RU2830927C1 - Heat carrier preparation and supply system for water vapour desublimation process - Google Patents
Heat carrier preparation and supply system for water vapour desublimation process Download PDFInfo
- Publication number
- RU2830927C1 RU2830927C1 RU2024115765A RU2024115765A RU2830927C1 RU 2830927 C1 RU2830927 C1 RU 2830927C1 RU 2024115765 A RU2024115765 A RU 2024115765A RU 2024115765 A RU2024115765 A RU 2024115765A RU 2830927 C1 RU2830927 C1 RU 2830927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- evaporator
- heat carrier
- freon
- tubular
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000002061 vacuum sublimation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 30
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 9
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 5
- 239000003657 drainage water Substances 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 abstract description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 10
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002569 water oil cream Substances 0.000 description 2
- -1 Polymethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000009972 noncorrosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 239000012086 standard solution Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии вакуум-сублимационной сушки и может быть использовано в микробиологической, медицинской, фармацевтической и пищевой промышленности.The invention relates to vacuum sublimation drying technology and can be used in the microbiological, medical, pharmaceutical and food industries.
При сублимации (лиофилизации) пищевых и иных продуктов, важнейшим для проведения сублимации критерием является давление в камере сублимации, которое должно быть значительно ниже тройной точки воды.When sublimating (lyophilizing) food and other products, the most important criterion for carrying out sublimation is the pressure in the sublimation chamber, which must be significantly lower than the triple point of water.
Первичный вакуум в корпусе сублимационной установки обеспечивается вакуумными насосами, однако, когда процесс сублимации водяного льда, содержащегося в продукте, начался, то необходимо утилизировать образуемый водяной пар, так как он вызывает рост давления, что приведет, в случае отсутствия утилизации водяного пара, к повышению давления, вследствие чего сублимация станет невозможной.The primary vacuum in the sublimation unit body is provided by vacuum pumps, however, when the process of sublimation of water ice contained in the product has begun, it is necessary to utilize the generated water vapor, since it causes an increase in pressure, which will lead, in the absence of utilization of water vapor, to an increase in pressure, as a result of which sublimation will become impossible.
Классическим решением этой проблемы являются трубчатые десублиматоры, представляющие собой трубные теплообменные аппараты, в трубках которых кипит хладагент, либо протекает хладоноситель, вследствие чего эти трубки охлаждаются и водяные пары начинают намерзать на наружные поверхности труб. Тем самым водяной пар перестает влиять на повышение давления, так как он вновь десублимируется и остается на поверхностях труб десублиматора в виде льда. Такое решение использовано, например, в изобретениях по патентам №2255279, опубл. 27.06.2005г., № 2480520, опубл. 27.04.2013 гThe classic solution to this problem is tubular desublimators, which are tubular heat exchangers in which the refrigerant boils or the coolant flows, as a result of which these tubes cool down and water vapor begins to freeze on the outer surfaces of the tubes. Thus, water vapor ceases to affect the increase in pressure, since it is again desublimated and remains on the surfaces of the desublimator tubes in the form of ice. Such a solution is used, for example, in inventions under patents No. 2255279, published 06/27/2005, No. 2480520, published 04/27/2013
Данный метод имеет существенные и неискоренимые недостатки такие как:This method has significant and ineradicable shortcomings such as:
- Значительный объем, занимаемый десублиматором, ввиду того, что площадь поверхности должна быть значительной для того, чтобы быть способной принять на себя весь водяной пар, генерируемый сублимируемым продуктом;- The significant volume occupied by the desublimator, due to the fact that the surface area must be significant in order to be able to absorb all the water vapor generated by the sublimated product;
- Периодическое действие десублиматора, так как поверхность десублиматора необходимо регулярно очищать от накопившегося льда;- Periodic operation of the desublimator, since the surface of the desublimator must be regularly cleaned of accumulated ice;
- Сложность и дороговизна обеспечения непрерывного действия десублиматора, так как, как правило, типовое решение в таком случае - это установка нескольких десублиматоров, работающих попеременно, камеры десублиматоров в таком случае оснащаются герметичными створками, чтобы в процессе разморозки десублиматора, выведенного в режим разморозки, не допустить попадание водяных паров в камеру сублиматора. Такое решение имеет проблемы с герметичным закрыванием створок, что может привести к остановке сублимации, а также весьма дорого, так как для этого необходимо два или более десублиматора;- Complexity and high cost of ensuring continuous operation of the desublimator, since, as a rule, the standard solution in such a case is the installation of several desublimators operating alternately, the chambers of the desublimators in such a case are equipped with hermetic flaps to prevent water vapor from entering the sublimator chamber during the defrosting of the desublimator, which is switched to the defrosting mode. Such a solution has problems with hermetic closing of the flaps, which can lead to the cessation of sublimation, and is also very expensive, since it requires two or more desublimators;
- Во всех случаях десублиматоры периодического действия требуют расхода энергии для разморозки, так как необходимо обеспечить таянье льда.- In all cases, periodic desublimators require energy consumption for defrosting, since it is necessary to ensure that the ice melts.
