RU2200287C1

RU2200287C1 - Method and device for continuous freeze-drying of foam products

Info

Publication number: RU2200287C1
Application number: RU2001120391/06A
Authority: RU
Inventors: С.Т. Антипов; И.Т. Кретов; С.В. Шахов; занов А.Н. Р; А.Н. Рязанов; В.Ю. Мирошниченко; А.В. Санин
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-03-10

Abstract

FIELD: vacuum-freeze-drying of liquid products in pharmaceutical, microbiological, food industries, and factory-farm enterprises. SUBSTANCE: method includes foaming of liquid product, its application to carriers, and freezing followed by its drying with destruction of dried layer of product; in the process product being supplied arrives at carriers in layer-by-layer manner at different dispersion and particle-reduction factor of each layer. Freeze drier has case, desublimator, air and noncondensables outlet pipes, carriers in the form of wire brushes, springs, bundles, or balls, foam generators, power supplies, device for removing dried layer of product from carrier surfaces, and conveyers for removing dry product from camber through gate valve; novelty is that carriers are made for adjustable rotation about their axes, that foam generators are disposed in bottom part of chamber, and that charge chamber has outlet pipes for evacuating gas and liquid product not used in the course of foaming. EFFECT: augmented heat and mass transfer. 2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к вакуум-сублимационной сушке жидких продуктов и может быть использовано в химической, фармацевтической, микробиологической, пищевой промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса. The present invention relates to vacuum freeze-drying of liquid products and can be used in the chemical, pharmaceutical, microbiological, food industries, as well as in enterprises of the agro-industrial complex.

Известен способ получения устойчивой жидкой пены [а.с. 681016, кл. С 04 В 21/02, 1979], состоящий в том, что вспененный материал заключается в локальный объем и вращается вокруг горизонтальной оси с угловой скоростью, позволяющей избежать разрушения пены. A known method of obtaining a stable liquid foam [and.with. 681016, cl. C 04 V 21/02, 1979], consisting in the fact that the foamed material is in a local volume and rotates around a horizontal axis with an angular velocity that avoids the destruction of the foam.

Недостатком известного способа является невозможность варьирования параметрами монолита вспененного продукта и площадью его поверхности. The disadvantage of this method is the inability to vary the parameters of the monolith of the foamed product and its surface area.

Известен способ сушки термочувствительных продуктов [а.с. 2008587, кл. F 26 В 5/06, 1994], заключающийся в том, что термочувствительный продукт намораживается на частицы инертного материала, расположенного в вакуум-сублимационной камере. A known method of drying heat-sensitive products [and.with. 2008587, cl. F 26 In 5/06, 1994], which consists in the fact that the heat-sensitive product is frozen on particles of an inert material located in a vacuum sublimation chamber.

Недостатком известного способа является малая поверхность тепло- и массопередачи, а также ее невысокая устойчивость в процессе сушки. The disadvantage of this method is the small surface of heat and mass transfer, as well as its low stability during the drying process.

Известен способ вакуум-сублимационной сушки вспененных продуктов в сушилке, включающей диски, размещенные на горизонтальном валу [а.с. 96120926, кл. F 26 В 5/06, 1998]. A known method of vacuum freeze-drying of foamed products in a dryer, including disks placed on a horizontal shaft [and.with. 96120926, class F 26 In 5/06, 1998].

Недостатками известного способа являются высокие энергозатраты, невысокая производительность, а также малая интенсивность процесса сушки из-за малой поверхности тепло- и массопередачи. The disadvantages of this method are high energy consumption, low productivity, as well as low intensity of the drying process due to the small surface of heat and mass transfer.

Известен способ сушки термочувствительных продуктов в сушилке [а.с. 808796, кл. F 26 В 5/06, 1981], включающей камеру, размещенный в ней конвейер, несущий кассеты, замораживающее устройство и нагревательные элементы, причем кассеты выполнены в виде прутковых рам с размещением прутков на расстоянии 1000-1500 мм друг от друга. A known method of drying heat-sensitive products in the dryer [and.with. 808796, cl. F 26 B 5/06, 1981], including a chamber, a conveyor placed therein, carrying cassettes, a freezing device and heating elements, the cassettes being made in the form of bar frames with the bars being placed at a distance of 1000-1500 mm from each other.

