RU2416918C1 - Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation - Google Patents
Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2416918C1 RU2416918C1 RU2010100448/13A RU2010100448A RU2416918C1 RU 2416918 C1 RU2416918 C1 RU 2416918C1 RU 2010100448/13 A RU2010100448/13 A RU 2010100448/13A RU 2010100448 A RU2010100448 A RU 2010100448A RU 2416918 C1 RU2416918 C1 RU 2416918C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- installation
- vapor
- water
- fraction
- liquid
- Prior art date
Links
Landscapes
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической промышленности и может быть использовано для сублимационной сушки замороженных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов.The invention relates to the field of food, microbiological and chemical industries and can be used for freeze-drying of frozen solutions or suspensions, freeze-drying of frozen food.
Известен способ атмосферной сублимационной сушки, при котором через слой замороженного влагосодержащего продукта продувают нагретый воздух с низким парциальным давлением водяных паров. Проходя сквозь слой продукта, воздух отдает тепловую энергию замороженному продукту, которая затрачивается на сублимационное испарение влаги из продукта. Выходящий из слоя продукта охлажденный воздух с повышенным содержанием водяных паров подают к испарителю холодильной установки (в десублиматор), на поверхности которого происходит десублимация содержащейся в воздухе влаги. Охлажденный и осушенный воздух нагревают и вновь подают в слой замороженного продукта. Подачу воздуха осуществляют путем естественной циркуляции (свободная конвекция) или при помощи воздуходувного устройства (вынужденная конвекция).A known method of atmospheric freeze-drying, in which heated air with a low partial pressure of water vapor is blown through a layer of frozen moisture-containing product. Passing through the product layer, air gives off thermal energy to the frozen product, which is expended on the freeze-drying evaporation of moisture from the product. The cooled air leaving the product layer with a high content of water vapor is fed to the evaporator of the refrigeration unit (in the desublimator), on the surface of which the moisture contained in the air is desublimated. The cooled and dried air is heated and again fed into the layer of the frozen product. The air supply is carried out by natural circulation (free convection) or by means of a blower (forced convection).
Недостатком данного способа является значительная продолжительность сушки и снижение качества высушиваемого продукта вследствие долговременного контакта высушиваемого продукта с кислородом воздуха.The disadvantage of this method is the significant duration of drying and a decrease in the quality of the dried product due to the long-term contact of the dried product with oxygen.
(См. Семенов Г.В., Касьянов Г.И. «Сушка сырья: мясо, рыба, овощи, фрукты, молоко». Учебно-практическое пособие. Серия «Технологии пищевых производств». Ростов н/Д: издательский центр «МарТ», 2002. с.82-87.)(See Semenov G.V., Kasyanov G.I. “Drying of raw materials: meat, fish, vegetables, fruits, milk.” A training and practical manual. Series “Food Production Technologies.” Rostov n / a: Publishing Center “Mart ”, 2002. p. 82-87.)
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является сокращение времени сушки и исключение контакта высушиваемого продукта с кислородом воздуха.The technical result achieved by the invention is to reduce the drying time and to prevent contact of the dried product with oxygen.
Поставленный технический результат достигается тем, что способ вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом тепловой энергии к высушиваемому продукту заключается в том, что в системе вакуумируемых камер (сосудов) в условиях разрежения:The technical result is achieved by the fact that the method of vacuum freeze drying with convective supply of thermal energy to the dried product is that in a system of evacuated chambers (vessels) under vacuum:
a) осуществляют ректификационное разделение раствора воды в легкокипящем жидком гидрофильном агенте на паровую фракцию, обогащенную агентом, и на жидкую фракцию, обогащенную водой; жидкую фракцию выводят за пределы установки для удаления из нее воды путем вымораживания или ректификации, после чего агент возвращают в установку;a) carry out a distillation separation of a solution of water in a low boiling liquid hydrophilic agent into a vapor fraction enriched with an agent and a liquid fraction enriched with water; the liquid fraction is removed outside the installation to remove water from it by freezing or rectification, after which the agent is returned to the installation;
b) паровую фракцию нагревают и пропускают сквозь слой замороженного высушиваемого продукта, данный процесс осуществляют один или несколько раз;b) the vapor fraction is heated and passed through a layer of frozen dried product, this process is carried out one or more times;
с) осуществляют конденсацию паровой фракции, после чего сконденсированный раствор воды в жидком агенте направляют на ректификационное разделение в процессе «а».c) the condensation of the vapor fraction is carried out, after which the condensed solution of water in the liquid agent is sent for distillation separation in the process "a".
