В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Сублимационные сушильные установки периодического действия
Сублимационные сушильные установки периодического действия - Аппараты для сушки без применения ампул
Вакуумные установки - Сублимационные сушильные установки
Оглавление
Сублимационные сушильные установки периодического действия
Аппараты сушки в ампулах
Аппараты для сушки без применения ампул
Все страницы

 Ocновным недостатком сушки в ампулах являются узкие горлышки сосудов. Более производителен такой метод сушки, когда материал намораживается непосредственно на стенках сушильной камеры или на плоских лотках. При этом увеличивается поверхность испарения, а сопротивление проходу пара от поверхности материала к конденсатору уменьшается; все это повышает скорость сушки. Трудность здесь состоит в том, что расфасовка сухого продукта и упаковка его для последующего хранения часто должны производиться в стерильных условиях.

Сушилки в форме шкафа с полыми полками, обогреваемыми водой или паром, широко распространены; их применяют для жидких, пастообразных твердых, так называемых кусковых, продуктов. На рис. 107 приведена схема шкафной сушильной установки фирмы Митчелл (Англия), предназначенной для сушки твердых и жидких пищевых продуктов. В каждом сушильном шкафу можно высушить приблизительно 1 т влажного кускового материала или 910 л жидкого продукта в течение одного раб очего цикла. Heсколько стандартных шкафов могут включаться в работу в разное время, что I позволяет наиболее эффективно использовать установленное оборудование холодильные машины и вакуумные насосы). Диаметр цилиндрического корпуса шкафа —2,3 м, длина —6,7 м. Шкаф разделен на две секции. Рабочая секция шкафа снабжена выдвижной рамой-тележкой, перемещающейся по рельсам.

Рама состоит из нагревательных плит, между которыми можно установить противни с продуктом. Противни изготовляют из коррозионно стойкой стали, а для кусковых продуктов — также из алюминия и малоуглеродистой стали, покрытой нейлоном. Во второй секции цилиндра размещен конденсатор с прямыми трубами. Продукт предварительно замораживается непосредственно в сушильном шкафу до начала сушки. Воздухоохладитель размещенный вокруг тележки с противнями, может понизить температуру воздуха до —40° С. Установка этой фирмы для получения порошка кофе производительностью 915 кг сухого порошка в неделю показана на рис. 108, а; расположение противней — на рис. 108, б.


 


 


На рис. 109 дана принципиальная схема сушилки FC900 фирмы Секфруа (Швейцария) с радиационным нагревом. Установка состоит из горизонтальной цилиндрической вакуумной камеры, изготовленной из хромоникелевой стали, со встроенным конденсатором. Габаритные размеры камеры: диаметр 900 мм, длина 1750 мм. Конденсатор охлаждается непосредственным испарением фреона-22 или фреона-502.

Рис. 109. Принципиальная схема сублимационной сушильной установки фирмы Секфруа (Швейцария):

1 — конденсатор; 2 — вакуумный насос; 3.4 — холодильная установка

Сушильные установки для пищевых продуктов фирмы FMC (США) отличаются тем, что змеевики конденсатора помещены внутри камеры. Продукт замораживается до загрузки в вакуумную камеру. Полезная загрузка камеры 450 кг, полезная площадь 46,5 м2. Теплоноситель — раствор гликоля. Четырехкамерная установка имеет два поворотных стола для загрузки и выгрузки материала (рис. 11О).

В сушильных установках фирмы Атлас (Дания) применяют специальное устройство для лучшей передачи тепла к сушимому материалу. Время сушки значительно сокращается, если в процессе сушки создается переменное давление на материал. Между нагревательными плитами и сушимым материалом устанавливают металлические сетки для создания непосредственного контакта продукта с нагревательным элементом (рис. 111).

Сырье укладывают на алюминиевый противень, который имеет сетчатую прокладку; сверху также накладывают сетку и алюминиевую пластинку. Гидравлическая система движения пластинок подогрева расположена внутри вакуумной камеры. Между пластинами подогрева и ходовой частью установлены специальные опорные пружины. Для равномерной теплопередачи пустотелые пластины обогрева имеют лабиринтную конфигурацию; с обеих сторон камеры они соединены гибким шлангом с трубопроводом, по которому подается и стекает горячая вода.

