RU2299385C1 - Vacuum drying apparatus and vacuum drying method - Google Patents
Vacuum drying apparatus and vacuum drying method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299385C1 RU2299385C1 RU2005137901/06A RU2005137901A RU2299385C1 RU 2299385 C1 RU2299385 C1 RU 2299385C1 RU 2005137901/06 A RU2005137901/06 A RU 2005137901/06A RU 2005137901 A RU2005137901 A RU 2005137901A RU 2299385 C1 RU2299385 C1 RU 2299385C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- low
- agent
- solution
- water
- Prior art date
Links
Landscapes
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пищевой, микробиологической и химической отраслей промышленности и может быть использовано для сублимационной сушки замороженных растворов или суспензий, сублимационной сушки замороженных пищевых продуктов, а также для концентрирования или сушки жидких растворов и суспензий.The invention relates to the field of food, microbiological and chemical industries and can be used for freeze-drying of frozen solutions or suspensions, freeze-drying of frozen foods, as well as for concentration or drying of liquid solutions and suspensions.
Известно устройство вакуумной сушки, содержащее: сушильную камеру, в которой расположены открытые емкости с жидким или замороженным высушиваемым продуктом; нагревательные элементы, передающие теплоту высушиваемому продукту для испарения (сублимации) из него влаги; и сообщающийся с сушильной камерой ледовый конденсатор (десублиматор), в котором происходит конденсация (десублимация) испарившейся из продукта влаги. В сушильной камере при помощи вакуумного насоса поддерживается рабочее разрежение. Данное устройство также может использоваться для концентрирования жидкого продукта. Работа данного устройства осуществляется следующим образом: теплота, требуемая для испарения влаги из высушиваемого продукта, передается от нагревательных элементов продукту, после чего испарившаяся из продукта влага перемещается через вакуумируемую полость и конденсируется на охлаждаемых до глубоких минусовых температур поверхностях ледового конденсатора. Пары воды, сконденсировавшиеся на поверхности ледового конденсатора, сразу же замораживаются, образуя лед.A vacuum drying device is known, comprising: a drying chamber in which open containers with liquid or frozen dried product are located; heating elements that transfer heat to the dried product for evaporation (sublimation) of moisture from it; and an ice condenser (desublimator) communicating with the drying chamber, in which condensation (desublimation) of the moisture evaporated from the product takes place. In the drying chamber, a vacuum is maintained using a vacuum pump. This device can also be used to concentrate a liquid product. The operation of this device is as follows: the heat required to evaporate moisture from the dried product is transferred from the heating elements to the product, after which the moisture evaporated from the product moves through the evacuated cavity and condenses on the surfaces of the ice condenser cooled to deep below zero temperatures. The water vapor condensed on the surface of the ice condenser immediately freezes to form ice.
Недостатком данного устройства является наращивание в процессе работы на поверхности ледового конденсатора толстого слоя льда, который снижает теплопроводность стенок змеевика конденсатора и приводит к непрерывному снижению эффективности его работы в течение цикла сушки. Необходимость отвода высоких тепловых мощностей через постоянно увеличивающийся слой льда в свою очередь приводит к жесткому и неэкономичному режиму работы холодильной установки, обеспечивающей функционирование ледового конденсатора. Для снижения нагрузки на холодильную установку увеличивают размеры поверхностей охлаждаемых поверхностей ледового конденсатора, что ведет к росту металлоемкости оборудования и увеличению холостого объема устройства, требующего глубокого вакуумирования.The disadvantage of this device is the build-up during operation on the surface of the ice condenser of a thick layer of ice, which reduces the thermal conductivity of the walls of the condenser coil and leads to a continuous decrease in its efficiency during the drying cycle. The need to remove high thermal capacities through an ever-increasing layer of ice, in turn, leads to a tough and uneconomical operation of the refrigeration unit, which ensures the functioning of the ice condenser. To reduce the load on the refrigeration unit, the surface sizes of the cooled surfaces of the ice condenser are increased, which leads to an increase in the metal consumption of the equipment and an increase in the empty volume of the device that requires deep vacuuming.
(См. Камовников. «Вакуумно-сублимационная сушка пищевых продуктов» М. 1985 г.).(See Kamovnikov. "Vacuum freeze-drying of food products" M. 1985).
