устройство выбора оптимального энергоподвода при сублимационной сушке

Формула изобретения

Устройство для выбора оптимального энергоподвода при сублимационной сушке, содержащее поддон, установленный на полу с нагревателем, с дифференциально включенными датчиками теплового потока, связанными с дифференциатором, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй регистратор, поляризованное реле, первый и второй интегратор, блок памяти, делитель, блок сравнения, задатчик, исполнительный механизм, при этом дифференциально включенные датчики теплового потока связаны со входом первого регистратора, а его первый выход соединен с первым входом поляризованного реле, второй выход первого регистратора связан через дифференциатор со вторым входом поляризованного реле, первый выход поляризованного реле через первый интегратор соединен с первым входом делителя, второй выход поляризованного реле через блок памяти и второй интегратор соединены со вторым входом делителя, выход которого через второй регистратор связан с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с задатчиком, выход блока сравнения через исполнительный механизм соединен с нагревателем полки сублиматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сушильной технике, в частности к автоматизации сублимационной сушки.

Известно устройство (а.с. СССР, №960509, БИ №35, 1982) для автоматического контроля влажности в сублимационной сушилке.

Недостатком данного устройства является невозможность сублимационного обезвоживания материала с допустимой технологической интенсивностью процесса, определяющейся возможностью сохранения требований необходимого качества высушенного продукта при максимально допустимой скорости сублимации (ограниченной подтайкой продукта). За счет дифференциально включенных датчиков теплового потока, установленных в основание поддона с продуктом, в устройстве регистрируется зависимость в координатах сигнал-время, являющаяся алгоритмом кривой скорости сушки. Дифференциаторы в устройстве фиксируют по изменению во времени первой и второй производной функции сигнал-время завершение первого периода удаления кристаллической влаги из продукта (вторая производная равна нулю) и начало второго периода (удаление связанной влаги). В начале второго периода за счет повышения энергоподвода и при гарантированном исключении подтайки продукта возможна интенсификация процесса и сокращение общего времени обезвоживания продукта. Устройство не позволяет получить оптимальную циклограмму сушки, т.е. определить изменение температуры греющей поверхности (полки) сушилки в условиях максимальной интенсивности процесса обезвоживания продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является возможность сублимационного обезвоживания материала с допустимой технологической интенсивностью процесса, определяющееся возможностью сохранения требований необходимого качества высушенного продукта при максимально допустимой скорости сублимации и снижение энергозатрат на сублимационную сушку.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность получить оптимальную циклограмму сушки, т.е. определить изменение температуры греющей поверхности (полки) сушилки в условиях максимальной интенсивности процесса обезвоживания продукта.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в устройство выбора оптимального энергоподвода при сублимационной сушке, содержащее поддон, установленный на полку с нагревателем, с дифференциально включенными датчиками теплового потока, связанными с дифференциатором, дополнительно введены первый и второй регистратор, поляризационное реле, первый и второй интегратор, блок памяти, делитель, блок сравнения, задатчик, исполнительный механизм, при этом дифференциально включенные датчики теплового потока связаны с входом первого регистратора, а его первый выход соединен с первым входом поляризованного реле, второй выход первого регистратора связан через дифференциатор со вторым входом поляризованного реле, первый выход поляризованного реле через первый интегратор соединен с первым входом делителя, второй выход поляризованного реле через блок памяти и второй интегратор соединены со вторым входом делителя, выход которого через второй регистратор связан с первым входом блока сравнения, второй вход блока сравнения связан с задатчиком, выход блока сравнения через исполнительный механизм связан с нагревателем полки сублиматора.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2.

На фиг.1 показана общая схема предлагаемого устройства.

На фиг.2 представлены:

а) циклограмма сушки препарата, зависимость изменения поверхности энергоподвода (полки) во времени;

б) изменение сигнала и дифференциально включенных датчиков теплового потока, установленных в поддон с продуктом от времени , аналог кривой скорости сушки, где I - первый период сушки, II - второй период сушки, К - конец сушки;

в) цикл - сублимация - кристаллизация препарата. Устройство выбора оптимального энергоподвода при сублимационной сушке содержит следующие блоки (фиг.1).

Сигнал от двух датчиков 1 теплового потока, установленных в поддон с продуктом, дифференциально (электрически встречно) включенных, определяет скорость изменения теплового потока при сублимационной сушке. На одном из датчиков 1 теплового потока располагается такой же слой продукта, как в поддоне 2, другой датчик остается без продукта. Поддон 2 установлен на поверхности 3 (полку) с нагревателем в сублиматоре 4. Сигнал от дифференциально включенных датчиков 1 подается на первый регистратор 5. Первый выход первого регистратора 5 соединен с первым входом поляризованного реле 6, второй вход с регистратора 5 через дифференциатор 7 соединен со вторым входом поляризованного реле 6. При этом первый выход с поляризованного реле 6 через первый интегратор 8 соединен с первым входом делителя 11. Второй выход с поляризованного реле 6 через блок памяти 9 и второй интегратор 10 соединен со вторым входом делителя 11. Делитель 11 через второй регистратор 12 соединен с первым входом блока сравнения 13. Второй вход блока сравнения 13 связан с задатчиком 14, а выход блока сравнения 13 связан через исполнительный механизм 15 с нагревателем 3.