В качестве легкокипящего жидкого гидрофильного агента предпочтительно применяют этиловый спирт.Ethyl alcohol is preferably used as the boiling liquid hydrophilic agent.
Паровую фракцию нагревают при помощи калорифера. Нагрев паровой фракции осуществляют за счет низкопотенциального энергоносителя, например при помощи теплового насоса, и/или за счет высокопотенциального энергоносителя, например при помощи теплогенератора.The vapor fraction is heated using a heater. The heating of the vapor fraction is carried out due to the low potential energy carrier, for example using a heat pump, and / or due to the high potential energy carrier, for example using a heat generator.
Испарение жидкости в процессе ректификационного разделения осуществляют за счет тепловой энергии конденсации паровой фракции, потенциал которой повышают посредством теплового насоса.The evaporation of the liquid in the process of distillation separation is carried out due to the thermal energy of condensation of the vapor fraction, the potential of which is increased by means of a heat pump.
Поставленный технический результат достигается тем, что установка вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом теплоты к продукту содержит ректификационную колонну с кипятильником и дефлегматором, одну или несколько сушильных камер (сосудов), в которых находится замороженный высушиваемый продукт, один или несколько калориферов и конденсатор, образующие общую герметичную систему, а также вакуумный насос, поддерживающий в системе разрежение; в качестве рабочего тела установки применен легкокипящий гидрофильный агент, например этиловый спирт.The technical result is achieved by the fact that the installation of vacuum freeze drying with convective heat supply to the product contains a distillation column with a boiler and a reflux condenser, one or more drying chambers (vessels), in which there is a frozen dried product, one or more heaters and a condenser forming a common a sealed system, as well as a vacuum pump that maintains a vacuum in the system; A low boiling hydrophilic agent, for example ethyl alcohol, is used as the working fluid of the installation.
Конденсатор предпочтительно связан тепловым насосом с кипятильником ректификационной колонны, а дефлегматор охлаждается при помощи холодильной установки, например является испарителем холодильного агрегата.The condenser is preferably connected by a heat pump to the boiler of the distillation column, and the reflux condenser is cooled by a refrigeration unit, for example, it is an evaporator of a refrigeration unit.
Для проведения процесса сушки продукта в сублимационном режиме давление паровой смеси в системе вакуумируемых камер поддерживают на уровне, при котором парциальное давление паров воды в сушильных камерах не превышает давление «тройной точки», т.е. не превышает 610 Па.To carry out the drying process of the product in a sublimation mode, the pressure of the steam mixture in the system of evacuated chambers is maintained at a level at which the partial pressure of water vapor in the drying chambers does not exceed the pressure of the "triple point", i.e. does not exceed 610 Pa.
Использование заявленного изобретения позволит исключить контакт высушиваемого продукта с кислородом воздуха. Обеспечит высокую скорость и равномерность подвода тепловой энергии к высушиваемому продукту за счет использования принудительной конвективной передачи тепловой энергии продукту с помощью парообразного рабочего тела (паровой фракции). Обеспечит высокую скорость отвода выделяющихся из продукта водяных паров за счет высокой объемной скорости потока разреженных паров рабочего тела. Высокая объемная скорость потока паров рабочего тела обеспечивается низкой плотностью и, соответственно, низкой вязкостью паров рабочего тела (при высоком разрежении в системе) и значительным перепадом давлений между зоной испарения и зоной конденсации рабочего тела. Значительный перепад давлений обеспечивается небольшим (20-30°C) температурным перепадом между зоной испарения (в кипятильнике ректификационной колонны) и зоной конденсации рабочего тела, что позволит возвращать теплоту конденсации паров рабочего тела в зону испарения при помощи теплового насоса. Высокая объемная скорость потока позволит повысить коэффициент теплопередачи от калорифера парам рабочего тела и коэффициент теплопередачи от паров рабочего тела к гранулам (частицам) высушиваемого продукта. Высокое разрежение в системе обеспечит низкое парциальное давление водяных паров в парах рабочего тела, не превышающее давление «тройной точки».Using the claimed invention will eliminate the contact of the dried product with oxygen. It will provide high speed and uniformity of the supply of thermal energy to the dried product through the use of forced convective transfer of thermal energy to the product using a vaporous working fluid (vapor fraction). It will provide a high rate of removal of water vapor released from the product due to the high volumetric flow rate of rarefied vapor of the working fluid. The high volumetric flow rate of the vapor of the working fluid is ensured by a low density and, accordingly, low viscosity of the vapor of the working fluid (with a high vacuum in the system) and a significant pressure drop between the evaporation zone and the condensation zone of the working fluid. A significant pressure difference is ensured by a small (20-30 ° C) temperature difference between the evaporation zone (in the boiler of the distillation column) and the condensation zone of the working fluid, which will allow the heat of condensation of the vapor of the working fluid to be returned to the evaporation zone using a heat pump. High volumetric flow rate will increase the heat transfer coefficient from the heater to the vapor of the working fluid and the heat transfer coefficient from the vapor of the working fluid to the granules (particles) of the dried product. High vacuum in the system will provide a low partial pressure of water vapor in the vapor of the working fluid, not exceeding the pressure of the "triple point".