Целью изобретения является снижение нагрузки на холодильную установку ледового конденсатора при сохранении одинаково высокой эффективности работы ледового конденсатора в течение всего цикла сушки, уменьшение холостого объема устройства, требующего глубокого вакуумирования.The aim of the invention is to reduce the load on the refrigeration unit of the ice condenser while maintaining the same high efficiency of the ice condenser during the entire drying cycle, reducing the idle volume of the device requiring deep vacuum.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве вакуумной сушки, содержащем вакуумируемую сушильную камеру, расположенные внутри сушильной камеры нагревательные элементы, над которыми и/или под которыми находится осушаемый продукт, и ледовый конденсатор, согласно изобретению ледовый конденсатор состоит из двух охлаждаемых секций, одна из которых сообщается через вакуумируемую полость с сушильной камерой и смачивается низкозамерзающим водосодержащим раствором, поступающим из второй секции ледового конденсатора, а вторая секция отделена от сушильной камеры и смачивается низкозамерзающим водосодержащим раствором, поступающим из первой секции ледового конденсатора.The goal is achieved in that in a vacuum drying device containing an evacuated drying chamber, heating elements located inside the drying chamber, above which and / or under which there is a drained product, and an ice condenser, according to the invention, the ice condenser consists of two cooled sections, one of which communicates through the evacuated cavity with the drying chamber and is wetted with a low-freezing water-containing solution coming from the second section of the ice condenser, and the second section tdelena from the drying chamber and wetted antifreezing water-containing solution supplied from the first ice condenser section.
Также в устройстве в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора может быть применен раствор, конечная температура замерзания которого ниже температуры ледового конденсатора, или в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен водный раствор вещества, имеющего низкое парциальное давление пара.Also in the device, as a low-freezing water-containing solution, a solution can be used whose final freezing temperature is lower than the temperature of the ice condenser, or an aqueous solution of a substance having a low partial vapor pressure can be used as a low-freezing water-containing solution.
Также в устройстве в качестве вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, может быть применена минеральная соль, хорошо растворимая в воде, а в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор воды в органической жидкости.Also in the device, as a substance having a low partial vapor pressure, a mineral salt that is readily soluble in water can be used, and as a low-freezing water-containing solution, a solution of water in an organic liquid is used.
Также в устройстве в качестве органической жидкости может быть применен низкомолекулярный спирт или смесь спиртов, а в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применен раствор, начальная температура замерзания которого отличается от рабочей температуры ледового конденсатора не более чем на 10 градусов по Цельсию.Also, low molecular alcohol or a mixture of alcohols can be used as an organic liquid in the device, and a solution whose initial freezing temperature differs from the working temperature of the ice condenser by no more than 10 degrees Celsius can be used as a low-freezing water-containing solution.
Поставленная цель достигается также тем, что в способе вакуумной сушки продукта, содержащего жидкий или замороженный удаляемый агент, заключающемся в нагревании продукта в вакуумируемой камере с одновременным удалением выделяющихся паров агента из газовой фазы путем их конденсации, десублимации или абсорбции, согласно изобретению в вакуумируемую камеру подают охлажденную низкозамерзающую жидкость, содержащую в своем составе удаляемый из продукта агент, после чего данную жидкость охлаждают в условиях контакта жидкости с парами агента, после чего жидкость с дополнительно поглощенным агентом выводят из вакуумируемой камеры, охлаждают в условиях отсутствия контакта жидкости с парами агента, отделяют жидкость от вымороженных кристаллов удаляемого агента и возвращают охлажденную жидкость в вакуумируемую камеру.This goal is also achieved by the fact that in the method of vacuum drying a product containing a liquid or frozen removable agent, which consists in heating the product in an evacuated chamber while simultaneously removing the released agent vapors from the gas phase by condensation, desublimation or absorption, according to the invention, the vacuum chamber is fed chilled low-freezing liquid containing an agent removed from the product, after which this liquid is cooled under conditions of contact of the liquid with agent vapors and, after which the liquid with the additionally absorbed agent is removed from the evacuated chamber, cooled in the absence of contact of the liquid with the vapor of the agent, the liquid is separated from the frozen crystals of the removed agent, and the cooled liquid is returned to the evacuated chamber.
При этом в качестве низкозамерзающей жидкости могут применять раствор вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, или раствор нескольких таких веществ, в жидком удаляемом агенте.In this case, as a low-freezing liquid, a solution of a substance having a low partial vapor pressure, or a solution of several such substances in a liquid removal agent can be used.
