RU2187053C1 - Method of continuous sublimation drying of thermolabile materials - Google Patents
Method of continuous sublimation drying of thermolabile materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2187053C1 RU2187053C1 RU2001104042/06A RU2001104042A RU2187053C1 RU 2187053 C1 RU2187053 C1 RU 2187053C1 RU 2001104042/06 A RU2001104042/06 A RU 2001104042/06A RU 2001104042 A RU2001104042 A RU 2001104042A RU 2187053 C1 RU2187053 C1 RU 2187053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- temperature
- granules
- drying
- dried
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сушильной технике, в частности к технике сублимационной сушки термочувствительных материалов, например лекарственных, медицинских препаратов и пищевых продуктов. The invention relates to a drying technique, in particular to a freeze-drying technique of heat-sensitive materials, for example, medicines, medicines and food products.
Наиболее близким по предлагаемому является способ непрерывной сублимационнй сушки, реализованных в сушилке [1], включающий распыл продукта, самозамораживание его гранул в вакууме и одновременной сублимацией под действием инфракрасного излучения до образования подсушенной корочки на поверхности гранул. А.с. 848932 СССР. Установка непрерывного действия для сублимационной сушки термочувствительных материалов Б.И. 27, 1981. В дальнейшем подсушенные гранулы в свободном падении попадают на вибрирующие электрообогреваемые полки, где происходит их досушка до равновесия влажности. Closest to the proposed is a method of continuous freeze drying, implemented in a dryer [1], including spraying the product, self-freezing its granules in vacuum and simultaneous sublimation under the influence of infrared radiation to form a dried crust on the surface of the granules. A.S. 848932 USSR. Installation of continuous operation for freeze-drying of heat-sensitive materials B.I. 27, 1981. Subsequently, the dried granules in free fall fall on vibrating electrically heated shelves, where they are dried to a moisture equilibrium.
Недостатком способа, реализованного в сушилке, является использование кондуктивного энергоподвода и вибрации к замороженному в вакууме гранулированному продукту с подсушенной на поверхности корочкой. Кондуктивный энергоподвод при вибрации гранулированного продукта позволяет только уменьшить внешнее гидродинамическое сопротивление, влияющее на истечение сублимирующегося пара, но не активизирует подвод тепла в каждой грануле непосредственно в зону сублимации через высушенный внешний слой. The disadvantage of the method implemented in the dryer is the use of conductive energy supply and vibration to the granulated product frozen in vacuum with a crust dried on the surface. The conductive energy supply during vibration of the granular product can only reduce the external hydrodynamic resistance, which affects the outflow of sublimated steam, but does not activate the supply of heat in each granule directly to the sublimation zone through the dried outer layer.
Задачей предлагаемого изобретения является интенсификация процесса непрерывного сублимационного обезвоживания материала в вакууме при сохранении высокого качества конечного продукта. The task of the invention is to intensify the process of continuous sublimation dehydration of the material in vacuum while maintaining the high quality of the final product.
Решение поставленной задачи осуществляется путем организации СВЧ-энергоподвода непосредственно в зону сублимации замороженного гранулированного материала и отводом сублимирующегося пара в предварительно сформированной капиллярно-пористой структуре гранулированного непрерывно перемещающегося высушиваемого слоя материала. The solution of this problem is carried out by organizing a microwave energy supply directly into the sublimation zone of the frozen granular material and by removing sublimated steam in a preformed capillary-porous structure of a granular continuously moving dried material layer.
