Пристрій та спосіб висушування рідин з високим вмістом вуглеводів до нелипкого порошку

1. Пристрій для висушування рідини, яка містить, головним чином, твердий матеріал вуглеводів, до нелипкого порошку, який включає сушильну камеру (5), у верхній частині якої розташований розпилювальний елемент (4) для розбризкування рідини, яка, головним чином, містить твердий матеріал вуглеводів, до дрібних крапельок, засіб подачі висушувального газу до подрібнених крапельок для їх часткового висушування до вологих частинок та пристрій утримування частинок (9) для посткристалізації вологих частинок, що надходять із сушильної камери, до нелипкого порошку, причому всередині сушильної камери розташований фільтрувальний елемент (7), і передбачений засіб відведення використаного висушувального газу через фільтрувальний елемент. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що сушильна камера має верхню частину та нижню частину, причому верхня частину в цілому має форму циліндра з закритим верхом, а нижня частина є стінкою у формі зрізаного конуса, що звужена донизу. 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що додатково включає випуск (8), який сполучений з нижньою частиною сушильної камери. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що випуск (8) сушильної камери сполучений з пристроєм утримування частинок (9) для доставлення частково висушених вологих частинок, причому пристрій утримування є обертальним диском або стрічковим транспортером. 5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що пристрій для утримування частинок (9) є обертальним диском, що включає конічну верхню поверхню, вал, на якому тримається диск для обертання 2 (19) 1 3 91722 4 12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що вуглевод у чистій формі є кристалічним за температур навколишнього середовища. 13. Спосіб за п. 11 або 12, який відрізняється тим, що рідина на основі загального вмісту твердого матеріалу включає принаймні 70 % мас. вуглеводів. 14. Спосіб за будь-яким з пп. 11-13, який відрізняється тим, що рідина на основі загального вмісту твердого матеріалу включає принаймні 80 % мас. вуглеводів. 15. Спосіб за будь-яким з пп. 11-14, який відрізняється тим, що вміст вологи у вільних вологих частинках складає 9-11 % мас. 16. Спосіб за будь-яким з пп. 11-15, який відрізняється тим, що висушувальний газ подають при температурі від 100 °С до 180 °С. 17. Спосіб за будь-яким з пп. 11-16, який відрізняється тим, що висушувальний газ подають при температурі від 150 °С до 170 °С. 18. Спосіб за будь-яким з пп. 11-17, який відрізняється тим, що використаний висушувальний газ відводять при температурі від 45 °С до 80 °С. 19. Спосіб за будь-яким з пп. 11-18, який відрізняється тим, що використаний висушувальний газ відводять при температурі від 50 °С до 65 °С. 20. Спосіб за будь-яким з пп. 11-19, який відрізняється тим, що вологим частинкам дають кристалізуватися протягом часу, достатнього для забезпечення ступеня кристалізації 85 % або більше. 21. Спосіб за будь-яким з пп. 11-20, який відрізняється тим, що вологим частинкам дають кристалізуватися протягом часу, достатнього для забезпечення ступеня кристалізації 90 %, в оптимальному варіанті - 92 % або більше. 22. Спосіб за будь-яким з пп. 11-21, який відрізняється тим, що вологим частинкам дають кристалізуватися протягом 5 хвилин або більше. 23. Спосіб за будь-яким з пп. 11-22, який відрізняється тим, що додатково включає етап висушування кристалізованих частинок до вмісту вільної вологи 3 % або менше. 24. Спосіб за будь-яким з пп. 11-23, який відрізняється тим, що вологі частинки, осаджені на фільтрувальному елементі, відпадають під дією коротких, помірних контрпотоків, які забезпечують насадкою, яку розташовують на стороні фільтрувального елемента, що перебуває під дією чистого повітря. 25. Спосіб за будь-яким з пп. 11-24, який відрізняється тим, що фільтрувальний елемент є гнучким фільтрувальним елементом і являє собою мішковий фільтр, який вертикально розташовують у сушильній камері і який має закрите дно, а вгорі з'єднаний з засобом видалення використаного висушувального повітря. 26. Спосіб за п. 25, який відрізняється тим, що мішковий фільтр додатково має насадку, яка створює періодичні, короткі, помірні контрпотоки стиснутого газу, які викликають відпадання тонких частинок, осаджених на гнучкому фільтрувальному елементі, у нижню частину сушильної камери. 27. Спосіб за будь-яким з пп. 11-26, який відрізняється тим, що рідину вибирають з групи, яка складається з сироватки, кислотної сироватки, пермеату сироватки, молочного пермеату, плодових або овочевих соків та меду. 28. Спосіб за п. 27, який відрізняється тим, що рідиною є пермеат сироватки. 29. Спосіб за п. 27, який відрізняється тим, що овочевим соком є томатна паста або концентрат. 30. Спосіб за будь-яким з пп. 11-26, який відрізняється тим, що рідина є розчином цукру або цукрових спиртів. 