Недостатками известного способа сушки и сушилки для его осуществления являются высокие энергозатраты, неустойчивая поверхность тепло- и массопередачи в процессе сушки. The disadvantages of the known method of drying and dryer for its implementation are high energy consumption, unstable surface of heat and mass transfer in the drying process.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ вакуум-сублимационной сушки жидких вспененных продуктов, реализуемый в сушилке [а. с. 2148762, кл. F 26 В 5/06, 1999], заключающийся в том, что вспененный жидкий продукт наносится на носители, замораживается и сушится с деструкцией высохшего слоя продукта, причем подаваемый продукт поступает на носители послойно с различной дисперсностью каждого слоя. В сушилке для непрерывной сублимационной сушки вспененных продуктов носители продукта выполнены в виде подвижных элементов, форма которых имеет развитую пространственную структуру с возможностью равномерного распределения теплоты внутри продукта и беспрепятственного образования развитой пенной структуры, а также поверхности тепло- и массопередачи, при этом пеногенераторы расположены в верхней части сушильной камеры таким образом, чтобы подаваемый на носители продукт не мог попасть в нижнюю часть камеры к сухому продукту. Причем носители продукта выполнены в виде ершей, пружин, пучков или клубков. The closest in technical essence and the achieved effect is a method of vacuum freeze-drying of liquid foamed products, implemented in a dryer [a. from. 2148762, cl. F 26 In 5/06, 1999], which consists in the fact that the foamed liquid product is applied to the media, frozen and dried with the destruction of the dried layer of the product, and the feed product is delivered to the media layer by layer with different dispersion of each layer. In the dryer for continuous freeze-drying of foamed products, the product carriers are made in the form of movable elements, the shape of which has a developed spatial structure with the possibility of uniform distribution of heat inside the product and the formation of a developed foam structure, as well as heat and mass transfer surfaces, with foam generators located in the upper parts of the drying chamber in such a way that the product supplied to the media cannot reach the bottom of the chamber to the dry product. Moreover, the product media are made in the form of ruffs, springs, bunches or balls.

Недостатками известного способа сушки и сушилки для его осуществления являются высокие энергозатраты, недостаточная стабильность и надежность процесса, неустойчивая поверхность тепло- и массопередачи в процессе сушки. The disadvantages of the known method of drying and dryer for its implementation are high energy consumption, insufficient stability and reliability of the process, unstable surface of heat and mass transfer in the drying process.

Технической задачей изобретения является достижение равномерной пространственной структуры продукта, интенсификация тепло- и массопередачи, снижение энергозатрат, увеличение производительности работы сушилки, улучшение качества продукта. An object of the invention is to achieve a uniform spatial structure of the product, the intensification of heat and mass transfer, reducing energy consumption, increasing the productivity of the dryer, improving the quality of the product.

Техническая задача достигается тем, что в способе непрерывной сублимационной сушки вспененных продуктов, включающем вспенивание жидкого продукта, нанесение его на носители послойно с различной дисперсностью каждого слоя, замораживание, сушку с деструкцией высохшего слоя, новым является то, что после вспенивания пена подается на носители послойно с различной кратностью каждого слоя. The technical problem is achieved by the fact that in the method of continuous freeze-drying of foamed products, including foaming a liquid product, applying it to the carriers layer by layer with different fineness of each layer, freezing, drying with the destruction of the dried layer, it is new that after foaming the foam is fed layer by layer to the carriers with different multiplicity of each layer.

В сушилке для непрерывной сублимационной сушки вспененных продуктов, включающей корпус, десублиматор, патрубки для отвода воздуха и неконденсирующихся газов, носители, выполненные в виде ершей, пружин, пучков или клубков, пеногенераторы, источники энергоподвода, устройство для удаления высохшего слоя продукта с поверхности носителей, транспортер для удаления сухого продукта из камеры через затвор, новым является то, что носители имеют возможность регулируемого вращения вокруг своей оси при помощи дополнительного привода, пеногенератары расположены в нижней части сушильной камеры, над которыми дополнительно размещен транспортер для сбора сухого продукта, причем камера загрузки имеет патрубки для отвода газа и жидкого продукта, не использованных на процесс вспенивания. In a dryer for continuous freeze-drying of foamed products, including a housing, a desublimator, nozzles for venting air and non-condensable gases, carriers made in the form of ruffs, springs, bundles or balls, foam generators, energy supply sources, a device for removing the dried layer of the product from the surface of carriers, a conveyor for removing dry product from the chamber through the shutter, it is new that the carriers have the possibility of adjustable rotation around their axis using an additional drive, foam The rods are located in the lower part of the drying chamber, on top of which there is an additional conveyor for collecting dry product, and the loading chamber has nozzles for venting gas and liquid product that were not used for the foaming process.

