Устройство жидкостного концентрирования и сублимационной сушки

Устройство жидкостного концентрирования и сублимационной сушки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической промышленности и может быть использовано для сублимационного концентрирования и сушки замороженных водных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов, а также для концентрирования или сушки жидких растворов и суспензий.

Известно устройство сублимационной сушки, содержащее вакуумную камеру, в которой расположены открытые емкости с замороженным высушиваемым продуктом; нагревательные элементы, передающие теплоту высушиваемому продукту для испарения (сублимации) из него влаги; десублиматор, в котором происходит конденсация (десублимация) испарившейся влаги; и вакуумный насос, поддерживающий разрежение в вакуумной камере и десублиматоре. Данное устройство также может использоваться для жидкостного концентрирования. Работа данного устройства осуществляется следующим образом: теплота, требуемая для испарения влаги из замороженного продукта, передается продукту от внешнего источника, после чего испарившаяся влага принудительным образом (с затратами энергии) конденсируется в десублиматоре. Максимальная скорость концентрирования или сушки достигается, когда газовая фаза состоит только из водяных паров, поэтому процесс проводится в условиях высокого разрежения.

Недостатками данного устройства являются: значительные энергозатраты на испарение влаги из высушиваемого продукта, сложность равномерного распределения подаваемого тепла по всему объему продукта, находящемуся в вакуумной камере, а также значительные энергозатраты и сложность оборудования для конденсации испарившейся влаги.

(См. Камовников. «Вакуумно-сублимационная сушка пищевых продуктов» М., 1985 г.)

Целью изобретения является исключение энергозатрат на испарение и конденсацию влаги в процессе сушки и упрощение конструкции установки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для жидкостного концентрирования и сублимационной сушки, содержащей вакуумную камеру, в которой расположены открытые емкости с осушаемым продуктом, согласно изобретению обезвоживание осушаемого продукта осуществляется его взаимодействием с жидким осушающим агентом, находящимся в открытых емкостях, расположенных в вакуумной камере, путем свободного массообмена через газовую фазу и теплообмена через твердые перегородки, разделяющие осушаемый продукт и осушающий агент, в условиях высокого разрежения, причем для испарения влаги из осушаемого продукта используется теплота поглощения влаги жидким осушающим агентом, передаваемая через теплопроводящие стенки, отделяющие осушаемый продукт от осушающего агента.

В качестве осушающего агента предпочтительно может использоваться водно-солевой раствор со степенью температурной депрессии, превышающей степень температурной депрессии осушаемого продукта, например концентрированный раствор хлористого кальция или бромистого лития. Высокая степень температурной депрессии осушающего агента означает, что при одной и той же температуре равновесное давление паров воды над осушающим агентом ниже, чем равновесное давление паров воды над осушаемым продуктом.

Восстановление депрессионных характеристик отработанного осушающего агента (регенерация) предпочтительно осуществляется путем его кипячения в закрытом кипятильнике (парогенераторе), причем выделившийся пар используется в качестве кондиционного продукта с высоким теплосодержанием.

Разрежение в вакуумной камере может создаваться вакуумным насосом, а в камере может производиться постоянная смена отработанного осушающего агента на свежий.

Температура процесса может регулироваться разрежением в вакуумной камере при помощи вакуумного насоса, либо температурой подаваемого осушающего агента.

Использование заявленного изобретения позволяет упростить конструкцию устройства сублимационной сушки, повысить надежность и снизить необратимые энергетические затраты на его работу.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана работа устройства на примере единичной емкости с осушаемым продуктом, находящейся в вакуумной камере; на фиг.2 показана общая технологическая схема варианта устройства жидкостного концентрирования и сублимационной сушки.

Устройство содержит вакуумную камеру 1, блок поддонов 2 с емкостями 3, жидкостный насос 4, теплообменник 5, кипятильник 6, дроссельный вентиль 7, распределительный коллектор 8 и вакуумный насос 9.

Работа устройства осуществлена следующим образом.

Осушаемый продукт 10 распределяется по емкостям 3 (корытообразной формы), которые устанавливаются в поддоны 2. Поддоны 2 складываются в блок и помещаются в вакуумную камеру 1, из которой вакуумным насосом 9 удаляется воздух. Осушающий агент 11 через дроссельный вентиль 7 и распределительный коллектор 8 подается в поддоны 2, протекает самотеком на другой край поддонов и стекает в нижнюю часть вакуумной камеры 1. По мере протекания по поддонам 2 осушающий агент поглощает пары воды, содержащиеся в вакуумной камере, при этом сильно разогреваясь. Теплота поглощения влаги передается осушаемому продукту 10, где затрачивается на испарение влаги из продукта. Теплота передается или через стенки емкости 3, или опосредованно: от осушающего агента 11 стенкам и дну поддона 2, через них дну и стенкам емкости 3, и затем осушаемому продукту 10. Испарившаяся из продукта влага вновь поглощается осушающим агентом, завершая цикл. По мере насыщения влагой депрессионные характеристики осушающего агента снижаются, и ему требуется регенерация.

Осушающий агент с пониженными депрессионными характеристиками из нижней части вакуумной камеры 1 насосом 4 через теплообменник 5 подается в кипятильник (парогенератор) 6, в котором происходит удаление из него части воды и, соответственно, восстановление его депрессионных характеристик. Теплота, затраченная на регенерацию осушающего агента, практически полностью передается кондиционному продукту - пару и используется для решения других технологических задач. Регенерированный осушающий агент через теплообменник 5, дроссельный вентиль 7 и распределительный коллектор 8 вновь возвращается в вакуумную камеру на поддоны 2.

Температура процессов в вакуумной камере регулируется температурой подаваемого осушающего агента или регулировкой давления паров воды работой вакуумного насоса.

Для проведения процесса сублимационной сушки осушаемый продукт 10 предварительно замораживается. Заморозка осуществляется или при помощи откачки водяных паров из вакуумной камеры вакуумным насосом 9, или при помощи охлажденного до минусовых температур жидкого осушающего агента 11, подаваемого в поддоны.

1. Устройство жидкостного концентрирования и сублимационной сушки, содержащее вакуумную камеру, в которой расположены открытые емкости с осушаемым продуктом, отличающееся тем, что обезвоживание осушаемого продукта осуществляется его взаимодействием с жидким осушающим агентом, находящимся в открытых емкостях, расположенных в вакуумной камере, путем массообмена через газовую фазу и теплообмена через твердые перегородки, разделяющие осушаемый продукт и осушающий агент.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве осушающего агента используется водно-солевой раствор со степенью температурной депрессии, превышающей степень температурной депрессии осушаемого продукта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разрежение в вакуумной камере создается при помощи вакуумного насоса.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в вакуумной камере производится постоянная смена отработанного осушающего агента на свежий.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регенерация осушающего агента осуществляется путем его кипячения в закрытом кипятильнике (парогенераторе), причем выделившийся пар используется в качестве кондиционного продукта с высоким теплосодержанием.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что температура процесса регулируется разрежением в вакуумной камере при помощи вакуумного насоса либо температурой подаваемого осушающего агента.