Задачей изобретения является создание способа десублимации водяного пара исключающего необходимость использования в качестве десублиматора трубного теплообменного аппарата для намораживания водяного пара и лишенного существующих недостатков, обеспечивающего непрерывное и надежное удаление образующегося водяного пара без дополнительных энергетических затрат на растапливание образующегося водяного льда.The objective of the invention is to create a method for desublimating water vapor that eliminates the need to use a tubular heat exchanger as a desublimator for freezing water vapor and is devoid of existing disadvantages, ensuring continuous and reliable removal of the resulting water vapor without additional energy costs for melting the resulting water ice.
Технический результат - энергоэффективное и непрерывное удаление водяного пара, образующегося в процессе сублимационной сушки.The technical result is energy-efficient and continuous removal of water vapor generated during the freeze-drying process.
Технический результат достигается тем, что система подготовки и подачи теплоносителя для процесса десублимации водяного пара содержит систему управления, холодильную установку, теплообменник-испаритель для охлаждения теплоносителя посредством фреона, оросительную систему, выполненную с возможностью капельной подачи охлажденного теплоносителя для намораживания водяного пара и размещенную в корпусе вакуумно-сублимационной установки, соединенным посредством трубопровода с системой рекуперации теплоносителя, включающей последовательно соединенные рекуперативный теплообменник для нагрева смеси теплоносителя и льда, трубчатый конденсатор выпаривателя, теплообменник-конденсатор фреона и оросительную систему, выполненную с возможностью капельной подачи жидкой смеси на поверхность трубчатого теплообменника парогенератора, содержащего фреон в трубном пространстве, при этом трубчатый конденсатор выпаривателя и трубчатый теплообменник парогенератора размещены в сообщаемых секциях единого корпуса, снабженного выходом дренажной воды и выходом горячего теплоносителя, соединенным с рекуперативным теплообменником, который выполнен с возможностью подачи охлажденного теплоносителя в указанный теплообменник-испаритель.The technical result is achieved in that the system for preparing and supplying a heat carrier for the process of desublimation of water vapor comprises a control system, a refrigeration unit, a heat exchanger-evaporator for cooling the heat carrier by means of freon, an irrigation system made with the possibility of drip feeding of the cooled heat carrier for freezing water vapor and located in the body of the vacuum-sublimation unit, connected by means of a pipeline to the heat carrier recovery system, including a series-connected recuperative heat exchanger for heating a mixture of the heat carrier and ice, a tubular evaporator condenser, a freon heat exchanger-condenser and an irrigation system made with the possibility of drip feeding of the liquid mixture onto the surface of the tubular heat exchanger of the steam generator containing freon in the tube space, wherein the tubular evaporator condenser and the tubular heat exchanger of the steam generator are located in communicating sections of a single body, provided with a drainage water outlet and a hot heat carrier outlet, connected to the recuperative heat exchanger, which designed with the possibility of supplying cooled coolant to the specified heat exchanger-evaporator.
