RU2814171C1 - Screw sublimator - Google Patents
Screw sublimator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2814171C1 RU2814171C1 RU2023110534A RU2023110534A RU2814171C1 RU 2814171 C1 RU2814171 C1 RU 2814171C1 RU 2023110534 A RU2023110534 A RU 2023110534A RU 2023110534 A RU2023110534 A RU 2023110534A RU 2814171 C1 RU2814171 C1 RU 2814171C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- screw
- screws
- sublimator
- unloading
- chamber
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 42
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 7
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 7
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000005092 sublimation method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000002061 vacuum sublimation Methods 0.000 description 1
- 239000011345 viscous material Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для вакуум-сублимационной сушки, и может быть использовано в пищевой, химической, биомедицинской и микробиологической промышленности. The invention relates to drying equipment, in particular to equipment for vacuum sublimation drying, and can be used in the food, chemical, biomedical and microbiological industries.
Существует множество методов сушки и у каждого метода есть свои достоинства и недостатки. Сохранение качества продукта является основным требованием и показателем производства. Одним из видов сушки является сублимационная, которая может осуществляться как в статичном состоянии (полочные сублиматоры), так и в процессе транпортирования продукта. К достоинствам современных полочных сублиматоров можно отнести их большое распространение на рынке и большую степень унификации процесса. Однако полочные сублиматоры обладают и рядом недостатков, такими как: сложность сублимирования жидких и пастообразных продуктов, высокие затраты ручного труда, низкая производительность. Так же требуются дополнительные технологические усилия для стерильной загрузки и выгрузки готового продукта.There are many drying methods and each method has its own advantages and disadvantages. Maintaining the quality of the product is the main requirement and indicator of production. One type of drying is sublimation, which can be carried out both in a static state (shelf sublimators) and during the process of transporting the product. The advantages of modern shelf sublimators include their wide distribution on the market and a high degree of unification of the process. However, shelf sublimators also have a number of disadvantages, such as: the difficulty of sublimating liquid and paste products, high manual labor costs, and low productivity. Additional technological efforts are also required for sterile loading and unloading of the finished product.
Более перспективной является сублимационная сушка с использованием шнекового смесителя, который обеспечивает непрерывное перемешивание продукта и его перемещение из зоны загрузки в зону выгрузки. Данный метод позволяет повысить качество продукта и повысить производительность процесса.More promising is freeze drying using a screw mixer, which ensures continuous mixing of the product and its movement from the loading zone to the unloading zone. This method improves the quality of the product and increases the productivity of the process.
Известен аппарат для выпаривания летучих компонентов из пластмассовых, упругих и вязких материалов (патент на изобретение США №3118744, МПК В29С 48/03, В29С 48/405, В29С 48/41, В29С 48/767, F26B 17/20, опубл. 21.01.1964 г.), согласно которому устройство содержит корпус, имеющий входное и выходное отверстие; первую и вторую пару шнеков, вращающихся рядом в указанном корпусе, шнеки указанной первой пары имеют одно направление движения и находятся в зацеплении друг с другом, шнеки указанной второй пары имеют противоположное направление движения и находятся в зацеплении друг с другом, при этом два шнека из разных пар расположены рядом с друг другом без зацепления, а нижняя часть указанного корпуса, образующая корытообразную оболочку, окружающую нижние части указанных шнеков; средства для нагрева по меньшей мере части стенки корпуса, прилегающей к указанным шнекам, и средства для удаления пара из корпуса.An apparatus for evaporating volatile components from plastic, elastic and viscous materials is known (US patent No. 3118744, IPC V29S 48/03, V29S 48/405, V29S 48/41, V29S 48/767, F26B 17/20, publ. 21.01 .1964), according to which the device contains a housing having an inlet and an outlet; a first and second pair of screws rotating side by side in said housing, the screws of said first pair have one direction of movement and are engaged with each other, the screws of said second pair have the opposite direction of movement and are engaged with each other, while two screws are from different the pairs are located next to each other without interlocking, and the lower part of the specified housing, forming a trough-shaped shell surrounding the lower parts of the specified screws; means for heating at least a portion of the housing wall adjacent to said screws, and means for removing steam from the housing.
Недостатками данного изобретения являются не решенная проблема сушки липких продуктов, которые могут налипать на шнеки, а также не решена проблема нагрева непосредственно самих шнеков. Также эта система не обеспечивает вакуумную сушку.The disadvantages of this invention are the unsolved problem of drying sticky products that can stick to the screws, and also the unsolved problem of heating the screws themselves. Also, this system does not provide vacuum drying.
Известна вакуумная сушилка со шнековым конвейером (патент на изобретение Японии №2003126801, МПК В09В 101/70, В09В 3/00, F26B 5/04, F26B 9/06 и др. опубл. 07.05.2003 г.), содержащая вакуумированную емкость, шнековый конвейер, выполненный с возможностью вращения в двух противоположных направлениях посредством привода и снабженный первым винтом с меньшим шагом витков, расположенным со стороны загрузочного порта вакуумированной емкости, вторым последовательно расположенным винтом с большим шагов витков с противоположным направлением, перемешивающей пластиной, сформированной в диапазоне длины второго винта и третьим винтом, расположенным со стороны порта выгрузки с меньшим шагом и направлением витков аналогичным второму винту.A vacuum dryer with a screw conveyor is known (Japanese patent No. 2003126801, MPK B09B 101/70, B09B 3/00, F26B 5/04, F26B 9/06, etc. published on 05/07/2003), containing a vacuum container, a screw conveyor configured to rotate in two opposite directions by means of a drive and equipped with a first screw with a smaller pitch of turns located on the side of the loading port of the evacuated container, a second sequential screw with a larger pitch of turns with the opposite direction, a mixing plate formed in the length range of the second screw and a third screw located on the side of the unloading port with a smaller pitch and the direction of turns similar to the second screw.
Недостатками данного изобретения является отсутствие системы, предотвращающей налипание сублимируемого продукта на шнеки и/или системы взаимной очистки шнеков, а также отсутствие нагрева непосредственно самих шнеков, что сокращает энергоподвод к сублимируемому продуктуThe disadvantages of this invention are the absence of a system that prevents the sublimated product from sticking to the screws and/or a system for mutual cleaning of the screws, as well as the lack of heating of the screws themselves, which reduces the energy supply to the sublimated product
Известна сублимационная сушилка непрерывного действия с шнеками для транспортировки материала и удаления льда (патент на изобретение Германии №2135039, МПК F26B-005/06, опубл. 14.07.1997 г.), согласно которой, трубы для нагрева или, в случае замороженного материала для охлаждения, расположены на винтах и вставках по оси вставок. Трубы и каналы позволяют использовать различные известные методы теплопередачи, а непрерывная подача и слив материала или удаление льда обеспечивается тем, что с одной стороны расположено устройство подачи с одним или несколькими вакуумными замками для свежего материала, а с другой стороны приемочные устройства с вакуумными замками для высушенного материала и соскобленного льда. Если накопление льда становится настолько сильным, что движение вращения затруднено, наружные винты получают скорость, отличную от скорости внутренних, передаточным отношением привода или они временно вращаются в соответствии с таймером.A continuous freeze dryer with screws for transporting material and removing ice is known (German patent for invention No. 2135039, IPC F26B-005/06, published July 14, 1997), according to which, pipes for heating or, in the case of frozen material, for cooling, located on screws and inserts along the axis of the inserts. Pipes and channels allow the use of various known methods of heat transfer, and the continuous supply and drainage of material or removal of ice is ensured by the fact that on one side there is a feed device with one or more vacuum locks for fresh material, and on the other side, receiving devices with vacuum locks for dried material and scraped ice. If ice accumulation becomes so severe that rotational motion is impeded, the outer propellers are given a different speed than the inner ones by the drive ratio, or they are temporarily rotated according to a timer.
Недостатками данного изобретения являются механическая система удаления льда, при которой возможно разрушение стенок теплообменников. Также не решена главная проблема-налипание продукта на шнеки и трубы.The disadvantages of this invention are the mechanical ice removal system, which may destroy the walls of the heat exchangers. Also, the main problem - product sticking to screws and pipes - has not been solved.
