WO2022066041A1 - Установка вакуумно-сублимационной сушки непрерывного типа - Google Patents

Установка вакуумно-сублимационной сушки непрерывного типа Download PDF

Info

Publication number
WO2022066041A1
WO2022066041A1 PCT/RU2020/000723 RU2020000723W WO2022066041A1 WO 2022066041 A1 WO2022066041 A1 WO 2022066041A1 RU 2020000723 W RU2020000723 W RU 2020000723W WO 2022066041 A1 WO2022066041 A1 WO 2022066041A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
drying
unit
transport
installation according
frozen
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000723
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Андрей Николаевич КУЗНЕЦОВ
Ярослав Олегович ЖЕЛОНКИН
Артем Валерьевичч СТАРОДУБЦЕВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АРИКО-ФудТех"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "АРИКО-ФудТех" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АРИКО-ФудТех"
Publication of WO2022066041A1 publication Critical patent/WO2022066041A1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B20/00—Combinations of machines or apparatus covered by two or more of groups F26B9/00 - F26B19/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F26B21/04—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure partly outside the drying enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F26B5/06—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum the process involving freezing

Definitions

  • the claimed invention relates to drying technology, in particular to equipment for vacuum freeze drying, and can be used for the production of freeze-dried food products.
  • a vacuum freeze dryer is known (RF patent No. 2395768, publ. 07/27/2010), containing a cylindrical chamber connected to a vacuum pump, a desublimator, trays for loading the product, in the double bottoms of which thermoelectric modules are installed, and in the lower part of the trays have ribs to desublimate the vapor of the downstream stage;
  • the drying chamber is a sublimator consisting of two parts - a body and a hinged lid, made in the form of half-cylinders, cascades, which are trays with a developed surface (transverse partitions) to increase the heat exchange surface, in double bottoms of which, made of a material with a high coefficient of thermal conductivity , thermoelectric modules are hermetically installed, and in the lower part of the trays they also have a developed surface (fins) for desublimation of the vapor of the lower stage, and along the periphery of the chamber it is equipped with two desublimators with a developed surface (ribs), while the trays are
  • the known device involves the use of manual labor for loading and unloading baking sheets, placing them in the sublimator, which negatively affects the productivity of the process.
  • the complex contains one or more drying chambers with a heat supply system and trays for the material to be dried, as well as a vapor condensation system and a suction system for some condensing gases.
  • Complex additionally contains an automated unloading system, a loading system, each automated mobile drying chamber with trays placed in it for the material to be dried and a heat supply system is configured to move around the production room and alternately connected by means of hermetic or non-hermetic connectors to the loading system, with a stationary condensation system vapors, as well as with an unloading system, after loading the raw materials, the heat supply system of the drying chamber, if it is necessary to quickly freeze it, is connected using sealed connectors to the system for preliminary freezing of raw materials, then using a sealed connector, the internal volume of the chamber is connected to the internal volume of a stationary vapor condensation system and at the same time, using sealed connectors, the heat supply system of the drying chamber is connected to the heat generating system, and then the drying chamber is connected to automated unloading system with sealed or non-sealed connectors.
  • the presented solution has a sufficient degree of mechanization and automation, however, the loading / unloading process is clearly discrete in nature and requires energy and time costs for cyclically repeating stages of preparation and completion of the process, such as vacuuming / devacuuming, heating / cooling, which inevitably increase the added value of the final product .
  • the disadvantage of the proposed solution is the high capital costs for the creation of the production line.
  • cryogenic vacuum-sublimation plant with the integrated use of an inert gas
  • the installation includes a device for preliminary freezing of the product, a vacuum-sublimation dryer with a sealed drying chamber, inside which there is a perforated drum and a heating element made in the form of a coil installed in the lower zone of the drum.
  • the heating element is a cooler in relation to the refrigerant, its inlet branch pipe is connected to the discharge line of the desublimator refrigerating machine, and the outlet - to the low pressure line of the refrigerant supply to the refrigerating machine.
  • a tunnel-type cryogenic quick-freezing unit As a device for preliminary freezing of the product, a tunnel-type cryogenic quick-freezing unit is used, the conveyor of which for supplying the frozen product is connected to the dispenser of the vacuum freeze dryer, the heating element of which is made of a material with a high thermal conductivity or a semi-permeable material, and a gas liquefaction machine operating on the principle of the reverse Stirling cycle is used as a refrigeration desublimator machine, the liquefied gas supply pipe of which is connected to a nitrogen trap used as a desublimator, and with freezer nozzles.
  • the disadvantages of the known solutions are the low productivity of the installation, the complexity of the equipment, the complexity of setting up the process when switching to a new product.
  • the vacuum freeze drying process using this plant is characterized by a high proportion of consumables/indirect costs such as nitrogen and liquid nitrogen.
  • the use of infrared heating leads to high energy consumption and local overheating of the product.
  • the technical objective of the invention is to intensify the process of obtaining a sublimated powdered food product.
  • the technical result of the invention is to provide the possibility of automating the continuous supply of raw materials and unloading the product during the process of in-line vacuum freeze-drying of the product, as well as increasing the energy efficiency of the process.
  • the installation of vacuum-freeze drying in accordance with the claimed invention allows for deep processing of food products to remove water (deep drying), excluding thermal destruction of the micro- and macrostructure of food products.
  • the initial product in the technological cycle of vacuum sublimation is a liquid or homogenized product (ground through a mixer/meat grinder).