На фиг. 1 изображен продольный разрез сушилки, на фиг.2 - разрез поперечный. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a dryer, and FIG. 2 is a transverse section.

Сублимационная сушилка для осуществления непрерывного способа сублимационной сушки жидких продуктов состоит из корпуса 1 с крышками 8 и патрубками 2 для отвода воздуха и неконденсирующихся газов, пеногенераторов 9, десублиматора 15, источников энергоподвода 10, транспортеров 5 и 6 для удаления продукта из камеры через затвор 13, носителей продукта, выполненных в виде ершей 7, одни концы которых с помощью подшипниковых узлов закреплены в подвижной венцовой шестерне 14, а другие концы жестко связаны с шестернями, обкатывающимися по другой венцовой шестерне 16. A freeze dryer for implementing a continuous method of freeze drying liquid products consists of a housing 1 with covers 8 and nozzles 2 for venting air and non-condensable gases, foam generators 9, desublimator 15, energy supply sources 10, conveyors 5 and 6 for removing product from the chamber through the shutter 13, product carriers made in the form of ruffs 7, one ends of which are mounted in the movable crown gear 14 with the help of bearing assemblies, and the other ends are rigidly connected with gears rolling around the other crowns second gear 16.

Причем шестерня венцовая 14 расположена внутри корпуса с возможностью вращения относительно горизонтальной оси сушилки, и в ней с помощью подшипниковых узлов закреплены концы центральных стержней, являющихся цилиндрическими основаниями ершей 7, другие концы которых жестко связаны с шестернями, обкатывающимися по венцовой шестерне 16, имеющей собственный привод, что придает им дополнительное вращение относительно их собственных осей. Moreover, the pinion gear 14 is located inside the housing with the possibility of rotation relative to the horizontal axis of the dryer, and the ends of the central rods, which are the cylindrical bases of the brush 7, the other ends of which are rigidly connected to the gears rolling around the pinion gear 16 having its own drive, are fixed in it using bearing assemblies , which gives them additional rotation relative to their own axes.

Пеногенераторы 9 расположены в сушильной камере таким образом, чтобы подаваемый продукт поступал на носители послойно с различной дисперсностью и кратностью каждого слоя, при этом поддон 12 служит для сбора высохшего продукта и предотвращает его попадание в нижнюю часть камеры к сухому продукту, а патрубки 17 - для отвода излишков газа и жидкости. Foam generators 9 are located in the drying chamber in such a way that the supplied product arrives on the media layer by layer with different fineness and multiplicity of each layer, while the tray 12 serves to collect the dried product and prevents it from falling into the lower part of the chamber to the dry product, and nozzles 17 - for removal of excess gas and liquid.

Для сообщения вращательного момента венцовой шестерне 14 служит мотор-редуктор 3. To communicate the torque of the crown gear 14 is a gear motor 3.

Для деструкции высохшего слоя продукта предусмотрены прикрепленные к корпусу щетки 11. For the destruction of the dried product layer, brushes 11 are attached to the housing.

Транспортеры 5 и 6 служат для удаления высушенного продукта из камеры через затвор 13. Conveyors 5 and 6 are used to remove the dried product from the chamber through the shutter 13.

Способ непрерывной сублимационной сушки жидких продуктов в сушилке осуществляется следующим образом. The method of continuous freeze-drying of liquid products in the dryer is as follows.

