десублиматор для сублимационной установки непрерывного действия, имеющей комбинированный энергоподвод

Формула изобретения

1. Десублиматор сублимационной установки непрерывного действия с комбинированным энергоподводом, содержащий охлаждаемые элементы, систему автоматического хладоснабжения, выгрузное устройство для удаления льда из вакуумной системы и разноименно заряженные электроды, отличающийся тем, что, с целью увеличения производительности десублиматора, охлаждаемые элементы выполнены в виде сферических сегментов и расположены перпендикулярно относительно потока парогазовой смеси.

2. Десублиматор по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса десублимации путем ускорения перемещения заряженных молекул пара в электрическом поле, отрицательный потенциал подводят к охлаждаемым элементам десублиматора, а корпус с собирающей воронкой заземляют.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аппаратам сублимационной сушки, в частности к конструкциям десублиматоров.

Известны десублиматоры, содержащие корпус с охлаждаемой поверхностью внутри, ионизатором и разноименно заряженными электродами (а.с. СССР №192752). Также существуют десублиматоры с вертикальными конденсационными элементами, удаление льда с которых осуществляется путем подачи в них горячих паров хладагента (а.с. СССР №606085). Наиболее близким является десублиматор, охлаждаемые элементы которого встроены в распылительную камеру сублимационной установки (патент России на изобретение №2165566), имеющую комбинированный энергоподвод.

Недостатками известных аппаратов являются:

- невозможность съема льда с конденсационных элементов и удаления его из вакуумной камеры без остановки технологического процесса;

- значительное гидравлическое сопротивление между зонами сублимации и десублимации.

Целью изобретения является: обеспечение съема льда с теплообменных элементов и удаление его из вакуумной системы без прекращения работы сублимационной установки; интенсификация процесса десублимации за счет объемной конденсации молекул пара на положительных ионах и перемещения их в электрическом поле.

Указанная цель достигается тем, что десублиматор сублимационной установки непрерывного действия с комбинированным энергоподводом содержит охлаждаемые элементы, систему автоматического хладоснабжения, выгрузное устройство для удаления льда из вакуумной системы и разноименно заряженные электроды, при этом с целью увеличения производительности десублиматора охлаждаемые элементы выполнены в виде сферических сегментов и расположены перпендикулярно относительно потока парогазовой смеси.

Также в десублиматоре с целью интенсификации процесса десублимации путем ускорения перемещения заряженных молекул пара в электрическом поле отрицательный потенциал подводят к охлаждаемым элементам, а корпус с собирающей воронкой заземляют.

На чертеже показана принципиальная схема установки сублимационной сушки типа УСС-НД-КЭ-Ж непрерывного действия с комбинированным энергоподводом и усовершенствованной системой удаления испаряемой влаги.

Установка состоит из сушильной камеры цилиндрической формы с источниками УЗИ (9) и СВЧ (22). В верхней части сушильной камеры расположена распылительная зона, где закреплен ИК-излучатель (1). В распылительной камере имеются охлаждаемые элементы десублиматора (2), смотровое окно (24), выход на вакуумный насос, устройство для удаления льда, состоящее из конвейера (5), деки (4) и выгрузного окна (3). В нижней части сушильная камера соединена с выгрузным шнеком (19) готового продукта.

Жидкий продукт питателем-дозатором (насосом) (13) подается из резервуара (14) и распыляется через ультразвуковую форсунку (7) в распылительной камере. Капли продукта в процессе полета охлаждаются и замерзают за счет интенсивного испарения влаги в вакууме. При этом капли подвергаются воздействию лучистой энергии ИК-излучателя (1). Далее капли с высушенным верхним слоем летят вниз - в сушильную камеру. Одновременно насосом (16) через рассеиватель (10) подается сушильный агент (инертный газ, воздух), нагретый в калорифере (17) до температуры +20...+40°С. Количество подаваемого агента регулируется так, чтобы давление в камере, контролируемое датчиком (21), не поднималось выше 100 Па. Процесс сушки идет непрерывно под воздействием ультразвука. ПК и СВЧ-энергии в принудительном потоке инертного газа. Готовый продукт удаляется и сушильной камеры при помощи выгрузного шнека (19) и шлюзового затвора (15). Привод шнека осуществляется электродвигателем (12).