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показан вариант устройства вакуумной сублимационной сушки с конвективным подводом теплоты к продукту.The invention is illustrated in the drawing, which shows a variant of the device for vacuum freeze drying with convective supply of heat to the product.
Устройство содержит сушильные камеры 1 и 2 с замороженным высушиваемым продуктом, калориферы 3-5, конденсатор 6 и насадочную ректификационную колонну 7, в которой расположены кипятильник 8, дефлегматор 9, насадка 10 и распределители жидкости 11 и 12. Устройство также содержит насос 13, вакуумный насос 14, компрессор 15, дроссельный клапан 16. На трубопроводе, соединяющем конденсатор 6 и распределитель жидкости 11, расположен гидрозатвор 17. В качестве рабочего агента применен этиловый спирт.The device contains drying chambers 1 and 2 with a frozen dried product, heaters 3-5, a condenser 6 and a packed distillation column 7, in which a boiler 8, a reflux condenser 9, a nozzle 10 and liquid distributors 11 and 12 are located. The device also contains a pump 13, a vacuum pump 14, compressor 15, throttle valve 16. On the pipeline connecting the condenser 6 and the liquid distributor 11, a water seal 17 is located. Ethyl alcohol is used as a working agent.
Работа устройства осуществлена следующим образом.The operation of the device is as follows.
Выходящую из ректификационной колонны 7 паровую фракцию, состоящую из паров спирта и водяных паров, в которой парциальное давление водяных паров не превышает давление «тройной точки», последовательно нагревают в калориферах 3 и 4 и подают в сушильную камеру 1 с замороженным высушиваемым продуктом. Проходя через слой продукта, паровая фракция охлаждается, передавая тепловую энергию продукту, из которого под действием полученного тепла происходит сублимация замороженной влаги. Проходящая через слой продукта паровая фракция насыщается водяными парами, однако из-за снижения общего давления парциальное давление водяных паров в смеси не повышается выше давления «тройной точки», вследствие чего сушка продукта во всем его слое происходит в сублимационном режиме.The vapor fraction leaving the distillation column 7, consisting of alcohol vapor and water vapor, in which the partial pressure of water vapor does not exceed the pressure of the “triple point”, is successively heated in heaters 3 and 4 and fed into the drying chamber 1 with a frozen dried product. Passing through the product layer, the vapor fraction cools, transferring thermal energy to the product, from which sublimation of frozen moisture occurs under the action of the heat received. The vapor fraction passing through the product layer is saturated with water vapor, however, due to a decrease in the total pressure, the partial pressure of water vapor in the mixture does not increase above the “triple point” pressure, as a result of which the product is dried in its entire layer in a freeze-drying mode.
Вышедшую из сушильной камеры 1 паровую фракцию нагревают в калорифере 5 и подают в сушильную камеру 2 с замороженным высушиваемым продуктом, в котором паровая фракция охлаждается, а из продукта осуществляется сублимация замороженной влаги. После сушильной камеры 2 паровая фракция с повышенным содержанием водяных паров (парциальное давление которых по-прежнему не превышает 610 Па) поступает в конденсатор 6, в котором паровая фракция конденсируется в водно-спиртовой раствор, который по трубопроводу самотеком через гидрозатвор 17 и распределитель жидкости 11 поступает на разделение в ректификационную колонну 7. Гидрозатвор 17 препятствует обратному перемещению паровой фракции из ректификационной колонны 7 непосредственно в конденсатор 6, минуя сушильные камеры 1 и 2. Рабочее разрежение в системе создают вакуумным насосом 14, а величину рабочего разрежения регулируют температурой конденсации паровой фракции в конденсаторе 6.The vapor fraction leaving the drying chamber 1 is heated in a heater 5 and fed to the drying chamber 2 with a frozen, dried product, in which the steam fraction is cooled, and the frozen moisture is sublimated from the product. After the drying chamber 2, the vapor fraction with a high content of water vapor (the partial pressure of which still does not exceed 610 Pa) enters the condenser 6, in which the vapor fraction condenses into a water-alcohol solution, which is piped by gravity through a water seal 17 and a liquid distributor 11 goes to the separation in the distillation column 7. Airlock 17 prevents the backward movement of the vapor fraction from the distillation column 7 directly into the condenser 6, bypassing the drying chambers 1 and 2. Working section pressure in the system is created by a vacuum pump 14, and the magnitude of the working vacuum is regulated by the condensation temperature of the vapor fraction in the condenser 6.