В предлагаемом изобретении для решения вышеуказанных недостатков предложено использование для удаления водяного пара теплоносителя, которую распыляют в отдельной секции корпуса сублимационной сушилки с последующим налипанием (намораживанием) на капли переохлажденного теплоносителя водяного пара, сублимирующегося из продукта. Полученная таким образом смесь теплоносителя и льда подается в систему рекуперации теплоносителя, где происходит разделение смеси и последующее ее охлаждение для нового цикла десублимации водяного пара.In the proposed invention, to solve the above-mentioned disadvantages, it is proposed to use a heat carrier for removing water vapor, which is sprayed in a separate section of the sublimation dryer body with subsequent adhesion (freezing) of water vapor sublimating from the product to the droplets of supercooled heat carrier. The mixture of heat carrier and ice obtained in this way is fed to the heat carrier recovery system, where the mixture is separated and subsequently cooled for a new cycle of water vapor desublimation.
Выбор теплоносителя обусловлен следующими критериями:The choice of coolant is determined by the following criteria:
- низкое удельное давление паров, не вызывающее повышение давления в камере сублиматора собственным испарением;- low specific vapor pressure, which does not cause an increase in pressure in the sublimator chamber due to its own evaporation;
- пары жидкости и сама жидкость должны быть инертны, не ядовиты, не взрыво- и пожароопасны;- liquid vapors and the liquid itself must be inert, non-toxic, non-explosive and non-flammable;
- жидкость должна иметь низкую температуру замерзания;- the liquid must have a low freezing point;
- жидкость не должна смешиваться с водой, либо должна легко отделяться от воды, без потерь;- the liquid should not mix with water, or should be easily separated from water, without loss;
- для разделения методом выпаривания из жидкости воды, жидкость должна иметь высокую температуру кипения при требуемом давлении;- for separation by evaporation of water from a liquid, the liquid must have a high boiling point at the required pressure;
- жидкость должна иметь высокую теплопроводность и теплоемкость;- the liquid must have high thermal conductivity and heat capacity;
- жидкость должна обладать низкой коррозионной активностью к конструкционным материалам сублимационной установки.- the liquid must have low corrosive activity towards the structural materials of the sublimation unit.
В качестве такого теплоносителя, отвечающего большинству требуемых параметров, может быть использована полиметилсилоксановая жидкость (силиконовое масло), или аналогичная. Эта жидкость инертна, не ядовита, не обладает коррозионной активностью, имеет низкую температуру замерзания, не смешивается с водой и не растворяется в ней, также немаловажным является то, что данная жидкость имеет разрешение на применение в пищевой промышленности.Polymethylsiloxane fluid (silicone oil) or similar can be used as such a heat carrier, which meets most of the required parameters. This liquid is inert, non-toxic, non-corrosive, has a low freezing point, does not mix with water and does not dissolve in it, and it is also important that this liquid has permission to be used in the food industry.
Изобретение поясняется с помощью фиг.1, на которой представлена схема сублимационной установки.The invention is explained with the help of Fig. 1, which shows a diagram of a sublimation installation.
Сублимационная установка включает корпус 1 камеры сублиматора, соединенный с вакуумным насосом 2, систему рекуперации теплоносителя, холодильная машина с компрессором 4 и блок управления 5.The sublimation unit includes a sublimator chamber body 1 connected to a vacuum pump 2, a coolant recovery system, a refrigeration machine with a compressor 4 and a control unit 5.