31. Спосіб за п. 30, який відрізняється тим, що цукор або цукровий спирт вибирають з групи, яка включає сорбіт, ксиліт та декстрозу. Даний винахід стосується пристрою, призначеного для висушування рідини, яка, головним чином, включає твердий матеріал вуглеводів, до нелипкого порошку. Винахід також стосується способу одержання нелипкого порошку з вихідної рідини, яка містить твердий матеріал, головним чином, з вуглеводів, такої, як сироватка або пермеат сироватки. Рідини з високим вмістом вуглеводів зазвичай важко піддаються перетворенню на легку в поводженні тверду форму, оскільки продукт стає липким за певних температур та умов вологості. Липкість може призвести до спікання у висушувальному пристрої. Типовий спосіб включає етап первісної концентрації рідини, якою може бути сироватка або пермеат сироватки, для збільшення вмісту твердої речовини до якомога вищого рівня при одночасному забезпеченні достатньо низької в'язкості, що дозволяє розпилювати рідину на наступному етапі розпилювального висушування. Зазвичай етап концентрації збільшує вміст твердої речовини у рідині до рівня, який перевищує концентрацію розчинності, що призводить до кристалізації вуглеводів. Необов'язково етап кристалізації здійснюють перед етапом розпилювального висушування. Етап кристалізації зазвичай здійснюють у резервуарі з контролем температури. До концентрованої рідини в цьому разі застосовують температурний режим для вирощування кристалів. Час утримання та температурний режим залежать від різних чинників, включаючи тип вуглеводу, концентрацію інгібіторів або промоторів кристалізації та перемішування в резервуарі. Спеціалістами було запропоновано способи, альтернативні розпилювальному висушуванню рідин з високим вмістом вуглеводів. Таким чином, у патенті WO 97/35486 описується спосіб перетворення рідкої сироватки або пермеатів сироватки на практично вільно текучі, неспікливі порошкові продукти з застосуванням повітряного висушування. Спосіб включає етапи вакуумного випарювання 5 сироватки до вмісту твердих речовин 65-80%, кристалізація концентрату сироватки та повітряного висушування сироватки, причому основний потік первісно охолодженого концентрату сироватки, який проходить через етапи кристалізації, подається з вторинним та/або третинним потоком, який підлягає змішуванню з основним потоком. Більш удосконалений спосіб описано у патенті US 6,790,288 (Niro A/S), згідно з яким кристалічний моногідрат альфа-лактози видобувають з в'язкої, лактозовмісної водної рідини шляхом піддавання вищезгаданої рідини одночасному нагріванню, випарюванню пари та механічному перемішуванню з високою швидкістю зсуву для забезпечення зниження в'язкості, що сприяє кристалізації рідини з утвореними й суспендованими в ній кристалами для поступової концентрації перемішуваної рідини та одночасної кристалізації з неї лактози. Наступне охолодження, висушування та дезінтеграція забезпечують сипкий моногідрат альфа-лактози. Етап кристалізації, який зазвичай застосовують перед розпилювальним висушуванням, обговорюється у WO 02/087348 та WO 2004/057973. У вищезгаданій публікації вказується на піддавання рідкого продукту нагріванню при температурі, вищій за температуру кристалізації будь-якого компонента рідкого продукту у теплообміннику, швидкому відокремленню летких компонентів від вищезгаданого нагрітого рідкого продукту для утворення пастоподібного концентрату, попередньому нагріванню фракції вищезгаданого пастоподібного концентрату та висушуванню вищезгаданого комбінованого продукту. Завдяки етапові попереднього нагрівання, з'являється можливість утворення кристалів лактози шляхом поточного попереднього нагрівання без будь-якого значного збільшення в'язкості, що веде до утворення пасти, яка не піддається прокачуванню. У вищезгаданій публікації пропонується спосіб, згідно з яким концентрат сироватки нагрівають до температури, яка перевищує температуру кристалізації, а потім дають кристалізуватися перед розпилювальним висушуванням. Після етапу розпилювального висушування здійснюють кристалізацію за допомогою висушувального газу. Розпилювальне висушування є загальноприйнятою технологією одержання сухих агломерованих порошків для дитячого харчування, незбираного молока, знежиреного молока та подібних продуктів, які можуть бути висушені до низького водовмісту у сушильній камері. Рідини з високим вмістом кристалізованих вуглеводів важко піддаються розпилювальному висушуванню до частинок з низьким водовмістом. Наприклад, пермеат сироватки, який зазвичай включає твердий матеріал з 80-85% вуглеводів, зазвичай не може бути концентрований до вмісту сухої речовини понад 78-85%. оскільки висушені розпилюванням частинки стають надто липкими і піддаються агломерації. Це явище називається спіканням. У патенті US 5,006,204 (Niro) пропонується піддавати вологий, висушений розпилюванням порошок, який має вологовміст 8-12%, етапові утримання перед обробкою у псевдорозрідженому шарі. Етап утримання передбачає диск, розташо 91722 6 ваний між розпилювальною сушаркою та псевдорозрідженим шаром, вищезгаданий диск має конічну верхню поверхню, вал, на якому тримається диск для обертання у горизонтальній площині, та засоби обертання диска, причому поверхня диска приймає частково висушену сироватку з розпилювальної сушарки і доставляє сироватку у псевдорозріджений шар, водночас забезпечуючи можливість кристалізації