В корпусе 1 сушилки создается остаточное давление ниже тройной точки. Вспененный продукт послойно с различной кратностью и дисперсностью каждого слоя наносится на носители 7 по мере прохождения ими загрузочного узла с пеногенераторами 9, расположенными в сушильной камере таким образом, чтобы подаваемый на носители влажный продукт не мог попасть к сухому продукту. Носители 7, закрепленные при помощи подшипниковых узлов в венцовой шестерне 14, приводимой во вращение вместе со шнеками удаления высохшего продукта 5 и 6 при помощи мотор-редуктора 3, вращаются вокруг горизонтальной оси сушилки, а также дополнительно вращаются относительно их собственных осей при помощи шестерен, жестко закрепленных на другом конце носителей и обкатывающихся по подвижной венцовой шестерне 16. Причем венцовая шестерня 16 приводится во вращение отдельным мотор-редуктором 4. In the housing 1 of the dryer, a residual pressure below the triple point is created. Foamed product layer by layer with different multiplicity and dispersion of each layer is applied to the carriers 7 as they pass through the loading unit with foam generators 9 located in the drying chamber so that the wet product supplied to the carriers cannot reach the dry product. The carriers 7, mounted by means of bearing assemblies in the ring gear 14, rotated together with the dried product removal screws 5 and 6 by means of a gear motor 3, rotate around the horizontal axis of the dryer, and also rotate relative to their own axes by gears, rigidly mounted on the other end of the media and rolling around on the movable crown gear 16. Moreover, the crown gear 16 is driven into rotation by a separate gear motor 4.

Под воздействием источников энергоподвода 10 происходит сублимация влаги из пены, намороженной на ерши 7, и за счет их взаимодействия со щетками 11 происходит удаление высохшего слоя продукта с поверхности, скапливание сухих частиц в дополнительно установленном желобе 12 в нижней части корпуса сушилки над узлом загрузки, откуда транспортером 5 они передаются на транспортер 6 и удаляются через затвор 13. Under the influence of the energy supply sources 10, moisture is sublimated from the foam frosted on the brush 7, and due to their interaction with the brushes 11, the dried product layer is removed from the surface, and dry particles accumulate in the additionally installed groove 12 in the lower part of the dryer body above the loading unit, from where conveyor 5 they are transferred to the conveyor 6 and are removed through the shutter 13.

Неиспользованные газ и жидкий продукт удаляются через патрубок 17. Unused gas and liquid product are removed through pipe 17.

При полной сублимации влаги из продукта и окончательной деструкции сухого продукта с ершей 7 происходит генерация нового слоя вспененного на них продукта. With the complete sublimation of moisture from the product and the final destruction of the dry product with ruff 7, a new layer of foamed product is generated.

На поверхности десублиматора происходит конденсация влаги, испарившейся из продукта, и после накопления слоя определенной толщины производится регенерация десублиматора. On the surface of the desublimator, condensation of moisture evaporated from the product occurs, and after the accumulation of a layer of a certain thickness, the desublimator is regenerated.

Преимущества способа непрерывной сублимационной сушки жидких продуктов и установки для его осуществления по сравнению с прототипом заключаются в том, что намораживание слоя продукта на носитель типа ерш позволяет обеспечить:
- увеличение производительности сушилки за счет непрерывности процесса сушки;
- образование равномерной структуры продукта;
- интенсификацию процесса за счет увеличения поверхности тепло- и массопередачи;
- возможность варьирования параметров монолита вспененного продукта и его площади поверхности;
- снижение энергозатрат за счет более интенсивного и равномерного распределения теплоты внутри продукта;
- улучшение качества продукта.The advantages of the method of continuous freeze drying of liquid products and installation for its implementation in comparison with the prototype are that freezing the product layer on a ruff-type carrier allows to provide:
- increase the productivity of the dryer due to the continuity of the drying process;
- the formation of a uniform product structure;
- intensification of the process by increasing the surface of heat and mass transfer;
- the possibility of varying the parameters of the monolith of the foamed product and its surface area;
- reduction of energy costs due to a more intense and even distribution of heat inside the product;
- improving the quality of the product.

Claims

1. The method of continuous freeze-drying of foamed products, including foaming a liquid product, applying it to the media layer by layer with different dispersion of each layer, freezing, drying with destruction of the dried layer of the product, characterized in that the foamed product is fed onto the media layer by layer with different multiplicities of each layer.

2. A dryer for continuous freeze-drying of liquid foamed food products, including a housing, a desublimator, nozzles for venting air and non-condensable gases, carriers made in the form of ruffs, springs, bundles or tangles, foam generators, energy supply sources, a device for removing the dried product layer from the surface of the media, a conveyor for removing dry product from the chamber through the shutter, characterized in that the media are able to rotate around its axis by an additional drive , Foam generators are located at the bottom of the drying chamber, above which is situated further conveyor for collecting the dry product, wherein the loading chamber has connections for the gas outlet and the liquid product, not used for the foaming process.