Вакуум-сублимационные сушилки

Обезвоживание в глубоком вакууме пищевых материалов производится при остаточном давлении в сушильной камере 13,3…133,3 Па. При этом давлении сублимационная сушка протекает при отрицательных температурах, а вода находится в состоянии льда. Процесс сублимации льда и десублимации паров воды происходит при давлении и температуре ниже тройной точки фазового равновесия воды, которой соответствует температура 0,098 °С и парциальное давление водяных паров 613,2 Па.

При сублимационной сушке продукты сначала быстро замораживают, а потом помещают в вакуумную камеру, где производится откачка давления остаточных газов до 2,7…8,0 Па. В вакууме происходит интенсивное испарение льда с поглощением теплоты. Испаряемая влага не откачивается насосами, а конденсируется на десублиматорах, охлаждаемых до температуры ниже –55 °С.

При сушке сублимацией в период охлаждения и самозамораживания (первый период) испаряется 5…20 % влаги; в период сушки сублимацией (второй период) из продукта в замороженном состоянии удаляется 75…80 % влаги и при тепловой сушке (вакуумная досушка) удаляется 5…15 % влаги. Продолжительность сублимационной сушки длительная и колеблется от 8 до 20 ч (в зависимости от режима сушки).

Затраты количества теплоты на испарение 1 кг воды

при сублимационной сушке (кДж/кг):

при замораживании воды………………………………………….. 334,9

при сублимации льда (–15 °С)…………………………………… 2869,2

при десублимации пара (–30 °С)……………………………….. 2903,2

при плавлении льда………………………………………………….. 334,9

суммарные затраты…………………………………………………… 6442,2

Вакуум-сублимационная установка УСС-5 предназначена для сушки пищевых продуктов широкого ассортимента (творог с фруктовыми добавками, лук репчатый, шампиньоны, закусочные блюда, соки, напитки, первые и вторые кулинарно готовые обеденные блюда и др.) путем замораживания и последующего перехода льда в пар (минуя жидкую фазу) при нагревании под вакуумом.

Установка (рис. 16.18) состоит из трех блоков-модулей, каждый из которых включает в себя сублиматор 3 и выносной десублиматор 7. Системы холодоснабжения, вакуумирования, подачи жидкого теплоносителя, автоматического контроля, регулирования и управления процессом являются общими для всей установки. Сублиматор представляет собой цилиндрический горизонтально установленный корпус с полусферическими крышками на торцах, внутри которого размещены горизонтальные нагревательные элементы 2 в виде набранных в секции плит в количестве 256 шт, по которым циркулирует высокотемпературный органический теплоноситель – дифенильная смесь (ДФС). В сублиматор по подвесным путям одновременно загружается 8 тележек, выполненных в виде двусторонних консольных этажерок, на которых помещаются противни с продуктами. Крышки сублиматоров всех трех блоков открываются при помощи гидравлического привода.

Десублиматор установки выносного типа выполнен в виде горизонтального цилиндрического аппарата с вертикальной перегородкой, разделяющей его объем на две половины. В каждой из них размещены по четыре вертикальных трубных секции, рабочая поверхность которых позволяет удалять влагу в течение 1…2 циклов сушки. Жидкий аммиак может подаваться последовательно в любую из секций. Предусмотрена возможность работы одной половины десублиматора в режиме оттаивания, а второй – в режиме вымораживания водяных паров. Оттаивание секций осуществляется путем заполнения водой соответствующего объема десублиматора. Каждый из отсеков соединен с сублиматором двумя вакуум-приводами диаметром 1200 мм с установленными на них вакуумными затворами.

Вакуум-насосная станция включает три насоса 5, работающих только в пусковой период, три основных и три резервных насоса 4, вакуумный коллектор 6, группу вакуумных затворов 1, обеспечивающих возможность работы насосов 4 и 5 на один блок и на всю систему.

Система холодоснабжения включает пять аммиачных двухступенчатых агрегатов общей холодопроизводительностью 3 142 500 кДж/ч. Каждый агрегат комплектуется компрессором с электродвигателем. Питание жидким аммиаком потребителей холода предусмотрено аммиачно-циркуляционной системой с нижней подачей жидкого аммиака.