Также в качестве агента могут применять воду, а в качестве вещества, имеющего низкое парциальное давление пара, - минеральную соль, хорошо растворимую в воде.Water can also be used as an agent, and as a substance having a low partial vapor pressure, a mineral salt that is readily soluble in water.
В качестве низкозамерзающей жидкости могут применять раствор агента в жидком растворителе, состоящем из одного или нескольких веществ, в качестве агента применяют воду, а в качестве растворителя применяют низкомолекулярный спирт или смесь спиртов.As a low-freezing liquid, a solution of an agent in a liquid solvent consisting of one or more substances can be used, water is used as an agent, and a low molecular weight alcohol or a mixture of alcohols is used as a solvent.
Предпочтительно в качестве низкозамерзающего водосодержащего раствора применяют раствор воды в органической жидкости, начальная температура замерзания которого отличается от рабочей температуры ледового конденсатора не более чем на 10 градусов по Цельсию в ту или иную сторону.Preferably, as a low-freezing water-containing solution, a solution of water in an organic liquid is used, the initial freezing temperature of which differs from the working temperature of the ice condenser by no more than 10 degrees Celsius in one direction or another.
Использование заявленного изобретения позволит снизить мощность холодильной установки, требующейся для функционирования ледового конденсатора, и уменьшить холостой объем вакуумируемой сушильной камеры.Using the claimed invention will reduce the capacity of the refrigeration unit required for the operation of the ice condenser, and reduce the empty volume of the vacuum drying chamber.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана общая схема варианта устройства вакуумной сушки.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General diagram of a variant of a vacuum drying device.
Устройство содержит вакуумную сушильную камеру 1, блок нагревательных элементов 2 (полок) с осушаемым продуктом, жалюзийную перегородку 3, внутреннюю охлаждаемую секцию 4 ледового конденсатора, внешнюю охлаждаемую секцию 5 ледового конденсатора, расположенную внутри емкости 6, накопительную емкость 7 циркулирующего водосодержащего раствора, насос 8, вентили 9, 10 и 11, линию 12 подачи хладагента в секции ледового конденсатора и линию 13 вывода хладагента из секций ледового конденсатора.The device contains a vacuum drying chamber 1, a block of heating elements 2 (shelves) with a drained product, a louver partition 3, an internal cooled section 4 of an ice condenser, an external cooled section 5 of an ice condenser located inside a tank 6, a storage tank 7 of a circulating aqueous solution, a pump 8 , valves 9, 10 and 11, a refrigerant supply line 12 in the ice condenser section and a refrigerant discharge line 13 from the ice condenser sections.
Работа устройства вакуумной сушки осуществлена следующим образом.The operation of the vacuum drying device is as follows.
Низкозамерзающий водосодержащий раствор из накопительной емкости 7 насосом 8 при открытых вентилях 9, 10 и закрытом вентиле 11 подается в емкость 6, в которой расположена охлаждаемая секция 5 ледового конденсатора. В ледовый конденсатор через линию 12 подается жидкий хладагент, который в охлаждаемых секциях 4 и 5 конденсатора кипит, отбирая теплоту от водосодержащего раствора, контактирующего со стенками охлаждаемых секций 4 и 5 конденсатора. Пары хладагента из данных секций через линию 13 удаляются к компрессору холодильной установки, обеспечивающей работу конденсатора.A low-freezing water-containing solution from the storage tank 7 by the pump 8 with the open valves 9, 10 and the closed valve 11 is supplied to the tank 6, in which the cooled section 5 of the ice condenser is located. Liquid refrigerant is supplied to the ice condenser via line 12, which boils in the cooled sections 4 and 5 of the condenser, taking heat from the water-containing solution in contact with the walls of the cooled sections 4 and 5 of the condenser. Refrigerant vapors from these sections through line 13 are removed to the compressor of the refrigeration unit, which ensures the operation of the condenser.
В емкости 6 водосодержащий раствор охлаждается до рабочей температуры ледового конденсатора, в результате чего из него вымораживается часть растворенной воды. Вымороженная вода в виде льда оседает на стенках охлаждаемой секции 5 ледового конденсатора, а охлажденный водосодержащий раствор через вентиль 10 подается в вакуумную сушильную камеру 1 для смачивания охлаждаемой секции 4 конденсатора.In the tank 6, the aqueous solution is cooled to the operating temperature of the ice condenser, as a result of which part of the dissolved water is frozen. Frozen water in the form of ice settles on the walls of the cooled section 5 of the ice condenser, and the cooled aqueous solution through the valve 10 is fed into the vacuum drying chamber 1 to wet the cooled section 4 of the condenser.