  • the final product is a dry powder of the feedstock.
  • a quasi-continuous automated process for obtaining a finished sublimated product is implemented, including discrete loading, freezing, sublimation and discrete unloading of the product using a screw conveying and mixing product.
  • Installation of vacuum-freeze drying of in-line type of homogenized and liquid food products contains preparation systems frozen product, frozen product loading, transport and drying system, moisture sublimation and desublimation systems, sublimated product unloading.
  • the frozen product preparation system includes a food product grinding unit, which ensures food product grinding to a powder or dispersed state, a freezing unit and a molding unit for forming frozen granules in a form convenient for transportation and sublimation. It is possible to use both a whole product and pre-crushed.
  • the freezing unit can be made in the form of a shock freezing apparatus or an acoustic freezing system.
  • a finger-type ice maker-granulator is used to pre-freeze the raw materials.
  • a pre-frozen product is fed into the preparation system, and in the frozen product preparation system, only the shaping of frozen granules is realized by extrusion through a spinneret or by rolling the frozen product through profiled rotating rolls (shafts).
  • a product with a temperature of -50 to -18 ° C is formed in the form of granules of a cylindrical, cubic, spherical, drop-shaped shape, in the form of a parallelepiped or other three-dimensional figures.
  • Frozen granules can be up to 50 mm in size.
  • Frozen product loading/unloading systems include intermittent, continuous or continuous-batch sluices. So, the lock can be made of periodic action with butterfly valves to isolate the internal cavity. In another embodiment, a continuous sluice (dynamic shutter) is used, while ensuring continuous movement of the product with a continuous pressure gradient from atmospheric from the side of the product loading/unloading sluice to the operating pressure in the vacuum sublimation chamber.
  • an extended lock line which is a pipe (round or rectangular) which, on the one hand, faces the atmosphere, on the other hand, to the vacuum chamber, has many non-continuous partitions forming open volumes from intermediate pumping, through the gaps in the partitions, the product is transported, loaded into a vacuum chamber for subsequent freeze-drying.
  • a rotating sluice is used, which in various phases of its movement ensures that the product is captured into the working space of the sluice.
  • the working space of the airlock with the product is evacuated, the product is unloaded into the vacuum chamber of the sublimation plant, followed by a cyclic repetition of these operations.
  • the product transportation system in the sublimation process includes a straight-line conveyor, such as a screw type, or a cascade system with parallel, serial or parallel-sequential placement of conveyors.
  • the conveyor provides a linear speed of product movement from 0.25 to 3 m/h and a speed of rotation from 0.5 to 40 rpm.
  • the choice of linear speed and rotational speed is selected depending on the processed product and its moisture content.
  • a rotating carousel conveyor with a speed of 0.5 rpm to 40 rpm is used to move the product during the sublimation process, while the product is laid out on the tape with a layer of a given thickness in an automated mode.
  • the product sublimation system contains a vacuum device and a heating element.
  • An ohmic heater, a Peltier element, a heat exchanger with a liquid or gaseous heat carrier can be used as a heating element. It is preferable to use a dry vacuum unit based on a screw and two-rotor booster pump in anti-corrosion design as a evacuation device.
  • the system for desublimation of moisture evaporated from the surface of the product during the sublimation process contains a heat exchanger with a liquid or gaseous coolant or a Peltier element.
  • the implementation provides for the use of at least two alternately operating desublimators to ensure their periodic regeneration.
  • Figure 1 shows a General view of the installation of vacuum-freeze drying in-line type with one transport-drying unit with a screw conveyor
  • Figure 2 shows a General view of the installation of vacuum-freeze drying in-line type with two transport-drying units with a screw conveyor
  • Figure 4 shows the icemaker pusher block
  • Figure 5 shows the freezing unit and icemaker blade
  • Figure 6 shows a two-circuit cooling scheme of the installation
  • Figure 7 shows the scheme of heating installation.
  • the unit for vacuum-freeze drying of in-line type of homogenized and liquid food products contains a frozen product preparation unit, transport-drying units connected to loading and unloading units, and desublimators.
  • Figure 1 shows an example of the implementation of a vacuum-freeze drying in-line type of homogenized and liquid food products, equipped with a frozen product preparation unit (not shown in figure 1), one transport-drying unit, including a transport-drying pipe 1, equipped with a loading lock 2, an unloading lock 3 and desublimators 4.
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment with two transport-drying units, each of which includes three horizontal transport-drying pipes 1 located one above the other and connected into a single transport unit, a loading lock is placed on the top pipe 2, and on the bottom - unloading lock 3.
  • the transport-drying pipes are made with a double wall for supplying heat carrier heated to 60 °C into the interwall space.
  • Each transport-drying pipe has a branch pipe for connecting pressure sensors, as well as branch pipes for connecting loading and unloading locks.
  • Loading lock 2 is made of cylindrical shape, top and bottom limited by butterfly valves 5 with flanges for connection to the transport-drying unit and frozen granules forming unit (ice generator) 6.
  • ice generator frozen granules forming unit
  • the boot sluice 2 is made with a double wall for supplying a liquid coolant into the interstitial space to prevent sticking of the granules of the supplied raw material (figure 1).
  • the frozen product preparation unit is a finger-type icemaker 6 shown in FIGS. 3-5.
  • the icemaker 6 is mounted to the loading lock 2 through the flange.
  • the ice maker includes a block of pushers 7, a freezing block 8 and a knife for cutting the granules of the required length.
  • the block of pushers 7 (Fig.4) consists of a housing 10, a raw material pre-cooling coil 11, a plurality of pushers 12 attached to the disk of pushers 13, the upward movement of which is limited by the flange 14.
  • the pushers are calibrated stainless tubes.
  • Disc 13 together with pushers 12 is driven by a pneumatic cylinder.
  • FIG. 5 shows the freezing unit 8 without the outer casing and the icemaker blade 6 without the outer plate.
  • the freezing unit 8 consists of an outer casing 15, cooled tubes 16 in an amount corresponding to the number of pushers 12.
