УСТАНОВКА ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ

Полезная модель относится к области аппаратов для сублимационной сушки и получения гранулированных и порошкообразных продуктов из растворов, суспензий, эмульсий и может быть и использована в фармацевтической, химической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно устройство непрерывного действия для сушки термочувствительных материалов, содержащее вращающийся перфорированный барабан, снабженный загрузочным и разгрузочным средствами, и подключенный к системе вакуумирования и системе охлаждения, инфракрасные излучатели, установленные на неподвижном валу и обращенные в сторону нижнего сектора барабана (SU 1339370, 23.09.1987).
Недостатком устройства является неконтролируемая и неуправляемая степень высыхания продукта. Высушивание ведется до момента механического разрушения гранулы независимо от остаточной влажности продукта. В конструкции не учтена зависимость прочности высушенной гранулы от концентрации исходного раствора, подвергаемого высушиванию. Экспериментально установлено, что при интенсивном сублимационном высушивании гранул замороженных растворов (например гемоглобина) с исходной концентрацией ≥15% гранулы при трении друг о друга практически не истираются. В указанной конструкции возможен большой унос мелких высушенных частиц продукта в систему вакуумной откачки.
Известна установка для сублимационной сушки, содержащая систему вакуумной откачки, систему замораживания, транспортер, выполненный составным из отдельных ячеек и огибающий ведущий и ведомый барабаны,
расположенные в вакуумируемой сушильной камере, нож для срезания замороженного продукта, вибрирующий лоток и расположенные над ним инфракрасные нагреватели (RU 2053468, 25.02.1992).
Недостатком установки является заложенный в конструкцию принцип самозамораживания продукта в условиях вакуума. Технологический раствор находится в условиях вакуума с момента заполнения ячеек транспортера т.к. внутренний корпус камеры розлива и подмораживания в сочетании с движущимися элементами транспортера не может быть герметично отделен от вакуумной камеры. Режим самозамораживания большинства органических и биоорганических препаратов технологически ограничен скоростью 1-2°С/мин. При превышении скорости охлаждения в режиме самозамораживания в условиях вакуума происходит самовскипание, вспенивание и разбрызгивание жидкости, биоорганические материалы могут подвергаться деструкции.
Технические возможности конструкции схемы грануляции и геометрические формы гранул не могут обеспечить высокоэффективное развертывание поверхности льда. Высота гранулы должна быть значительной и соизмеримой с шириной. Плоские гранулы с толщиной менее 5 мм. в условиях вибрации наползают друг на друга и блокируют эффективную зону теплопередачи под ИК светильниками.
В описанной конструкции саморазрушение гранул до порошка в условиях вибрации возможно только в случае низких концентрациях исходного раствора (3-5%). При более высоких концентрациях ~10% саморазрушение гранул не происходит. В указанной ситуации при дозированном нагреве толщина гранул будет определять продолжительность процесса высушивания и габаритные размеры установки.
Комплекс, заключенных в конструкцию технических решений, определяет низкую удельную производительность установки, ее габариты и энергоемкость.
Конструкция технически сложна, не стерилизуема и трудноочищаемая при техническом обслуживании.
За прототип предлагаемой установки принята установка для сублимационной сушки термолабильных материалов, содержащая емкость для исходной жидкости, устройство для получения замороженных гранул, снабженное капельным распылителем жидкости, выполненным из пористой пластины, которая установлена в вакуумной камере и связана с вибратором, накопитель замороженных гранул, сублиматор, имеющий с цилиндрический вертикально установленный корпус, систему охлаждения, систему вакуумной откачки, систему конденсации, бункер-накопитель высушенного продукта, насосы, трубопроводы, запорную аппаратуру (RU 2017052, 05.03.1994).
Установка имеет следующие недостатки.
В конструкцию устройства заложен принцип самозамораживания продукта в условиях вакуума. Технологически это резко ограничивает возможности использования по видам высушиваемых материалов. Резкий перепад давления и температуры является причиной деструкции многих биоорганических структур с потерей их свойств и жизнеспособности.
Пористые структуры распылителя не позволяют производить гарантированную очистку пор от компонентов ранее использованного раствора и затрудняют процесс стерилизации при подготовке оборудования.
Технологически время высушивания материалов будет определяться временем высушивания максимальных по размерам конгломератов гранул, что усложняет и удорожает процесс сублимационной сушки.
Техническим результатом, достигаемым в заявленной полезной модели, является упрощение конструкции и оптимизация регулирования рабочих параметров установки при обеспечении высокой производительности.
Технический результат достигается описываемой установкой для
непрерывной сублимационной сушки термолабильных материалов, которая содержит емкость для исходной жидкости, устройство для получения замороженных гранул, выполненное в виде генератора льда барабанного типа, снабженного ножом для удаления замороженных гранул, и капельным дозатором-распылителем жидкости, накопитель замороженных гранул, сублиматор с цилиндрическим корпусом, установленным горизонтально, внутри которого размещены полочный вибротранспортер с инфракрасными нагревателями, систему охлаждения, систему вакуумной откачки, систему конденсации, бункер-накопитель высушенного продукта, насосы, трубопроводы, запорную аппаратуру.
