Устройство для вакуумной сушки материалов

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВАКУУМНОЙ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Куликовский Вадим Казимирович Васильев Леонард Леонидович Антух Александр Антонович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Устройство для вакуумной сушки материалов, состоящее из вакуумной камеры, полок с нагревателями, вакуумного насоса, устройства для поглощения паров воды, отличающееся тем, что устройство для поглощения паров воды выполнено в виде сорбера, содержащего селективный сорбент воды и тепловые трубы для нагрева и охлаждения сорбента и включает, по крайней мере, один канал для откачки неконденсирующегося газа и дополнительный вакуумный насос.(56) 1. Единцов Ю.В., Сильвестров Э.В., Шпанер Я.С. Состояние конструирования и производства вакуумных установок сублимационной сушки // Вакуумная техника и технология. - Т.2. -3. - 1993. - С. 43-57. 2. Тутова Э.Г., Куц П.С. Сушка продуктов микробиологического производства. М. ВО Агропромиздат, 1987. - С. 28. 3. Патент РФ С 1, МПК 626 В 5/04, 9/06, 1998. 29092006.08.30 Полезная модель относится к вакуумному оборудованию для сушки и может быть использована для высококачественной сушки биоматериалов, например медпрепаратов. Широко известны вакуумные сушилкиГермания,Англия,иДания,США 1, -02 2, состоящие из вакуумной камеры с полками,обогреваемыми электрическими нагревателями, десублиматора с парокомпрессионным охлаждающим агрегатом и вакуумного насоса. Общим недостатком указанных выше установок является необходимость значительных затрат электроэнергии на работу парокомпрессионного агрегата, что влияет на цену получаемого продукта, недостаточная изотермичность обогреваемых полок приводит к локальным перегревам, ведущим к ухудшению медпрепаратов и изменению их лекарственных свойств, нарушению химического состава. Эти вещества называются термолабильными. Сравнение различных видов замораживания показало, что наибольшая скорость процесса достигается при испарительном замораживании в вакууме. Самозамораживание не только упрощает технологический процесс, но и интенсифицирует обезвоживание скорость испарения влаги в этот период в 3-5 раз выше, чем в период сублимации. При самозамораживании сокращаются также энергозатраты, так как выделяемая скрытая теплота затвердевания используется при сублимации, что уменьшает общие энергозатраты на сушку. Однако это преимущество никак не реализуется в установках с десублиматором, так как требует дорогостоящего вакуумного насоса обеспечивающего достаточное разрежение и производительность для высокой скорости процесса самозамораживания. Стоимость вакуумного насоса с необходимыми характеристиками дополнительно возрастает вследствие необходимости применять систему регенерации масла. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению (прототип) является вакуумная сушилка УВС-400 ШиК 3. Указанная сушилка содержит вакуумную камеру полки с электрическими нагревателями, десублиматор, парокомпрессионный агрегат для охлаждения десублиматора, вакуумный насос. Недостатком этой сушилки является большое потребление электроэнергии, требуемой для работы парокомпрессионного агрегата, который должен обеспечить температуру в испарителе (пластина десублиматора) -70 С. Вторым недостатком этой сушилки является недостаточная изотермичность полок, что приводит к неравномерной влажности конечного продукта. Задачей предлагаемой полезной модели является замена электрической энергии на тепловую и обеспечение наиболее востребованных, сублимационных режимов сушки, экономия электрической энергии на поддержание необходимого вакуума. Дополнительно решается задача уменьшения стоимости вакуумной сушилки за счет снижения требований к уровню натекания и газовыделения. Задача решается за счет того, что в устройстве для вакуумной сушки материалов, состоящем из вакуумной камеры, полок с нагревателями, вакуумного насоса, устройства для поглощения паров воды, устройство для поглощения паров воды выполнено в виде сорбера, содержащего селективный сорбент воды и тепловые трубы для нагрева и охлаждения сорбента и включает, по крайней мере, один канал для откачки неконденсирующегося газа и дополнительный вакуумный насос. Ввиду незначительного объема неконденсирующегося газа достаточно насоса небольшой производительности. Полезная модель поясняется графическими изображениями, на которых фиг. 1 - общий вид устройства, фиг. 2 - сорбер. 