Площадь каждой пластины обогрева 2x0,75 м2; расстояние между пластинами в исходном положении 40 мм. Для подогрева применяют воду, перегретую до 140°С. При пуске установки в нее подают холодную воду, чтобы избежать оттаивания сырья. Затем в течение 15 мин пароперегреватель нагревает воду до максимальной температуры. Установка снабжена конденсаторами или паровыми эжекторами для откачки воздуха и водяного пара. На рис. 112 показаны сублимационные сушильные установки фирмы Лейбольд (ФРГ), предназначенные в основном для сушки пищевых продуктов. Конденсационная и вакуумная части здесь выполнены аналогично таким частям вакуумной барабанной сушилки этой же фирмы.

 

Фирмой Виккерс-Армстронг (Англия) разработаны сублимационные сушильные установки шкафного типа периодического и полунепрерывного действия. Отличительная особенность установок — своеобразный способ подвода тепла к материалу, который, по данным фирмы, значительно сокращает продолжительность сушки. Этот способ аналогичен способу фирмы Атлас (см. рис. 111).

При выборе способа подачи тепла к материалу учитывали следующее: после частичного высыхания продукта тепло должно передаваться внутрь материала через сухой слой с низкой теплопроводностью, а выходящий пар также должен преодолевать сопротивление этого сухого слоя. Нагревательные плиты расположены в шкафу таким образом, что загруженные продуктом лотки находятся между нагревателями.

Все нагревательные плиты могут одновременно перемещаться, причем расстояние между ними уменьшается и продукт соприкасается с нагретой поверхностью. Движение плит производится с помощью четырех гидравлических домкратов. Полые плиты нагреваются водой, через которую пропускают пар.

Слой замороженного продукта определенной толщины расположен между двумя металлическими цельнотянутыми сетками, конфигурация которых такова, что даже если производится давление на материал и сетка соприкасается с продуктом, пар имеет свободный выход из материала. Сетка имеет небольшие острые выступы, которые вдавливаются в продукт по мере его высыхания. Благодаря этому достигается лучший контакт и облегчается передача тепла через малотеплопроводный слой сухого материала. Давление плит на материал зависит от рода продукта: чем тверже сушимый материал, тем [более высоким может быть давление плит.

В табл. 33 приведены технические характеристики сублимационных сушильных установок периодического действия фирмы Стоке (США), на рис. 113 показана сублимационная установка 110F этой фирмы. Если при замораживании распылять жидкий материал на стенки через рсунки, насаженные на вращающуюся ось, то можно достичь очень быстрого замораживания, и при соответствующем направлении струи вся внутренняя поверхность камеры покрывается слоем замороженного материала значительной толщины. Распылительно-скребковая сушилка периодического действия (рис. 114) представляет собой цилиндр с водяной рубашкой. В цилиндр вертикально вмонтирован полый вал с горизонтально направленными форсунками для нанесения продукта на стенки цилиндра и со скребком для съема сухого продукта.

 В установке для получения сухого апельсинового сока в США суточной производительностью 2,25 т порошка использованы 10 подобных сушилок. Каждые две сушилки обслуживает один скребковый конденсатор.

Сублимационные сушилки с непрерывным съемом обезвоженного продукта. Скорость сублимации с твердой поверхности определяется скоростью десорбции молекул пара, скоростью движения этих молекул по капиллярам уже высушенного слоя материала, если таковой имеется, и, наконец, скоростью диффузии тех же самых молекул пара через слой газа над поверхностью материала. Следовательно, скорость сублимации при прочих равных условиях зависит от энергии, подводимой к испаряющемуся веществу, и от пути движения молекулы пара после отрыва ее от влажного материала через слой сухого материала и через газовую среду.

Обозначим путь движения молекул пара по капиллярам высушенного материала через l1 и время прохождения этого пути через t1. Время и путь движения молекулы в первой части могут быть очень большими; количественная характеристика этих параметров определяется толщиной и микроструктурой слоя высушенного материала.

 

Вторая часть пути — это движение испарившейся молекулы после отделения ее от поверхности твердой фазы, т. е. диффузия ее в объеме сублиматора до удаления из объема аппарата. Обозначим этот путь и время движения молекулы соответственно через I2 и т2. Общий путь l = I1 + I2. Длина пути I2 определяется характерным размером аппарата, в реальных условиях он обычно не превышает 10—15 м, а скорость диффузии в разреженном газе весьма велика. Поэтому в условиях высоковакуумной сублимационной сушки время т2 значительно меньше t1.