В ректификационной колонне 7 поступающий водно-спиртовой раствор разделяется на паровую фракцию с повышенным содержанием паров этилового спирта и пониженным содержанием водяных паров, а также на жидкую фракцию в виде водного раствора этилового спирта с повышенным содержанием воды и пониженным содержанием этилового спирта. Паровая фракция направляется через калориферы 3 и 4 в сушильную камеру 1, а жидкая фракция насосом 13 выводится за пределы установки для разделения на этиловый спирт, который возвращают в ректификационную колонну 7, и на воду, удаляемую из процесса. Часть жидкой фракции после насоса 13 через распределитель жидкости 12 возвращают в колонну 7 для непрерывного смачивания поверхности кипятильника 8.In distillation column 7, the incoming aqueous-alcoholic solution is divided into a vapor fraction with a high content of ethyl alcohol vapor and a low content of water vapor, as well as a liquid fraction in the form of an aqueous solution of ethyl alcohol with a high water content and a reduced content of ethyl alcohol. The vapor fraction is sent through heaters 3 and 4 to the drying chamber 1, and the liquid fraction is pumped out by the pump 13 outside the unit for separation into ethyl alcohol, which is returned to the distillation column 7, and to water removed from the process. Part of the liquid fraction after the pump 13 through the liquid distributor 12 is returned to the column 7 for continuous wetting of the surface of the boiler 8.
Испарение части жидкой фракции в ректификационной колонне 7 осуществляют за счет теплоты конденсации паровой смеси в конденсаторе 6, потенциал которой повышают при помощи теплового насоса. Для этого пары хладагента, поступающие из змеевика конденсатора 6, сжимают компрессором 15 и подают в змеевик кипятильника 8, в котором при повышенном давлении и температуре пары хладагента конденсируются, передавая теплоту конденсации водному раствору этилового спирта, смачивающего внешнюю поверхность змеевика кипятильника 8, обеспечивая испарение раствора и образование паровой фракции. Сконденсированный в змеевике кипятильника 8 хладагент через дроссельный клапан 16 поступает в змеевик конденсатора 6, в котором при пониженном давлении и температуре испаряется, обеспечивая конденсацию паровой фракции в конденсаторе 6.The evaporation of part of the liquid fraction in the distillation column 7 is carried out due to the heat of condensation of the steam mixture in the condenser 6, the potential of which is increased by means of a heat pump. For this, the refrigerant vapor coming from the coil of the condenser 6 is compressed by the compressor 15 and fed to the coil of the boiler 8, in which, at elevated pressure and temperature, the refrigerant vapor condenses, transferring the heat of condensation to the aqueous solution of ethyl alcohol, wetting the outer surface of the coil of the boiler 8, allowing the solution to evaporate and vapor formation. The refrigerant condensed in the coil of the boiler 8 through the throttle valve 16 enters the coil of the condenser 6, in which it evaporates at reduced pressure and temperature, providing condensation of the vapor fraction in the condenser 6.
Для отвода избыточной тепловой энергии из установки, а также для образования необходимого количества флегмы, требующейся для работы ректификационной колонны 7, предназначен дефлегматор 9, охлаждение которого осуществляют при помощи внешнего холодильного агрегата. Сконденсировавшаяся на поверхностях дефлегматора 9 флегма стекает по насадке 10 в нижнюю часть ректификационной колонны 7, вступая в массообменные процессы с поднимающейся от кипятильника 8 паровой фракцией.For the removal of excess thermal energy from the installation, as well as for the formation of the necessary amount of reflux required for the operation of distillation column 7, a reflux condenser 9 is designed, the cooling of which is carried out using an external refrigeration unit. The phlegm condensed on the surfaces of the reflux condenser 9 flows down the nozzle 10 into the lower part of the distillation column 7, entering mass transfer processes with a vapor fraction rising from the boiler 8.