Технический результат достигается тем, что в способе непрерывной сублимационной сушки, включающем образование гранул и замораживание гранул капиллярно пористого материала в вакууме, подсушку его в поле ИК-излучения до образования сухой корочки на поверхности гранул и их перемещение из гранул с подсушенной внешней поверхностью, создают слой с непрерывно перемещающимися в нем сверху вниз гранулами, которые постоянно облучают в верхней части слоя полем СВЧ и продувают внизу этот слой высушиваемого материала потоком инертного газа, например аргона, при этом остаточное давление над верхней поверхностью слоя поддерживают соответствующим температуре насыщения сублимирующихся паров, равной минимальной температуре замораживания, температура в слое на одной трети высоты от верхней поверхности не превышает криоскопической температуры продукта, температура на нижней поверхности высушиваемого слоя материала устанавливают в потоке инертного газа не выше температуры, уменьшающей его биологическую активность по характеристическому параметру при остаточном давлении водяных паров, соответствующему криоскопической температуре замораживания материала, а при перемещении гранул в слое разница измерения давления водяных паров между верхней и нижней поверхностью слоя оставляют постоянной в процессе непрерывной сушки материала. The technical result is achieved by the fact that in the method of continuous freeze drying, including the formation of granules and freezing of granules of a capillary-porous material in vacuum, drying it in the field of infrared radiation until a dry crust forms on the surface of the granules and moving them from granules with a dried outer surface, create a layer with granules continuously moving in it from top to bottom, which are constantly irradiated in the upper part of the layer with a microwave field and purged below this layer of the dried material with an inert gas stream, for example argon measures, while the residual pressure above the upper surface of the layer is maintained corresponding to the saturation temperature of sublimating vapors equal to the minimum freezing temperature, the temperature in the layer at one third of the height from the upper surface does not exceed the cryoscopic temperature of the product, the temperature on the lower surface of the dried material layer is set in an inert stream gas is not higher than the temperature, which reduces its biological activity by the characteristic parameter at the residual pressure of water Vapor corresponding cryoscopic freezing temperature of the material, and moving the granules in the layer of the pressure difference measurement of water vapor between the upper layer and the lower surface is left constant during the continuous drying material.
На фиг. 1 представлена схема непрерывной сублимационной сушки. На фиг.2 показана установка, реализующая данный способ. In FIG. 1 shows a continuous freeze drying scheme. Figure 2 shows the installation that implements this method.
На фиг.1 представлена схема, иллюстрирующая способ непрерывной сублимационной сушки /ниже тройной точки/ в поле СВЧ и потоке инертного газа. В емкости 1, фиг. 1, подсушенный до образования сухой корочки с поверхности замороженные гранулы продукта формируют слой Н. В верхней части слоя Н, на его поверхности поддерживают температуру замораживания Т3 путем соблюдения соответствующего остаточного давления Р3 в камере 1 и охлаждения ее стенок. К верхней части слоя до уровне Н= Н/3 подводят СВЧ-энергоподвод. На уровне Н= Н/3 от верхней поверхности температуры поддерживается близкой к криоскопической, Тк. Соответственно давление насыщенных водяных паров на данном уровне поддерживается Рк=f (Тк). Снизу слоя Н подводят поток подогретого до температуры Тп инертного газа, например аргона. В поле СВЧ в вакууме удаляется свободная остаточная кристаллическая влага. В потоке инертного газа происходит удаление связанной влаги из гранул. Движущей силой фильтрационного переноса является разность давлений ΔР=Рк-Р3. Гранулы в слое Н перемещаются сверху вниз при непрерывном его заполнении сверху замороженными гранулами и выводом снизу слоя высушенных до заданной влажности гранул.Figure 1 presents a diagram illustrating a method of continuous freeze drying (below the triple point) in the microwave field and the inert gas stream. In the tank 1, FIG. 1, dried to form a dry crust from the surface, the frozen granules of the product form a layer H. In the upper part of layer H, a freezing temperature T 3 is maintained on its surface by observing the corresponding residual pressure P 3 in chamber 1 and cooling its walls. A microwave energy supply is brought to the upper part of the layer to the level H = N / 3. At the level of H = N / 3 from the upper surface of the temperature is maintained close to cryoscopic, T to . Accordingly, the pressure of saturated water vapor at this level is supported by P to = f (T to ). From the bottom of layer H, a stream of inert gas, such as argon, heated to a temperature T p , is fed. In the microwave field in a vacuum, free residual crystalline moisture is removed. In an inert gas stream, bound moisture is removed from the granules. The driving force of the filtration transfer is the pressure difference ΔP = P to -P 3 . The granules in the layer H are moved from top to bottom when it is continuously filled from above with frozen granules and the bottom of the layer dried up to the specified moisture content of granules.