Корпус 1 камеры сублиматора разделен перегородкой 6 на две сообщаемые секции, в первой из которых размещены обогреваемые полки 7 (показаны условно) с сублимируемым продуктом, а вторая секция содержит оросительную систему 8 и емкость 9 для сбора смеси теплоносителя и льда. Оросительная система 8 соединена трубопроводом с теплообменником-испарителем 10, в котором в качестве хладоагента циркулирует фреон. Полки могут быть выполнены в виде стационарных (неподвижных) или установленных на подвижной опоре. Уровень вакуума контролируют посредством датчика давления 11.The body 1 of the sublimator chamber is divided by a partition 6 into two communicating sections, the first of which contains heated shelves 7 (shown conditionally) with the sublimated product, and the second section contains an irrigation system 8 and a container 9 for collecting a mixture of the coolant and ice. The irrigation system 8 is connected by a pipeline to a heat exchanger-evaporator 10, in which freon circulates as a coolant. The shelves can be made as stationary (fixed) or installed on a movable support. The vacuum level is controlled by means of a pressure sensor 11.
Для отслеживания уровня смеси теплоносителя и льда емкость для сбора 9 оснащена поплавковым датчиком уровня 12.To monitor the level of the coolant and ice mixture, the collection tank 9 is equipped with a float level sensor 12.
Емкость для сбора смеси теплоносителя и льда 9 соединена трубопроводом, оснащенным вентилем, с циркуляционным насосом 13, обеспечивающим перекачивание смеси теплоносителя и льда в рекуперативный теплообменник 14, содержащий вход смеси теплоносителя и льда, выход нагретой эмульсии, вход и выход теплоносителя, в качестве которого использован горячий теплоноситель, отделившийся от эмульсии на последующих этапах обработки. Участок трубопровода между циркуляционным насосом 13 и рекуперативным теплообменником 14 снабжен обратным клапаном 15, препятствующим обратному току жидкости при отключении насоса. На входах и выходах рекуперативного теплообменника установлены вентили.The container for collecting the mixture of the coolant and ice 9 is connected by a pipeline equipped with a valve to the circulation pump 13, which ensures pumping of the mixture of the coolant and ice into the recuperative heat exchanger 14, which contains an inlet of the mixture of the coolant and ice, an outlet of the heated emulsion, an inlet and an outlet of the coolant, which is the hot coolant separated from the emulsion at subsequent processing stages. The section of the pipeline between the circulation pump 13 and the recuperative heat exchanger 14 is equipped with a check valve 15, which prevents the backflow of liquid when the pump is switched off. Valves are installed at the inlets and outlets of the recuperative heat exchanger.
Выход нагретой жидкости рекуперативного теплообменника 14 соединен трубопроводом со входом трубчатого конденсатора 16 выпаривателя, размещенного в корпусе 17 выпаривателя. Корпус 17 выпаривателя разделен перегородкой 18 на два сообщаемых отсека. В отсеке парогенератора размещены оросительная система 19 для подачи горячей эмульсии и трубчатый теплообменник 20 парогенератора под ней, а в конденсаторном отсеке размещен указанный трубчатый конденсатор 16 выпаривателя. Дренажная вода, накапливаемая в донной части второй секции может отводиться посредством центробежного насоса 21 или самотеком в дренажную линию, оснащенную обратным клапаном 22. Корпус 17 выпаривателя оснащен датчиком давления 23 для контроля уровня вакуума.The outlet of the heated liquid of the recuperative heat exchanger 14 is connected by a pipeline to the inlet of the tubular condenser 16 of the evaporator, located in the evaporator housing 17. The evaporator housing 17 is divided by a partition 18 into two communicating sections. In the steam generator section, an irrigation system 19 for feeding the hot emulsion and a tubular heat exchanger 20 of the steam generator under it are located, and in the condenser section, the said tubular condenser 16 of the evaporator is located. The drainage water accumulated in the bottom part of the second section can be discharged by means of a centrifugal pump 21 or by gravity into a drainage line equipped with a check valve 22. The evaporator housing 17 is equipped with a pressure sensor 23 for monitoring the vacuum level.
