СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОЙ ВАКУУМ-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОМАТЕРИАЛОВ И ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МОДУЛЕЙ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR CONTINUOUS VACUUM-AND-SUBLIMATION DRYING USING NANOMATERIALS AND THERMOELECTRIC MODULES AND INSTALLATION FOR METHOD IMPLEMENTATION

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано для производства сублимированных пищевых продуктов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому является способ сушки термочувствительных продуктов [Патент РФ 2176769, МКИ F26B 7/00, F26B 5/16, Способ сушки термочувствительных продуктов / С.Т.Антипов, И.Т.Кретов, С.В.Шахов, Д.А.Бляхман, А.Н.Рязанов - заявл. 27.01.2000, №2000102280/06, опубл. 10.12.2001], включающий замораживание продукта, удаление паров воды и неконденсирующихся газов из зоны сублимации путем адсорбции геттерами с последующей их регенерацией.
Недостатком известного способа является отсутствие регенерации поверхности десублимации при работе сушилки в непрерывном режиме, что приводит к снижению эффективности сушки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому является вакуум-сублимационная сушилка [Патент РФ 2183307, МКИ F26B 5/06. Вакуум-сублимационная сушилка / В.Н.Санин, С.Т.Антипов, В.В.Пойманов - заявл. 2000.07.17, №2000118947/06, опубл. 2002.06.10], содержащая вакуумную камеру, состоящую из герметично соединяющихся секций, снабженных патрубком с запирающим клапаном, установленным с возможностью подключения к вакуум-насосу, вакуум-насос, десублиматор, нагреватель, секции выполнены с двойным дном, в котором установлены термоэлектрические модули.
Недостатком известной сушилки является большая нагрузка на вакуум-насос и неэффективное улавливание паров испарившейся влаги на поверхности десублимации, что приводит к снижению эффективности сушки.
Технической задачей изобретения является повышение качества готового изделия, повышение эффективности улавливания паров испарившейся влаги на поверхности десублимации, снижение нагрузки на вакуум-насос, а также обеспечение регенерации поверхности десублимации при работе сушилки в непрерывном режиме.
Для решения технической задачи изобретения предложен способ непрерывной вакуум-сублимационной сушки с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей, характеризующийся тем, что вначале осуществляют предварительное вакуумирование секций до остаточного давления 610 Па с помощью эжекторного вакуум-насоса, затем охлаждают внешнюю поверхность профильного барабана, выступающего в роли десублиматора, при подаче электрического тока на группы термоэлектрических модулей, расположенных на внутренней поверхности профильного барабана, что создает необходимый градиент температур для движения паров к поверхности десублиматора, после чего подводят тепловую энергию к продукту при помощи нагревателей, в результате чего происходит испарение влаги из продукта при остаточном давлении ниже 610 Па, часть испарившейся влаги из продукта удаляется из камеры эжекторным вакуум-насосом, другая часть адсорбируется поверхностью десублиматора, представляющей собой слой наноматериала, высвобождение молекул испарившейся влаги из слоя наноматериала происходит после поворота десублиматора, за счет изменения полярности подключения термоэлектрических модулей.
В вакуум-сублимационной сушилке с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей, включающей сушильную камеру, состоящую из секций, снабженных патрубком с запирающим клапаном, установленным с возможностью подключения к вакуум-насосу, вакуум-насос, десублиматор, расположенный между секциями, нагреватель, новым является то, что сушильная камера выполнена из двух герметичных секций, подключенных к вакуум-насосу и разделенных перегородкой, в которой горизонтально установлен в качестве десублиматора с возможностью вращения профильный барабан, на внешнюю поверхность которого нанесен слой наноматериала, а на внутренней поверхности установлены независимые группы термоэлектрических модулей.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности улавливания паров испарившейся влаги на поверхности десублимации, повышении качества готового изделия, снижении нагрузки на вакуум-насос, а также обеспечении регенерации поверхности десублимации при работе сушилки в непрерывном режиме.
На фиг.1 представлена схема вакуум-сублимационной сушилки с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей.