Способ реализуется в установке, фиг.2, включающей вакуумную камеру 1, конденсатор 2, вакуумный насос 3 и устройство 4 диспергирования /гранулирования/ материала. К боковой части камеры 1 подключен СВЧ-генератор 5. The method is implemented in the installation, figure 2, comprising a vacuum chamber 1, a
В области расположения СВЧ-генератора 5 по периметру камеры 1 спирально расположена трубка 6 охлаждения сушилки от конденсатора 2. Над устройством 4 расположен инфракрасный нагреватель 7 для организации подсушки диспергируемого материала. In the area of the
В основании камеры 1 расположен шнек 8, промежуточная камера 9, камера сбора 10 готового материала. Камера 1 соединена с ваукуумным насосом 3 вентилями 11, 12. Конденсатор 2 соединен с трубкой 6 охлаждения вентилем 13. В торце шнека 8 камера 1 соединена с камерой 9 и 10 задвижками 14, 15, 16. В основании камера 1 имеет пористые вставки 17 для ввода газа, например аргона, через регулировочный вентиль 18 из баллона 19. Подогрев инертного газа осуществляется электронагревателем 20. At the base of the chamber 1 there is a
При квазистационарном режиме непрерывной сублимационной сушки и образования в камере 1 слоя Н материала контролируют:
- остаточное давление над слоем Н замороженного продукта датчиком 21,
- остаточное давление P2 над шнеком 7 датчиком 22,
- давление Р3 около вакуум-насоса вакууметром 23,
- температура T1 датчиком 24 на высоте Н=1/3Н от верхнего уровня слоя Н продукта с регистрацией регистратором 25,
- температура Т2 датчиком 26 у основания камеры 1 над шнеком 7 с регистрацией регистратором 27.In the quasi-stationary mode of continuous freeze drying and the formation in the chamber 1 of a layer H of material control:
- residual pressure above the layer H of frozen product by the
- residual pressure P 2 over the
- pressure P 3 near the vacuum pump with a
- temperature T 1 by the sensor 24 at a height of H = 1 / 3H from the upper level of the product layer H with registration by the
- temperature T 2 by the sensor 26 at the base of the chamber 1 above the
Датчики 21 и 22 соединены через регистраторы 28, 29 с первым выходом дифференциатора 30, блоком сравнения 31, преобразователем 32 и СВЧ-генератором 5. Выход с регистратора 25 и выход с регистратора 27 связаны с дифференциатором 33, последний с блоком сравнения 34. Блоки 31 и 34 своими выходами связаны с задатчиками 35 и 36. Датчик 27 связан через блок 33 с блоком сравнения 34, исполнительным механизмом 37 и нагревателем 20. Температура на высоте Н=1/3Н по датчику 24 регистрируется регистратором 25. Камера 10 соединена с камерой 1 вентилем 38. The
Способ непрерывной сублимационной сушки термолабильных препаратов на установке, фиг.2, реализуется следующим образом. The method of continuous freeze-drying of thermolabile preparations in the installation, figure 2, is implemented as follows.