2 29092006.08.30 В состав устройства входят вакуумная камера 1 полки с нагревателями 2 вакуумный насос 12 устройство для поглощения паров воды - сорберы 4 селективный сорбент воды 6 тепловые трубы 5 для нагрева и охлаждения сорбента конденсатор 3 вакуумные затворы 7, 8 вакуумные вентили 9, 10, 11 каналы для отвода неконденсирующегося газа 14 дополнительный вакуумный насос 13. Устройство для вакуумной сушки материалов работает следующим образом согласно фиг. 1, на полках 2 вакуумной камеры 1 размещают контейнеры с медикаментами и производят откачку воздуха вакуумным насосом 12, затем открывают вакуумный затвор 7 соединяющий вакуумную камеру 1 с сорбционным модулем 4. В результате сорбции паров воды селективным сорбентом 6 происходит интенсивное испарение свободной воды, что приводит к самозамораживанию материала, тем самым реализуется одно из преимуществ предлагаемой полезной модели. Также допускается процесс сушки препаратов, замороженных до точки эвтектики и при положительных температурах. Затраты тепла на испарение и сублимацию компенсируются теплом, подводимым тепловыми трубами, являющимися основой обогреваемых полок. Тепло сорбции, выделяющееся в сорбционном модуле, утилизируется для нагрева воды и т.п. В случае значительного накопления неконденсирующегося газа вследствие выделения остатков воздуха из биоматериалов, натекания через различные неплотности, выделения водорода при реакции паров воды с материалом корпуса сорберов и вакуумной камеры, производят его удаление посредством откачки вакуумным насосом малой производительности 13 через каналы 14. После завершения процесса сушки вакуумный затвор 7 закрывают и одновременно с выемкой сухого продукта производят десорбцию сорбционного модуля следующим образом открывают вакуумный затвор 8, разделяющий сорбционный модуль 4 и конденсатор 3. Посредством тепловых труб 5 нагревают селективный сорбент 6 до температуры десорбции. Десорбируемый пар поступает в конденсатор 3, где происходит процесс конденсации. По завершении процесса десорбции вакуумный затвор 8 закрывают и охлаждают сорбент с утилизацией тепла сорбции. С этого момента сорбционный модуль готов к следующему циклу сушки. На фиг. 2 представлен сорбер и схема удаления неконденсирующегося газа посредством канала для отвода неконденсирующегося газа 14. Неконденсирующийся газ 16, скапливающийся под действием потока пара 15 в объеме сорбера, приводит к блокированию сорбции паров воды, так как сорбируется в значительно меньшей степени. Полностью исключить неконденсирующийся газ первоначальной откачкой вакуумируемых объемов невозможно, так как он содержится в биологических объектах, может выделяться посредством реакции паров воды с металлом. Дополнительным стимулом организации каналов отвода неконденсирующегося газа может служить возможность снизить уровень требований по герметичности к вакуумным камерам. Каналы для отвода неконденсирующегося газа 14 работают следующим образом, под действием падения давления создаваемым сорбером смесь водяного пара с неконденсирующимся газом, состоящим из воздуха и небольшого количества водорода, поступает в корпус сорбера. Корпус сорбера 4 имеет достаточную длину для эффективной сепарации неконденсирующегося газа. Так как сорбент 6 является селективным сорбентом воды, пары воды будут удаляться из смеси, а неконденсирующийся газ оттесняться к концу сорбера, где установлен канал для удаления неконденсирующегося газа 14. Сечение канала для удаления неконденсирующегося газа подбирается таким образом, чтобы массовый расход газа был не больше его массового содержания в смеси. 29092006.08.30 Таким образом предлагаемое техническое решение (полезная модель) позволяет заменить электрическую энергию на дешевую тепловую энергию вторичных и альтернативных источников, сэкономить электрическую энергию, при необходимости производить самозамораживание препаратов и проводить сублимационную сушку, что повышает качество сушки термолабильных веществ. Отсутствие ограничения объемного расхода всасываемых водяных паров обеспечивает эффективную сушку продуктов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4