Так как паровая фракция, выходящая из верхней части ректификационной колонны 7, имеет низкую температуру, ее нагрев осуществляют в две ступени. На первой ступени нагрев паровой фракции осуществляют в калорифере 3, использующем для своей работы низкопотенциальный греющий агент, на второй ступени нагрев паровой фракции осуществляют в калорифере 4, использующем для своей работы высокопотенциальный греющий агент.Since the vapor fraction leaving the upper part of the distillation column 7 has a low temperature, its heating is carried out in two stages. In the first stage, the heating of the vapor fraction is carried out in a heater 3, using a low-grade heating agent for its operation, in the second stage, the heating of the vapor fraction is carried out in a calorifier 4, using a high-potential heating agent for its operation.
Claims (8)
a) осуществляют ректификационное разделение раствора воды в легкокипящем жидком гидрофильном агенте на паровую фракцию, обогащенную агентом, и на жидкую фракцию, обогащенную водой; жидкую фракцию выводят за пределы установки;
b) паровую фракцию нагревают и пропускают сквозь слой замороженного высушиваемого продукта, данный процесс осуществляют один или несколько раз;
c) осуществляют конденсацию паровой фракции, после чего сконденсированный раствор воды в легкокипящем жидком гидрофильном агенте направляют на ректификационное разделение в процессе «а».1. The method of vacuum freeze drying, characterized in that in a system of evacuated chambers under vacuum:
a) carry out a distillation separation of a solution of water in a low-boiling liquid hydrophilic agent into a vapor fraction enriched in an agent and a liquid fraction enriched in water; the liquid fraction is removed outside the installation;
b) the vapor fraction is heated and passed through a layer of frozen dried product, this process is carried out one or more times;
c) the vapor fraction is condensed, after which the condensed solution of water in a low-boiling liquid hydrophilic agent is sent for distillation separation in the process "a".
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010100448/13A RU2416918C1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010100448/13A RU2416918C1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2416918C1 true RU2416918C1 (en) | 2011-04-27 |
Family
ID=44731378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010100448/13A RU2416918C1 (en) | 2010-01-11 | 2010-01-11 | Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2416918C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729309C1 (en) * | 2019-08-07 | 2020-08-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Drying device |
-
2010
- 2010-01-11 RU RU2010100448/13A patent/RU2416918C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2729309C1 (en) * | 2019-08-07 | 2020-08-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Drying device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102212419B (en) | Perfume drying device and essential oil recycling method | |
| CN105318666A (en) | Vacuum spray freeze-drying device and method | |
| MXPA06012614A (en) | Drying process and apparatus. | |
| US1466670A (en) | Process for concentrating solutions and evaporating fluids | |
| RU2416918C1 (en) | Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation | |
| CN205228008U (en) | Vacuum spraying freeze drying equipment | |
| CN107619720A (en) | A kind of sweet osmanthus aromatic liquid water extracting method | |
| KR101719257B1 (en) | Freeze dryer | |
| US2846319A (en) | Drying process | |
| CN107289742A (en) | A kind of tiny structure low temperature drying device and its drying process | |
| KR20150114232A (en) | low dew point cool wind dryer | |
| RU2420215C1 (en) | Method for vacuum sublimation drying with convective input of thermal energy and vacuum sublimation drying installation | |
| RU2621979C1 (en) | Method for obtaining roasted grain products | |
| RU2357421C1 (en) | Method of vacuum drying of yoghurt cheese | |
| RU2392793C1 (en) | Method for drying grain mass in storage | |
| GB164525A (en) | Method of and arrangement for evaporation of liquids with the recovery of the vapours by condensation | |
| RU2814743C1 (en) | Vacuum sublimation drying method and device for its implementation | |
| Toledo et al. | Evaporation | |
| RU2340845C1 (en) | Method of vacuum moisture elimination | |
| WO2018102835A1 (en) | Apparatus and method for evaporation to concentrate sensitive substances in solutions | |
| CN204599258U (en) | A kind of food processing freeze dryer | |
| RU2410883C2 (en) | Installation for sublimation drying of fruits in inert gas flow | |
| CN214892197U (en) | Freeze dryer with multipoint temperature detection function | |
| CN202254653U (en) | Freeze dryer | |
| CN209475595U (en) | A kind of enrichment facility for active peptide extracting solution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150112 |