  • the ice generator knife consists of a casing 18, inside which a cutting disk 19 of a translational-guillotine or rotary type moves forward, which is driven by a pneumatic cylinder.
  • Pre-cooling of the pusher block 7 is provided to reduce the energy load on the freezing cycle in the tubes 16, as well as to increase the viscosity of the homogenized product.
  • the pre-cooling coil I and the freezer unit of the Ice Maker are connected to the unit's cooling circuit in parallel, allowing the pre-cooling temperature to be independently controlled.
  • the flow rate of the propylene glycol solution is throttled, thereby providing a higher coolant temperature compared to circuit II.
  • the unloading lock 3 is made of a cylindrical shape, top and bottom limited by butterfly valves 5 with flanges for connection to the transport-drying unit and container for collecting the finished product.
  • butterfly valves 5 with flanges for connection to the transport-drying unit and container for collecting the finished product.
  • desublimators 4 For condensation of evaporated moisture, two desublimators 4 are attached to each transport-drying pipe 1 by means of flanges (Fig. 1, 2). During the drying process, the desublimators work alternately (one works, the second - for regeneration).
  • the body of the desublimator is made in the form of a cylinder with a condenser placed inside, on which the moisture evaporated from the raw material is frozen.
  • the capacitor can be made in the form of a copper tube wound in one or more layers.
  • Pipeline 20 for vacuum pumping is connected to the body of the desublimator by means of a branch pipe.
  • the vacuum system is used for preliminary pumping and removal of some condensing gases.
  • the degassing device provides evacuation of loading locks 2 unloading 3, cavities of desublimators 4.
  • FIG.6 An embodiment of the cooling system in the form of a double-circuit refrigeration unit 22 is shown in Fig.6.
  • the heat generated on the condenser 23 of the refrigeration unit is used to heat the transport-drying unit (Fig.7). Thus, heat recovery is ensured, which reduces operating costs.
  • the evaporators are desublimators 4, in which the temperature is maintained at -40°C.
  • a plate heat exchanger 24 which cools the refrigerant on the second circuit to -30°C.
  • Propylene glycol solution is used as a coolant.
  • the second circuit II cools the icemaker 6 and the loading lock 2.
  • a grinder (not shown in the figure) receives a homogenized product, which fills the internal volume of the pusher block 7, cooled to a temperature of (-10) - (-5) ° C by means of a pre-cooling coil 11.
  • the pneumatic cylinder of the pusher block 7 is turned on and the disk 13 with the pushers 12 attached to it is reciprocated.
  • the pneumatic drive is in the upper position, between the pushers 12 and the freezing 8 there is a gap, which, during the downward movement of the disk 13, ensures that the tubes 16 cooled to -30 ° C are filled with raw materials.
  • the temperature of -30°C in the freezing unit 8 of the icemaker 6 is provided by the secondary circuit II of the refrigeration unit with circulating coolant (propylene glycol), which is cooled from the primary circuit I through the heat exchanger 24.
  • the coolant is injected by the circulation pump 25.
  • the speed of movement of the pneumatic cylinder changes to a value at which the liquid raw material will be completely frozen.
  • the cutting disk 19 of the ice generator 6 reciprocates and "chops off" the frozen product.
  • the speed of movement of the cutting disc 19 is matched with the speed of movement of the pushers 12, which ensures the production of frozen granules of the required length.
  • the length of the granules is determined by the stroke of the pushers 12, and their diameter is determined by the diameter of the tubes 16.
  • the frozen granules are fed through the loading lock 2 to the input of the transport-drying unit.
  • the process of sublimation of the product is carried out with its simultaneous linear movement and mixing by a screw mechanism.
  • Heating of the transport-drying pipes 1 is carried out due to the heat generated in the primary circuit of the refrigeration unit 22.
  • freon is compressed in the compressor, which is part of the refrigeration unit.
  • the freon temperature rises, and the heat from the compressed freon is transferred to a hydraulic circuit designed to heat the transport-drying pipes 1 (Fig. 7) through a chiller that includes a heat exchanger 24 and a condenser 23.
  • the coolant in this hydraulic circuit for heating the transport-drying pipes is injected circulation pump 26, the temperature is controlled by temperature sensor 27, and maintaining the desired temperature of 60°C is carried out due to the provided possibility of dumping excess heat into the surrounding space.
  • an expansion tank 28 is provided for increasing the volume in the system with an increase in temperature.
  • Water vapor generated during the drying process of the product enters the desublimators 4, where the transition of water from the gaseous state to the solid bypassing the liquid phase is carried out.
  • desublimators 4 ice crystals are frozen on the condenser tube by constantly maintaining a temperature of -40°.
  • the temperature in the desublimators is maintained by the primary circuit of the refrigeration unit.
  • the freon compressed in the compressor enters the desublimators, which act as an evaporator, in which the adiabatic expansion of the medium is carried out, the freon is cooled to -40°C.
  • the equipment allows carrying out deep processing of food products in order to remove water (deep drying), which excludes thermal destruction of the micro- and macrostructure of food products.
  • the equipment allows for automated continuous supply of feedstock to the plant.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для вакуум-сублимационной сушки, и может быть использовано для производства сублимированных пищевых продуктов. Установка вакуумно-сублимационной сушки поточного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания содержит последовательно соединенные систему подготовки замороженного продукта, включающую узел формования замороженных гранул; шлюз загрузки; транспортно-сушильную систему, включающую вакуумируемые транспортно-сушильные трубы с размещенным внутри конвейером, обеспечивающим непрерывное перемещение продукта, и блок нагрева; десублиматоры влаги, соединенные с транспортно-сушильной системой и шлюз выгрузки. Узел формования замороженных гранул, вход шлюза загрузки и десублиматоры связаны с двухконтурной системой охлаждения, обеспечивающей направление генерируемого тепла на блок нагрева транспортно-сушильных труб. Изобретение обеспечивает возможность автоматизации непрерывной подачи сырья и выгрузки продукта при проведении процесса поточной вакуумной сублимационной сушки продукта, а также повышение энергоэффективности процесса.