При включенном вакуум-насосе 3 и охлажденном конденсаторе 2 при открытых вентилях 11, 12 в сушилке 1 достигается заданный вакуум, регистрируемый регистраторами 23, 28, 29. When the
При открытом вентиле 13 через трубку 6 охлаждается корпус камеры 1 в зоне воздействия поля СВЧ. Включается ИК-излучатель 6. При установлении стабильного вакуума в камере 1 вводится устройством 4 диспергируемый /гранулированный/ продукт. Камеру 1 заполняют гранулированным продуктом с подсушенной корочкой при действии ИК-излучателя 6 до высоты H. Включается СВЧ-генератор 5 нагревателя 20 и открывается вентиль 18, проводится ввод теплого инертного газа из балона 19. В задатчики 35, 36 вводятся следующее:
в задатчик 35:
ΔP = P2(Tэ)-P1(T3), (1)
где величина Р2 (Тэ) - давление насыщенных паров при минимальной температуре эвтектики Тэ высушиваемого материала;
P1 (Т3) - давление насыщенных водяных паров при температуре Т3 полного замораживания материала:
T3=Tэ-10, (2)
т.е. когда процент незамороженной влаги в продукте в этом случае минимален /при Тэ эта величина составляет от 88 до 96%/.When the
to the setter 35:
ΔP = P 2 (T e ) -P 1 (T 3 ), (1)
where the value of P 2 (T e ) is the vapor pressure at a minimum eutectic temperature T e the dried material;
P 1 (T 3 ) is the pressure of saturated water vapor at a temperature of T 3 complete freezing of the material:
T 3 = T e -10, (2)
those. when the percentage of unfrozen moisture in the product in this case is minimal / at T e this value is from 88 to 96% /.
Дифференциатор 36 определяет разность температур в слое на высоте Н= 1/3Н:
ΔT=T1-Tк, (3)
т. е. Тк - криоскопическая температура замораживания высушиваемого материала,
T1 - температура материала, сохраняющая его высокие товарные биологические качества в конечном высушенном виде /для соков, овощных пюре, вакцин ~ 25 oС/.
ΔT = T 1 -T k , (3)
i.e., T c is the cryoscopic freezing temperature of the dried material,
T 1 - the temperature of the material, preserving its high commercial biological quality in the final dried form / for juices, vegetable purees, vaccines ~ 25 o C /.
Величина ΔТ согласно соотношению /3/ для конкретного высушиваемого продукта вводится в задатчик 36. При воздействии СВЧ-энергоподвода и потока инертного газа в слое Н образуется зона свободной /замороженной/ и связанной влаги, фиг. 1. Включается шнек 8, открывается задвижка 14. При заполнении камеры 9 открывается задвижка 15 и продукт вводится в камеру 10. После заполнения камеры 10 закрывается задвижка 15, открывается задвижка 16 и сухой продукт выводится из камеры 10. После вывода продукта задвижка 16 закрывается и открывается вентиль 38 для вакуумирования камеры 10. После достижения заданного вакуума вентиль 38 закрывается и цикл по заполнению и опорожнению камер 9, 10 сухим продуктом повторяется. The value ΔT according to the ratio / 3 / for a particular product to be dried is introduced into the
При проведении непрерывной сублимационной сушке черносмородинового сока в слое Н=600 мм в соотношении /1/:
ΔР=Р2(Тэ)-Р1(Т3)=100-30=70 Па.When carrying out continuous freeze-drying of blackcurrant juice in a layer H = 600 mm in the ratio / 1 /:
ΔP = P 2 (T e ) -P 1 (T 3 ) = 100-30 = 70 Pa.
Из соотношения /2/ температура замораживания Т3:
ΔТ3=Тэ+10=250-10=240 К,
где Тэ - эвтектическая температура черносмородинового сока (tэ = -23 oС).From the ratio / 2 / freezing temperature T 3 :
ΔT 3 = T e + 10 = 250-10 = 240 K,
where T e - the eutectic temperature of blackcurrant juice (t e = -23 o C).
В соотношении /3/:
ΔТ=Т1-Тк =298-267= 31oС,
где T1 - температура вводимого в камеру аргона ~ 25 Сo,
Тк - криоскопическая температура - 267oС для черносмородинного сока.In the ratio / 3 /:
ΔТ = Т 1 -Т к = 298-267 = 31 o С,
where T 1 is the temperature of the argon introduced into the chamber ~ 25 C o ,
T to - cryoscopic temperature - 267 o C for blackcurrant juice.
При указанных параметрах непрерывный процесс сублимационной сушки черносмородинного сока в камере 1 проводится до конечной влажности ~3, 4% при сохранении витамина С в конечном продукте не менее 96%. Уровень СВЧ энергоподвода выбирался не более... With these parameters, the continuous process of freeze-drying of blackcurrant juice in chamber 1 is carried out to a final moisture content of ~ 3.4%, while maintaining vitamin C in the final product of at least 96%. The microwave energy supply level was selected no more ...
Изменение рабочих параметров ΔP, ΔT3, ΔT в камере 1 в процессе непрерывной сублимационной сушки может быть связанно со следующими причинами: увеличением /уменьшением/ расхода гранулированного продукта при повышении /уменьшении/ его влажности в устройстве диспергирования 4;
- работой шнека 7, не обеспечивающий рациональный режим вывода из камеры 1 высушенного продукта;
- повышение остаточного давления в камере 1 вследствие недозамораживания материала при его диспергировании в вакууме;
- увеличением /броском/ остаточного давления в вакуумировании камеры 10 сбора готового продукта;
- циклической работой конденсатора 2 /десублиматора/ в процессе регенирации рабочих поверхностей.The change in the operating parameters ΔP, ΔT 3 , ΔT in the chamber 1 during continuous freeze-drying can be associated with the following reasons: increase / decrease / consumption of the granular product with increasing / decreasing / its humidity in the
- the work of the
- increase in residual pressure in the chamber 1 due to the freezing of the material when it is dispersed in vacuum;
- increase / cast / residual pressure in the
- cyclic operation of the
Все указанные возможные изменения параметров непрерывно регистрируются:
- датчиками 21, 22 контроля остаточного давления и вакууметром 23;
- датчиками температуры 25, 26.All the indicated possible parameter changes are continuously recorded:
-
-
Рассмотрим возможный случай повышения остаточного давления в камере 1 над слоем Н гранулированного продукта, что зарегистрируется датчиком 21 по регистратору 28. В этом случае повышается температура на границе зоны удаления свободной и связанной влаги, регистрируемая датчиком 24 температура по регистратору 25. Сигнал с регистратора 28 попадает на вход дифференциатора 30, далее в блок сравнения 31 и сравнивается в задатчике 35 значением и искомая величина выходит в преобразователь 32, где уменьшает уровень СВЧ-нагрева, тем самым снижая интенсивность сублимации свободной влаги в слое Н. Одновременно повышение температуры продукта на границе перехода гранулированного продукта с замороженной и связанной влагой по сигналу датчика 24 регистрируется регистратором 25, передается дифференциатор 33 и через блок сравнения 34 сравнивается с датчиком 36, откуда сигнал через исполнительный механизм 37 через реостат изменяет напряжение на нагревателе 20. Тем самым изменяется температура инертного газа на входе через пористые вставки 17 в основание камеры 1. Consider a possible case of increasing the residual pressure in the chamber 1 over the granular product layer H, which is detected by the
В случае повышения конечной влажности продукта возможно увеличение давления, регистрируемого датчиком 22, или понижение температуры, фиксируемое датчиком 26. При повышении давления сигнала с датчика 22 регистрируется регистратором 29, откуда подается в дифференциатор 30, где сравнивается с сигналом, регистрируемым датчиком 21. Разница сигналов попадает в блок сравнения 21, сравнивается с датчиком 35 и попадается в преобразователь 32, где увеличивается уровень СВЧ энергоподвод. In the case of an increase in the final humidity of the product, it is possible to increase the pressure recorded by the
Понижение температуры, регистрируемое датчиком 26, подается в дифференциатор 23, вводится в блок 34, сравнивается с сигналом датчика 36 и разница сигналов подается в исполнительный механизм 37, увеличивающий напряжение на нагревателе 20 и повышающий нагрев инертного газа, подаваемого через пористые вставки 17 в камеру 1. The temperature decrease recorded by the