Трубчатый теплообменник содержит в трубном пространстве фреон, поступающий от нагнетательного тракта компрессора 4 холодильной машины. Для отслеживания уровня жидкости в донной части выпаривателя отсек парогенератора и конденсаторный отсек снабжены соответственно поплавковым датчиком 24 уровня обезвоженного масла и поплавковым датчиком 25 уровня дренажной жидкости.The tubular heat exchanger contains freon in the tubular space, coming from the discharge path of the compressor 4 of the refrigeration machine. To monitor the liquid level in the bottom part of the evaporator, the steam generator compartment and the condenser compartment are equipped with a float sensor 24 of the dehydrated oil level and a float sensor 25 of the drainage liquid level, respectively.
Трубчатый конденсатор 16 соединен со входом теплообменника 26, выход которого соединен с оросительной системой 19. В качестве теплоносителя в теплообменнике 25 используется фреон, поступающий из трубчатого теплообменника 20 парогенератора.The tubular condenser 16 is connected to the input of the heat exchanger 26, the output of which is connected to the irrigation system 19. Freon, coming from the tubular heat exchanger 20 of the steam generator, is used as a heat carrier in the heat exchanger 25.
Вторая секция выпаривателя соединена трубопроводом со входом теплоносителя рекуперативного теплообменника 14.The second section of the evaporator is connected by a pipeline to the coolant inlet of the recuperative heat exchanger 14.
При размещении блока выпаривателя 17 значительно ниже по уровню, чем камера сублимации, дополнительно может быть установлен центробежный насос (не показан) для доставки масла в камеру сублимации.When placing the evaporator unit 17 at a level significantly lower than the sublimation chamber, a centrifugal pump (not shown) can be additionally installed to deliver oil to the sublimation chamber.
Выход фреона теплообменника 26 соединен с конденсатором фреона 27 трубопроводом и далее с теплообменником-испарителем 10, обеспечивающим испарение фреона для охлаждения масла. На участке трубопровода, соединяющего конденсатор фреона 27 и теплообменник-испаритель 10 установлен терморегулирующий вентиль 27.The freon outlet of the heat exchanger 26 is connected to the freon condenser 27 by a pipeline and then to the heat exchanger-evaporator 10, which ensures the evaporation of freon for cooling the oil. A thermostatic valve 27 is installed on the section of the pipeline connecting the freon condenser 27 and the heat exchanger-evaporator 10.
Контроль и регулирование процессом осуществляется с помощью блока управления 5, который:The process is controlled and regulated using control unit 5, which:
- в соответствии с показаниями датчиков давления 11 и 23 направляет сигнал на включение/выключение вакуумного насоса 2;- in accordance with the readings of pressure sensors 11 and 23, it sends a signal to turn on/off vacuum pump 2;
- в соответствии с показаниями датчика уровня 12 направляет сигнал на открытие вентиля и включение/выключение циркуляционного насоса 13;- in accordance with the readings of the level sensor 12, it sends a signal to open the valve and turn on/off the circulation pump 13;
- в соответствии с показанием датчика уровня 23 направляет сигнал на включение/выключение центробежного насоса 21, - in accordance with the readings of the level sensor 23, it sends a signal to turn on/off the centrifugal pump 21,
- в соответствии с показанием датчика уровня 25 направляет сигнал на открытие вентиля и открытие электромагнитного клапана 29, на участке трубопровода между трубчатым теплообменником 20 парогенератора и рекуперативным теплообменником 14.- in accordance with the readings of the level sensor 25, it sends a signal to open the valve and open the electromagnetic valve 29, on the section of the pipeline between the tubular heat exchanger 20 of the steam generator and the recuperative heat exchanger 14.
Описание работы устройства:Description of the device operation:
Продукт размещают на обогреваемых полках 7, после чего камеру сублиматора герметично закрывают и создают вакуум вакуумным насосом 2.The product is placed on heated shelves 7, after which the sublimator chamber is hermetically sealed and a vacuum is created using a vacuum pump 2.