Description

УСТАНОВКА ВАКУУМНО-СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ НЕПРЕРЫВНОГО ТИПА
Область техники
Заявляемое изобретение относится к сушильной технике, в частности к оборудованию для вакуум-сублимационной сушки, и может быть использовано для производства сублимированных пищевых продуктов.
Предшествующий уровень техники
Известна вакуум-сублимационная сушилка (патент РФ №2395768, опубл. 27.07.2010), содержащая цилиндрическую камеру, подключенную к вакуум-насосу, десублиматор, противни для загрузки продукта, в двойных днищах которых установлены термоэлектрические модули, причем в нижней части противни имеют оребрение для десублимации пара нижестоящего каскада; сушильная камера представляет собой сублиматор, состоящий из двух частей - корпуса и откидывающейся крышки, выполненных в виде полуцилиндров, каскадов, представляющих собой противни с развитой поверхностью (поперечными перегородками) для увеличения поверхности теплообмена, в двойных днищах которых, выполненных из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, герметично установлены термоэлектрические модули, причем в нижней части противни также имеют развитую поверхность (оребрение) для десублимации пара нижестоящего каскада, а по периферии камера снабжена двумя десублиматорами с развитой поверхностью (оребрением), при этом противни устанавливаются в сублиматоре с помощью подставки.
Известное устройство предполагает использование ручного труда для загрузки и выгрузки противней, размещения их в сублиматоре, что отрицательно влияет на производительность процесса. Наличие пустот между противнями, а также вокруг подставки с установленными на ней противнями, в которых требуется так же поддержание вакуума, и наличие большого количества не целевых элементов металлоконструкции, увеличивают энергозатраты при нагреве продукта на противнях.
Известен комплекс для вакуумной сублимационной сушки по патенту РФ №2705692, опубл. 11.11.2019. Комплекс содержит одну или несколько сушильных камер с системой теплоподвода и лотками для высушиваемого материала, а также систему конденсации паров и систему отсоса некой денсирующихся газов. Комплекс дополнительно содержит автоматизированные разгрузочную систему, погрузочную систему, причем каждая автоматизированная мобильная сушильная камера с размещенными в ней лотками для высушиваемого материала и системой теплоподвода выполнена с возможностью перемещения по производственному помещению и поочередного соединения посредством герметичных или негерметичных разъемов с погрузочной системой, со стационарно расположенной системой конденсации паров, а также с разгрузочной системой, после загрузки сырья система теплоподвода сушильной камеры при необходимости его быстрого замораживания присоединяется с помощью герметичных разъемов к системе для предварительного замораживания сырья, далее с помощью герметичного разъема внутренний объем камеры соединяется с внутренним объемом стационарно расположенной системы конденсации паров и одновременно с помощью герметичных разъемов система теплоподвода сушильной камеры присоединяется к теплогенерирующей системе, а затем сушильная камера соединяется с автоматизированной разгрузочной системой с помощью герметичных или негерметичных разъемов.
Представленное решение имеет достаточную степень механизации и автоматизации, однако процесс загрузки/выгрузки носит явно дискретный характер и требует энергетические и временные затраты на циклически повторяющиеся этапы подготовки и завершения процесса, такие как вакууммирование/развакууммирование, нагрев/остывание, которые неизбежно удорожают добавленную стоимость конечного продукта. Кроме того, недостатком предложенного решения является высокие капитальные затраты на создание производственной линии.
Также известна криогенная вакуум-сублимационная установка с комплексным использованием инертного газа (патент РФ № 2458300, опубл. 10.08.2012г.). Установка включает устройство для предварительного замораживания продукта, вакуум- сублимационную сушилку с герметичной сушильной камерой, внутри которой расположены перфорированный барабан и нагревательный элемент, выполненный в виде змеевика, установленного в нижней зоне барабана. Нагревательный элемент является по отношению к хладагенту охладителем, входной его патрубок подсоединен к линии нагнетания холодильной машины десублиматора, а выходной - к линии низкого давления подачи хладагента в холодильную машину. В качестве устройства для предварительного замораживания продукта используют криогенный скороморозильный агрегат туннельного типа, конвейер которого для подачи замороженного продукта соединен с дозатором вакуум-сублимационной сушилки, нагревательный элемент которой выполнен из материала с высоким коэффициентом теплопроводности или из полупроницаемого материала, а в качестве холодильной машины десублиматора используют машину для сжижения газа, работающую по принципу обратного цикла Стирлинга, патрубок подачи ожиженного газа которой соединен с азотоловушкой, используемой в качестве десублиматора, и с форсунками скороморозильного агрегата.
Недостатки известного решения заключаются в низкой производительности установки, сложности оборудования, сложности настройки технологического процесса при переходе на новый продукт. Кроме того, способ вакуум-сублимационной сушки с использованием данной установки характеризуется высокой долей расходных материалов / косвенных расходов, таких как азот и жидкий азот. Использование инфракрасного нагрева приводит к высоким энергозатратам и локальному перегреву продукта.
Раскрытие изобретения
Технической задачей изобретения является интенсификация процесса получения сублимированного порошкообразного пищевого продукта.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности автоматизации непрерывной подачи сырья и выгрузки продукта при проведении процесса поточной вакуумной сублимационной сушки продукта, а также повышение энергоэффективности процесса.
Установка вакуумно-сублимационной сушки в соответствии с заявляемым изобретением позволяет проводить глубокую переработку продуктов питания с целью удаления воды (глубокое высушивание), исключающую термическую деструкцию микро- и макроструктуры продуктов питания. Исходным продуктом в технологическом цикле вакуумной сублимации является жидкий или гомогенизированный продукт (перемолотый через миксер/мясорубку). Конечным продуктом является сухой порошок исходного сырья.