Известна установка для сублимационной сушки (патент РФ на полезную модель №105010, опубл. 27.05.2011 г.), содержащая емкость для исходного сырья, насос, криогранулятор барабанного типа с внешним охлаждением, снабженный дозатором, шлюз-накопитель замороженных гранул, транспортно-сушильный блок, содержащий, по меньшей мере, одну горизонтально расположенную трубу, внутри которой с возможностью вращения установлен вал с лопатками, шлюз для выгрузки высушенного продукта, систему вакуумной откачки, систему конденсации, запорно-регулировочную арматуру и соединительные трубопроводы, отличающаяся тем, что криогранулятор снабжен игольчатым дозатором с углами заточки игл от 35 до 45°, вал, установленный внутри горизонтально расположенной трубы, выполнен в виде шнека с встроенным внутри электронагревателем и с обогреваемыми лопатками, при этом упомянутая труба снабжена блоком электронагревателей (выбран в качестве прототипа).There is a known installation for freeze drying (RF patent for utility model No. 105010, published on May 27, 2011), containing a container for raw materials, a pump, a drum-type cryogranulator with external cooling, equipped with a dispenser, a storage lock for frozen granules, a transport-drying unit a block containing at least one horizontally located pipe, inside which a shaft with blades is rotatably installed, a gateway for unloading the dried product, a vacuum pumping system, a condensation system, shut-off and control valves and connecting pipelines, characterized in that the cryogranulator is equipped with a needle dispenser with needle sharpening angles from 35 to 45°, a shaft installed inside a horizontally located pipe, made in the form of a screw with an electric heater built inside and with heated blades, while the said pipe is equipped with a block of electric heaters (selected as a prototype).
Недостатками данного изобретения являются невозможность сублимации жидкого продукта методом «самозамораживания», а возможна работа исключительно с предварительно замороженным продуктом.The disadvantages of this invention are the impossibility of sublimating a liquid product using the “self-freezing” method, and it is possible to work exclusively with a pre-frozen product.
Техническая задача, на которую направлено изобретение, заключается в повышении качества готовой продукции, увеличении производительности, интенсификации процесса сушки и повышении надежности оборудования.The technical problem to which the invention is aimed is to improve the quality of finished products, increase productivity, intensify the drying process and increase equipment reliability.
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в применении системы согласования взаимной работы шнеков посредством двух отдельных мотор-редукторов с шаговыми двигателями и встроенными энкодерами, взаимной очистке шнеков от налипающего продукта, системе обогрева шнеков благодаря использованию эффекта «тепловых труб» и изготовлении корпуса, перьев и валов из нержавеющей стали, одновременном перемешивании продукта и его контакте с нагреваемой поверхностью.The technical result achieved by using the invention is the use of a system for coordinating the mutual operation of screws by means of two separate geared motors with stepper motors and built-in encoders, mutual cleaning of the screws from adhering product, a heating system for the screws thanks to the use of the “heat pipe” effect and the manufacture of a housing, feathers and stainless steel shafts, simultaneous mixing of the product and its contact with the heated surface.
Технический результат достигается тем, что шнековый сублиматор, содержит шнековую камеру в виде трубчатого корпуса с установленными в нем шнеками, шлюзы загрузки сырья и выгрузки готового продукта, снабженные запорно-регулирующей арматурой, привод шнеков, вакуумный насос, систему десублимации и систему управления сублиматором, при этом содержит два шнека, и дополнительно содержит систему обогрева, включающую радиаторы нагрева тепловых трубок шнека и рубашку нагрева, окружающую шнековую камеру, сепаратор на участке между шнековой камерой и десублиматором и соединенный со шлюзом выгрузки приемный бункер, при этом шнеки выполнены с возможностью однонаправленного регулируемого вращения, при этом каждый шнек снабжен индивидуальным приводом шнека, выполненным в виде мотор-редуктора, оснащенного шаговым двигателем со встроенным энкодером для обеспечения регулировки вращения.The technical result is achieved by the fact that the screw sublimator contains a screw chamber in the form of a tubular body with screws installed in it, gateways for loading raw materials and unloading the finished product, equipped with shut-off and control valves, a screw drive, a vacuum pump, a desublimation system and a sublimator control system, with this contains two screws, and additionally contains a heating system, including heating radiators of the heat pipes of the screw and a heating jacket surrounding the screw chamber, a separator in the area between the screw chamber and the desublimator, and a receiving hopper connected to the unloading gateway, while the screws are configured with the possibility of unidirectional controlled rotation , and each auger is equipped with an individual auger drive, made in the form of a gear motor, equipped with a stepper motor with a built-in encoder to ensure rotation adjustment.