сироватки, коли вона перебуває на поверхні диска. Протягом часу утримання кристалізується більша кількість лактози, як правило, забезпечуючи кінцевий ступінь кристалізації понад 92%. Після етапу утримання порошок піддають висушуванню до його кінцевого вологовмісту, який зазвичай складає 1,5-2,5% вільної вологи у псевдорозрідженому шарі. Витрачений висушувальний газ, який залишає камеру для розпилювального висушування, містить дрібні частинки, які в цьому описі називаються тонкими частинками, які мають бути відокремлені від газу. У публікаціях, які стосуються розпилювального висушування, описуються різні процеси відокремлення, які можуть класифікуватись як зовнішні або внутрішні засоби відокремлення. Внутрішніми засобами відокремлення зазвичай є фільтри, розташовані всередині сушильної камери, а зовнішні засоби відокремлення зазвичай включають фільтри та/або циклони, після яких застосовують мокрі газоочисники для остаточного відокремлення захоплених повітрям частинок. Видалення тонких частинок за допомогою внутрішніх засобів відокремлення забезпечило можливість одержання нелипких порошків, які можуть висушуватися до низького водовмісту без спікання. У патенті US 4,741,803 описується розпилювальна сушарка, яка включає фільтрувальну зону, яка проходить через усю верхню секцію розпилювальної сушарки, у якій сепаратор містить пористі фільтрувальні елементи у формі трубок, закритих на нижньому кінці, розташованих таким чином, що повний потік висушувального газу проходить через пористі фільтрувальні елементи для співударяння з захопленими частинками продукту з висушувального газу та видалення їх таким чином. Розпилювальна сушарка існуючого рівня техніки також включає засоби спрямування потоку стиснутого повітря на пористі фільтрувальні елементи для відокремлення прилиплих до них частинок продукту; вищезгадані засоби розташовуються таким чином, що потік вищезгаданого стиснутого повітря спрямовується назовні через пористі фільтрувальні елементи і в напрямку, протилежному напрямкові висушувального газу. У патенті ЕР 1 22 7 732 (Niro A/S) описується спосіб, який включає етап відведення потоку використаного висушувального газу та газу з об'єднаного псевдорозрідженого шару при температурі 60-95°С з камери через гнучкі фільтрувальні елементи у вищезгаданій камері, з осадженням, таким чином, тонких частинок, захоплених вищезгаданим потоком, на поверхню фільтрувальних елементів. Тонкі частинки, які осіли на гнучких фільтрувальних елементах, відлипають під дією коротких, помірних контрпотоків, що викликають їх опадання 7 на стінку сушильної камери у формі зрізаного конуса і далі в об'єднаний псевдорозріджений шар. У патенті US 6,058,624 (Niro A/S) показано застосування практично негнучких фільтрів. Фільтрувальні елементи можуть чиститись на місці за допомогою засобів, описаних у патенті US 6,332,902 (Niro A/S). Зовнішні засоби відокремлення пропонуються для відокремлення тонких частинок, які утворюються в результаті розпилювального висушування рідини, яка включає велику частку кристалізованих вуглеводів. Серед спеціалістів у даній галузі вважається, що фільтрувальні пристрої всередині сушильної камери не є придатним засобом для утримання тонких частинок, оскільки очікується, що частинки злипатимуться або проникатимуть у фільтруючу матрицю й закупорюватимуть фільтрувальний пристрій. Таким чином, згідно з вищезгаданими патентами WO 02/087348 та US 5,006,204, застосовують зовнішні засоби відокремлення. У патенті WO 04/057973, який також було згадано вище, описується можливість застосування зовнішніх мішкових фільтрів для видалення тонких частинок з потоку висушувального газу, що випускається. Перед фільтруванням до висушувального газу, що випускається, подають допоміжний газ у кількості й при температурі та відносній вологості повітря, які є такими, що комбінація газу з захопленими тонкими частинками, що випускається, та допоміжного газу, що подається, перебуває за межами діапазону, в якому виникає липкість у захоплених тонких частинках. Крім того, до висушувального газу, що випускається, в оптимальному варіанті додають сухі частинки. Ці сухі частинки служать як носій для ще вологих тонких частинок у висушувальному газі, що випускається. При обробці використаного газу, який утворюється в результаті розпилювального висушування рідини з високим вмістом вуглеводу, зазвичай застосовують процеси відокремлення поза межами сушильної камери для видалення тонких липких частинок у використаному висушувальному газі. Процес відокремлення існуючого рівня техніки зазвичай передбачає застосування циклонів з наступним застосуванням мокрих газоочисників для остаточного відокремлення захоплених повітрям частинок. Відомі способи мають кілька недоліків при обробці продуктів, поводження з якими пов'язано з труднощами. У перехідному трубопроводі між сушильною камерою та пристроями для відокремлення частинок частинки прилипають до труби і вимагають видалення. Це видалення часто здійснюють вручну, і воно вимагає призупинення процесу виробництва. Для зменшення тенденції до прилипання частинок до труби, у трубу часто нагнітають тепле сухе повітря, що збільшує потребу в енергії для всього процесу. Крім того, застосування пристроїв для видалення частинок з висушувального газу додатково ускладнює установку для обробки. Метою даного винаходу є забезпечення пристрою для виробництва нелипкого порошку, який водночас обробляє відпрацьований, використаний 91722 8 висушувальний газ, який включає тонкі частинки, в економічний і оптимізований спосіб. Короткий опис винаходу Даний винахід стосується пристрою для висушування рідини, яка, головним чином, включає твердий матеріал вуглеводів, до нелипкого порошку, причому пристрій включає сушильну камеру (5), у верхній частині якої розташовується розпилювальний елемент (4), здатний розбризкувати рідину, яка, головним чином, включає твердий матеріал вуглеводів, до дрібних крапельок, засіб подачі висушувального газу до подрібнених крапельок для їх часткового висушування до вологих частинок та пристрій для утримання (9) для посткристалізації вологих частинок, що надходять із сушильної камери, до нелипкого порошку, причому всередині сушильної камери розташовується фільтрувальний елемент (7), і передбачено засіб відведення використаного висушувального газу через фільтрувальний елемент. Через липкий характер частинок у відпрацьованому висушувальному газі передбачається, що внутрішньо розташований фільтр швидко закупорюватиметься. Наслідком закупорювання мало б бути швидке збільшення перепаду тиску у фільтрувальному елементі. Несподівано було виявлено, що швидкого збільшення перепаду тиску не спостерігається. Додатковими перевагами винаходу є компактність виробничої установки та зменшена кількість поверхонь контакту з продуктом. Компактність виробничої установки зменшує потребу у площі, а зменшена кількість поверхонь контакту з продуктом полегшує чищення обладнання. Вжитий авторами термін "нелипкий" означає властивість порошку з практичної точки зору. Відповідно, нелипкий порошок є продуктом, який може оброблятися без злипання окремих частинок, таким чином, щоб не створювалося суттєвих перешкод для подальшої обробки порошку. Відсутність липкості для конкретного порошку забезпечується за певної комбінації температури, концентрація вільної води та ступеня кристалічності. У деяких варіантах втілення винаходу нелипкий порошок складається з легкосипких частинок. Залежно від конструкції пристрою згідно з винаходом, розпилювальний елемент може бути вибраний з-поміж обертального розпилювального колеса, пневморозпилювача або аеродинамічної насадки. Засіб подачі газу до подрібнених крапельок для їх часткового висушування до вологих частинок зазвичай включає вентилятор та нагрівач. Потік та температуру газу, який подається до розпилювальної камери, зазвичай регулюються для досягнення потрібної висушувальної здатності. Висушувальний газ зазвичай надходить до сушильної камери через кільцевий отвір навколо розпилювального елемента. Сушильна камера може мати будь-яку прийнятну форму, якщо вологі частинки можуть збиратися й переноситися до пристрою для утримання. Зазвичай сушильна камера включає верхню частину та нижню частину, вищезгадана верхня частина в цілому має форму циліндра з закритим 9 верхом, а вищезгадана нижня частина є стінкою у формі зрізаного конуса, що звужується донизу. Стінка у формі зрізаного конуса, що звужується донизу, входить у випускний отвір для збирання вологих частинок після процесу розпилювального висушування. Сушильна камера не включає об'єднаного псевдорозрідженого шару, що є звичним при обробці продуктів, які висушують до низького вологовмісту. Вологий продукт може збиратись у вмістище, а потім переноситись до пристрою для утримання. Однак прийнятним є варіант, коли вихідний отвір сушильної камери сполучається з пристроєм для утримання для безпосереднього доставления частково висушених вологих частинок. Пристрій для утримання може мати будь-яку форму, яка дозволяє здійснювати посткристалізацію вологих частинок. У деяких варіантах втілення застосовують рухомий стрічковий транспортер. Рухомий стрічковий транспортер може бути проникним або непроникним, і волога частинка може кристалізуватися на самому транспортері або на кількох піддонах. В інших варіантах застосування пристрій для утримання є диском, який має конічну верхню поверхню, вал, на якому тримається диск для обертання у горизонтальній площині, та засоби обертання диска. Останній пристрій описується у патенті US 5,006,204 (Niro), включеному авторами шляхом посилання. Внутрішній фільтрувальний елемент може бути виконаний з будь-якого прийнятного матеріалу, який має відповідний розмір пор для відведення конкретних тонких частинок. В одному варіанті втілення фільтр виконується з жорсткого матеріалу, як описано у патенті WO 97/14288 (Niro). Жорстким матеріалом може бути кераміка, металокераміка або полімер. Однак зазвичай перевагу віддають фільтрувальному елементові, виконаному як гнучкий фільтрувальний елемент. Оптимальним матеріалом для гнучкого фільтрувальний елемент є голкопробивний матеріал. Прийнятний гнучкий фільтр виготовляють з 2-шарового голкопробивного матеріалу з поліестеру (етиленполітерефталат). Об'єм пор має бути достатнім для утримання частинок і для забезпечення