В заявляемой установке реализован квазинепрерывный автоматизированный процесс получения готового сублимированного продукта, включающий дискретную загрузку, заморозку, сублимацию и дискретную выгрузку продукта с использованием транспортировочного и перемешивающего продукт шнека.
Установка вакуумно-сублимационной сушки поточного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания содержит системы подготовки замороженного продукта, загрузки замороженного продукта, транспортно-сушильную систему, системы сублимации и десублимации влаги, выгрузки сублимированного продукта.
Система подготовки замороженного продукта включает узел измельчения пищевого продукта, обеспечивающего измельчение пищевого продукта до порошкообразного или дисперсного состояния, узел заморозки и формовочный узел для формования замороженных гранул в удобном для транспортировки и сублимации виде. Возможно использование как целостного продукта, так и предварительно измельченного.
Узел заморозки может быть выполнен в виде аппарата шоковой заморозки или системы акустической заморозки.
Также в одном из вариантов осуществления для предварительной заморозки сырья используют ледогенератор-гранулятор пальчикового типа.
В частном случае исполнения в систему подготовки подается предварительно замороженный продукт, а в системе подготовки замороженного продукта реализуется лишь формообразование замороженных гранул методом выдавливания через фильеру или прокаткой замороженного продукта через профилированные вращающиеся валки (валы).
В системе подготовки замороженного продукта формируют продукт температурой от -50 до -18 °C в виде гранул цилиндрической, кубической, сферической, каплеобразной формы, в форме параллелепипеда или иных объемных фигур. Размеры замороженных гранул могут достигать до 50 мм.
Системы загрузки/выгрузки замороженного продукта включают шлюзы периодического, непрерывного или непрерывно-периодического действия. Так, шлюз может быть выполнен периодического действия с дисковыми затворами для изоляции внутренней полости. В другом варианте осуществления использован шлюз непрерывного действия (динамический затвор), при этом обеспечивается непрерывное перемещение продукта с непрерывным градиентом давления от атмосферного со стороны шлюза загрузки/выгрузки продукта до рабочего давления в вакуумной камере сублимации. В случае применения шлюза непрерывного действия рабочее давление в вакуумной камере обеспечивается путем использования протяженной шлюзовой линии, представляющей трубу (круглого или прямоугольного сечения) которая с одной стороны обращена на атмосферу, с другой стороны - к вакуумной камере, имеет множество не сплошных перегородок образующих незамкнутые объемы с промежуточной откачкой, через зазоры в перегородках транспортируется продукт, загружаемый в вакуумную камеру для последующей сублимационной сушки.
В другом варианте осуществления использован вращающийся шлюз, который в различных фазах своего движения обеспечивает захват продукта в рабочее пространство шлюза. При этом осуществляют вакуумирование рабочего пространства шлюза с продуктом, выгрузку продукта в вакуумную камеру сублимационной установки с последующим циклическим повторением указанных операций.
Система транспортировки продукта в процессе сублимации включает конвейер прямолинейного движения, например шнекового типа, или каскадную систему с параллельным, последовательным или параллельно-последовательным размещением конвейеров. Конвейер обеспечивает линейную скорость перемещения продукта от 0,25 до 3 м/ч и частоту вращения от 0.5 до 40 об/мин. Выбор скорости линейного перемещения и частоты вращения выбирается в зависимости от обрабатываемого продукта и содержания в нем влаги. В одном из вариантов осуществления для перемещения продукта в процессе сублимации использован вращающийся карусельный конвейер с частотой вращения от 0,5 об/мин до 40 об/мин, при этом продукт выкладывают на ленту слоем заданной толщины в автоматизированном режиме.
Система сублимации продукта содержит устройство вакуумирования и нагревательный элемент. В качестве нагревательного элемента может быть использован омический нагреватель, элемент Пельтье, теплообменник с жидким или газообразным теплоносителем. Предпочтительно использование в качестве устройства вакуумирования сухого вакуумного агрегата на базе винтового и двух-роторного бустерного насоса в антикоррозионном исполнении.
Система десублимации влаги, испарившейся с поверхности продукта в процессе сублимации, содержит теплообменник с жидким или газообразным хладоносителем или элемент Пельтье. В одном из вариантов осуществления предусмотрено использование, по меньшей мере, двух попеременно работающих десублиматоров для обеспечения периодической их регенерации.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:
На фиг.1 представлен общий вид установки вакуумно-сублимационной сушки поточного типа с одним транспортно-сушильным блоком со шнековым конвейером; На фиг.2 представлен общий вид установки вакуумно-сублимационной сушки поточного типа с двумя транспортно-сушильными блоками со шнековым конвейером;
На фиг.З представлен общий вид ледогенератора;
На фиг.4 представлен блок толкателей ледогенератора;
На фиг.5 представлен блок заморозки и нож ледогенератора;
На фиг.6 представлена двухконтурная схема охлаждения установки;
На фиг.7 представлена схема нагрева установки.
Варианты осуществления изобретения
Установка вакуумно-сублимационной сушки поточного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания содержит блок подготовки замороженного продукта, транспортно-сушильные блоки, соединенные с блоками загрузки и выгрузки и десублиматоры.