Вакуум-сублимационная сушилка с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей (фиг.1) включает в себя сушильную камеру 1, состоящую из герметичных секций 2 и 3, разделенных перегородкой 4. В перегородке 4 горизонтально установлен с возможностью вращения профильный барабан 5, использующийся в качестве десублиматора. На внешнюю его поверхность нанесен слой наноматериала 6, например фуллереновой сажи, играющего роль адсорбента для паров влаги и неконденсирующихся газов, а на внутренней поверхности установлены независимые группы термоэлектрических модулей 7, выполняющие функцию отвода и подвода энергии, которые представляют собой полупроводниковые устройства, состоящие из полупроводниковых ветвей с проводимостью р- и n-типа, расположенных между двумя диэлектрическими подложками, на поверхностях которых имеются коммутационные площадки, соединяющие полупроводниковые ветви в единую электрическую цепь. Для герметизации барабана на нем изготовлены выступы 8, которые совместно с резиновым уплотнением 9 образуют узел, выполняющий функцию шлюзов. Секции 2, 3 подключены к эжекторному вакуум-насосу 10 через запирающий клапан 11. Для подвода энергии к продукту служат нагреватели 12.
Способ вакуум-сублимационной сушки с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей в сушилке осуществляется следующим образом.
Предварительно охлажденный продукт, например, до температуры 2-3°C, подают в сушильную камеру 1, в секцию 3, где с помощью эжекторного вакуум-насоса 10 осуществляется предварительное вакуумирование секций 2, 3 до остаточного давления 610 Па. Предварительное охлаждение вызвано необходимостью уменьшения бурного вскипания жидкой фракции продукта и обеспечения минимального его разбрызгивания при резком снижении давления и переходе через тройную точку состояния жидкой фракции продукта, т.е. 610 Па и 0°C.
Затем подают электрический ток на группы термоэлектрических модулей, расположенных на внутренней поверхности профильного барабана, находящейся в нижней секции 3 камеры сушилки, подключенных с полярностью, которая обеспечивает при прохождении тока по ним охлаждение внешней стороны профильного барабана 5. Это создает необходимый градиент температур для движения паров к поверхности десублимации, на которой осуществляется адсорбция влаги, как за счет охлаждения, так и за счет взаимодействия со слоем наноматериалов 6, что приводит к снижению давления в нижней секции камеры сушилки ниже 610 Па.
После этого включают нагреватели 12, которые подводят к продукту тепловую энергию, в результате чего из продукта происходит испарение влаги при остаточном давлении ниже 610 Па, т.е. происходит процесс сублимации. Испарившаяся или сублимированная влага из продукта частично удаляется из камеры 1 эжекторным вакуум-насосом 10, а оставшаяся часть влаги в нижней секции 3 адсорбируется поверхностью десублиматора, выполненного в виде профильного барабана 5.
По мере насыщения слоя наноматериалов парами влаги и неконденсирующимися газами на внешней поверхности барабана 5, он в результате вращения поворачивается, обеспечивая тем самым обновление ненасыщенного влагой наноматериалов в нижней секции сушилки. При переходе части барабана 5 в верхнюю секцию 2 меняется полярность подключения термоэлектрических модулей 7, представляющих собой полупроводниковые устройства, состоящие из полупроводниковых ветвей с проводимостью p- и n-типа, расположенных между двумя диэлектрическими подложками, на поверхностях которых имеются коммутационные площадки, соединяющие полупроводниковые ветви в единую электрическую цепь. Т.е. они становятся нагревательными элементами, что способствует удалению из адсорбента поглощенных им паров воды и неконденсирующихся газов, которые удаляются из верхней секции 2 с помощью эжекторного вакуум-насоса 10. Таким образом, барабан 5 при вращении совершает возвратно-поступательное движение, меняя стороны, на которых происходит адсорбция в нижней секции 3 и десорбция в верхней секции 2 паров влаги и неконденсирующихся газов.
Преимущества способа непрерывной вакуум-сублимационной сушки с использованием наноматериалов и термоэлектрических модулей и установки для его осуществления по сравнению с существующими заключаются в том, что:
- повышается эффективность улавливания паров испарившейся влаги благодаря нанесению наноматериала на поверхности десублимации;
- обеспечивается регенерация поверхности десублимации при работе сушилки в непрерывном режиме за счет того, что десублиматор совершает возвратно-поступательное движение, меняя стороны, на которых происходит адсорбция и десорбция паров влаги и неконденсирующихся газов;
- снижается нагрузка на вакуум-насос благодаря снижению давления в вакуум-сублимационной камере за счет создания при помощи термоэлектрических модулей необходимого градиента температур для движения паров на поверхность десублимации, на которой осуществляется адсорбция влаги, как за счет охлаждения, так и за счет взаимодействия со слоем наноматериалов.