високої газопроникності. Прийнятними виявились об'єм пор приблизно 78%, товщина 1,5-2мм та газопроникність приблизно 150л/м3. Матеріал фільтрувального елемента відповідним чином вибирають таким чином, щоб утримувати частинки, які мають розмір 1-10μ або більше. Гнучкий фільтрувальний елемент служить для утримання частинок та відведення використаного висушувального повітря. Таким чином, форма фільтра не є критичною. Прийнятний варіант втілення включає гнучкий фільтрувальний елемент у формі мішкового фільтра, вертикально розташованого у сушильній камері. Мішковий фільтр є закритим знизу і вгорі з'єднується з засобом видалення використаного висушувального повітря. Група мішкових фільтрів може бути розташована у коло всередині сушильної камери у верхній циліндричній частині для зниження потреби у просторі. Прийнятним засобом відведення використаного висушувального газу через фільтрувальний елемент є вентилятор, але ним може бути будь-яке 91722 10 обладнання, здатне створювати різницю тисків по обидва боки фільтра, достатню для видалення використаного висушувального газу. Для запобігання закупорюванню мішковий фільтр може бути оснащений насадкою, здатною створювати короткі, помірні контрпотоки стиснутого газу, які викликають відпадання тонких частинок, осаджених на гнучкому фільтрувальному елементі, у нижню частину сушильної камери. Завдяки відповідному регулюванню, частинки можуть відлипати від гнучких мішкових фільтрів під дією слабкого контрпотоку при низькому тиску, який не розпорошує частинки по великій площі всередині сушильної камери, а дозволяє їм спадати безпосередньо донизу на конічну секцію. Зазвичай насадка активізується періодично кожні 3 хвилини. Можуть бути вибрані довші або коротші періоди між кожним з контрпотоків згідно з потребою в запобіганні закупорюванню. Насадкою зазвичай є насадка для зворотного повітряного потоку, наприклад, така, як описано у патенті US 6,332,902 (Niro), включеному авторами шляхом посилання. У деяких аспектах винаходу пристрій згідно з винаходом також включає пристрій для вторинного висушування частинок, які піддаються посткристалізації у пристрої для утримання. Висушувальний пристрій може бути вибраний з-поміж різних пристроїв, доступних спеціалістам у даній галузі. Наприклад, висушувальний пристрій може бути рухомою безкінечною стрічкою для вільного або примусового випарювання залишкової вологи або псевдорозрідженого шару. Псевдорозрідженому шарові зазвичай віддають перевагу для кращого контролю кінцевого вологовмісту. Оптимальним псевдорозрідженим шаром є Niro VIBROFLUIDIZER®. Також може бути бажаним охолодження частинок після етапу додаткового висушування. Відповідно, у цьому разі псевдорозріджений шар відокремлюють у висушувальному відділенні та охолоджувальному відділенні для одночасного висушування та охолодження частинки. Пристрій для розпилювального висушування згідно з винаходом може отримувати вихідний матеріал з будь-якого внутрішнього або зовнішнього джерела. Якщо вихідний матеріал виробляється на місці, пристрій згідно з винаходом також включає концентратор та кристалізатор перед розпилювальним елементом. Концентратор видаляє воду для збільшення вмісту твердої речовини. Це можуть здійснювати різні пристрої, включаючи паровий випарник, випарник з падаючою плівкою та обладнання для ультрафільтрації, які можуть застосовуватись окремо або у комбінації згідно з даним винаходом. Кристалізатор включає резервуар, який має засіб контролю температури. Вибрана початкова та кінцева температура, а також температурний режим, якого слід дотримуватися під час охолодження, визначаються згідно з вихідним матеріалом. Необов'язково рідину, отриману в результаті концентрації, у незначній кількості додають до невеликої кількості малих кристалічних затравок для започаткування кристалізації. Час до досягнення максимального ступеня кристалізації залежить від 11 типу вуглеводу, вмісту інгібіторів або промоторів кристалізації та перемішування в резервуарі. Винахід також стосується способу одержання нелипкого порошку з рідини, яка, головним чином, включає твердий матеріал вуглеводів, включаючи етапи: - розпилення рідини, яка має, на основі загального вмісту твердого матеріалу, принаймні 50% за масою вуглеводів, у сушильну камеру у формі дрібних крапельок, - подачі висушувального газу до крапельок для їх часткового висушування до вологих частинок, які мають вміст вільної вологи 8-13% за масою, - видалення вологих частинок із сушильної камери та - забезпечення кристалізації протягом часу, достатнього для того, щоб порошок став нелипким, причому використаний висушувальний газ відводиться через фільтрувальний елемент, розташований всередині сушильної камери. Вуглеводи, які переважно трапляються в рідині, яка підлягає обробці, перебувають у твердій формі за навколишніх температур для уникнення охолодження пристрою та навколишнього середовища. В оптимальному варіанті втілення вуглевод у чистій формі є кристалічним за навколишніх температур. Більшу перевагу віддають вуглеводам, які у чистому вигляді перебувають у кристалічній формі при 60°С. Пропорція вуглеводів зазвичай складає понад 50% за масою для збільшення здатності до утворення відповідних кристалів під час етапу кристалізації. Прийнятна рідина на основі загального вмісту твердого матеріалу включає принаймні 70% за масою вуглеводів. В оптимальному варіанті втілення рідина на основі загального вмісту твердого матеріалу включає принаймні 80% за масою вуглеводів. Кількість вільної вологи має бути достатньою для забезпечення процесу кристалізації, але не вищою за ту, що забезпечує цілісність частинок вологи. В оптимальному варіанті, вологовміст вільних вологих частинок складає 9-11% за масою. Зазвичай буває бажаним застосування висушувального газу якомога вищої температури, оскільки висушувальний потенціал висушувального газу зростає зі збільшенням температури. Однак для частинок, яких стосується винахід, висока температура також збільшує липкість. Зазвичай висушувальний газ подають при температурі від 100°С до 180°С. Оптимальна робоча температура, яку застосовують для похідних від сироватки продуктів, складає від 150°С до 170°С. Використаний висушувальний газ зазвичай випускається при якомога нижчій температурі для підвищення висушувального потенціалу. В оптимальному варіанті використаний висушувальний газ випускається при температурі від 45°С до 80°С. В оптимальному аспекті винаходу використаний висушувальний газ випускається при температурі від 50°С до 65°С. Під час етапу утримання властивості вологих частинок змінюються від липких до нелипких завдяки посткристалізації. Залежно від потрібних 91722 12 властивостей, досягають високого, середнього або низького ступеня кристалізації. У більшості випадків вимагається високий ступінь кристалізації. В одному аспекті винаходу вологим частинкам дають кристалізуватися протягом часу, достатнього для досягнення ступеня кристалізації 85% або більше. В інших аспектах винаходу вологим частинкам дають кристалізуватися протягом часу, достатнього для забезпечення ступеня кристалізації 90%, в оптимальному варіанті - 92% або більше. Час, який вимагається для досягнення потрібного ступеня кристалізації, може бути різним, залежно від вологовмісту і типу та ступеня очищення вуглеводу. Однак, як правило, вологим частинкам дають кристалізуватися протягом 5 хвилин або більше. Після етапу посткристалізації частинки є здебільшого нелипкими і можуть піддаватись обробці для подальшого застосування. Однак доцільним є висушування вологих частинок. В одному аспекті винахід також включає етап висушування кристалізованих частинок до вмісту вільної вологи 3% або менше, у найкращому варіанті вміст вільної вологи складає приблизно від 0,5 до 2,5%. Для очищення використаного висушувального газу сушильну камеру оснащують внутрішніми фільтрами, здатними утримувати тонкі вологі частинки, які перевищують певний розмір частинок. Зазвичай фільтр призначається для утримання частинок, більших за 1-10 мікрон. Вологі тонкі частинки, які осідають на фільтрі, викликають перепад тиску. Після певного часу експлуатації фільтр потребує відновлення. У певному аспекті винаходу тонкі вологі частинки, які осіли на фільтрувальному елементі, відлипають під дією коротких, помірних контрпотоків, які забезпечуються насадкою, розташованою на стороні фільтрувального елемента, що перебуває під дією чистого повітря. Згідно з прийнятним способом, тиск повітря у контрпотоці становить 2-6бар, зазвичай 4-5 бар, і тривалість потоку становить 0,1-0,3сек, зазвичай 0,1-0,2. Інтервал між продуваннями окремих фільтрів складає від 1 до 6 хвилин, наприклад, від 2 до 4 хвилин. Якщо у сушильній камері є присутніми більше одного фільтра, контрпотоки різних фільтрів зазвичай активізуються у різні моменти часу. В альтернативному варіанті можуть застосовуватися більш тривалі імпульси низького тиску. Рідина, яка обробляється згідно з представленим способом, може бути вибрана з різних джерел. В одному аспекті винаходу рідину вибирають з групи, яка складається з сироватки, кислотної сироватки, пермеату сироватки, молочного пермеату, плодів, які містять вуглеводи, або овочів та меду. Пермеат сироватки зазвичай містить понад 80% вуглеводу і, таким чином, є придатним для даного процесу. Овочами, які мають велику частку вуглеводів у твердому матеріалі, є, наприклад, томатна паста або концентрат. Взагалі, представлений спосіб може бути застосований для більшості рідин, які включають розчин цукру або цукрових спиртів. Наприклад розчини, які включають сорбіт, ксиліт та декстрозу, 13 можуть оброблятися згідно з описаним авторами способом. На кресленні (Фіг.) показано схему установки, яка включає пристрій згідно з винаходом. Сипкі харчові та молочні продукти можуть характеризуватися за їх індивідуальною кривою злипання. Під кривою злипання слід розуміти комбінацію вологовмісту продукту та температури продукту, вище якої продукт демонструє липкість. Комбінації вологості та температури нижче кривої злипання забезпечують продукт, який не злипається. Комбінації температури та вологості вище кривої дають продукт, який злипається. Продукти, які можуть мати відносно високий вологовміст за відносно високої температури без виникнення липкості, можуть характеризуватись як такі, що легко піддаються