На фиг.1 показан пример реализации установки вакуумно-сублимационной сушки поточного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания, оснащенной блоком подготовки замороженного продукта (на фиг.1 не показан), одним транспортносушильным блоком, включающим транспортно-сушильную трубу 1, оснащенную шлюзом загрузки 2, шлюзом выгрузки 3 и десублиматорами 4. На фиг.2 показан пример осуществления с двумя транспортно-сушильными блоками, каждый из которых включает три горизонтальных транспортно-сушильных трубы 1, расположенных друг над другом и соединенных в единый транспортировочный узел, на верхней трубе размещен шлюз загрузки 2, а на нижней - шлюз выгрузки 3. Транспортно-сушильные трубы выполнены с двойной стенкой для подвода в межстенное пространство теплоносителя, подогретого до 60 °C. Передвижение и перемешивание осушаемого материала в каждой трубе осуществляется посредством шнекового конвейера. Вращение шнека осуществляется асинхронным мотор-редуктором с частотным регулированием оборотов. В каждой транспортно-сушильной трубе выполнен патрубок для подключения датчиков давления, а также патрубки для присоединения шлюзов загрузки и выгрузки.
Шлюз загрузки 2 выполнен цилиндрической формы, сверху и снизу ограничен дисковыми затворами 5 с фланцами для присоединения к транспортно-сушильному блоку и формовочному узлу замороженных гранул (ледогенератору) 6. В боковой стенке шлюза загрузки 2 выполнены два пневматических шаровых клапана связанных через трубопровод с основной вакуумной системой и служащих для откачки и напуска воздуха в шлюз загрузки. Шлюз загрузки 2 выполнен с двойной стенкой для подачи в межстенное пространство жидкого хладоносителя для предотвращения слипания гранул подаваемого сырья (фиг.1).
Блок подготовки замороженного продукта представляет собой ледогенератор 6 пальчикового типа, представленный на фиг.3-5. Ледогенератор 6 монтируют к шлюзу загрузки 2 через фланец. Ледогенератор включает блок толкателей 7, блок заморозки 8 и нож для обрезания гранул нужной длины.
Блок толкателей 7 (фиг.4) состоит из корпуса 10, змеевика предварительного охлаждения сырья 11, множества толкателей 12, присоединенных к диску толкателей 13, перемещение которого вверх ограничено фланцем 14. Толкатели представляют собой калиброванные нержавеющие трубки. Диск 13 вместе с толкателями 12 приводится в движение при помощи пневмоцилиндра.
На фиг.5 показан блок заморозки 8 без внешнего корпуса и нож ледогенератора 6 без внешней пластины. Блок заморозки 8 состоит из внешнего корпуса 15, охлаждаемых трубок 16 в количестве, соответствующем количеству толкателей 12.
На внешнем корпусе блока заморозки 8 выполнены 2 патрубка 17 для подключения к контуру охлаждения установки. Нож ледогенератора состоит из кожуха 18, внутри которого поступательно двигается режущий диск 19 поступательногильотинного или ротационного типа, который приводится в движение пневмоцилиндром .
Предварительное охлаждение блока толкателей 7 предусмотрено для уменьшения энергетической нагрузки на цикл заморозки в трубках 16, а также для увеличения вязкости гомогенизированного продукта.
Змеевик предварительного охлаждения И и блок заморозки Ледогенератора присоединяются к контуру охлаждения установки параллельно, что позволяет независимо регулировать температуру предварительного охлаждения. В змеевике предварительного охлаждения осуществляется дросселирование расхода раствора пропиленгликоля, тем самым обеспечивается более высокая по сравнению с контуром II температура хладоносителя.
Шлюз выгрузки 3 выполнен цилиндрической формы, сверху и снизу ограничен дисковыми затворами 5 с фланцами для присоединения к транспортно-сушильному блоку и таре для сбора готового продукта. В боковой стенке шлюза выгрузки 3 выполнены два пневматических шаровых клапана связанных через трубопровод с основной вакуумной системой и служащих для откачки и напуска воздуха в шлюз выгрузки (фиг.1).
Для конденсации испаренной влаги к каждой транспортно-сушильной трубе 1 присоединены посредством фланцев по два десублиматора 4. (фиг.1,2). В процессе сушки десублиматоры работают попеременно (один работает, второй - на регенерации). Корпус десублиматора выполнен в форме цилиндра с размещенным внутри конденсатором, на котором намораживается испаряемая из сырья влага. Конденсатор может быть выполнен в виде медной трубки навитой в один или несколько слоев. К корпусу десублиматора посредством патрубка присоединен трубопровод 20 для вакуумной откачки.
Вакуумная система служит для предварительной откачки и удаления некой денсирующихся газов. Устройство ваккумирования обеспечивает вакуумирование шлюзов загрузки 2 выгрузки 3, полостей десублиматоров 4.
Вариант исполнения системы охлаждения в виде двухконтурного холодильного агрегата 22 представлен на фиг.6. В первом контуре I холодильного агрегата используется хладагент с температурой кипения Т= -40°С. Тепло, выделяемое на конденсаторе 23 холодильного агрегата, идет для обогрева транспортно-сушильного блока (фиг.7). Таким образом, обеспечивается рекуперация тепла, позволяющая уменьшить эксплуатационные расходы.
Испарителями служат десублиматоры 4, в которых поддерживается температура -40°С. После десублиматора на первом контуре холодильного агрегата находится пластинчатый теплообменник 24, охлаждающий хладоноситель на втором контуре до - 30°С. В качестве хладоносителя используют раствор пропиленгликоля. Второй контур II охлаждает ледогенератор 6 и шлюз загрузки 2.
Описание работы устройства:
На вход ледогенератора 6 от измельчителя (не показан на фиг.) поступает гомогенизированный продукт, который заполняет внутренний объем блока толкателей 7, охлаждаемого до температуры (-10) - (-5)°С посредством змеевика предварительного охлаждения 11.
Затем включают пневмоцилиндр блока толкателей 7 и приводят в возвратно- поступательное движение диск 13 с прикрепленными к нему толкателями 12. При этом, когда пневмопривод находится в верхнем положении, между толкателями 12 и блоком заморозки 8 есть зазор, который во время движения диска 13 вниз обеспечивает заполнение сырьем охлаждаемых до -30°С трубок 16.
Температура -30°С в блоке заморозки 8 ледогенератора 6 обеспечивается за счет вторичного контура II холодильного агрегата с циркулирующим хладоносителем (пропиленгликоль), который охлаждается от первичного контура I через теплообменник 24. Нагнетание теплоносителя осуществляется циркуляционным насосом 25.
