RU2578010C1

RU2578010C1 - Vacuum-sublimation dryer

Info

Publication number: RU2578010C1
Application number: RU2014145717/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Сыроватка; Николай Александрович Жданов; Татьяна Сергеевна Комарчук; Георгий Владимирович Бацазов
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-03-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: vacuum-sublimation dryer includes a vacuum chamber, sections with thermal electric modules, a vacuum pump, a heater. Inside the vacuum chamber an electric vibrator with springs is installed, the springs are secured in the bottom part of the carrying frame of the vacuum chamber, and a vertical bucket conveyor, its bottom part by a guide branch pipe is connected with the bottom section with thermal electric modules. The top part of the vertical bucket conveyor via a flexible rotating branch pipe is connected with the top section with thermal electric modules. Adjacent sections with the thermal electric modules are rigidly installed on opposite vertical walls of the carrying frame of the vacuum chamber in a staggered order and opposite inclined at an angle α to the horizontal axis. The sections with the thermal electric modules and the vertical bucket conveyor create a continuous, uniform round flow of the treated material.

EFFECT: use of the said vacuum-sublimation dryer ensures the uniformity of drying, reduces the treatment cycle duration, and reduces power consumption.

1 dwg

Description

Изобретение относится к сушильной технике и может быть использовано в пищевой и комбикормовой промышленности для сушки растительных продуктов и компонентов комбикормов.The invention relates to drying equipment and can be used in the food and feed industry for drying plant products and components of animal feed.

Известно «Устройство для низкотемпературного обезвоживания органических веществ в вакууме» (пат. RU 2150058, F26B 5/06, 27.06.2000 г.), которое содержит вакуумную камеру, элементы размещения и транспортировки органического продукта, систему нагрева и узлы загрузки и выгрузки.It is known "Device for low-temperature dehydration of organic substances in vacuum" (US Pat. RU 2150058, F26B 5/06, 06/27/2000), which contains a vacuum chamber, elements for the placement and transportation of the organic product, a heating system and loading and unloading units.

Данное устройство имеет сложную конструкцию, отдельные узлы громоздки, в частности, полые диски 6 с размещенными на них лопатками 5, снабженными трубчатыми каналами 7 и рядами гребенок пружинных лепестков 8, не могут обеспечить надежный непрерывный поточный процесс обрабатываемого материала.This device has a complex structure, individual nodes are bulky, in particular, hollow disks 6 with blades 5 placed on them, provided with tubular channels 7 and rows of spring lobe combs 8, cannot provide a reliable continuous flow process of the processed material.

Известна «Установка для сублимационной сушки гранулированных пищевых продуктов» (Авт. св. 763658, F26B 5/06, 15.09.1980 г.), содержащая вакуумную камеру, загрузочное и разгрузочное устройства, наклонные к горизонтали вибрирующие лотки, электронагреватели, вибраторы и десублиматоры.The well-known "Installation for freeze-drying granular food products" (Aut. St. 763658, F26B 5/06, 09/15/1980), containing a vacuum chamber, loading and unloading devices, tilting horizontal trays, electric heaters, vibrators and desublimators.

Установка предусматривает выполнение процесса сублимации за один проход гранул по наклонным лоткам. В связи с тем что процесс сублимации длится 8-15 часов, то это возможно осуществить только при большой длине лотков и очень малой скорости перемещения обрабатываемого материала, что не практично. Выполнение вакуумной камеры в виде треугольной призмы не обосновано технологической необходимостью.The installation provides for the implementation of the sublimation process in one pass of granules on inclined trays. Due to the fact that the sublimation process lasts 8-15 hours, this can be done only with a large length of trays and a very low speed of movement of the processed material, which is not practical. The implementation of the vacuum chamber in the form of a triangular prism is not justified by technological necessity.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является «Вакуум-сублимационная сушилка» (пат. RU 2183307, F26B 5/06, 10.06.2002 г.) - принято за прототип, которая содержит вакуумную камеру, герметично соединяющиеся секции с термоэлектрическими модулями, служащими одновременно в качестве нагревателей для вышестоящей секции и десублиматором для нижней.Closest to the technical nature of the present invention is a "Vacuum freeze dryer" (US Pat. RU 2183307, F26B 5/06, 06/10/2002) - taken as a prototype, which contains a vacuum chamber, hermetically connected sections with thermoelectric modules serving at the same time as heaters for the higher section and desublimator for the lower.