Устройство работает следующим образом. Замороженный продукт в поддоне 2 устанавливают на полку 3 сублиматора 4. Полка 3 охлаждается до температуры ниже эвтектической для высушиваемого продукта. Устанавливается стабильный вакуум в сушилке. В задатчик 14 вводится, например, для четырех часов сушки продукта значение =0,8, фиг.2в (отношение площадей S_dbc/S_dbec).

Для каждого из периодов экспериментально определяется значение _i (где i=1, 2, ... n - число периодов циклограммы по температуре Т_i), фиг.2а. Температура Т_i циклограммы в каждом периоде n обезвоживания соответствует максимально допустимой температуре полки 4, уровень которой обеспечивается нагревателем установки 3. При максимально допустимой температуре Т_i возможна локальная подтайка продукта, регистрируемая в координатах кривой скорости сушки сигнал - время, u=f(), фиг.2б в виде пульсационного изменения сигнала.

Для пульсационного процесса, фиг.2в, А-В-С, сигнал с датчиков 1 теплового потока попадает в первый регистратор 5, (точка А). По своим участкам кривые АВС, фиг.2в, в координатах сигнал u - время физически в соответствии с кривой скорости сушки, фиг.1б отражает:

- в I периоде: участок BE - активная сублимация кристаллической влаги в продукте; ВС - влияние подтайки кристаллической влаги на сублимацию.

- во II периоде: участок BE - испарение остатков кристаллической влаги в продукте; участок ВС - испарение и подтайка кристаллической влаги в продукте.

Из первого регистратора 5 электрический сигнал с первого выхода приходит на первый вход поляризованного реле 6. Одновременно электрический сигнал со второго выхода регистратора 5 поступает на второй вход поляризованного реле 6, приходит из дифференциатора 7. Из поляризованного реле 6 с первого выхода (после точки В, фиг.2в) сигнал вводится в первый интегратор 8. Одновременно сигнал u при достижении его производной du/dt=0 в точке В вводится из второго выхода поляризованного реле 6, блока памяти 9 во второй интегратор 10, где интегрируется в заданном циклическом интервале. Сигналы с интеграторов 8 и 9 вводятся на первый и второй вход делителя 11, где данные значений интегрирования в первом интеграторе 8 непрерывно делятся на интегральные значения из второго интегратора 10 и выводятся во второй регистратор 12. Из него передаются на первый вход блока сравнения 13, где сравниваются с сигналом задатчика 14, пришедшим на второй вход блока сравнения 13.

В случае расхождения значений разница сигналов из блока сравнения 13 подается в исполнительный механизм 15. При этом изменяется (уменьшается или увеличивается) напряжение на нагревателе полки 3 сублиматора 4. Тем самым уменьшается тепловой поток к продукту в поддоне 2.

Для медленно протекающего процесса сублимационной сушки блоки 6, 7, 8, 10 при наличии механизма подтайки препарата при интенсивном энергоподводе (повышенной температуре Т_i, i=1, 2, 3, 4) на каждом участке циклограммы в соответствии с данными задатчика обеспечивается следующее:

- дифференциатор 7 регистрирует точки В, С, обеспечивая включение (выключение) поляризованного реле 6, фиг. 1;

- поляризованное реле 6 включает интеграторы 8, 10 на любом участке циклограммы (изменения температуры полки T_i, i=1, 2, 3,4);

- интегратор 8 обеспечивает интегрирование сигнала с датчиков 1 в процессе обезвоживания продукта в условиях подтайки (участок ВС), фиг.2в, на кривой скорости сушки, фиг.2б;

- интегратор 10 обеспечивает интегрирование сигналов с датчиков 1 в процессе обезвоживания без подтайки препарата (площадь под прямой BE).

Проинтегрированные сигналы с интеграторов 8 и 10 поступают в делитель 11, где для любого участка кривой скорости сушки, фиг. 2б и циклограммы фиг.2а определяют долю размороженной влаги в процессе обезвоживания.

Величина выбирается экспериментально и вводится в задатчик 14 для каждого i этапа высушивания обезвоженного материала, исходя из качества конечного продукта. Устройство позволяет проводить сушку в оптимальных режимах. Предлагаемая технология является энергосберегающей.