В вакуумной сушильной камере 1 поддерживается высокое разрежение. Из осушаемого продукта, размещенного на нагревательных элементах 2, под действием поступающей теплоты выделяется водяной пар, который через жалюзийную перегородку 3 перемещается к охлаждаемой секции 4 конденсатора, где поглощается охлажденным водосодержащим раствором, стекающим по стенкам конденсатора. При поглощении паров воды раствором выделяется большое количество теплоты, приводящее к значительному повышению температуры стекающего раствора. Основная часть выделяющейся теплоты передается стенкам внутренней секции 4 конденсатора, в результате чего температура стекающего раствора поддерживается на низком уровне, достаточном для непрерывного поглощения поступающих водяных паров, с целью поддержания низкого парциального давления паров воды в сушильной камере. Нагретый раствор с повышенным содержанием воды из нижней части вакуумной сушильной камеры 1 через опускную трубу стекает в накопительную емкость 7, откуда насосом 8 вновь подается в емкость 6 для охлаждения раствора и вымораживания поглощенной воды на стенках охлаждаемой секции 5 ледового конденсатора.In the vacuum drying chamber 1, a high vacuum is maintained. From the dried product placed on the heating elements 2, steam is released under the action of incoming heat, which moves through the louvered partition 3 to the cooled section 4 of the condenser, where it is absorbed by the cooled water-containing solution flowing down the walls of the condenser. When water vapor is absorbed by a solution, a large amount of heat is released, leading to a significant increase in the temperature of the flowing solution. The main part of the generated heat is transferred to the walls of the internal section 4 of the condenser, as a result of which the temperature of the flowing solution is kept at a low level sufficient for continuous absorption of incoming water vapor in order to maintain a low partial pressure of water vapor in the drying chamber. The heated solution with a high content of water from the lower part of the vacuum drying chamber 1 flows through the lowering pipe into the storage tank 7, from where it is again pumped into the storage tank 6 to cool the solution and freeze the absorbed water on the walls of the cooled section 5 of the ice condenser.
Таким образом на поверхности охлаждаемой секции 4 ледового конденсатора осуществляется поглощение паров воды циркулирующим раствором, при этом образование слоя льда на стенках секции 4 конденсатора, смачиваемых стекающим раствором, не происходит из-за относительно высокой температуры стекающего раствора, поддерживаемой поглощаемыми водяными парами. На поверхности же охлаждаемой секции 5 ледового конденсатора происходит вымораживание поглощенной воды из циркулирующего водосодержащего раствора.Thus, on the surface of the cooled section of the ice condenser 4, water vapor is absorbed by the circulating solution, while the formation of an ice layer on the walls of the section 4 of the condenser wetted by the flowing solution does not occur due to the relatively high temperature of the flowing solution supported by the absorbed water vapor. On the surface of the cooled section 5 of the ice condenser, the absorbed water is frozen out from the circulating water-containing solution.
По окончании работы раствор из емкости 6 дренируют в накопительную емкость 7, закрывают вентиль 9, размораживают лед, накопившийся на поверхностях охлаждаемой секции 5 конденсатора, после чего открывают вентиль 11 и образовавшуюся воду удаляют из установки.At the end of the work, the solution from the tank 6 is drained into the storage tank 7, the valve 9 is closed, the ice that has accumulated on the surfaces of the cooled section 5 of the condenser is thawed, then the valve 11 is opened and the formed water is removed from the installation.
В устройстве охлаждаемая секция 4 конденсатора, обеспечивающая наиболее энергоемкий процесс конденсации паров воды из газовой фазы вакуумируемой сушильной камеры 1, работает в одних и тех же условиях в течение всего периода сушки, без образования на ее поверхности слоя льда. Следовательно, размеры данной секции можно значительно уменьшить по сравнению с существующим устройством для уменьшения холостого объема сушильной камеры, требующего глубокого вакуумирования. Так как отвод теплоты конденсации паров осуществляется через необмерзшие стенки конденсатора, покрытые тонким слоем стекающего раствора, существенно снижаются нагрузки на холодильную установку конденсатора.In the device, the cooled section 4 of the condenser, which provides the most energy-intensive process of condensing water vapor from the gas phase of the evacuated drying chamber 1, operates under the same conditions throughout the entire drying period, without the formation of an ice layer on its surface. Therefore, the size of this section can be significantly reduced compared to the existing device to reduce the empty volume of the drying chamber, requiring deep vacuum. Since the heat of vapor condensation is removed through the non-frozen walls of the condenser, covered with a thin layer of the flowing solution, the load on the condenser refrigeration unit is significantly reduced.