Далее изобретение поясняется следующими чертежами:The invention is further illustrated by the following drawings:
Фиг. 1. Общий вид узлов и агрегатов шнекового сублимата.Fig. 1. General view of the components and assemblies of the auger sublimate.
Фиг. 2. Шнековый сублиматор в разрезе.Fig. 2. Screw sublimator in section.
Шнековый сублиматор представляет собой систему сублимации, состоящую из следующих основных узлов: шнековой камеры, системы обогрева шнековой камеры, сепаратора, системы десублимации, вакуумного насоса (на рисунке не показан), бункера готового продукта, системы управления и запорно-регулирующей арматуры.A screw sublimator is a sublimation system consisting of the following main components: a screw chamber, a screw chamber heating system, a separator, a desublimation system, a vacuum pump (not shown in the figure), a finished product hopper, a control system and shut-off and control valves.
Шнековая камера содержит корпус 1 трубчатой формы овального сечения и размещенные в ней два одинаковых шнека 2, выполненные с возможностью однонаправленного вращения, передаваемого от индивидуальных приводов шнеков 3. Корпус снабжен шлюзом 4 загрузки исходного жидкого сырья с вентилем 5 и шлюзом 6 выгрузки готового продукта. Приводы 3 шнеков выполнены в виде двух отдельных мотор-редукторов, оснащенных шаговыми двигателями со встроенными энкодерами, которые передают в микропроцессорную систему управления данные о скорости вращения, а также взаимных углах расположения перьев шнеков 2. Последнее необходимо для того, чтобы не произошло столкновение перьев шнеков друг с другом.The screw chamber contains a tubular housing 1 with an oval cross-section and two identical screws 2 placed in it, designed for unidirectional rotation transmitted from individual screw drives 3. The housing is equipped with a gateway 4 for loading the initial liquid raw material with a valve 5 and a gateway 6 for unloading the finished product. The 3 auger drives are made in the form of two separate gearmotors equipped with stepper motors with built-in encoders, which transmit data on the rotation speed, as well as the relative angles of the auger feathers 2, to the microprocessor control system. The latter is necessary to prevent collision of the auger feathers together.
Система обогрева шнековой камеры включает рубашку нагрева, размещенную вокруг корпуса 1 шнеков, снабженную вентилем 7 подачи теплоносителя и патрубком 8 обратки, и радиаторов 9 тепловых трубок шнека, размещенных в корпусе 10 радиаторов.The heating system of the auger chamber includes a heating jacket placed around the auger housing 1, equipped with a coolant supply valve 7 and a return pipe 8, and radiators 9 of the auger heat pipes located in the radiator housing 10.
Тепловые трубки шнека герметичны, из них откачен воздух, и они заполнены легкокипящим агентом.The heat pipes of the auger are sealed, air is evacuated from them, and they are filled with a low-boiling agent.
В частном случае, в качестве легкокипящего агента может быть использован этиловый спирт.In a particular case, ethyl alcohol can be used as a low-boiling agent.
В эту камеру подается горячая вода посредством циркуляционного насоса. Горячая вода омывает радиаторы тепловых трубок шнека, за счет чего происходит обогрев шнеков по всей длине, за счет эффекта тепловой трубки.Hot water is supplied to this chamber through a circulation pump. Hot water washes the radiators of the heat pipes of the auger, due to which the augers are heated along the entire length, due to the heat pipe effect.
Шнековая камера со стороны шлюза 6 выгрузки соединена с системой десублимации через сепаратор 12 циклонного типа. Узел десублимации включает холодильную машину (не показана на чертеже) и десублиматор 11, представляющий собой теплообменник в виде системы гофрированных нержавеющих труб с жидким или газообразным хладоносителем. Корпус десублиматора 11 снабжен патрубком 13 для подключения к вакуумному насосу. Сепаратор 12 обеспечивает отделение микрочастиц продукта, увлекаемых парами, образующимися в шнековой камере, препятствуя их попаданию в десублиматор 11 и вакуумный насос.The screw chamber on the side of the unloading gateway 6 is connected to the desublimation system through a cyclone-type separator 12. The desublimation unit includes a refrigeration machine (not shown in the drawing) and a desublimator 11, which is a heat exchanger in the form of a system of corrugated stainless pipes with liquid or gaseous coolant. The desublimator body 11 is equipped with a pipe 13 for connection to a vacuum pump. The separator 12 ensures the separation of microparticles of the product entrained by the vapors formed in the screw chamber, preventing them from entering the desublimator 11 and the vacuum pump.