Охлажденный до температуры -40°С в теплообменнике-испарителе 10 посредством фреона теплоноситель подают через трубопровод в оросительную систему 8. Теплоноситель через множество отверстий в трубках или форсунках в виде капель падает в приемную емкость 9. Водяной пар, сублимирующийся из продукта попадает на капли переохлажденного теплоносителя и примерзает на них. По достижении заданного уровня смеси теплоносителя и льда в емкости 9, фиксируемого датчиком уровня 12, от блока управления 5 подается сигнал на открытие вентиля и включение циркуляционного насоса 13, который начинает прокачивать смесь теплоносителя и льда по трубопроводу. Смесь теплоносителя и льда поступает в рекуперативный теплообменник 14, где обменивается теплотой с горячим теплоносителем, поступающим из выпаривателя 17. Далее подогретая эмульсия поступает в трубчатый конденсатор 16 выпаривателя, где служит хладоагентом для охлаждения его поверхности, на которой конденсируется водяной пар, выпариваемый из эмульсии. Далее еще более подогретая за счет конденсации пара эмульсия поступает в теплообменник 26-конденсатор фреона, где конденсирующийся фреон нагревает поступающую эмульсию, тем самым охлаждаясь для последующей подачи на этап охлаждения масла.Cooled to a temperature of -40°C in the heat exchanger-evaporator 10 by means of freon, the coolant is fed through a pipeline into the irrigation system 8. The coolant falls in the form of drops through a multitude of holes in the tubes or nozzles into the receiving tank 9. Water vapor sublimating from the product hits the drops of supercooled coolant and freezes onto them. Upon reaching a specified level of the coolant and ice mixture in the tank 9, recorded by the level sensor 12, a signal is sent from the control unit 5 to open the valve and turn on the circulation pump 13, which begins to pump the coolant and ice mixture through the pipeline. The mixture of coolant and ice enters the recuperative heat exchanger 14, where it exchanges heat with the hot coolant coming from the evaporator 17. Then the heated emulsion enters the tubular condenser 16 of the evaporator, where it serves as a coolant for cooling its surface, on which the water vapor evaporated from the emulsion condenses. Then the emulsion, heated even more due to the condensation of the steam, enters the heat exchanger 26-freon condenser, where the condensing freon heats the incoming emulsion, thereby cooling itself for subsequent delivery to the oil cooling stage.
Нагретая эмульсия поступает в оросительную систему 19 отсека выпаривателя 17, откуда через множество отверстий капли эмульсии стекают на поверхность трубчатого теплообменника парогенератора 20, где под воздействием теплоты проходящего внутри труб фреона от нагнетательного тракта компрессора 4 холодильной машины из эмульсии выкипает содержащаяся в ней вода. Выкипевшая вода конденсируется в конденсаторном отсеке выпаривателя 17 на поверхностях трубчатого конденсатора 16 выпаривателя 17 и стекает вниз, где накапливается до определенного уровня, фиксируемого датчиком уровня 25, после чего блок управления 5 подает сигнал на включение центробежного насоса 21 и осуществляет перекачку жидкости в дренаж.The heated emulsion enters the irrigation system 19 of the evaporator compartment 17, from where droplets of emulsion flow down through a multitude of holes onto the surface of the tubular heat exchanger of the steam generator 20, where, under the influence of the heat of the freon passing inside the pipes from the discharge path of the compressor 4 of the refrigeration machine, the water contained in the emulsion boils away. The boiled away water condenses in the condenser compartment of the evaporator 17 on the surfaces of the tubular condenser 16 of the evaporator 17 and flows down, where it accumulates to a certain level, recorded by the level sensor 25, after which the control unit 5 sends a signal to turn on the centrifugal pump 21 and pumps the liquid into the drainage.