Работа десублиматора начинается при включении сублимационной установки. В охлаждаемые элементы (2) попадается жидкий хладагент. При этом температура поверхности панелей падает до -35°С. В процессе работы установки одновременно освобождается ото льда одна треть элементов десублиматора, на остальных в это время продолжает намораживаться лед, поддерживая заданное давление в аппарате. Для сброса льда в панели регенерируемой секции в место жидкого хладагента подается его горячий пар (Т=+72...75°С), нагнетаемый компрессором холодильной машины. При этом происходит отрыв сразу всего намороженного слоя льда, толщина которого составляет 7...8 мм. Продолжительность регенерации панели не превышает 5 мин. Куски льда перемещаются конвейером (5), при помощи снимающей деки (4) и выгрузного окна (3) удаляются из камеры через вакуумный затвор (8) в бункер-плавитель (11). Движение конвейера осуществляется по роликам (6), один из которых является приводным от ременной передачи (20). Неконденсирующиеся газы откачиваются из сублимационной установки вакуумным насосом (18).

Увеличение производительности десублиматора осуществляется благодаря тому, что охлаждаемые элементы расположены в зоне активного парообразования и ориентированы перпендикулярно потоку парогазовой смеси и, кроме того, они изготовлены в виде сегментов сферы, то есть обладают увеличенной площадью конденсации.

Для увеличения движущей силы процесса десублимации дополнительно используется эффект объемной конденсации пара на положительных ионах и перемещение их в электростатическом поле. Ионы образуются в результате обработки парогазовой среды электромагнитным излучением большой интенсивности (ПК, СВЧ). Па практике отмечено, что при общем эпергоподводе к ПК и СВЧ-излучателям, превышающем 1 кВт, в камере наблюдается плазменное свечение - признак ионизации газа. А так как полярные молекулы воды активно конденсируются на положительных ионах, то, с достаточной степенью достоверности, можно утверждать, что в объеме камеры фактически нет отдельных молекул воды, а есть комплексные ионы. Электрическое поле образуется между отрицательным потенциалом, подаваемым на охлаждаемые элементы от блока постоянного напряжения 250...300 В и заземленным корпусом с собирающей воронкой (23). Хотя электрическое поле сильно искривлено, затекание силовых линий все равно происходит в сторону охлаждаемых поверхностей. Положительные комплексные ионы движутся в электрическом поле к охлаждаемой поверхности и рекомбинируют на ней. Схватывание молекул воды с поверхностью десублимации определяется скоростью отвода теплоты (фазового превращения. При регенерации элемент отключается от блока постоянного напряжения.

В таблицу 1 сведены рабочие параметры десублиматоров для данного типа установок. В предлагаемой конструкции реализуются следующие механизмы поддержания заданного давления в аппарате:

- десублимирование паров, образующихся при сушке, на охлаждаемых элементах;

- объемная конденсация молекул воды на положительных ионах;

- ускорение процесса десублимации перемещением комплексных ионов в электрическом поле;

- непрерывный съем льда с охлаждаемых элементов и удаление его из вакуумной камеры.

Таблица 1 Характеристика десублиматоров для сублимационной установки типа УСС-НД-КЭ-Ж
Характеристика	Производительность установки по испаренной влаге, кг/ч
	10	50
Число охлаждаемых элементов (панелей)	3	12
Рабочая площадь одной панели, м2	0,128	0,128
Число секций элементов	-	3
Время регенерации элемента (секции), мин	5	5
Температура регенерации, °С	+72...+75	+72...+75
Продолжительность работы панели (секции) между регенерациями, мин	10	10
Температура охлаждаемой поверхности, °С	-35	-35