Шнековая камера соединена посредством шлюза 6 выгрузки готового продукта с приемным бункером 14. Шлюз выгрузки содержит запорный клапан 15. В нижней части приемного бункера 14 выполнен запорный клапан 16 выгрузки готового продукта.The auger chamber is connected through a gateway 6 for unloading the finished product with a receiving hopper 14. The unloading gateway contains a shut-off valve 15. At the bottom of the receiving hopper 14 there is a shut-off valve 16 for unloading the finished product.
Шнековая камера снабжена датчиками давления и температуры, показания с которых подаются в систему управления. Система управления обеспечивает поддержание заданных параметров давления и температуры в шнековой камере за счет регулирования работы вакуумного насоса и регулирования подачи теплоносителя в систему обогрева соответственно, а также управляет процессом выгрузки готового продукта, что обеспечивает непрерывный режим работы шнекового сублиматора.The auger chamber is equipped with pressure and temperature sensors, the readings from which are fed to the control system. The control system ensures that the specified pressure and temperature parameters are maintained in the screw chamber by regulating the operation of the vacuum pump and regulating the supply of coolant to the heating system, respectively, and also controls the process of unloading the finished product, which ensures continuous operation of the screw sublimator.
Система управления шнековым сублиматором создана на основе программируемого логического контроллера. Данный контроллер обладает развитой структурой и поддерживает ряд стандартных протоколов, а также имеет высокую производительность. Программируемый контроллер руководит операциями по заданному алгоритму работы с помощью считывания данных с датчиков и отправки руководящих сигналов на исполнительные устройства. Параметры работы контроллера задаются с помощью сенсорного экрана, на котором также отображаются текущие параметры температуры, давления, а также иная информация о процессе сублимации.The control system for the screw sublimator is based on a programmable logic controller. This controller has a developed structure and supports a number of standard protocols, and also has high performance. A programmable controller manages operations according to a given operating algorithm by reading data from sensors and sending control signals to actuators. The controller operating parameters are set using a touch screen, which also displays the current parameters of temperature, pressure, as well as other information about the sublimation process.
Система управления выполнена с возможностью установки заданного режима вращения шнеков. Так, для предотвращения налипания сублимированного продукта к шнекам, система управления в заданном режиме замедляет вращение одного шнека и ускоряет вращение другого, что позволяет переместить перья шнеков относительно друг друга. Тем самым происходит взаимное очищение шнеков от налипшего продукта, что позволяет работать системе длительное время.The control system is made with the ability to set a given mode of rotation of the screws. Thus, to prevent the freeze-dried product from sticking to the screws, the control system in a given mode slows down the rotation of one screw and accelerates the rotation of the other, which allows the feathers of the screws to move relative to each other. Thus, the screws are mutually cleaned of adhering product, which allows the system to operate for a long time.
Запорно-регулирующая арматура включает запорный клапан шлюза выгрузки, шлюз выгрузки готовой продукции, вентиль подачи теплоносителя, патрубок обратки, запорный клапан и вентиль подачи сырья.Shut-off and control valves include a shut-off valve for the unloading gateway, a gateway for unloading finished products, a coolant supply valve, a return pipe, a shut-off valve and a raw material supply valve.
Устройство работает следующим образом:The device works as follows:
Для выхода на рабочий режим запускают систему обогрева шнековой камеры путем подачи теплоносителя через радиаторы 9 тепловых трубок и рубашку нагрева.To reach the operating mode, the heating system of the auger chamber is started by supplying coolant through radiators 9 heat pipes and a heating jacket.
Радиаторы тепловых трубок размещены в корпусе 10 радиаторов. В корпус 10 подается горячая вода посредством циркуляционного насоса. Горячая вода омывает радиаторы тепловых трубок шнека, за счет чего происходит обогрев шнеков по всей длине - «эффект тепловой трубки».Heat pipe radiators are located in a housing of 10 radiators. Hot water is supplied to housing 10 via a circulation pump. Hot water washes the radiators of the heat pipes of the auger, due to which the augers are heated along their entire length - the “heat pipe effect”.