Когда толкатели 12 опускаются до положения, соответствующее началу охлаждаемых трубок 16 скорость перемещения пневмоцилиндра изменяется до значения, при котором жидкое сырье будет полностью замораживаться. При этом режущий диск 19 ледогенератора 6 совершает возвратно-поступательное движение и «обрубает» замороженный продукт. Скорость движения режущего диска 19 согласована со скоростью движения толкателей 12, что обеспечивает получение замороженных гранул необходимой длины. Длина гранул определяется величиной хода толкателей 12, а их диаметр диаметром трубок 16.
Далее замороженные гранулы поступают через шлюз загрузки 2 на вход транспортно-сушильного блока. Для предотвращения слипания замороженных гранул шлюз загрузки 2 снабжен дисковыми затворами 5, пространство между которыми охлаждается до Т=-30°С и дополнительно вакуумируется вакуумным агрегатом. В транспортно-сушильных трубах 1 транспортно-сушильного блока осуществляется процесс сублимации продукта с одновременным его линейным перемещением и перемешиванием шнековым механизмом. Нагрев транспортно-сушильных труб 1 осуществляется за счет тепла, генерируемого на первичном контуре холодильного агрегата 22. В первичном контуре холодильного агрегата 22 осуществляется сжатие фреона в компрессоре, который входит в состав холодильного агрегата. После сжатия температура фреона растет, и тепло от сжатого фреона передается в гидравлический контур, предназначенный для нагрева транспортно-сушильных труб 1 (фиг. 7) через чиллер, включающий теплообменник 24 и конденсатор 23. Теплоноситель в данном гидравлическом контуре нагрева транспортно-сушильных труб нагнетается циркуляционным насосом 26, температура контролируется датчиком температуры 27, а поддержание нужной температуры 60°С осуществляется за счет предусмотренной возможности сброса лишнего тепла в окружающее пространство. Для компенсации увеличения объема в системе при повышении температуры предусмотрен расширительный бак 28.
Водяные пары, образующиеся в процессе сушки продукта поступают в десублиматоры 4, где осуществляется переход воды из газообразного состояния в твердое минуя жидкую фазу. В десублиматорах 4 осуществляется намораживание кристаллов льда на трубке конденсатора за счет постоянного поддержания температуры -40°. Температура в десублиматорах поддерживается первичным контуром холодильного агрегата. Сжатый в компрессоре фреон поступает в десублиматоры, выполняющие роль испарителя, в которых осуществляется адиабатическое расширение среды, фреон охлаждается до -40°С.
Преимущества заявляемого решения заключаются в следующем:
Оборудование позволяет проводить глубокую переработку продуктов питания с целью удаления воды (глубокое высушивание), исключающую термическую деструкцию микро- и макроструктуры продуктов питания.
Использование узла формования замороженных гранул позволяет исключить влияние неоднородности продукта по составу и размеру и обеспечить стабильные режимы сушки.
Оборудование позволяет обеспечить автоматизированную непрерывную подачу исходного сырья в установку.
Рекуперация тепла, выделяемого холодильной машиной, для нагрева стенок труб позволяет обеспечить высокую энергоэффективность процесса сублимационной сушки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Установка вакуумно-сублимационной сушки поточного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания, содержащая герметичную сушильную камеру с нагревательным элементом, отличающийся тем, что включает последовательно соединенные систему подготовки замороженного продукта, включающую узел формования замороженных гранул; шлюз загрузки; транспортносушильную систему, включающую вакуумируемые транспортно-сушильные трубы с размещенным внутри конвейером, обеспечивающим непрерывное перемещение продукта, и блок нагрева; десублиматоры влаги, соединенные с транспортносушильной системой и шлюз выгрузки, при этом узел формования замороженных гранул, вход шлюза загрузки и десублиматоры связаны с двухконтурной системой охлаждения, обеспечивающей направление генерируемого тепла на блок нагрева транспортно-сушильных труб.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система подготовки замороженного продукта содержит узел предварительной заморозки в виде аппарата шоковой или акустической заморозки.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что узел формования замороженных гранул содержит ледогенератор-гранулятор пальчикового типа, включающий блок заморозки с охлаждаемыми трубками, блок толкателей, осуществляющих подачу сырья в упомянутые трубки, при этом блок толкателей снабжен змеевиком предварительного охлаждения, а блок заморозки ножом для нарезания гранул.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что система подготовки замороженного продукта дополнительно содержит измельчитель подаваемого сырья.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что шлюз загрузки выполнен периодического, непрерывного или непрерывно-периодического действия.
6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что шлюзы загрузки и выгрузки снабжены пневматическими шаровыми клапанами, связанными через трубопровод с вакуумной системой.
7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что шлюз загрузки выполнен с двойной стенкой для подачи в межстенное пространство жидкого хладоносителя.
8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что транспортно-сушильная система содержит один конвейер или каскад конвейеров с параллельным, последовательным или параллельно-последовательным размещением конвейеров, при этом конвейер выполнен шнекового или карусельного типа.
9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок нагрева выполнен в виде омического нагревателя, элемента Пельтье или теплообменника с жидким или газообразным теплоносителем.
10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит по два попеременно работающих десублиматора, соединенных с каждой транспортно-сушильной трубой, при этом десублиматоры выполнены с возможностью охлаждения блоком охлаждения, выполненным в виде теплообменника с жидким или парообразным теплоносителем или элементом Пельтье.
PCT/RU2020/000723 2020-09-22 2020-12-17 Установка вакуумно-сублимационной сушки непрерывного типа WO2022066041A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020131089 2020-09-22
RU2020131089A RU2746636C1 (ru) 2020-09-22 2020-09-22 Установка вакуумно-сублимационной сушки непрерывного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022066041A1 true WO2022066041A1 (ru) 2022-03-31