Горячий теплоноситель, из которого выкипела вода, стекает в нижнюю часть отсека парогенератора, где накапливается до достижения определенного уровня, фиксируемого датчиком уровня 24, после чего блок управления 5 подает сигнал на открытие электромагнитного клапана 29, через который начинает поступать теплоноситель по трубопроводу в рекуперативный теплообменник 14. Теплоноситель поступает за счет того, что давление в выпаривателе 17 выше, чем в камере сублиматора.The hot coolant, from which the water has boiled away, flows down to the lower part of the steam generator compartment, where it accumulates until a certain level is reached, recorded by the level sensor 24, after which the control unit 5 sends a signal to open the electromagnetic valve 29, through which the coolant begins to flow along the pipeline into the recuperative heat exchanger 14. The coolant flows due to the fact that the pressure in the evaporator 17 is higher than in the sublimator chamber.
Горячий теплоноситель поступает в рекуперативный теплообменник 14, где охлаждается, отдавая часть своей теплоты холодной смеси теплоносителя и льда, поступающей из приемной емкости 9.The hot coolant enters the recuperative heat exchanger 14, where it cools, giving off part of its heat to the cold mixture of coolant and ice coming from the receiving tank 9.
Далее теплоноситель поступает в теплообменник - испаритель 10, где оно охлаждается фреоном, который кипит в теплообменнике и цикл повторяется.Next, the coolant enters the heat exchanger - evaporator 10, where it is cooled by freon, which boils in the heat exchanger and the cycle is repeated.
Далее более подробно описан цикл работы фреоновой холодильной установкиThe operating cycle of a freon refrigeration unit is described in more detail below.
При включении холодильной машины компрессор 4 начинает засасывать пары фреона, сжимает их и нагнетает в трубчатый теплообменник парогенератора 20. Пары фреона от сжатия разогреваются, поэтому поверхность трубчатого теплообменника парогенератора 20 может эффективно нагревать поступающую водомасляную эмульсию, при этом пары фреона частично охлаждаются. Далее пары фреона поступают в теплообменник 26 , где в значительной мере конденсируются, охлаждаясь поступающей водомасляной эмульсией, нагревая ее. Далее пары и частично сконденсировавшаяся жидкая фаза фреона поступают в конденсатор воздушного охлаждения фреона 27, вентилятор которого включается по команде блока управления 5, руководствуясь датчиком давления конденсации фреона (на схеме не показан), программа блока управления вызывает включение вентилятора конденсатора при давлении, эквивалентному температуре конденсации фреона, равной +45°С (для фреона R507 это равно 20.0 бар (отн.)). Таким образом, температура в теплообменных аппаратах системы рекуперации поддерживается одинаковой и равномерной. Полностью сконденсировавшийся фреон поступает через терморегулирующий вентиль 28 в теплообменник-испаритель 10, где кипит, отнимая тепло от поступающего в этот теплообменник масла, охлаждая его. Образующиеся пары всасываются компрессором холодильной установки, цикл фреоновой холодильной установки замыкается.When the refrigeration machine is switched on, the compressor 4 begins to suck in freon vapors, compresses them and pumps them into the tubular heat exchanger of the steam generator 20. The freon vapors heat up from the compression, so the surface of the tubular heat exchanger of the steam generator 20 can effectively heat the incoming water-oil emulsion, while the freon vapors are partially cooled. Then the freon vapors enter the heat exchanger 26, where they condense to a large extent, cooling down with the incoming water-oil emulsion, heating it. Then the vapors and the partially condensed liquid phase of the freon enter the freon air-cooled condenser 27, the fan of which is switched on by the command of the control unit 5, guided by the freon condensation pressure sensor (not shown in the diagram), the control unit program causes the condenser fan to switch on at a pressure equivalent to the freon condensation temperature equal to +45°C (for freon R507 this is equal to 20.0 bar (relative)). Thus, the temperature in the heat exchangers of the recovery system is maintained uniform and even. The fully condensed freon enters through the thermostatic valve 28 into the heat exchanger-evaporator 10, where it boils, taking heat from the oil entering this heat exchanger, cooling it. The resulting vapors are sucked in by the compressor of the refrigeration unit, the cycle of the freon refrigeration unit is closed.