розпилювальному висушуванню, і такі продукти зазвичай піддаються розпилювальному висушуванню з дуже ефективними енергетичними витратами, оскільки можуть застосовуватися високі температури висушування. Прикладами таких продуктів є білки та високомолекулярні вуглеводи, які можуть висушуватися при температурі впуску 270°С та температурі випуску 100°С, забезпечуючи висушувальний потенціал 170°С. Продукти, які є нелипкими лише за відносно низької вологості та температури, можуть характеризуватись як такі, що важко піддаються розпилювальному висушуванню, і висушування таких продуктів вимагає обладнання з потужними потоками повітря, оскільки такий продукт може висушуватися лише за низьких температур висушування. Прикладами таких продуктів є продукти з високим вмістом компонентів з низькою точкою плавлення або з високим вмістом некристалізованих нижчих вуглеводів, наприклад, меду, плодових соків, кислотної сироватки та пермеату молока або сироватки. Висушування таких продуктів може вимагати впускної температури висушування 130°С і 85°С як випускної температури, забезпечуючи висушувальний потенціал лише 45°С. Крім вологовмісту та температури, ступінь кристалізації також має значення для липкості. Взагалі, частинка, яка має високу кристалічність, є менш схильною до злипання порівняно з більш аморфною частинкою. Даний винахід стосується розпилювального висушування таких рідин, які можуть характеризуватись як такі, що важко піддаються розпилювальному висушуванню. Варіант втілення установки, яка включає пристрій згідно з винаходом, описується на Фіг. Рідина 1, яка має високий вміст вуглеводів та відносно низький вміст твердого матеріалу, надходить до установки. Зазвичай кількість вуглеводів складає принаймні 50% від загального вмісту твердого матеріалу, в оптимальному варіанті - понад 70%, ще краще - понад 80%. У концентраторі 2 рідину концентрують, тобто, з завантажуваного матеріалу відводять воду. Прикладами прийнятних концентраторів є випарники з падаючою плівкою та випарники з примусовою циркуляцією. Рідина, яка виходить з концентратора, зазвичай зберігає вміст твердого матеріалу у межах 55-85%. Концентрована рідина надходить у кристалізатор 3. Криста 91722 14 лізатор оснащено засобами контролю температури та засобами перемішування. У процесі гомогенної кристалізації кристалізація розпочинається тоді, коли температура опускається нижче за точку розчинності. Для деяких матеріалів перевагу віддають застосуванню гетерогенної кристалізації, тобто, додаванню невеликої кількості, наприклад, приблизно 0,1% твердого матеріалу кристалів для започаткування або сприяння кристалізація у перенасиченій рідині. Наприклад, тонко перемелений моногідрат альфа-лактози додають до концентрату для сприяння кристалізації, коли завантажуваним матеріалом є пермеат сироватки або інший продукт молочного походження. В аспекті винаходу концентровану рідину або її частину миттєво охолоджують для утворення великої кількості дрібних кристалів. Якщо миттєво охолоджують лише частину рідини, цю частину повертають до решти завантажуваного матеріалу для сприяння кристалізації. Час до досягнення оптимального ступеня кристалізації залежить від швидкості охолодження резервуара, кінцевої температури, типу вуглеводу, вмісту інгібіторів або промоторів кристалізації та перемішування в резервуарі. По досягненню вибраної мінімальної температури рідину залишають на період від 20хв. до 12год. для кристалізації. Ступінь кристалізації залежить від фактичного вмісту лактози у концентрованій рідині, кінцевої температури на етапі кристалізації та часу, відведеного на кристалізацію. Потім завантажений матеріал переноситься до розпилюваної насадки 4, вибраної з-поміж аеродинамічних насадок, пневморозпилювачів та обертальних розпилювальних коліс. Розпилювана насадка розпилює завантажений матеріал на крапельки. Висушувальний газ 6 подається донизу зі стелі сушильної камери 5 навколо розпилених крапельок. Температура висушувального газу зазвичай становить 100-180°С, але може бути вищою або нижчою, залежно від властивостей завантаженого матеріалу та потрібного продукту. Використаний висушувальний газ фільтрується у внутрішніх мішкових фільтрах 7 для утримання тонких вологих частинок у сушильній камері та відведення використаного висушувального газу. Зазвичай використаний висушувальний газ на виході має температуру від 45 до 80°С. Піддані розпилювальному висушуванню частинки зазвичай набувають вмісту вільної вологи 813% за масою. Вологі частинки залишають сушильну камеру через випуск для продукту 8 і безпосередньо наносяться на обертальний диск 9 для посткристалізації. Помірна кількість вільної води надає молекулам частинок рухливості, достатньої для того, щоб відбувалася кристалізація. Крім іншого, час утримання залежить від типу вуглеводу та вмісту вільної води. Зазвичай час утримання від 5 до 12хв. є достатнім для досягнення високого ступеня кристалізації, тобто, ступеня кристалізації, вищого за 85%, в оптимальному варіанті - вищого за 90%. Диск оснащається двигуном 10, який повільно обертає диск до пункту вивантаження 11, де кристалізований продукт зазвичай потрапляє у псевдорозріджений шар 12. 