Техническая характеристика сублимационной сушилки УСС-5

Загрузка, кг……………………………………………………………….. 2700…3900

Продолжительность цикла сушки, ч……………………………. 10…15

Число циклов, сут………………………………………………………. 2

Производительность, т/сут:

по сырью…………………………………………………………. 7,5

по испаренной влаге…………………………………………. 6,0

по сухому продукту…………………………………………. 1,5

Температура нагревателей, °С…………………………………….. 180

Площадь рабочей поверхности десублиматора, м²……….. 176

Температура поверхности десублиматора, °С………………. 40

Рабочее давление в сублиматоре, Па……………………………. 60

Установленная мощность, кВт…………………………………….. 310

Масса, кг…………………………………………………………………… 20 500

Вакуум-сублимационная установка В2-ФСБ (рис. 16.19) предназначена для сушки сырого и вареного мяса в ломтиках толщиной 10…14 мм или в виде фарша с толщиной слоя до 25 мм, а также творога и других продуктов питания.

Установка состоит из сублиматора 1, насосной установки 7 гидропривода, бака с насосом 8 для удаления подтаявшего льда, подвесных путей 4, поворотной стрелки 3, коллектора 5 вакуумных трубопроводов, газового аммиачного коллектора 2 десублиматоров, трубопроводов 6 для подачи жидкого аммиака в десублиматор, направляющих 9 для выдвижения нагревательных устройств, холодильной установки, системы энергопитания, системы автоматического контроля, регулирования и управления процессом.

Сублиматор 1 представляет собой цилиндрический горизонтально установленный корпус, внутри которого размещены десублиматор продуктовых тележек, два выдвижных нагревательных устройства, штанговый толкатель для передвижения продуктовых тележек, вакуумные и аммиачные трубопроводы с запорной арматурой. Встроенный десублиматор (конденсатор) выполнен из труб в виде десяти однорядных секций с индивидуальной подачей хладагента и разделен симметрично на две равные части по пять секций в каждой. Между секциями на подвесных путях размещаются нагревательные устройства и продуктовые тележки. Внутри корпуса предусмотрены два желоба для удаления льда с форсунками для его измельчения и гидротранспортировки, штанговый толкатель для загрузки продуктовых тележек в сублиматор и выгрузки их из сублиматора, подвесные пути. Корпус по торцам закрывается двумя шарнирно подвешенными крышками, в нижней части которого имеется три опоры.

Выдвижные нагревательные устройства состоят из двух тележек, выполненных в виде односторонних консольных этажерок, на которых закреплены электрические плоские нагревательные панели из нагревательного кабеля. Каждое устройство имеет 6 съемных панелей в горизонтальном ряду и 21 ряд панелей по вертикали.

Продуктовые тележки служат для размещения на них противней с сублимируемым продуктом. На каждой тележке размещается 20 рядов противней (по 2 противня в каждом).

Насосная установка 7 состоит из двух вакуум-насосов ВН-500М для предварительного вакуумирования в течение 8 мин до остаточного давления 100…50 Па и двух вакуум-насосов ВН-7ГМ для поддержания в сублиматоре рабочего давления в течение всего периода сушки. Контроль вакуума в сублиматоре 1 и управление работой вакуум-насосов осуществляется вакуумметрами.

Холодильная установка включает два двухступенчатых аммиачных холодильных агрегата АДСРБ-200 общей холодопроизводительностью 839 000 кДж/ч.

Система энергопитания содержит два трехфазных тиристорных блока, обеспечивающих плавное регулирование мощности на нагревателях. Температура поверхности нагревателей регулируется в пределах от 20 до 200 °С.

Подвесные пути 4 внутри и вне сублиматора 1 служат для выдвижения из сублиматора нагревательных устройств в целях их профилактического осмотра, ремонта и транспортирования.

Техническая характеристика сублимационной сушилки В2-ФСБ

Производительность по испаренной влаге, кг/сут……. 2300

Площадь противней, м²………………………………………… 106,6

Загрузка противня продуктом, кг/м²………………………. 10,5

Установленная мощность, кВт……………………………….. 628

Расход:

воды, м³ за цикл……………………………………………… 21

холода при –35 °С, кДж/ч……………………………….. 471 625

Габаритные размеры, мм:

сублиматора………………………………………………….. 8490´5140´4806

сушилки………………………………………………………… 17 200´5720´4806

Масса, кг……………………………………………………………… 31 970

Вакуум-сублимационная сушилка  непрерывного действия ВСГ (рис. 16.20) состоит из корпуса 4, установленного на шарнире и устройстве (подъемнике), регулирующем угол наклона корпуса к горизонту и соединенным патрубком с десублиматором и вакуум-насосом. Внутри корпуса 4 на опорных роликах установлен вращающийся барабан 5, состоящий из перфорированного и сплошного участков, причем в начале сплошного участка барабана 5 смонтированы насадки, по форме частично повторяющие профиль барабанного дозатора 7, который снабжен подпружиненными клапанами и укреплен на кронштейне 6. В самой нижней части насадки имеют овалообразные углубления, покрытые эластичными мембранами, соединенными с подпружиненными толкателями, взаимодействующими своими роликами с неподвижными копирами 10 и 11. При этом барабанный дозатор 7 с помощью валов установлен на подшипниках качения, корпуса которых снабжены пружинами растяжения, прикрепленными к неподвижной опоре, а внешняя цилиндрическая поверхность барабанного дозатора 7 имеет пазы. Вал дозатора выполнен полым и соединен с гофрированным гибким патрубком и трубопроводом. Внутри барабана над рабочей зоной размещена панель с источниками инфракрасного нагрева, под углом, соответствующим углу естественного откоса высушиваемого продукта и устанавливаемым рукояткой 9. Под перфорированным участком барабана расположен разгрузочный шнек 3, один конец вала которого соединен с приводом 2, другой конец – с цепной передачей. Корпус 4 снабжен разгрузочным патрубком и шлюзовым затвором.

Сушилка работает следующим образом. Посредством привода 2 приводятся во вращение разгрузочный шнек 3 и барабан 5. Привод 2 снабжен устройством 12 для натяжения цепи. В барабанный дозатор 7 подается через трубопровод, гофрированный гибкий патрубок и полый вал жидкий продукт. При вращении барабана 5 вступают в зацепление острые кромки насадок в пазы дозатора 7, приводя последний во вращение, что обеспечивает его перекатывание по насадкам. Одновременно при достижении подпружиненным клапаном середины овалообразного углубления посредством неподвижного копира 10 и толкателя происходит отжатие клапана и заполнение углубления жидким продуктом. Далее при выходе ролика толкателя из взаимодействия с неподвижным копиром 10 клапан возвращается в исходное положение, а жидкий продукт, находящийся в овалообразном углублении, под воздействием вакуума начинает интенсивно испаряться и самозамораживаться.

При этом надежность контакта барабанного дозатора 7 и насадок обеспечивается прижатием пружин растяжения. Образованная в результате самозамораживания пористая масса продукта разрушается при вращении барабана 5 и поступает в рабочую зону. Кроме этого процессу разрушения пористой массы со стороны углублений насадок способствует давление эластичных мембран, создаваемое посредством взаимодействия роликов толкателей  с неподвижным копиром 11. В результате такого разрушения образуются неоднородные по размерам гранулы замороженного продукта.

При вращении барабана 5 продукт интенсивно перемешивается, измельчается и равномерно сохнет за счет тепла источников инфракрасного нагрева. Для обеспечения более полного использования энергии от источников инфракрасного нагрева их панель устанавливается рукояткой 9 под углом, соответствующим углу естественного откоса высушиваемого продукта.

При прохождении по сплошному участку барабана 5 гранул продукта происходит полная сублимация влаги из мелкодисперсной фракции, после чего она удаляется через перфорированный участок за пределы барабана 5.

Продолжительность прохождения продукта по сплошному участку регулируется изменением угла наклона к горизонту всей сушилки с помощью подъемника 8.

Оставшиеся крупные гранулы продукта досушиваются в перфорированной части барабана 5, где высохший слой продукта отделяется от гранул за счет трения их между собой и о перфорацию барабана 5 и, просыпаясь через ячейки, удаляется разгрузочным шнеком 3 через патрубок и шлюзовой затвор на конвейер 1.

Разработанная конструкция позволяет интенсифицировать процесс сушки по сравнению с периодической сушилкой и значительно снизить энергозатраты на получение готового продукта.

Техническая характеристика вакуум-сублимационной сушилки ВСГ

Производительность по раствору, л/ч, не менее………. 10,0…20,0

Давление в десублиматоре, Па………………………………. 50…100

Температура панели десублиматора, °С…………………. –50

Расход охлаждаемой воды, л/ч………………………………. 400

Общая потребляемая мощность, кВт………………………. 80,0

Габаритные размеры, мм……………………………………….. 1775´1010´950