Недостатком сушилки является высокая энергоемкость, большая продолжительность цикла (8-10 ч. на цикл) и неравномерность процесса сушки. Причиной тому является неподвижный плотный слой обрабатываемого продукта толщиной 10-15 см.The drawback of the dryer is its high energy intensity, long cycle time (8-10 hours per cycle) and uneven drying process. The reason for this is a fixed, dense layer of the processed product with a thickness of 10-15 cm.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат на процесс сублимации, сокращение продолжительности цикла и обеспечение равномерности сушки.The objective of the invention is to reduce energy consumption for the process of sublimation, reducing the duration of the cycle and ensuring uniformity of drying.

Поставленная задача достигается тем, что в вакуум-сублимационной сушилке, включающей вакуумную камеру, секции с термоэлектрическими модулями, вакуум-насос, нагреватель, новым является то, что внутри вакуумной камеры расположены электровибратор с пружинами, закрепленными в нижней части несущей рамы вакуумной камеры, и вертикальный ковшовый транспортер, нижняя часть которого посредством направляющего патрубка сообщена с нижней секцией с термоэлектрическими модулями, а верхняя часть через гибкий поворотный патрубок - с верхней секцией с термоэлектрическими модулями, причем смежные секции с термоэлектрическими модулями жестко установлены на противоположных вертикальных стенках несущей рамы вакуумной камеры в шахматном порядке противонаклонно под углом α к горизонтальной оси, при этом секции с термоэлектрическими модулями и вертикальный ковшовый транспортер создают непрерывный, равномерный круговой поток обрабатываемого материала.The problem is achieved in that in a vacuum freeze dryer, which includes a vacuum chamber, sections with thermoelectric modules, a vacuum pump, a heater, it is new that inside the vacuum chamber there are an electric vibrator with springs fixed in the lower part of the supporting frame of the vacuum chamber, and a vertical bucket conveyor, the lower part of which is connected with the lower section with thermoelectric modules through the guide pipe, and the upper part through the flexible rotary pipe with the upper section with thermoelectric modules, and adjacent sections with thermoelectric modules are rigidly mounted on opposite vertical walls of the supporting frame of the vacuum chamber in a staggered manner at an angle α to the horizontal axis, while sections with thermoelectric modules and a vertical bucket conveyor create a continuous, uniform circular flow of the processed material.

Наличие вибрирующих сублимационных секций с термоэлектрическими модулями и сообщенного с ними вертикального ковшового транспортера позволяет создавать непрерывный, равномерный круговой поток обрабатываемого продукта, а установка смежных сублимационных секций с термоэлектрическими модулями на внутренних поверхностях противоположных вертикальных стенках вакуумной камеры в шахматном порядке под углом α к горизонтальной оси дает возможность исключить статическое состояние находящегося в лотках обрабатываемого продукта в виде неподвижного, плотного слоя толщиной 10-15 см и создавать псевдоожиженный поток, что обуславливает равномерность процесса сушки, сокращает время обработки и затраты энергии. Величина наклона угла α равна 2-5° и зависит от обрабатываемого продукта.The presence of vibrating sublimation sections with thermoelectric modules and a vertical bucket conveyor connected with them makes it possible to create a continuous, uniform circular flow of the processed product, and the installation of adjacent sublimation sections with thermoelectric modules on the inner surfaces of the opposite vertical walls of the vacuum chamber in a checkerboard pattern at an angle α to the horizontal axis gives the ability to exclude the static state of the processed product in the trays in the form of IG Petritskaya, dense layer of 10-15 cm thick and create fluid flow that causes the uniformity of the drying process reduces the processing time and energy costs. The slope of the angle α is 2-5 ° and depends on the processed product.

Интенсифицировать пределы сушки можно за счет оптимизации режимов вакуума для каждого вида продукта (<610 Па и 250…255 К, пат. RU 2183307, раздел работа), при этом конечная влажность должна быть 5-2%.The drying limits can be intensified by optimizing the vacuum regimes for each type of product (<610 Pa and 250 ... 255 K, Pat. RU 2183307, section work), while the final humidity should be 5-2%.

Термоэлектрические модули обеспечивают охлаждение продукта до 23-28°C, поэтому для стимуляции этого процесса дополнительно подведен аммиак, обеспечивающий температуру в диапазоне - 30-70°C, что позволяет производить вакуум-сублимационную сушку различных видов продуктов.Thermoelectric modules provide cooling of the product to 23-28 ° C, therefore, to stimulate this process, ammonia is additionally supplied, providing a temperature in the range of 30-70 ° C, which allows vacuum-freeze-drying of various types of products.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. - схема вакуум-сублимационной сушилки.The essence of the invention is illustrated in FIG. - scheme of a vacuum freeze dryer.

Вакуум-сублимационная сушилка содержит вакуумную камеру 1 (см. фиг.), внутри которой со стороны загрузки расположен загрузочный лоток 2, сообщенный через заслонку 3 с вертикальным ковшовым транспортером 4, имеющим в нижней части направляющий патрубок 5, подведенный к низу несущей рамы 6 в область расположения нижней (однотипной), наклоненной под углом α к горизонтальной оси, секции 7 с лотком 8, наполненным обрабатываемым продуктом, термоэлектрическим модулем 9 и сублиматором 10, закрепленной на противоположной направляющему патрубку 5 вертикальной стенке несущей рамы 6. В верхней части вертикальный ковшовый транспортер 4 снабжен гибким поворотным патрубком 11 подведенным сверху к несущей раме 6 в область расположения верхней секции 7, расположенной противонаклонно относительно нижней секции под углом α к горизонтальной оси и закрепленной на прилегающей к поворотному патрубку 11 вертикальной стенке несущей рамы 6. Все секции 7 жестко установлены на противоположных вертикальных стенках несущей рамы 6 в шахматном порядке и противонаклонно друг к другу. В зону каждой секции 7 подведен вакуум-провод 12, а к каждому сублиматору 10 подключены трубы с жидким аммиаком 13. В нижней части несущей рамы 6 установлены электровибратор 14, спиральные пружины 15, электрообогреватель 16. На месте выгрузки, рядом с вакуумной камерой, расположена емкость приема готовой продукции 17.The vacuum freeze dryer contains a vacuum chamber 1 (see Fig.), Inside which, from the loading side, a loading tray 2 is located, communicated through a shutter 3 with a vertical ladle conveyor 4 having a guide pipe 5 in the lower part connected to the bottom of the carrier frame 6 in the location area of the bottom (of the same type), inclined at an angle α to the horizontal axis, section 7 with a tray 8 filled with the processed product, a thermoelectric module 9 and a sublimator 10, mounted vertically on the opposite guide pipe 5 the main wall of the supporting frame 6. In the upper part, the vertical bucket conveyor 4 is equipped with a flexible rotary nozzle 11 connected from above to the supporting frame 6 to the area of the upper section 7, which is located obliquely relative to the lower section at an angle α to the horizontal axis and mounted on the adjacent to the rotary nozzle 11 the vertical wall of the supporting frame 6. All sections 7 are rigidly mounted on opposite vertical walls of the supporting frame 6 in a checkerboard pattern and opposed to each other. A vacuum wire 12 is connected to the area of each section 7, and pipes with liquid ammonia 13 are connected to each sublimator 10. An electric vibrator 14, coil springs 15, an electric heater 16 are installed at the bottom of the support frame 6. At the discharge site, next to the vacuum chamber, finished product reception capacity 17.

Вакуум-сублимационная сушилка работает следующим образом. При включенном электровибраторе 14 предварительно замороженный до заданной температуры (-35-50°C) обрабатываемый продукт поступает в загрузочный лоток 2 и при открытой заслонке 3 и работающем вертикальном ковшовом транспортере 4 захватывается его ковшами, поднимается вверх, далее через гибкий поворотный патрубок 11 выгружается на верхнюю часть лотка 8 верхней секции 7, установленной под углом α к горизонтальной оси, на прилегающей к гибкому поворотному патрубку 11 вертикальной стенке несущей рамы 6. Под воздействием электровибратора 14 и спиральных пружин 15, за счет угла наклона α замороженный продукт равномерно распределяется по всему лотку 8, перемещается вдоль до противоположного края и ссыпается вниз на верхнюю часть лотка 8 нижерасположенной секции 7, установленной под углом α к горизонтальной оси на противоположной вертикальной стенке несущей рамы 6 противонаклонно предыдущей секции 7, и так до полной загрузки всех лотков 8. Затем закрывается заслонка 3, подключается вакуум через вакуум-провод 12, который доводится до величины ниже тройной точки для воды (<610 Па), включается электрообогреватель 16, источник постоянного тока для подачи питания на термоэлектрические модули 9, а по трубам 13 передается жидкий аммиак. Начинается сублимационная сушка. Термоэлектрические модули 9 нагревают дно лотка 8 с расположенным на нем продуктом, которому передается теплота, в результате чего под влиянием вакуума из поверхности замороженного продукта вырываются («испаряются») замороженные молекулы воды, переходя из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу, которые оседают в виде льда на сублиматоре 10, вышерасположенной секции 7 и одновременно охлаждаемого обратной стороной термоэлектрического модуля 9 до температуры -23-28°C, превращаясь в лед, при этом происходит непрерывное перемещение потока обрабатываемого продукта сначала внутри несущей рамы 6 с секции на секцию, далее через направляющий патрубок 5 в вертикальном ковшовом транспортере 4 с последующим поступлением по гибкому поворотному патрубку 11 снова на секции 7 несущей рамы 6 и т.д. до достижения заданной влажности обрабатываемого продукта. По завершении процесс сушки прекращают, девакуумируют вакуумную камеру 1, отключают подвод электропитания и аммиака. Гибкий поворотный патрубок 11 устанавливают в положение выгрузки и высушенный продукт выгружают в емкость 17. Затем меняют полярность питания термоэлектрических модулей 9 сублимационных секций 7, что приводит к нагреву холодной стороны и удалению льда с сублиматора 10. Установку переключают на режим работы.Vacuum freeze dryer operates as follows. When the electric vibrator 14 is turned on, the processed product pre-frozen to a predetermined temperature (-35-50 ° C) enters the loading tray 2 and, when the shutter 3 is open and the vertical bucket conveyor 4 is working, is captured by its buckets, it rises, then it is unloaded via a flexible rotary pipe 11 the upper part of the tray 8 of the upper section 7, installed at an angle α to the horizontal axis, on the vertical wall of the supporting frame 6. adjacent to the flexible rotary pipe 11 springs 15, due to the angle of inclination α, the frozen product is evenly distributed throughout the tray 8, moves along to the opposite edge and pours down onto the upper part of the tray 8 of the lower section 7, which is installed at an angle α to the horizontal axis on the opposite vertical wall of the supporting frame 6 anti-inclined of the previous section 7, and so on until all trays are fully loaded 8. Then the shutter 3 closes, the vacuum is connected through the vacuum wire 12, which is brought to a value below the triple point for water (<610 Pa), ktroobogrevatel 16, a constant current source for supplying power to the thermoelectric modules 9 and 13 is passed through the pipes the liquid ammonia. Freeze-drying begins. Thermoelectric modules 9 heat the bottom of the tray 8 with the product located on it, to which heat is transferred, as a result of which frozen water molecules break out (“evaporate”) under the influence of vacuum, passing from a solid to a gaseous state, bypassing the liquid phase, which settle in the form of ice on the sublimator 10, upstream section 7 and simultaneously cooled by the back of the thermoelectric module 9 to a temperature of -23-28 ° C, turning into ice, while there is a continuous movement first product stream being processed inside the supporting frame 6 from the section in section, further through the guide tube 5 in a vertical bucket conveyor 4, followed by the receipt of the flexible conduit 11, again turning on section 7 of the base frame 6 and etc. until the specified humidity of the processed product is reached. Upon completion, the drying process is stopped, the vacuum chamber 1 is evacuated, and the power supply and ammonia are turned off. A flexible rotary nozzle 11 is set to the unloading position and the dried product is discharged into the container 17. Then, the supply polarity of the thermoelectric modules 9 of the sublimation sections 7 is changed, which leads to heating of the cold side and removal of ice from the sublimator 10. The installation is switched to the operating mode.

Таким образом, использование заявленной вакуум-сублимационной сушилки позволяет обеспечить равномерность сушки, сократить продолжительность цикла обработки и снизить энергозатраты.Thus, the use of the claimed vacuum freeze dryer allows you to ensure uniform drying, reduce the duration of the processing cycle and reduce energy consumption.

Claims

A vacuum freeze dryer, comprising a vacuum chamber, sections with thermoelectric modules, a vacuum pump, a heater, characterized in that an electric vibrator with springs located in the lower part of the support frame of the vacuum chamber, and a vertical bucket conveyor, the lower part of which the guide pipe is in communication with the lower section with thermoelectric modules, and the upper part through a flexible rotary pipe with the upper section with thermoelectric modules, and adjacent s section with thermoelectric modules are rigidly mounted on opposing vertical walls of the vacuum chamber the carrier frame in a staggered counterslope angle α to the horizontal axis, the section with the thermoelectric modules and a vertical bucket conveyor create a continuous, uniform circumferential flow of the treated material.