На стенках емкости 6 конденсатора происходит нарастание слоя льда, однако тепловые потоки, отводимые через данную секцию, составляют лишь небольшую долю общих тепловых потоков вследствие того, что данная секция осуществляет только некоторое охлаждение раствора и вымораживание из него поглощенной воды. Размеры данной секции не влияют на вакуумируемый объем сушильной камеры, следовательно, для уменьшения толщины ледовой корки наружную поверхность данной секции можно неограниченно увеличивать. Кроме того, данную секцию в целях снижения металлоемкости можно дополнительно разделить на две небольшие попеременно работающие секции - пока одна обеспечивает вымораживание льда из раствора, вторую секцию размораживают от накопленного льда. При этом работа самой сушильной камеры не нарушается.An ice layer builds up on the walls of the capacitor 6, however, the heat fluxes removed through this section make up only a small fraction of the total heat flux due to the fact that this section carries out only some cooling of the solution and freezing of the absorbed water from it. The dimensions of this section do not affect the evacuated volume of the drying chamber, therefore, to reduce the thickness of the ice crust, the outer surface of this section can be unlimitedly increased. In addition, in order to reduce the metal consumption, this section can be further divided into two small alternately working sections - while one ensures freezing of ice from the solution, the second section is thawed from accumulated ice. Moreover, the operation of the drying chamber itself is not disturbed.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137901/06A RU2299385C1 (en) | 2005-12-05 | 2005-12-05 | Vacuum drying apparatus and vacuum drying method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005137901/06A RU2299385C1 (en) | 2005-12-05 | 2005-12-05 | Vacuum drying apparatus and vacuum drying method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2299385C1 true RU2299385C1 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=38164197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005137901/06A RU2299385C1 (en) | 2005-12-05 | 2005-12-05 | Vacuum drying apparatus and vacuum drying method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2299385C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194056U1 (en) * | 2019-03-13 | 2019-11-27 | Бритвин Александр Сергеевич | VACUUM-SUBLIMATION INSTALLATION IN THE HEATED AIR FLOW |
-
2005
- 2005-12-05 RU RU2005137901/06A patent/RU2299385C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194056U1 (en) * | 2019-03-13 | 2019-11-27 | Бритвин Александр Сергеевич | VACUUM-SUBLIMATION INSTALLATION IN THE HEATED AIR FLOW |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103123208A (en) | Multifunctional vacuum drying oven and stage drying process thereof | |
| KR20170008158A (en) | Vacuum drying apparatus and vacuum drying method | |
| CN201772699U (en) | Freeze dryer vapor condensing system | |
| CN102278871B (en) | Water catching system of freeze dryer | |
| RU2299385C1 (en) | Vacuum drying apparatus and vacuum drying method | |
| US2996898A (en) | Vacuum cooling apparatus | |
| CN2932261Y (en) | Water catching system of vacuum freeze drying machine | |
| RU2375654C1 (en) | Vacuum sublimation drying unit | |
| US5948144A (en) | Lyophilizer system | |
| FI92432C (en) | Compression cooling system with oil separator | |
| CN110953845A (en) | LNG vacuum freeze drying system and using method | |
| CN209541285U (en) | A kind of energy-saving vacuum freeze dryer | |
| US2477959A (en) | Balanced heat system for vacuum drying | |
| RU2335930C2 (en) | Method of vacuum drying and device for its implementation | |
| JP4291933B2 (en) | Vacuum cooling device and method of using the same | |
| RU2697217C1 (en) | Method of product sublimation drying and installation for its implementation | |
| SU1333979A1 (en) | Method of preparing air for refrigerator compartment | |
| CN211503450U (en) | Freeze-drying chamber and cold trap composite mechanism of freeze dryer | |
| RU2776402C1 (en) | Vacuum freeze drying unit | |
| RU2284737C2 (en) | Method for removing of liquid or frozen agent from product | |
| CN213119687U (en) | Circulating water cooling structure of freezing type drying machine | |
| RU2276313C2 (en) | Device for liquid concentration and sublimation drying | |
| RU2654867C1 (en) | Device for separation freezing out of liquid foodstuffs | |
| RU2547344C2 (en) | Cascade refrigerating unit | |
| Thu et al. | A Study on COP of Existing Ice Plant |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101206 |