УСТАНОВКА ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СУШКИ

Установка относится к сушильной технике под вакуумом влагосодержащего материала, в целом виде, в виде кусков, мелкоизмельченных частиц (кусочков), фаршей, пюре, паст, водных растворов молочного, растительного, а также мясного и рыбного сырья, гидробионтов (например, креветок в целом или разделанном виде) и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, медицинской, микробиологической и химической отраслях промышленности.
В качестве ближайшего аналога выбрана установка для вакуумной сушки гидробионтов (Авт. свид. РФ №2121638, МПК F26B 5/04, F26B 9/06, опубл. 10.11.1998 г.), включающая камеру с размещенными в ней обогреваемыми полками для материала, систему нагрева полок, систему откачки парогазовой смеси и неконденсирующихся газов, подключенную к конденсатору и насосу глубокого вакуума. С целью снижение энергозатрат в процессе сушки, установка дополнительно содержит холодильную машину, подключенную к конденсатору, выполненному в виде батарейного осушителя, пульт контроля и управления, при этом система откачки дополнительно содержит водокольцевой насос, предназначенный для откачивания выделяющихся при сушке паров свободной влаги из материала и поддержания заданного давления в камере в этот период, а насос для поддержания глубокого вакуума в камере и отсоса неконденсирующихся газов включается в работу одновременно с холодильной машиной, охлаждающей батареи осушителя для конденсации выделяющейся связанной влаги, причем оттайку батарей осушителя производят горячим теплоносителем из системы нагрева полок с одновременным заполнением системы свежим теплоносителем и охлаждением полок в камере.
Описанная установка для вакуумной сушки влагосодержащего материала является недостаточно эффективной из-за высокого энергопотребления, поскольку для поддержания рабочих параметров сушильной камеры необходима работа холодильной машины и подача теплоносителя от внешнего источника теплоты в теплообменник.
Полезная модель решает задачу снижения себестоимости высушенного продукта за счет снижения энергопотребления путем дополнительного использования теплоты конденсации водяного пара для испарения влаги из продукта в процессе сушки.
Для достижения необходимого технического результата в известной установке для вакуумной сушки (сушильной установке), содержащей вакуумную сушильную камеру, размещенные в ней обогреваемые полки (греющие плиты), систему нагрева полок, систему откачки парогазовой смеси и неконденсирующихся газов, подключенную к конденсатору и снабженную водяным насосом, систему охлаждения конденсатора, предлагается систему откачки парогазовой смеси и неконденсирующихся газов дополнительно снабдить эжектором, а в качестве конденсатора водяных паров использовать внутреннюю поверхность сушильной камеры. Сушильная камера установлена в резервуаре с образованием полостей между внешними боковыми и нижней поверхностями камеры и резервуаром, которые заполнены хладоносителем, циркулирующим в системе охлаждения конденсатора, которая включает водяной насос, испаритель, бак-аккумулятор, запорную арматуру. Предлагается дополнительно снабдить систему нагрева полок водяным насосом, конденсатором, баком-аккумулятором, баком-расширителем, запорной арматурой, причем для передачи тепла от хладагента испарителя системы охлаждения конденсатора хладагенту конденсатора системы нагрева полок будет использован промежуточный конденсатор-испаритель, имеющий обратные каналы связи для циркуляции хладагентов, оснащенные регулировочными вентилями.
Дополнительно установленный эжектор в системе откачки парогазовой смеси и неконденсирующихся газов позволит создать необходимое разряжение в установке. Баки-аккумуляторы входящие в состав системы охлаждения и системы нагрева полок, увеличивают объем тепло (холодо)носителя, что способствует повышению тепловой инерции системы, а также стабилизирует температуру тепло(холодо)носителя на входе в теплый и холодный контуры. В качестве хладагентов циркулирующих в системе охлаждения конденсатора и нагрева полок использованы R134a и R404A.
Снижение энергопотребления происходит за счет использования теплоты конденсации водяного пара в охлаждающем контуре сушильной установки, который через систему холодоносителя подключен к испарителю системы охлаждения конденсатора, а нагрев греющих полок будет происходить за счет теплоты конденсации холодильного агента, путем подключения греющих полок к системе теплоносителя от конденсатора системы нагрева полок. Применение данных систем обусловлено тем, что теплоноситель, подаваемый в нагреваемые полки должен иметь температуру 85-90ºС.
На прилагаемой к описанию схеме представлена предлагаемая установка для вакуумной сушки.
На схеме приняты следующие обозначения:
1 - сушильная камера; 2, 3, 4 - водяные насосы; 5 - эжектор; 6 - конденсатор системы нагрева полок; 7 - испаритель системы охлаждения конденсатора; 8 - охлаждающий контур сушильной установки; 9 - бак расширитель; 10 - бак водосборник; 11 - вентили; 12 - греющие плиты; 13 - промежуточный испаритель-конденсатор; 14 - компрессор системы нагрева полок; 15 - компрессор системы охлаждения конденсатора; 16, 17 - бак-аккумулятор; 18 - резервуар; РВ1 - регулирующий вентиль системы охлаждения конденсатора; РВ2 - регулирующий вентиль системы нагрева полок.