Внутри тепловой трубки отсутствует воздух, она заполнена исключительно парами теплоносителя, а также, частично, теплоносителем в жидком виде. При нагреве зоны нагрева часть спирта обращается в пар, тем самым давление внутри тепловой трубки увеличивается, и спирт начинает конденсироваться в самых холодных местах трубки, в зоне охлаждения, за счет фазового превращения, плотность передачи тепловой энергии очень велика. Сконденсированные пары спирта, в жидком виде, стекают по стенкам трубки, возвращаясь в зону нагрева за счет гравитации, так как трубка расположена зоной охлаждения вверх.There is no air inside the heat pipe; it is filled exclusively with coolant vapor, and also, partially, with liquid coolant. When the heating zone is heated, part of the alcohol turns into steam, thereby the pressure inside the heat pipe increases, and the alcohol begins to condense in the coldest places of the tube, in the cooling zone, due to phase transformation, the thermal energy transfer density is very high. Condensed alcohol vapor, in liquid form, flows down the walls of the tube, returning to the heating zone due to gravity, since the tube is located with the cooling zone upward.
Система управления на протяжении всей работы сублиматора поддерживает заданную температуру в шнековой камере путем подачи сигналов на открытие и закрытие вентиля 5.The control system maintains the set temperature in the screw chamber throughout the entire operation of the sublimator by sending signals to open and close valve 5.
Далее включают холодильную машину (на рисунке условно не показана), обеспечивающую охлаждение труб десублиматора 11. Холодильная машина поддерживает заданную температуру поверхности труб десублиматора все то время, пока идет сублимация. Это осуществляется для удаления водяного пара и предотвращения попадания этого пара в вакуумный насос.На трубах десублиматора 11, внутри которых кипит фреон, намораживается пар, поступивший из шнековой камеры. Температура на данном этапе варьируется от минус 10 до минус 20°С.Next, turn on the refrigeration machine (not shown in the figure), which provides cooling of the desublimator pipes 11. The refrigeration machine maintains a given surface temperature of the desublimator pipes the entire time sublimation is in progress. This is done to remove water vapor and prevent this steam from entering the vacuum pump. On the desublimator pipes 11, inside of which freon is boiling, the steam coming from the auger chamber is frozen. The temperature at this stage varies from minus 10 to minus 20°C.
По достижении заданной температуры поверхности труб десублиматора 11 (-20°С), включают вакуумный насос (на рисунке условно не показан), который осуществляет вакуумирование шнековой камеры за счет откачивания неконденсирующихся газов (атмосферы) через сепаратор 12, а также поддерживает требуемое давление на протяжении всей работы сублиматора. С помощью вакуум-насоса создается давление от 13.3 до 66.7 Па. По достижении заданного давления (>1000 паскалей для вакуумной сушки или <500 паскалей для сублимации) вакуумный насос переходит в дежурный режим, включаясь только для поддержания заданного давления.Upon reaching the specified temperature of the surface of the desublimator pipes 11 (-20°C), turn on the vacuum pump (not shown in the figure), which evacuates the screw chamber by pumping non-condensable gases (atmosphere) through the separator 12, and also maintains the required pressure throughout the entire operation of the sublimator. Using a vacuum pump, a pressure is created from 13.3 to 66.7 Pa. Upon reaching the set pressure (>1000 pascals for vacuum drying or <500 pascals for sublimation), the vacuum pump goes into standby mode, turning on only to maintain the set pressure.
Далее открывают вентиль 5 подачи сырья, через патрубок которого жидкое сырье, под воздействием атмосферного давления поступает в камеру сублимации, внутри которой расположены шнеки 2. При этом, поскольку давление в шнековой камере сублиматора ниже тройной точки воды (600 Па) жидкий продукт начинает испаряться, и замерзать.Next, the raw material supply valve 5 is opened, through the pipe of which the liquid raw material, under the influence of atmospheric pressure, enters the sublimation chamber, inside of which screws 2 are located. In this case, since the pressure in the screw chamber of the sublimator is below the triple point of water (600 Pa), the liquid product begins to evaporate, and freeze.
Запорный клапан 15 шлюза готового продукта в это время открыт, а запорный клапан 16 выгрузки готового продукта закрыт.The shut-off valve 15 of the finished product airlock is open at this time, and the shut-off valve 16 for unloading the finished product is closed.
Далее включают приводы 3 вращения шнеков 2, тем самым начинают перемещение продукта вдоль шнековой камеры в сторону шлюза 6 выгрузки готового продукта.Next, the rotation drives 3 of the screws 2 are turned on, thereby starting to move the product along the screw chamber towards the gateway 6 for unloading the finished product.
По мере продвижения продукт осуществляет контакт с внутренней поверхностью обогреваемого корпуса 1, внутри которого вращаются шнеки 2, а также с поверхностью тела и перьев шнека 2. Благодаря обогреву этих поверхностей, продукт начинает интенсивно сублимироваться.As the product moves, it comes into contact with the inner surface of the heated housing 1, inside which the screws 2 rotate, as well as with the surface of the body and feathers of the screw 2. Thanks to the heating of these surfaces, the product begins to intensively sublimate.
Образующиеся пары отводят в сторону сепаратора 12, где они освобождаются от микрочастиц продукта, которые они увлекли с собой. Отделение происходит за счет резкого увеличения объема после сужения в сепараторе, вследствие чего скорость потока пара снижается и твердые включения под воздействием силы тяжести падают вниз, и через коническую горловину возвращаются в шнековую камеру. Далее пары следуют в корпус десублиматора 11, где десублимируются (намерзают) на поверхности охлаждаемых труб десублиматора 11, исключаясь из процесса и не повышая давление внутри корпуса сублимационной установки.The resulting vapors are diverted towards the separator 12, where they are freed from microparticles of the product that they carried with them. Separation occurs due to a sharp increase in volume after narrowing in the separator, as a result of which the steam flow rate decreases and solid inclusions fall down under the influence of gravity and return through the conical neck to the screw chamber. Next, the vapors follow into the desublimator housing 11, where they desublimate (freeze) on the surface of the cooled pipes of the desublimator 11, being excluded from the process and without increasing the pressure inside the sublimation unit housing.
Сублимированный порошкообразный продукт из шнековой камеры поступает в шлюз 6 выгрузки и далее через открытый запорный клапан 15 в бункер 14 готового продукта.The freeze-dried powdered product from the screw chamber enters the unloading gateway 6 and then through the open shut-off valve 15 into the finished product hopper 14.
По заполнению бункера 14 срабатывает оптический датчик уровня, и система управления подает сигнал на остановку шнеков 2, закрытие запорного клапана 15 шлюза 6 выгрузки и открытие запорного клапана 16 выгрузки готового продукта, после чего готовый продукт выгружают в тару.When the hopper 14 is filled, the optical level sensor is activated, and the control system sends a signal to stop the screws 2, close the shut-off valve 15 of the unloading gate 6 and open the shut-off valve 16 for unloading the finished product, after which the finished product is unloaded into the container.
После выгрузки продукта система управления подает сигнал на закрытие запорного клапана 16, открытие запорного клапана 15 и запуск приводов шнеков 2 и процесс продолжается.After unloading the product, the control system sends a signal to close the shut-off valve 16, open the shut-off valve 15 and start the screw drives 2, and the process continues.
Мойка машины производится по окончанию сублимации путем подачи воды с моющим раствором через патрубок подачи сублимируемого продукта и работе шнеков на максимальных оборотах. Вода перемещается в бункер готовой продукции, также очищая его, а отработанная вода беспрепятственно сливается через клапан выгрузки готовой продукции.The machine is washed at the end of sublimation by supplying water with a washing solution through the supply pipe of the sublimated product and operating the screws at maximum speed. Water moves into the finished product hopper, also cleaning it, and waste water is freely drained through the finished product unloading valve.
Заявляемое изобретение позволяет ускорить процесс сушки и повысить производительность процесса за счет оптимизации процесса нагрева продукта. Наличие двух отдельных мотор-редукторов и системы управления, обеспечивающей периодический запуск режима самоочистки (посредством изменения скорости одного из шнеков) также позволяет исключить длительную технологическую остановку сублиматора и тем самым повысить производительность. Наличие бункера готовой продукции и регулируемой системой управления запорной арматуры (клапаны шлюза выгрузки и приемного бункера) позволяют минимизировать время остановки сублиматора и обеспечить запуск работы в автоматизированном режиме.The claimed invention makes it possible to speed up the drying process and increase the productivity of the process by optimizing the heating process of the product. The presence of two separate gear motors and a control system that ensures periodic start of the self-cleaning mode (by changing the speed of one of the screws) also makes it possible to eliminate long-term technological shutdown of the sublimator and thereby increase productivity. The presence of a finished product hopper and an adjustable control system for shut-off valves (valves of the unloading gateway and receiving hopper) make it possible to minimize the sublimator stop time and ensure the start of work in an automated mode.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2814171C1 true RU2814171C1 (en) | 2024-02-27 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4229886A (en) * | 1979-03-09 | 1980-10-28 | Mcdonnell Douglas Corporation | Microwave heated vacuum dryer for powders |
| SU1124170A1 (en) * | 1983-06-10 | 1984-11-15 | Опытно-Конструкторское Бюро Приборов Контроля И Автоматики | Freeze vacuum drier |
| RU105010U1 (en) * | 2011-02-02 | 2011-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СЭЛТ" | INSTALLATION FOR SUBLIMATION DRYING |
| RU2746636C1 (en) * | 2020-09-22 | 2021-04-19 | Общество с ограниченной ответственностью "АРИКО-ФудТех" | Continuous vacuum freeze-drying unit for homogenized and liquid food products |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4229886A (en) * | 1979-03-09 | 1980-10-28 | Mcdonnell Douglas Corporation | Microwave heated vacuum dryer for powders |
| SU1124170A1 (en) * | 1983-06-10 | 1984-11-15 | Опытно-Конструкторское Бюро Приборов Контроля И Автоматики | Freeze vacuum drier |
| RU105010U1 (en) * | 2011-02-02 | 2011-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СЭЛТ" | INSTALLATION FOR SUBLIMATION DRYING |
| RU2746636C1 (en) * | 2020-09-22 | 2021-04-19 | Общество с ограниченной ответственностью "АРИКО-ФудТех" | Continuous vacuum freeze-drying unit for homogenized and liquid food products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU931119A3 (en) | Apparatus for heat treating of materials | |
| CN103069240B (en) | Bulk freeze drying system and method using spray freezing and stirred drying | |
| US5964100A (en) | System for freeze granulation | |
| US5362509A (en) | Method and apparatus for making a frozen mass of drinkable product ready for treatment | |
| HUT67647A (en) | Method and device for drying wet materials | |
| US3088222A (en) | Freeze drying system | |
| EP2435229A1 (en) | A polymer treatment device for providing a treatment to a polymer bed, a computer-readable medium associated with a controller thereof, and an associated molding system | |
| RU2814171C1 (en) | Screw sublimator | |
| EP3864360B1 (en) | Freeze drying chamber for a bulk freeze drying system | |
| US20240085106A1 (en) | Drying chamber for a bulk freeze drying system | |
| JP7144291B2 (en) | Vacuum drying method | |
| US5275484A (en) | Apparatus for continuously processing liquids and/or solids including mixing, drying or reacting | |
| CN213119972U (en) | Spiral conveying dryer | |
| AU2009240871A1 (en) | Apparatus, dryer and method for drying a particulate product with superheated steam | |
| RU2451257C2 (en) | Device for vacuum drying of biomaterials | |
| JP2020085347A (en) | Method for manufacturing freeze-dried product, and freeze-dried system | |
| JP2006064350A (en) | Dryer | |
| WO2017019449A1 (en) | Continuous solids dryer | |
| MXPA02003564A (en) | Batch sludge dehydrator. | |
| RU2222202C2 (en) | Method and apparatus for producing of particles from food material, in particular, from chocolate | |
| RU2246079C1 (en) | Method for low-temperature vacuum dehydration of materials and device for its realization | |
| CN108452329B (en) | Solid material sterilization device | |
| JP3774831B2 (en) | Plastic pyrolysis equipment | |
| RU2761207C1 (en) | Film evaporation drum | |
| RU2813403C1 (en) | Complex for thermal treatment of raw materials |