Таким образом комплекс датчиков 21, 22, 24, 26 и система регулирования поддерживает параметры ΔP, ΔTэ, ΔT на заданном уровне и позволяют получить конечный продукт высокого качества и заданной влажности из любого исходного сырья, поддающегося грануляции в вакууме. Предварительно найденные экспериментально или известные из справочных данных значения Тэ, Т3, Тк, T1 и зависимости /1/÷/3/ позволяют реализовать способ непрерывной сублимационной сушки с мощью установки, фиг.2, для любого продукта.Thus, the complex of
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001104042/06A RU2187053C1 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Method of continuous sublimation drying of thermolabile materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001104042/06A RU2187053C1 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Method of continuous sublimation drying of thermolabile materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2187053C1 true RU2187053C1 (en) | 2002-08-10 |
Family
ID=20245955
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001104042/06A RU2187053C1 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Method of continuous sublimation drying of thermolabile materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2187053C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005068924A1 (en) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Lomakina Ol Ga Gennadievna | Method for restoring humidity damaged organic fibrous material and articles made of said materials |
CN102062525A (en) * | 2010-12-05 | 2011-05-18 | 江南大学 | Negative-pressure microwave uniform spraying and drying device and application |
-
2001
- 2001-02-13 RU RU2001104042/06A patent/RU2187053C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005068924A1 (en) * | 2004-01-19 | 2005-07-28 | Lomakina Ol Ga Gennadievna | Method for restoring humidity damaged organic fibrous material and articles made of said materials |
CN102062525A (en) * | 2010-12-05 | 2011-05-18 | 江南大学 | Negative-pressure microwave uniform spraying and drying device and application |
CN102062525B (en) * | 2010-12-05 | 2012-04-18 | 江南大学 | Negative-pressure microwave uniform spraying and drying device and application |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3319344A (en) | Freeze drying liquid foods | |
Rulkens et al. | Retention of volatile compounds in freeze‐drying slabs of malto‐dextrin | |
RU2187053C1 (en) | Method of continuous sublimation drying of thermolabile materials | |
US2930139A (en) | Vacuum drying | |
JPS6336828A (en) | Production of dried particulate material and vacuum freeze dryer | |
JPH06180181A (en) | Method of preparing freeze-drying | |
US7038180B2 (en) | Isostat for treating materials and method of removing ceramic material from metal articles using the same | |
Sharma et al. | Influence of product thickness, chamber pressure and heating conditions on production rate of freeze-dried yoghurt | |
Stapley | Freeze drying | |
RU2357166C1 (en) | Vacuum heat-labile material drying device | |
US3304617A (en) | Method and apparatus for freeze-drying foods | |
Lombraña | Fundamentals and tendencies in freeze-drying of foods | |
HU183005B (en) | Method and apparatus for energy spare drying of constant output particularly granular products or produces containing surface and fixed moisture | |
JP2703179B2 (en) | Freeze drying method and vacuum heating vessel for freeze drying equipment | |
JPS59109764A (en) | Drier for food, etc. | |
Liapis et al. | Freeze drying of a frozen liquid in a phial | |
RU2278338C2 (en) | Plant with composite power drive for continuous sublimation drying of thermolabile materials | |
US3487554A (en) | Method and apparatus for dehydrating materials | |
Tan et al. | Drying | |
Kerkhof et al. | The effect of process conditions on aroma retention in drying liquid foods | |
SU564495A1 (en) | Method for drying thermosensitive products | |
CN211020783U (en) | Energy-saving freeze-drying device | |
JPH0440587Y2 (en) | ||
RU2165566C1 (en) | Continuous installation for freeze drying of thermolabile materials | |
ZARKARIAN et al. | Acceleration of limited freeze‐drying in conventional dryers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060214 |