Установка содержит сушильную камеру 1, установленную в резервуар 18 с образованием полостей между внешними боковыми и нижней поверхностями камеры и резервуаром, в сушильной камере 1 с помощью водяного насоса, 4 и эжектора 5 создается необходимое разряжение, система нагрева полок включает в себя конденсатор 6, греющие плиты 12, компрессор 14, бак-аккумулятор 16, бак расширитель 9, РВ2 - регулирующий вентиль, в систему охлаждения конденсатора (охлаждающий контур сушильной установки 8) сушильной установки входит испаритель 7, компрессор 15, бак-аккумулятор 17, РВ1 - регулирующий вентиль, сконденсированная влага в сушильной камере стекает в бак водосборник 10, для передачи тепла от хладагента испарителя системы охлаждения конденсатора хладагенту конденсатора системы нагрева полок использован промежуточный испаритель-конденсатор 13, для нормальной работы вакуумной установки используются регулирующие вентили 11.
Установка работает следующим образом.
Поддоны устанавливают между греющими плитами 12 в камере 1. Вакуумная камера герметично закрывается. Камера 1 герметично закрывается и вакуумируется. Создание необходимого вакуума в камере 1 обеспечивается водяным эжектором 5 с насосом 4, для чего включается водяной насос 4, подающий воду в эжектор 5 и открывается вакуумный вентиль 11. Конденсатором водяных паров служит внутренняя поверхность вакуумной камеры, охлаждаемая холодоносителем, подаваемым в полость между внешними боковыми и нижней поверхностями камеры и резервуаром 18, при этом внутренняя стенка вакуумной сушильной камеры охлаждаются холодоносителем, поступающим из бака-аккумулятора 17. Холодоноситель водяным насосом 3 через систему запорных вентилей подается в испаритель 7 системы охлаждения конденсатора 13, где охлаждается и отдает свою теплоту холодильному агенту, который кипит, а охлажденный холодоноситель возвращается в бак - аккумулятор 17. Пары хладагента поступают в компрессор 15, где сжимаются, а затем в промежуточный конденсатор-испаритель 13, где пары хладагента системы охлаждения конденсируются и отдают теплоту кипящему хладагенту системы нагрева полок. Жидкий холодильный агент системы охлаждения конденсатора камеры через регулирующий вентиль РВ1 подается обратно в испаритель системы охлаждения 7. Пары хладагента системы нагрева полок из испарителя-конденсатора 13 поступают в компрессор системы нагрева полок 14, где сжимаются, после чего подаются в конденсатор системы нагрева полок 6, где отдают свою теплоту теплоносителю, который нагревается и подается в бак-аккумулятор 16, откуда подается к греющим плитам 12. Сконденсированный в конденсаторе системы нагрева полок хладагент через регулирующий вентиль РВ2 подается в испаритель-конденсатор 13.
Управление работой всеми элементами системы осуществляется блоком управления (на схеме не показан) по выбранной программе для конкретного вида высушиваемого продукта.
В процессе сушки влага из продукта испаряется и конденсируется на внутренней поверхности цилиндрической вакуумной камеры и стекает в бак водосборник 10. После выхода на режим сушки температура на греющих плитах и давление внутри вакуумной камеры поддерживаются автоматически и могут меняться при необходимости приборами контроля и управления.
Конкретный пример использования устройства.
Для сравнения энергопотребления проведен упрощенный расчет потребления энергии при сушке с использованием установки, описанной в ближайшем аналоге и при сушке с использованием предлагаемого устройства.
Для сушки сырья массой Мн=300 кг от начальной влажности на общую массу Wн=70% до конечной влажности Wк=10% надо испарить воды из продукта в количестве Мвл=200 кг Конечная масса продукта Мк:
Мк=Мн (100-Wн)/(100-Wк)=100 кг,
где Мн - масса сырья до сушки, кг
Wн - начальная влажность на общую массу, %
Wк - конечная влажность, %
Масса испаренной влаги Мвл:
Мвл=Мн-Мк=200 кг
где Мн - масса сырья до сушки, кг
Мк - конечная масса продукта, кг
Для этого надо затратить теплоту Qн на нагрев продукта для испарения влаги без учета потерь ΔQ (потери в окружающую среду), т.е. подвести извне например от котельной, примерно:
Qн=r×Мвл=2300×200=460000 кДж теплоты,
где r - удельная теплота испарения воды, кДж/кг.
Мвл - масса испаренной влаги, кг.
Столько же теплоты 460000 кДж надо затратить для конденсации, испарившейся из продукта влаги, которая отводится холодильной установкой в ближайшем аналоге.
В предлагаемой полезной модели теплота конденсации испарившейся влаги 460000 кДж будет отведена системой охлаждения и после трансформации в системе охлаждения конденсатора сушильной установки и системы нагрева полок будет возвращена через нагревательный контур продукту, в объеме несколько большем чем 460000 кДж, за счет работы сжатия в компрессорах системы нагрева полок и системы охлаждения конденсатора, который будет использован на компенсацию потерь ΔQ.
Таким образом, энергопотребление полезной модели примерно в 2 раза ниже, чем аналога. Что приводит к снижению себестоимости продукции.