Family

ID=75521294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000723 WO2022066041A1 (ru) 2020-09-22 2020-12-17 Установка вакуумно-сублимационной сушки непрерывного типа

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2746636C1 (ru)
WO (1) WO2022066041A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU209202U1 (ru) * 2021-12-03 2022-02-07 Общество с ограниченной ответственностью "БИДЖЕТ" Установка для сублимационной сушки

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008585C1 (ru) * 1990-12-29 1994-02-28 Антипов Сергей Тихонович Способ сублимационной сушки жидких продуктов и сушилка для его осуществления
CN201081528Y (zh) * 2007-06-27 2008-07-02 温州市金榜轻工机械有限公司 连续式冻干机
RU2458300C1 (ru) * 2011-04-01 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) Криогенная вакуум-сублимационная установка с комплексным использованием инертного газа

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU909497A1 (ru) * 1980-07-08 1982-02-28 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Консервной Промышленности И Специальной Пищевой Технологии Способ сублимационной сушки жидких и пастообразных продуктов и сублимационна сушилка
RU2119622C1 (ru) * 1996-06-14 1998-09-27 Научно-производственная фирма "Шабетник и компания" Вакуумная сублимационная установка для сушки биологических материалов
RU2119624C1 (ru) * 1996-09-02 1998-09-27 Воронежская государственная технологическая академия Вакуум-сублимационная сушилка непрерывного действия для сыпучих и гранулированных продуктов
RU2705692C1 (ru) * 2018-02-12 2019-11-11 Сергей Анатольевич Ермаков Комплекс для вакуумной сублимационной сушки

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008585C1 (ru) * 1990-12-29 1994-02-28 Антипов Сергей Тихонович Способ сублимационной сушки жидких продуктов и сушилка для его осуществления
CN201081528Y (zh) * 2007-06-27 2008-07-02 温州市金榜轻工机械有限公司 连续式冻干机
RU2458300C1 (ru) * 2011-04-01 2012-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) Криогенная вакуум-сублимационная установка с комплексным использованием инертного газа

Also Published As

Publication number Publication date
RU2746636C1 (ru) 2021-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4389794A (en) Vacuum chamber and method of creating a vacuum
US5715688A (en) Apparatus and methods for cryogenic treatment of materials
RU2746636C1 (ru) Установка вакуумно-сублимационной сушки непрерывного типа гомогенизированных и жидких продуктов питания
US3218728A (en) Low pressure carrier gas sublimation
RU2458300C1 (ru) Криогенная вакуум-сублимационная установка с комплексным использованием инертного газа
CN204678810U (zh) 一种带温度控制的真空冷冻干燥机
US5121611A (en) Refrigeration apparatus and method of refrigeration
US5156006A (en) Apparatus for cooling a heat transfer fluid
CN104949473A (zh) 一种真空冷冻干燥方法及真空冷冻干燥机
CN214172702U (zh) 喷雾冷冻干燥系统
CN104585840A (zh) 一种连续式食品真空快速冻结设备及方法
KR101703099B1 (ko) 과일이나 채소의 원형이 보존되는 동결 건조기 및 그 건조방법
CN116753658A (zh) 一种保温隔热冷柜
CN204739850U (zh) 一种连续式真空喷雾冷冻干燥设备
Lombraña Fundamentals and tendencies in freeze-drying of foods
US3487554A (en) Method and apparatus for dehydrating materials
JP2023512095A (ja) 真空ポンプを必要としない真空乾燥機
WO2020183443A1 (ja) 冷凍設備用ヒートポンプ、液体急速凍結装置、調圧・バイパス制御ユニット、及び、冷凍システム
US3316652A (en) Continuous dehydrating process
WO2003006904A1 (en) Apparatus and process for freezing produce
RU2773934C1 (ru) Способ и устройство для низкотемпературной вакуумной сушки измельченных продуктов животного и растительного происхождения
RU2785667C1 (ru) Способ лиофилизации продукта и система для его осуществления
Zhuman et al. Application of heat pump in vacuum dryer
JPS6218830B2 (ru)
US3273259A (en) Freeze drying apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20955416

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20955416

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 01/09/2023)