15 Псевдорозріджений шар включає висушувальне відділення та охолоджувальне відділення. Як рідину вибирають Niro VIBRO-FLUIDIZER®. Висушувальне повітря 13 подається у висушувальне відділення псевдорозрідженого шару на вході для кристалізованих частинок для піддавання частинок вторинному висушуванню. Охолоджувальне повітря 14 подається до охолоджувального відділення на виході продукту. У місці випуску для продукту 17 частинки збираються і можуть ущільнюватися або транспортуватися у будь-який прийнятний спосіб. Вмісту вільної вологи у кінцевому продукті зазвичай складає 0,5-2,5%. Використане висушувальне й охолоджувальне повітря повертається через трубопровід 15 до сушильної камери. Відпрацьований використаний висушувальний газ із сушильної камери залишає процес через трубопровід 16. У більшості процесів відпрацьований висушувальний газ може викидатися безпосередньо у навколишнє середовище. Необов'язково технологічне повітря з псевдорозрідженого шару та/або сушильної камери може проводитися до зовнішнього відокремлювального пристрою, такого, як фільтр або циклон, з якого відфільтровані частинки (тонкі фракції), частково або повністю, можуть повертатися до розпилювальної сушарки або псевдорозрідженого шару для і регулювання ступеня агломерації. Повернення тонких фракцій до розпилювальної І сушарки здійснюють відомими способами, наприклад, навколо пульверизатора. Приклади Приклад 1 Розпилювальне висушування пермеату сироватки Одержували пермеат сироватки в результаті ультрафільтрації. Пермеат сироватки мас такий склад твердого матеріалу: Лактоза 83% Мінерал (як зола) 9,3% Кислоти 3,0% Інші компоненти 4,7% Мінеральний склад: Натрій 0,7% Кальцій 0,4% Калій 2,5% Магній 0,1% Фосфат 1,0% Хлорид 1,7% Сульфат 0,3% Інші 2,6% Пермеат сироватки концентрували у випарнику з падаючою плівкою і піддавали миттєвому охолодженню до загальної концентрації 60% загального вмісту твердої фази та температури 35°С. До концентрату додавали дрібно перемелений моногідрат альфа-лактози (0,1% на 100 частин сухих речовин) і охолоджували зі швидкістю 2°С на годину до 20°С. При 20°С концентрат піддавали подальшій кристалізації протягом 10 годин. Концентрат розпилювали шляхом гідравлічного розпилення у камеру для розпилювального висушування з вбудованими гнучкими мішковими фільтрами і висушували за таких умов висушування: 91722 16 Основна температура повітряного висушування: 158°С Температура вихлопу сушарки: 55°С Температура концентрату пермеату: 20°С Тиск розпилювальної насадки: 120бар Під час циклу, який здійснювали протягом 2% днів, перепад тиску розвивався лінійно. Зростання різниці тиску розраховували до 0,1мбар на годину. Робота мішкового фільтра вказує, що пори фільтра не закупорюються, як можна було б очікувати через липкий характер частинок. Фактично лінійна форма нагадує форму діаграм для рідин, які розпилюються майже до повністю сухого стану. Порошок пермеату, зібраний на випуску сушильної камери, піддавали аналізові і виявляли вміст вільної вологи 10,1%. Після цього вологі частинки піддавали посткристалізації на обертальному диску протягом 8,5хв. Потім частинки обробляли у псевдорозрідженому шарі для вторинного висушування, і продукт після грубого перемелювання мав такі властивості: Загальна вологість: 4,67% Вільна волога: 1,01% Насипна густина: 0,65 г/мл (вибивання 100 разів) Середній розмір частинок: 267 мікрон Гігроскопічність 7,6 (спосіб NIRO №А 14а) Спікання 19 (спосіб NIRO №А 15а) Приклад 2 Сироватку з вмістом лактози 72% концентрували у випарнику з падаючою плівкою й піддавали миттєвому охолодженню до концентрації 55% загального вмісту твердої фази та температури 32°С. Концентрат охолоджували зі швидкістю 3,5°С на годину до 12°С. При 12°С концентрат піддавали подальшій кристалізації протягом 20год. Концентрат розпилювали шляхом гідравлічного розпилення у камеру для розпилювального висушування з вбудованими гнучкими мішковими фільтрами і висушували в таких умовах висушування: Основна температура повітряного висушування: 152°С Температура вихлопу сушарки: 58°С Температура концентрату сироватки 22°С Тиск розпилювальної насадки 120бар Під час циклу перепад тиску змінювався лінійно, і зростання різниці тиску розраховували до 0,1мбар за 7 годин. Робота мішкового фільтра вказує, що пори фільтра не закупорюються, як можна було б очікувати через липкий характер частинок. Фактично лінійна форма нагадує форму діаграм для рідин, які розпилюються майже до повністю сухого стану. Порошок сироватки з сушильної камери піддавали аналізові і виявляли вміст вільної вологи 9,05-9,93%. Час посткристалізації на рухомому стрічковому транспортері становив щонайменше 8,5хв. Після остаточного висушування у псевдорозрідженому шарі та грубого перемелювання зразок 17 91722 порошку піддавали аналізові, який виявляв такі властивості порошку: Загальна вологість 3,75% Вільна волога: 0,61% Насипна густина: 0,66г/мл (вибивання 100 разів) Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 18 Середній розмір частинок: 210 мікрон Гігроскопічність 11 (спосіб NIRO А 14а) Спікання 6 (спосіб NIRO А 15а) Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601