Преимуществом данного изобретения является:The advantage of this invention is:
- отсутствие габаритных блоков десублиматоров в составе установки;- absence of large desublimator blocks as part of the installation;
- исключение затрат энергии на растапливание намороженного на трубки десублиматоров льда;- elimination of energy costs for melting ice frozen on the desublimator tubes;
- повышение производительности сублимационной установки;- increasing the productivity of the sublimation unit;
- возможность рекуперации тепла, переданного теплоносителю в процессе сублимации продукта.- the possibility of recovering heat transferred to the coolant during the process of product sublimation.
Claims (5)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2830927C1 true RU2830927C1 (en) | 2024-11-26 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4949473A (en) * | 1987-07-29 | 1990-08-21 | Leybold Aktiengesellschaft | Freeze drying apparatus with additional condensation surface and refrigeration source |
| RU2255279C1 (en) * | 2004-03-10 | 2005-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Method of automatic control of vacuum sublimation drying |
| JP2010144966A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Kyowa Shinku Gijutsu Kk | Freeze drying device |
| RU2784130C1 (en) * | 2022-05-24 | 2022-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Гудвилл Групп" | Method and device for absorption drying of food products |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4949473A (en) * | 1987-07-29 | 1990-08-21 | Leybold Aktiengesellschaft | Freeze drying apparatus with additional condensation surface and refrigeration source |
| RU2255279C1 (en) * | 2004-03-10 | 2005-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Method of automatic control of vacuum sublimation drying |
| JP2010144966A (en) * | 2008-12-17 | 2010-07-01 | Kyowa Shinku Gijutsu Kk | Freeze drying device |
| RU2784130C1 (en) * | 2022-05-24 | 2022-11-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Гудвилл Групп" | Method and device for absorption drying of food products |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2582729C2 (en) | Fast defrosting system | |
| KR100789215B1 (en) | Vacuum lyophilizer using dual freezing and heat pump method | |
| US4094168A (en) | Ice making refrigeration system | |
| KR20190026127A (en) | Vacuum freeze drying device and method | |
| US6112426A (en) | Thermal compression plant with heat recovery for vacuum dryers and dryer incorporating said plant | |
| US4181577A (en) | Refrigeration type water desalinisation units | |
| KR102123354B1 (en) | Vacuum-freeze drying system using heat storage | |
| RU2830927C1 (en) | Heat carrier preparation and supply system for water vapour desublimation process | |
| US5031409A (en) | Method and apparatus for improving the efficiency of ice production | |
| KR101691593B1 (en) | water-trap and removal water system having the same | |
| CN211215519U (en) | Heat pump type low-temperature crystallizer | |
| CN210921975U (en) | Freeze dryer with automatic defrosting system | |
| JPH0755273A (en) | Refrigeration system and refrigerator | |
| DK148990B (en) | PROCEDURE FOR OPERATING A HEAT PUMP SYSTEM FOR USE OF COOL WATER AND A HEAT PUMP SYSTEM FOR EXERCISING THE PROCEDURE | |
| SU1726938A1 (en) | Thermal-pumping drying plant | |
| CN105582685B (en) | Liquid treatment equipment | |
| RU2375654C1 (en) | Vacuum sublimation drying unit | |
| CN205549612U (en) | Liquid treatment device | |
| CN214971877U (en) | Vacuum heat pump evaporation crystallizer | |
| EP0076294A1 (en) | A method and a system for production of loose ice at large capacity | |
| RU2830023C1 (en) | Vacuum sublimation drying unit | |
| CN107246762A (en) | A kind of ex situ freeze dryer of use cascade refrigeration system | |
| RU2299385C1 (en) | Vacuum drying apparatus and vacuum drying method | |
| CN210220406U (en) | Freeze dryer for preparing graphene oxide powder | |
| KR102101393B1 (en) | Combined cold-hot heat storage system |