеся водяные пары переходят в циркулирующую парогазовую среду. Сформировавшаяся парогазовая смесь с повышенным парциальным давлением водяных паров газодувным устройством 2 подается в сосуд 5 ледового конденсатора, в котором водяные пары конденсируются (десублимируются) на холодной внешней поверхности испарителя 6 холодильной установки. Теплота конденсации паров отводится холодильной установкой и передается в окружающую среду. Образовавшийся конденсат или лед в процессе сушки либо после его завершения выводится известными техническими приемами за пределы конденсатора.
Прошедшая через конденсатор парогазовая смесь с пониженным парциальным давлением водяных паров поступает в нагреватель 7, который повышает ее внутреннюю энергию и далее возвращается в вакуумный шкаф 1 со стороны, удаленной от всасывающего патрубка газодувного устройства, после чего данная смесь проходит над поверхностью высушиваемого продукта, отдавая ему накопленную тепловую энергию и захватывая выделяемые из продукта водяные пары, тем самым не позволяя парциальному давлению водяных паров повышаться выше давления тройной точки. Цикл замыкается.
Так как теплоемкость сильно разреженной парогазовой среды невелика, на следующем этапе сушки подключаются нагреватели вакуумного шкафа, передающие продукту тепловую энергию кондуктивным и/или радиационным способом. Сочетание конвективного, кондуктивного и радиационного энергоподводов позволит повысить общую производительность сублимационной сушки.
Возможны варианты установки вакуумной сублимационной сушки, в которых газодувное устройство расположено в любом другом месте циркуляционного контура, либо в установке расположено несколько газодувных устройств, обеспечивающих эффективную работу циркуляционного контура.