Предпочтительно, вибротранспортер выполнен в виде ряда соединенных между собой наклонных полок, установленных с возможностью регулирования угла наклона.
2
В предлагаемой установке инфракрасные нагреватели установлены с возможностью регулирования теплового потока на поверхности полок (внутри сублиматора) в диапазоне 100-800 Вт/м.
На фигуре 1 представлена принципиальная схема заявленной установки, содержащей следующие аппараты и узлы.
1 - емкость для исходного раствора;
2 - насос;
3 - воздушный фильтр;
4 - генератор льда, снабженный ножом для удаления гранул и дозатором-распылителем
5 - накопитель замороженных гранул;
6 - лотковый вибротранспортер;
7 - инфракрасные нагреватели;
8 - сублиматор с цилиндрическим корпусом;
9 - бункер накопитель высушенного продукта;
10 - емкости системы охлаждения, заполненные хладоагентом;
11, 12, - теплообменники системы охлаждения;
13 - теплообменники системы конденсации;
14 - насос;
15 - сборник конденсата;
16 - вакуумный насос;
17 - масляный фильтр системы вакуумной откачки.
Установка также оборудована трубопроводами, запорной аппаратурой и комплексом инженерных систем подготовки и подачи энергоносителей.
Предложенная установка работает следующим образом. Высушиваемый раствор из емкости (1) насосом дозатором (2) подается на захоложенный с помощью жидкого теплоносителя до отрицательных температур вращающийся барабан генератора льда (4). В полость генератора льда (4), снабженным ножом для удаления гранул и дозатором-распылителем, через воздушный фильтр (3) дополнительно подается стерильный захоложенный воздух. Замороженные гранулы удаляются с поверхности барабана и направляются в накопитель гранул (5), он же шлюзовой затвор. Подготовленная порция гранул из бункера накопителя (9) через шлюзовой затвор поступает на вибротранспортер (6), где под воздействием вибрации гранулы равномерно распределяются в один слой по поверхности полки вибротранспортера, имеющей продольные внутренние желоба. Для обеспечения равномерности распределения гранул полки вибротранспортера оснащены продольными внутренними желобами для разделения общего потока на отдельные потоки. Инфракрасные нагреватели (7), расположенные над полками вибротранспортера, обеспечивают дозированную подачу тепловой энергии в зону испарения.
Высушиваемый материал последовательно проходит систему полок, каждая из которых имеет собственный режим нагрева и скорости движения препарата. Высушенный материал поступает в
бункер-накопитель (9) для последующей выгрузки.
Установка оснащена системой охлаждения с емкостью хладагента (10), теплообменниками (11, 12), теплообменниками системы конденсации (13) и насосом (14). Система оснащена сборником конденсата (15) для поочередной регенерации теплообменников (13).
Вакуумный насос (16) системы откачки оснащен масляным фильтром (17).
Установка оборудована трубопроводами, запорной арматурой и комплексом инженерных систем подготовки и подачи энергоносителей, системами контроля и регулирования рабочих параметров.
Использованные метод замораживания и конструкция генератора льда позволяет получить одинаковые по размерам и формам гранулы льда и предотвратить образование крупных кристаллов, снизить неблагоприятное криовоздействие на органические молекулы и структуры замораживаемого продукта, увеличить площадь поверхности замороженных гранул, и, следовательно, в дальнейшем повысить площадь эффективного испарения.
Наличие вибротранспортера в корпусе сублиматора позволяет принимать и распределять замерзшие гранулы на вибрирующих полках-лотках под инфракрасными нагревателями тонким слоем. Путем регулировки угла наклона полок и интенсивности вибрации регулируют скорость движения гранул, стабилизируют процесс тепломассопередачи и предотвращают слипание соседних гранул в процессе сублимации.
Инфракрасные излучатели, установленные внутри корпуса над наклонными полками, обеспечивают дозированный тепловой поток на каждую гранулу, перемещающуюся по вибротранспортеру, предотвращая поверхностных перегрев высушиваемых гранул.
Заявленная комплектация установки позволяет осуществлять процесс в непрерывном режиме и обеспечить стерильность целевого продукта.
2
2
Удельный расход энергии на высушивание составляет 2,5-3,0 кВт/кг испаренной влаги, средневзвешенная скорость испарения (за один цикл работы) составляет 1,5-2,0 кг/час•м (м) полки. Площадь полок в моделях разной производительности может варьировать в диапазоне 0.6-6 м без существенного изменения конструкции установки.
2
Площадь устанавливаемых полок в корпусе сублиматора может составлять от 4 до 40 м. При расчетном цикле 24 часа средняя скорость испарения составляет 400-440 г влаги с 1 м полезной площади в час.
Предложенная установка отличается возможностью регулирования параметров процессов образования гранул, ее размеров, регулирование любых параметров процесса высушивания - время, интенсивность, допустимую температуру нагрева с получением конечного продукта с требуемой остаточной влажностью с соблюдением условий стерильности процесса сублимационного высушивания.