Стало быть, если над сублимационной поверхностью поддерживается высокий или средний вакуум, то скорость испарения определяется главным образом временем движения молекулы пара по капиллярам слоя высушенного вещества, а временем диффузии молекулы в объеме сублиматора в первом приближении можно пренебречь. Сушка теплочувствительных веществ все больше и больше проникает в область высокого вакуума, где диффузионные процессы уже существенно не влияют на скорость обезвоживания. Что каса ется сушки в условиях низкого вакуума, то необходимо учитывать диффузию пара в среде остаточного газа. Очевидно, общее время т движения молекулы пара от начального момента — отрыва молекулы пара от влажного вещества — до конденсации или удаления ее из объема аппарата определяется т = t1 + т2.

Из сказанного ясно, что время t1 играет весьма существенную роль при испарении ниже тройной точки. Выше описано, как производится передача тепла к материалу в установках фирм Атлас и Виккерс-Армст-ронг. В них в какой-то степени устранена эта трудность. Чтобы время прохождения пара через слой сухого материала было минимальным, нужно своевременно удалять слой высушенного продукта.

На металлической поверхности AB (рис. 115) наморожен слой продукта толщиной 6. К поверхности замороженного продукта A1B1 при давлении от 1 до 10* мм рт. ст. подводится энергия излучения. В результате этого происходит сублимационная сушка — удаление молекул растворителя из продукта с их последующей конденсацией или откачкой вакуумными насосами. Процесс отрыва молекул пара от материала начинается на поверхности A1B1.


 

Оторвавшиеся с поверхности A1B1 молекулы растворителя движутся к поверхности конденсации через остаточный газ. Молекулы пара в этом случае преодолевают только сопротивление молекул неконденсирующегося газа; процесс сушки определяется механизмом диффузии, и скорость сушки определяется временем т2. Но с углублением зоны сушки внутрь материала, например до сечения A2B2, испаряющиеся молекулы уже встречают сопротивление при движении по капиллярам высушенного слоя толщиной б2. В этом случае к времени т2 надо добавить время t1— время движения молекулы растворителя по капиллярам высушенного продукта, т олщина слоя которого U2 непрерывно возрастает.

Чем больше б2, тем больше t1, тем медленнее протекает сушка. В конце сушки имеем t1 >> т2. нием зоны сушки до сечения AB непрерывно уменьшается скорость процесса.


Для интенсификации процесса сублимационной сушки нами предложен аппарат с непрерывным съемом обезвоженного продукта. В этом случае T1 практически равно нулю. Сушилка обогревается как по центру, так и со стороны стенок аппарата, которые в начале сушки охлаждаются, а затем обогреваются.


Сублимационная установка с непрерывным съемом высушенного продукта (рис. 116 и 117) предназначена для сушки растворов низкой концентрации (содержание растворителя от 60 до 90%, вещества от 40 до 10%).

Щетки или скребки для непрерывного съема высушенного материала, электропрогреватели и форсунки для распыления материала на внутренние стенки аппарата смонтированы на одной линии по оси цилиндра. Скребок представляет собой прямоугольную раму на шарнирах. Одна сторона рамы жестко связана с осью цилиндра; параллельная ей сторона может перемещаться таким образом, что, сохраняя вертикальное положение, она располагается на разных расстояниях от стенки,  а сторона рамы представляет собой скребок, который при вращении рамы вокруг оси цилиндра непрерывно снимает слой материала со стенки.

 

 

 


 

 Расстояние между скребком и стенкой определяют экспериментально; оно должно быть таким, чтобы со стенки снимался только сухой продукт с необходимой конечной влажностью. Это достигается тем, что скребок прижимается к поверхности вещества с различным удельным давлением. 

Во время распыления материала и сушки наружная рама скребка удалена от стенки на определенное расстояние. Чтобы приблизить скребок к высушенному продукту, с помощью сильфонного вакуумного вентиля плавно устанавливается требуемый угол поворота рамы так, чтобы между внешней стороной рамы и внутренней стенкой сохранялось необходимое расстояние. Таким образом, скребок постепенно перемещается до полного снятия со стенок аппарата высушенного продукта. Этот процесс можно автоматизировать.

Аналогичная работа проведена Гривсом, причем его эксперименты подтвердили эффективность рассмотренного метода. На рис. 118 показана схема предложенного Гривсом скребкового механизма для непрерывного удаления слоя сухого материала с поверхности.

 

 


 



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 158 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru