Proces sušenja je uklanjanje vlage iz materijala. To se obično radi zagrijavanjem. Sušenje čvrstih, rasutih i drugih materijala uobičajeno je u nizu tehnoloških procesa. U većini slučajeva, grijani zrak se koristi kao nosač topline. Ali kod sušenja mnogih kemijskih proizvoda, bioloških objekata, gnojiva, nemoguće je provesti sušenje na povišene temperature, budući da se tvari ili razgrađuju ili gube svoja baktericidna svojstva.
Kada se tijekom sušenja ne može dopustiti porast temperature, sušenje se provodi pod utjecajem ultrazvučnih vibracija.
Utjecaj ultrazvučnih vibracija pomaže u uklanjanju vlage i omogućuje višestruko ubrzanje procesa sušenja. Laboratorijski tim ima veliko iskustvo u razvoju i izradi praktičnih struktura za akustično (ultrazvučno) sušenje, detaljnije informacije mogu se pronaći u monografiji "Primjena ultrazvuka u industriji", poglavlje 6.4 "Akustični procesi sušenja".
6.4 Akustični procesi sušenja
(Khmelev V.N., Popova O.V. Višenamjenski ultrazvučni uređaji i njihova primjena u malim industrijama, poljoprivredi i dr domaćinstvo: znanstvena monografija / Alt. država tehn. sveuč. ih. I.I. Polzunov. - Barnaul: ur. AltGTU, 1997. - 160 str.)
Proces sušenja je uklanjanje vlage iz materijala. To se obično radi zagrijavanjem. Sušenje čvrstih, rasutih i drugih materijala uobičajeno je u nizu tehnoloških procesa.
U većini slučajeva, grijani zrak se koristi kao nosač topline. Ali kod sušenja mnogih kemijskih proizvoda, bioloških objekata, gnojiva, nemoguće je sušiti na povišenim temperaturama, jer se tvari ili raspadaju ili gube svoja baktericidna svojstva.
Kada se tijekom sušenja ne može dopustiti porast temperature, sušenje se provodi pod utjecajem ultrazvučnih vibracija. Prve rezultate dobio je još 1955. P. Gregusz (Mađarska). Na frekvenciji od 25 kHz dobio je deseterostruko ubrzanje pri sušenju mokrog pamučnog vlakna. Kasnije je dobio i ultrazvučno ubrzanje sušenja drva.
Proces sušenja se sastoji od dva glavna perioda. Prvi je isparavanje vlage s površine materijala i difuzija pare u okolni prostor. Isparavanje vlage dovodi do stvaranja gradijenta vlage u materijalu, zbog čega se vlaga iz unutarnjih slojeva počinje kretati na površinu. Ovo je drugo razdoblje.
Ultrazvučno izlaganje visokog intenziteta omogućuje intenziviranje oba razdoblja procesa sušenja.
Tijekom prvog razdoblja sušenja, oscilacije omogućuju smanjenje debljine hidrodinamičkog graničnog sloja. U ultrazvučnom polju hidrodinamički granični sloj može biti mnogo manji od difuzijskog. To znači da vibracije prodiru u difuzijski sloj, turbuliziraju ga, čime se ubrzava proces isparavanja. Uz smanjenje debljine graničnog sloja, ultrazvučna metoda sušenja ima još jednu važnu prednost - vibracije prodiru u materijal i stvaraju u njemu brzo promjenjive zone visokog i niskog tlaka, čime se intenziviraju procesi prijenosa vlage iz dubokih slojeva u materijal. površina u drugom razdoblju sušenja. Drugi aktivni čimbenici ultrazvučnog utjecaja su (slika 6.5): smanjenje viskoznosti tekućine pod utjecajem vibracija, što doprinosi prijenosu vlage iz dubokih slojeva na površinu; istiskivanje vlage iz materijala kavitacijskim mjehurićima koji nastaju u tekućini pod utjecajem vibracija; pritisak zračenja, istiskivanje tekućine iz materijala itd.
Slika 6.5 - Radni faktori ultrazvučnog sušenja
Niži energetski troškovi ultrazvučnog sušenja, u usporedbi s konvektivnim sušenjem, objašnjavaju se činjenicom da se tekućina uklanja s površine ne samo zbog isparavanja (što zahtijeva značajne energetske troškove za provedbu faznog prijelaza), već i zbog na ultrazvučno raspršivanje u obliku aerosola (bez faznog prijelaza) , koje nastaje kao posljedica elastičnih vibracija visokog intenziteta ultrazvučne frekvencije.
Stoga se ultrazvučno sušenje pri usporedivoj snazi energetskog utjecaja odvija nekoliko puta brže u usporedbi s konvektivnim sušenjem. Poznate su patentirane metode sušenja kapilarno-poroznih materijala u ultrazvučnim poljima visokog intenziteta, koje su potvrdile sljedeće prednosti akustičnog sušenja:
— visok intenzitet procesa uz manji utrošak energije;
– mogućnost osiguravanja kvalitetnog i učinkovitog sušenja na niske temperature ili, što je važno, bez povećanja temperature.
Dakle, glavni operativni čimbenici su:
- Smanjenje viskoznosti tekućine pod djelovanjem ultrazvuka, što doprinosi ubrzanom kretanju vlage kroz kapilare iz dubine tijela na površinu.
- Kolebanje mjehurića plina u tekućini, koji istiskuju vlagu iz kapilara.
- Tlak zračenja usmjeren u kapilarama od tekućine do plina, koji pomiče tekući stupac kapilare, pomičući ga na površinu.
Sušenje u ultrazvučnom polju odvija se bez zagrijavanja materijala. Zato je to jedini način da se suše materijali osjetljivi na toplinu i lako oksidiraju. Ova se metoda razlikuje u brzini od konvencionalnih metoda. Na primjer, kod sušenja silika gela pri početnoj vlažnosti od 25%, intenzitet zračenja od 152 dB, pri frekvenciji od 8 kHz, t = 15 min - potpuno sušenje. Na slici 6.6 prikazana je ovisnost o izvedbi procesa sušenja etilceluloze.
Slika 6.6 - Ovisnosti o izvedbi procesa sušenja etil celuloze
Usporedba s vakuumsko sušenje i sušenje zagrijanim zrakom (92°C): tijekom istog vremena uklonjeno je samo 10-15% sadržane vlage.
Kod sušenja enzima (koji ne mogu podnijeti 40 °C) proces u akustičnom polju trajao je 14 minuta, a brzina se povećala 3-4 puta u usporedbi s vakuumskom metodom.
Osobitosti akustičnog sušenja (zahtjevi za opremu).
- Postoji donja granica intenziteta na kojoj počinje zamjetno ubrzanje procesa (oko 130 ... 145 dB).
- Ne postoji ovisnost brzine sušenja o frekvenciji u rasponu od 2 do 25 kHz.
- Sušenje je najučinkovitije za tanke slojeve (oko 2-3 cm).
Razmotrimo praktične sheme sušara (slika 6.7)
Slika 6.7 - Praktični dijagrami sušara
Glavni su sušači s fluidiziranim slojem za sušenje praškastih tvari, bubanj i vibracijski sušači.
Razmotrite dizajn sušilice s fluidiziranim slojem. Radijatori su ugrađeni u vertikalni cilindar u bočnim i gornjim dijelovima.
Preko dodavača materijal se ubacuje u sušaru na rešetku. Zrak za sušenje dovodi se odozdo kroz razvodnu rešetku. Kada zrak prolazi kroz rešetku i materijal, počinje se intenzivno miješati, "kuhati", stvarajući fluidizirani sloj. Stalno miješani materijal se podvrgava ultrazvučnoj obradi i suši.
Kako se čestice suše, postaju svjetlije, dižu se duž gornje pregrade i padaju u spremnik. Vlažan zrak uklanja se kroz gornju granu cijevi.
Prototip opreme za ultrazvučno sušenje drvene građe, modificiranje svojstava drva i dobivanje sirovina za kemijsku i parfemsku industriju u jednom tehnološkom procesu, koji su razvili ruski znanstvenici, sposoban je napraviti revoluciju u obradi drva.
Nema analoga takve opreme u svijetu. Njegov programer - inovativna tvrtka "Promin" - obećava da će objaviti prvi industrijski dizajn visokih performansi za godinu dana, a za dvije - staviti ga na rusko tržište do 20 instalacija temeljno novog načina sušenja drvene građe.
Postojeće tehnologije temelje se na promjeni agregatnog stanja vode (isparavanje) i razlikuju se samo u načinima zagrijavanja drva, isparavanju tekućine, opskrbi energijom potrebnom za tu svrhu, te načinima uklanjanja plina sadržanog u sušionici. nesavršen. Predloženo novi put Sušenje drva temelji se na promjeni fizičke prirode mehanizma za uklanjanje tekućine sadržane u drvu i osigurava značajno (nekoliko puta) smanjenje specifične potrošnje energije procesne opreme. Pri korištenju ultrazvučne tehnologije nestaje potreba za potrošnjom energije za zagrijavanje nosača topline, drva, strukturnih elemenata komore za sušenje itd.
Sušenje drvene građe poznatim metodama (termokonvekcijska, vakuumska, mikrovalna struja, aerodinamička) zahtijeva visoku potrošnju energije - 200-250 kW / h po kubnom metru. To dovodi do činjenice da trošak visokokvalitetnog sušenja premašuje trošak drva i trošak njegovog piljenja. Tradicionalni načini imaju nisku produktivnost, uzrokujući defekte drva (savijanje, pucanje itd.), nehomogenost zaostale vlage po duljini drvene građe ("pjegava vlaga"), kao i štetne za okoliš zbog emisija "drvne" vlage koja sadrži organske kiseline , lužine u atmosferu, terpentin, metanol itd., produkti izgaranja goriva tijekom zagrijavanja rashladnog sredstva potrebnog za zagrijavanje komore za sušenje, što je također u opasnosti od ispuštanja freona iz rashladnog sustava za kondenzacijske sušionice.
Suvremeni trendovi u poboljšanju opreme za sušenje su evolucijski i ne mogu otkloniti ove nedostatke. Je li to samo poboljšanje karakteristika postojeće opreme za jedinice ili desetke posto. Razlog je taj što fizički princip sušenja ostaje nepromijenjen - isparavanje vlage sadržane u drvu. U ovom slučaju možemo govoriti samo o povećanju učinkovitosti cijelog kompleksa za sušenje poboljšanjem dizajna komore za sušenje, korištenjem novih termoizolacijski materijali, optimizacija načina sušenja itd.
Jedinstvena svojstva drva kao prirodnog polimera sa složenom kapilarnom strukturom omogućuju stvaranje tehnologije sušenja drvene građe bez promjene agregatnog stanja vlage sadržane u njoj. Prilikom sušenja ultrazvukom, vlaga sadržana u drvu uklanja se u obliku tekućine. To nekoliko puta smanjuje specifičnu potrošnju energije i povećava produktivnost opreme za 50-70%.
Prema rezultatima istraživanja inovativne tvrtke "Promin" o utjecaju ultrazvuka na svojstva drva, posebno je otkriveno: poboljšanje kvalitete drvene građe (izbjegavanje savijanja, pucanja itd.); uništavanje saprofita i hifa, visoka otpornost na mikroorganizme nakon sušenja; niska apsorpcija vlage nakon sušenja; povećanje rezonantnih karakteristika drva; povećana otpornost na propadanje.
Ostale važne prednosti nova tehnologija su: poboljšanje performansi opreme, oštro smanjenje njegove dimenzije, težina i potrošnja energije; poboljšana ekološka učinkovitost (bez emisija štetne tvari u atmosferu i lako sakupljanje tekućine koja se oslobađa iz drvene građe); mogućnost stvaranja cjelovitog proizvodna linija"sušenje-prerada drvne građe" i posljedično povećanje ekonomske učinkovitosti procesa obrade drva.
Uklanjanje vlage sadržane u drvu u obliku tekućine može biti od samostalnog komercijalnog interesa u smislu dobivanja sirovina za kemijsku i parfemsku industriju. Trenutno se vlaga sadržana u drvu, obogaćena korisnim tvarima i mikroelementima, ekstrahira isparavanjem nakon čega slijedi kondenzacija. To unaprijed određuje visoku potrošnju energije i nisku produktivnost procesa, a također neizbježno dovodi do djelomičnog gubitka vrijednih tvari i elemenata u tragovima (poznato je da svaki fazni prijelaz uklanja nečistoće, što je temelj mnogih metoda za dobivanje čistih materijala.
Postrojenje za ultrazvučno sušenje drvene građe, modificiranje svojstava drva i dobivanje sirovina za kemijsku i parfemsku industriju u jedinstvenom tehnološkom procesu sastoji se od sljedećih glavnih blokova:
1. Okvir (djeluje kao nosiva struktura).
2. Mehanizam za izvlačenje drveta: pogon (elektromotor, mjenjači, lanci, zupčanici); kotrljajuće osovine.
3. Ultrazvučna jedinica: ultrazvučni generator; Ultrazvučni emiter.
4. Mehanizam za stezanje: drvo na ultrazvučni emiter; pogonske osovine.
Instalacija koristi konvejerski princip dopremanja drvene građe, što je diktirano i fizičkim principom udara na potonju, te otvara mogućnost kombiniranja ovu opremu s obradom drva, na primjer, od planer. Ova okolnost omogućuje isključivanje takvih operacija kao što su slaganje drvene građe, njezin utovar i istovar iz komore za sušenje.
Postrojenje za ultrazvučno sušenje drvene građe, modificiranje svojstava drva i dobivanje sirovina za kemijsku i parfemsku industriju u jednom tehnološkom procesu u potpunosti će zadovoljiti zahtjeve normativni dokumenti te će dobiti kompletnu dokumentaciju potrebnu za rad (opis, tehnološki propisi, ateste).
Uklanjanje vlage iz materijala pod utjecajem intenzivnih akustičnih vibracija
Animacija
Opis
Ultrazvučno sušenje - uklanjanje vlage iz materijala pod utjecajem intenzivnih akustičnih vibracija. U velikoj mjeri, učinkovitost ultrazvučnog sušenja povezana je s ubrzanjem procesa prijenosa topline u ultrazvučnom polju. U ovom slučaju, osušeni materijal je sa strane plinovitog medija izložen djelovanju ultrazvučnog polja s razinom intenziteta od í 145 dB, koje obično stvaraju plinski mlazni emiteri.
Mehanizam djelovanja elastičnih valova na vlagu ovisi o agregatnom stanju materijala, njegovoj vlažnosti, veličini čestica osušenog materijala, vrsti odnosa između vlage i nje, te karakteristikama akustičkog polja.
Na vrlo visoka vlažnost zraka(sadržaj vlage) kapilarno-poroznih materijala (200-500%), dolazi do čisto mehaničkog uklanjanja vlage, koje se svodi na svojevrsno "istresavanje" tekućine iz kapilara. To se događa zbog drobljenja kapljica kada se javljaju jaka akustična strujanja u blizini površine materijala i pojave kapilarnih valova. Ovi su procesi u određenoj mjeri slični onima koji se odvijaju tijekom ultrazvučnog prskanja, s tom razlikom što se u potonjem slučaju energija ultrazvučnih vibracija dovodi sa strane tekućine. Mehanički učinak ovisi o intenzitetu akustičnog vala, snažno se povećava s porastom njegove razine iznad 165 dB i slabi s pojavom frekvencije; najjače se očituje u antinodima brzine stojnog vala, gdje su akustički tokovi maksimalni.
Pri umjerenoj vlažnosti kapilarno-poroznog materijala (10-70%), učinak akustičnih vibracija na proces sušenja očituje se visokim i niskim stupnjem intenzifikacije u prvom odnosno drugom stupnju.
Prvi stupanj, karakteriziran konstantnom brzinom sušenja, karakterizira činjenica da se vlaga uklonjena s površine materijala koji se suši kontinuirano nadopunjuje vlagom koja dolazi iz njegovih unutarnjih slojeva. Brzina sušenja određena je u ovoj fazi gradijentom koncentracije tekućine u difuzijskom graničnom sloju. Pod utjecajem ultrazvuka, proces isparavanja tekućine s površine naglo se ubrzava, jer na mokroj površini nastaju akustična strujanja, uzrokujući deformaciju difuzijskog graničnog sloja, dok se sloj tanji, povećava se gradijent koncentracije, što dovodi do ubrzanje uklanjanja vlage s površine. Značajan utjecaj akustičkih strujanja u prvom razdoblju sušenja povezan je s relativno malom debljinom njihovog graničnog sloja. Usporedba ultrazvučnog sušenja s konvektivnim sušenjem pri konstantnom puhanju površine materijala pokazuje da čak i kada je brzina akustičnih strujanja usporediva s brzinom konstantnog strujanja zraka tijekom puhanja, ultrazvučno sušenje teče puno brže zbog činjenice da debljina graničnog sloja za akustička strujanja manja je od debljine hidrodinamičkog graničnog sloja (posljednji je približno jednak debljini difuzijskog graničnog sloja).
Proces akustične izloženosti u prvoj fazi sušenja počinje s određenom graničnom vrijednošću zvučnog tlaka p cr , ovisno o konfiguraciji tijela, vrsti akustičkih strujanja koja se javljaju i razlici u koncentracijama tekućina (tj. razlici u vlažnosti zraka). ) na površini materijala C m i c okoliš. Na primjer, za praškaste materijale s uvjetno sfernim česticama promjera d manjeg od valne duljine zvuka:
,
gdje je r s - valni otpor plinovitog medija;
g - ubrzanje slobodnog pada;
r je gustoća plina.
Obično je kritična razina zvučnog tlaka unutar (130-140 dB). Raspon primijenjenih frekvencija ovisi o mnogim čimbenicima, ali je uglavnom određen prigušenjem zvuka u okolini i dopuštenim standardima buke radne opreme 8-18 kHz.
Drugu fazu sušenja, koja se obično naziva razdobljem pada brzine, karakterizira niska vlažnost materijala i slab protok tekućine iznutra, pa se stoga njen gubitak na površini ne nadoknađuje i učinak akustičnosti vibracije se svodi na povećanje koeficijenta difuzije tekućine kao rezultat njezinog zagrijavanja tijekom apsorpcije ultrazvuka u makrokapilarima i porama. Međutim, zagrijavanje materijala u zvučnom polju je malo i povećanje koeficijenta difuzije ne prelazi 100-200%, te se u ovoj fazi ne opaža značajno ubrzanje sušenja.
Korištenje ultrazvuka najučinkovitije je tijekom razdoblja konstantne brzine sušenja, tj. u prvoj fazi.
Prednost ultrazvučnog sušenja je mogućnost ubrzanja procesa za 2-6 puta bez značajnijeg povećanja temperature materijala, što je posebno važno kod sušenja proizvoda osjetljivih na toplinu koji lako oksidiraju.
Ultrazvučno sušenje je najprikladnije za fino dispergirane materijale koji su u procesu brazdenja u suspendiranom stanju ili u stanju kontinuiranog miješanja, jer u isto vrijeme, vrijednost P cr je mala i osigurana je jednolika obrada proizvoda. Brzina sušenja opada s povećanjem debljine tretiranog sloja.
Vrijeme
Vrijeme inicijacije (log na 0 do 1);
Životni vijek (log tc od 1 do 6);
Vrijeme razgradnje (log td 0 do 1);
Optimalno vrijeme razvoja (log tk 1 do 5).
Dijagram:
Tehnička ostvarenja efekta
Ultrazvučno sušenje materijala u prahu
Riža. jedan
Oznake:
1 - fino dispergirani medij;
2 - emiter;
3 - ultrazvučna kupka.
Za provedbu ultrazvučnog sušenja, napunite standardnu laboratorijsku ultrazvučnu kupku tankim (reda centimetra) slojem mokrog praha (kvarcni pijesak će dobro funkcionirati). Postavite ravni ultrazvučni emiter (magnetostrikcijski ili piezokeramički) iznad dijela površine sloja na udaljenosti od oko 1 cm. Uključite emiter. Pazite da se prosjak u području zračenja suši brže nego izvan njega.
Primjena efekta
Ultrazvučno sušenje je specifična vrsta procesa sušenja koja se koristi u implementaciji mnogih tehnološki procesi u industriji, poljoprivredi i građevinarstvu.
Osobitost ultrazvučnog sušenja je zbog prilično visoke cijene korištene energije i niske učinkovitosti (20-25%) emitera koji rade u plinska okruženja. Zbog toga se uglavnom koristi u proizvodnji skupih bioloških i farmaceutskih pripravaka, posebice termoosjetljivih prahova od antibiotika, hormonskih pripravaka itd.
NA posljednjih godina rade se u smjeru korištenja ultrazvučnog sušenja u dehidraciji ugljene prašine, sušenju žitarica, u proizvodnji mlijeka u prahu i dr. Za sušenje se koriste ultrazvučne sušilice, koje se u pravilu razlikuju od tradicionalnih konvektivnih sušilica samo po tome što se u njima stvara snažno zvučno polje na mjestu proizvoda pomoću jednog ili drugog tipa emitera plinskog mlaza. Kod sušenja najučinkovitije su sušilice s fluidiziranim slojem, tunelske sušilice, raspršivačke sušilice i bubanjske sušilice.
Književnost
1. Ultrazvuk / Ed. I.P. Golyamina.- M.: Sovjetska enciklopedija, 1979.
Vlasnici patenta RU 2367862:
Izum se odnosi na područje tehnike vezano uz izvođenje tehnoloških procesa sušenja raznih materijala pomoću akustičnih vibracija ultrazvučne frekvencije. Izum se može koristiti u farmaceutskoj, kemijskoj i biološkoj industriji, kao iu preradi proizvoda. Poljoprivreda. Predloženi uređaj za ultrazvučno sušenje sadrži toroidalni spremnik za materijal koji se suši koji je ugrađen u tijelo sušare i emiter ultrazvučnih vibracija izrađen u obliku savitljivog oscilirajućeg diska čije se dimenzije i oblik biraju iz uvjet osiguravanja navedene frekvencije i smjera ultrazvučnog vibracijskog zračenja. Odašiljač je spojen na piezoelektrični pretvarač napajan elektroničkim generatorom ultrazvučne frekvencije. Unutarnja površina kućišta sušilice je oblikovana rotacijom oko akustične osi savitljivo-oscilirajućeg diska dviju osnosimetričnih parabola koje se sijeku i imaju zajednički fokus. Toroidalni spremnik je izrađen u obliku dva odjeljka smještena u horizontalnoj ravnini, pri čemu se jedan od odjeljaka spremnika nalazi u području zajedničkog fokusa parabola, a drugi se nalazi na jednakoj udaljenosti od strane zid komore za sušenje i prvi dio. Uređaj bi trebao osigurati povećanje učinkovitosti akustične izloženosti i povećanje brzine sušenja. 3 ilustr., 2 tab.
Izum se odnosi na tehniku sušenja kapilarno-poroznih materijala i može se koristiti za sušenje bioloških objekata, proizvoda kemijske, lake i drugih industrija bez podizanja temperature i uništavanja strukture proizvoda i tvari.
Trenutno se za sušenje većine prehrambenih i farmaceutskih proizvoda koristi konvektivna metoda, koja se sastoji u činjenici da se suhi zrak zagrijava pomoću ugrađenog grijaće tijelo, zagrijani zrak se uz pomoć ventilatora usmjerava u bubanj (tehnološki volumen) sušare, prolazi kroz materijal koji se suši, vlaži se, zatim se izvan bubnja hladi hladna voda ili zraka. Proces traje onoliko koliko je potrebno da se materijal osuši.
Suvremeno sušenje u tehnološkom dizajnu rabljenih sušara karakteriziraju sljedeći nedostaci:
1) proces je iznimno energetski intenzivan i dugotrajan;
2) sušilice ne mogu biti male veličine, jer se time smanjuje volumen zraka u bubnju, što s jedne strane ograničava brzinu procesa, as druge povećava njegovu cijenu;
3) toplina dovodi do isušivanja i propadanja bioloških objekata. Da biste uklonili ovaj trenutak, potrebno je opskrbiti sušilicu "pametnim" i skupim elektronički sustav regulacija temperature osušenog materijala, što značajno poskupljuje sušaru.
Ovi nedostaci se ne objašnjavaju niskom razinom sofisticiranosti konstruktivna rješenja, te nedostatke temeljne metode - konvektivnog sušenja. Obećavajuća mogućnost zamjene ili dopune konvektivne metode sušenja je sušenje u akustičnim poljima visokog intenziteta, što je povezano sa sljedećim prednostima metode:
1) veliki intenzitet procesa;
2) mogućnost osiguravanja visokokvalitetnog i učinkovitog sušenja pri niskim temperaturama ili, u načelu, bez povećanja temperature (izbjegavanje razaranja strukture, održavanje klijavosti zrna itd.);
3) sposobnost razvijanja samopodešavanja ultrazvučni generatori, koji ne zahtijeva kontrolu korisnika nad radom sustava.
Navedene prednosti objašnjavaju veliki interes za tehnologiju ultrazvučnog sušenja. Međutim, pokušaji primjene ultrazvučnog procesa sušenja u praksi nailaze na niz tehnoloških poteškoća:
1) potreba za stvaranjem akustičnih vibracija u zraku intenziteta većeg od 140 dB;
2) potreba za stvaranjem komore za sušenje koja osigurava ravnomjeran učinak akustičnih vibracija u cijelom osušenom materijalu.
Trenutno se pri izradi uređaja za akustično sušenje ovi problemi rješavaju korištenjem aerodinamičkih radijatora i stvaranjem komora za sušenje, u pravilu, u obliku proširenog kanala. pravokutnog oblika. Primjer takve sušare je poznati uređaj za sušenje kapilarno poroznih rasutih materijala. Ovaj uređaj je komora za sušenje izrađena u obliku zvučnog kanala, s emiterom zvuka na jednom kraju i materijalom za apsorpciju zvuka na suprotnom kraju.
Ovaj uređaj omogućuje proces akustičnog sušenja materijala, ali ima nekoliko nedostataka:
1) korištenje emitera plinskog mlaza kao izvora zvuka, koji ima sljedeće nedostatke:
a) niska učinkovitost, ne veća od 20%;
b) brzo trošenje mehaničkih komponenti;
c) nemogućnost rada na visokim frekvencijama (više od 20 kHz) i, kao posljedica toga, potreba za zaštitom operativnog osoblja od akustičnog zračenja (u opisanom uređaju koristi se frekvencija od 150 Hz);
d) potreba za opskrbom potisnut zrak visoki tlak, koji zahtijeva upotrebu kompresora;
e) velike karakteristike težine i veličine, isključujući mogućnost stvaranja sušilice male veličine;
2) neoptimalan oblik komore za sušenje, izrađen u obliku produženog pravokutnog kanala, što dovodi do niske učinkovitosti korištenja akustične energije i nedostatka fokusiranja akustičnih vibracija na osušeni materijal;
3) korištenje apsorbera zvuka na stražnjem kraju komore za sušenje, što dovodi do toga da se provodi način rada putujućeg vala i do 80% akustične energije apsorbira se u apsorberu zvuka i ne sudjeluje u proces sušenja (prema opisu uređaja, intenzitet apsorbera je samo 5-6 dB niži od emitera, stoga, ako je, kao što je navedeno u opisu, u uređaju implementiran način rada putujućeg vala, tada ne više više od 5 dB troši se na sušenje, ostatak se apsorbira u apsorberu).
Svi ovi nedostaci smanjuju učinkovitost akustične izloženosti i ne daju prihvatljivu brzinu sušenja.
Nedostaci poznatog uređaja djelomično su otklonjeni uređajem za sušenje kapilarno-poroznih materijala, usvojenim kao prototip, koji sadrži toroidalni mrežasti spremnik za materijal koji se suši, ugrađen u kućište sušare, i emiter akustičnih vibracija ultrazvuka. frekvencija.
Kada se proces sušenja provodi pomoću uređaja, zbog posebnog oblika komore za sušenje, ultrazvučne vibracije se fokusiraju na materijal koji se suši, što povećava brzinu i ravnomjernost sušenja. Međutim, uređaj samo djelomično uklanja značajne nedostatke poznatih akustičnih uređaja za sušenje (na primjer, korištenje emitera plinskog mlaza kao izvora ultrazvučnih vibracija). Prototip ima i druge nedostatke:
1) male količine materijala koji se suši, zbog potrebe da se materijal koji se suši postavi u fokusno područje;
2) nemogućnost provođenja "delikatnog" sušenja, uzrokovana potrebom za dovodom velikih količina zraka u komoru za sušenje za rad emitera plinskog mlaza;
3) niska učinkovitost sušara zbog upotrebe emitera plinskog mlaza (učinkovitost ne prelazi 20%).
Dakle, uređaj uzet kao prototip ne dopušta provedbu procesa sušenja s maksimalnom učinkovitošću.
Predloženo tehničko rješenje uređaja za ultrazvučno sušenje sastoji se od toroidalnog mrežastog spremnika za materijal koji se suši ugrađenog u tijelo sušare i odašiljača akustičnih vibracija ultrazvučne frekvencije. U ovom slučaju, odašiljač ultrazvučnih vibracija izrađen je u obliku savitljivog oscilirajućeg diska, čije su dimenzije i oblik odabrani iz uvjeta da se osigura navedena frekvencija i smjer zračenja ultrazvučnih vibracija. Odašiljač je spojen na piezoelektrični pretvarač napajan elektroničkim generatorom ultrazvučne frekvencije. Unutarnja površina kućišta sušilice je oblikovana rotacijom oko akustične osi savitljivo-oscilirajućeg diska dviju osnosimetričnih parabola koje se sijeku i imaju zajednički fokus. Toroidalni spremnik je izrađen u obliku dva dijela smještena u vodoravnoj ravnini, pri čemu se jedan od toroidnih odjeljaka spremnika nalazi u području zajedničkog fokusa parabola, a drugi se nalazi na jednakoj udaljenosti. od bočne stijenke komore za sušenje i prvog odjeljka.
U predloženom uređaju za ultrazvučno sušenje, zadatak povećanja učinkovitosti akustične izloženosti i povećanja brzine sušenja rješava se:
1) stvaranje komore za sušenje posebnog oblika, koja osigurava stvaranje optimalnog akustičnog polja, fokusiranje ultrazvučnih vibracija u osušenoj sirovini i formiranje režima stojnog vala, što omogućuje najpotpunije korištenje energije ultrazvučne vibracije;
2) korištenje kao izvora ultrazvučnih vibracija piezoelektričnog ultrazvučnog oscilatornog sustava s emiterom u obliku savitljivog oscilirajućeg diska, koji omogućuje ravnomjerno generiranje ultrazvučnog zračenja na velikom području.
Suština predloženog tehničko rješenje ilustrirano slikom 1, koja shematski prikazuje predloženi uređaj za ultrazvučno sušenje. Predloženi uređaj sastoji se od emitera ultrazvučnih vibracija u obliku savitljivog oscilirajućeg diska 1, čije su dimenzije i oblik odabrani iz uvjeta osiguravanja određene frekvencije i smjera zračenja ultrazvučnih vibracija, spojenog na piezoelektrični pretvarač 2. ugrađen u kućište sušilice. Piezoelektrični pretvarač napaja generator električnih oscilacija ultrazvučne frekvencije (nije prikazan na slici 1). Tijelo sušilice sastoji se od gornja 3 i donja 4 dijela. Gornji dio se može skinuti i namijenjen je za utovar materijala koji se suši. U tijelu sušare nalazi se i spremnik za materijal koji se suši koji se sastoji od dva toroidna dijela. Jedna od toroidalnih sekcija 5 spremnika nalazi se u području zajedničkog fokusa parabola. Drugi odjeljak 6 spremnika nalazi se na jednakoj udaljenosti a od bočne stijenke komore za sušenje i prvog odjeljka. Pritom je poželjno da dimenzije sušilice su odabrane iz uvjeta osiguravanja minimalne udaljenosti a.
U predloženoj verziji komore za sušenje, proces sušenja se provodi na sljedeći način. Oba toroidna dijela spremnika napunjena su materijalom za sušenje. Zatim se spremnik s materijalom koji se suši postavlja u tijelo sušilice i primjenjuju se ultrazvučne vibracije dok se ne ukloni. potreban iznos vlage. Prilikom generiranja savijajuće-oscilirajućeg diska ravnog vala, distribucija ultrazvučnih vibracija unutar komore za sušenje poprimit će oblik prikazan na slici 2 strelicama. Oscilirajući disk emitira ultrazvučne vibracije u oba smjera u odnosu na svoju ravninu, koje se reflektiraju od unutarnje grane parabole koja tvori površinu tijela sušilice i fokusiraju se u materijalu koji se suši. Dio ultrazvučnih vibracija reflektiran od materijala koji se suši, koji se nalazi u prvom toroidnom dijelu spremnika, pada na vanjsku granu parabole, reflektirajući se od koje se ravnomjerno raspoređuje po materijalu koji se suši, koji se nalazi u drugi toroidni dio spremnika. Odabirom udaljenosti b1+b2+b3+b4, koja je višekratnik valne duljine ultrazvučnih vibracija u zraku, osigurat će se režim stojnog vala, koji je energetski najpovoljniji način izlaganja ultrazvuku. Zbog izvedbe unutarnje površine tijela sušilice u obliku parabole, udaljenost b1 + b2 + b3 + b4 bit će jednaka za svaku točku površine savitljivog oscilirajućeg diska i spremnika s materijalom. da se osuši. Kao rezultat, osigurat će se ravnomjerno sušenje materijala u cijelom volumenu.
Na slici 3 prikazan je strukturni dijagram ultrazvučne sušare, implementiran u praksi. Za povećanje učinkovitosti elektroakustičke pretvorbe, piezoelektrični pretvarač je izrađen u obliku tropoluvalnog ultrazvučnog oscilatornog sustava s koncentratorom 7 . Za povećanje učinkovitosti sušenja sustav je opremljen uređajima za dovod 8 i odvod 9 zraka za sušenje. Razvijena komora za sušenje omogućuje implementaciju sljedećih načina sušenja: konvekcijsko-ultrazvučno, vakuumsko-ultrazvučno i sušenje s izmjeničnom promjenom tlaka u komori za sušenje. Razvijena komora za sušenje ima sljedeće tehnički podaci: intenzitet generiranih akustičnih oscilacija, ne manji od 140 dB; frekvencija vibracija koje stvara radijator diska koji oscilira na savijanje 22 kHz; maksimalna amplituda (od vrha do vrha) oscilacija radijatora diska 100 µm; promjer diska koji zrači oscilirajući sustav nije veći od 250 mm; materijal emitera diska i koncentratora - legura titana; promjer komore za sušenje 750 mm; materijal komore za sušenje - metal; intenzitet akustičnih vibracija u komori za sušenje (pri intenzitetu zračenja od 140 dB) nije manji od 150 dB; maksimalno opterećenje komore za sušenje je 15 kg.
Da bi se utvrdila učinkovitost stvorenog dizajna komore za sušenje, provedena su eksperimentalna istraživanja u kojima je korišten disk odašiljač s utrošenom električnom snagom od 200 W. Temperatura u komori za sušenje održavana je na 23-26°C, vlažnost 50-65%. Nije korišten dodatni dovod i odvod zraka za sušenje; za potvrdu učinkovitosti korištena je najneracionalnija metoda sušenja.
Provedene su dvije serije eksperimenata. Vrijeme sušenja je uzeto kao 160 minuta. U prvoj seriji eksperimenata kao materijal za sušenje korištena je želatina namočena u vodi. Rezultati sušenja prikazani su u tablici 1.
| stol 1 Rezultati sušenja želatine |
|||
| Vrijeme, min | Težina, g | Brzina, g/min | Sadržaj vlage, % |
| 10 | 4709 | 172,04 | |
| 20 | 4413 | 29,6 | 154,94 |
| 30 | 4125 | 28,8 | 138,30 |
| 40 | 3843 | 28,2 | 122,01 |
| 50 | 3670 | 17,3 | 112,02 |
| 60 | 3386 | 28,4 | 95,61 |
| 70 | 3192 | 19,4 | 84,40 |
| 80 | 3027 | 16,5 | 74,87 |
| 90 | 2868 | 15,9 | 65,68 |
| 100 | 2732 | 13,6 | 57,83 |
| 110 | 2614 | 11,8 | 51,01 |
| 120 | 2513 | 10,1 | 45,18 |
| 130 | 2428 | 8,5 | 40,27 |
| 140 | 2349 | 7,9 | 35,70 |
| 150 | 2277 | 7,2 | 31,54 |
| 160 | 2221 | 5,6 | 28,31 |
Tako je nakon 160 minuta sušenja želatine njezina konačna vlažnost iznosila 28,31%, a utrošak energije 0,6 kW. Pri korištenju ultrazvučne sušilice s pretvaračem plinskog mlaza bilo je potrebno 230 minuta za sušenje iste količine želatine uz utrošak energije od 2,3 kW.
U drugoj seriji pokusa proveden je postupak sušenja mrkve. Rezultati pokusa prikazani su u tablici 2.
| tablica 2 Rezultati sušenja mrkve |
|||
| Vrijeme, min | Težina, g | Vlažnost, % | Brzina, g/min |
| 10 | 1509 | 601,43 | |
| 20 | 1464 | 579,74 | 4,5 |
| 30 | 1425 | 561,53 | 3,8 |
| 40 | 1388 | 543,89 | 3,7 |
| 50 | 1349 | 525,34 | 3,9 |
| 60 | 1310 | 506,75 | 3,9 |
| 70 | 1274 | 489,78 | 3,6 |
| 80 | 1239 | 472,61 | 3,6 |
| 90 | 1205 | 456,35 | 3,4 |
| 100 | 1168 | 439,04 | 3,6 |
| 110 | 1137 | 424,20 | 3,1 |
| 120 | 1105 | 409,03 | 3,2 |
| 130 | 1075 | 395,20 | 2,9 |
| 140 | 1047 | 381,88 | 2,8 |
| 150 | 1023 | 370,33 | 2,4 |
| 160 | 996 | 357,06 | 2,8 |
Nakon sušenja mrkve sadržaj vlage se smanjio za približno dva puta, dok je potrošnja energije iznosila 0,6 kW. Pri korištenju ultrazvučne sušilice s pretvaračem plinskog mlaza bilo je potrebno 300 minuta za sušenje iste količine želatine uz utrošak energije od 3 kW.
Navedene vrijednosti pokazuju učinkovitost predloženog tehničkog rješenja i izglede za njegovu upotrebu kao industrijske i male komercijalne sušare.
U 2009. godini planiran je početak male proizvodnje razvijenog uređaja za ultrazvučno sušenje.
Bibliografija
1. Fizički temelji ultrazvučna tehnologija [Tekst] / ur. L.D. Rosenberg. - M.: Nauka, 1969. - 689 str.
2. Khmelev V.N. Ultrazvučni višenamjenski i specijalizirani uređaji za intenzifikaciju tehnoloških procesa u industriji [Tekst] / V.N. Khmelev, A.V. Shalunov [i drugi]. - Barnaul: AltGTU, 2007. - 416 str.
3. RF patent br. 2095707.
4. RF patent br. 2239137 - prototip.
5. Khmelev V.N. Ultrazvučni oscilatorni sustavi velike snage / V.N.Khmelev, S.V.Levin, S.N.Tsyganok, A.N.Lebedev //International Workshop and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM"2007: Workshop Proceedings. - Novosibirsk: NSTU, 2007. - P.293-298.
Uređaj za ultrazvučno sušenje, koji sadrži toroidalni mrežasti spremnik za materijal koji se suši, ugrađen u tijelo sušare i emiter akustičnih vibracija ultrazvučne frekvencije, naznačen time što je emiter ultrazvučnih vibracija izrađen u obliku savitljivog oscilirajućeg diska i povezano je s piezoelektričnim pretvaračem napajanim elektroničkim generatorom ultrazvučne frekvencije, unutarnja površina tijela sušilice nastaje rotacijom oko akustične osi savijalno-oscilirajućeg diska dviju osnosimetričnih parabola koje se sijeku i imaju zajednički fokus, a toroidni spremnik je izrađen u obliku dva dijela smještena u vodoravnoj ravnini, pri čemu se jedan od toroidnih odjeljaka spremnika nalazi u području zajedničkog fokusa parabola, a drugi se nalazi na jednakoj udaljenosti od bočne stijenke komore za sušenje i prvog odjeljka.
Izum se odnosi na akustičnu metodu sušenja bilo kojeg kapilarno-poroznog materijala zvučnim vibracijama visokog intenziteta i može se koristiti u svim industrijama i poljoprivredi gdje je potrebno sušiti materijale volumena mjerenog u desecima kubičnih metara. Komora za sušenje je izrađena od teške materijale s visokom akustičkom otpornošću (na primjer beton), sa stijenkama dovoljne debljine da osiguraju minimalan prodor zvučnih vibracija, koje, reflektirane od stijenki, konstrukcija i osušenog materijala unutar komore, povećavaju udio akustične energije koja djeluje na osušeni materijal. Snažan izvor zvuka instaliran je na jednom od zidova komore, stvarajući zvučno polje intenziteta od 160-170 dB u rasponu od 70-15000 Hz. Na zidu komore nasuprot izvora zvuka postavljen je reflektor. Korištenjem ventilacije osiguravaju se potrebni parametri izmjene zraka u komori, čime se postiže minimalno vrijeme sušenja i sprječava stvaranje zona u osušenom materijalu koje sprječavaju difuziju i isparavanje vlage; isparavanje i difuziju vlage materijala. 1 z.p. f-ly, 2 ilustr., 1 tab.
Izum se odnosi na područje tehnike koje se odnosi na provedbu tehnoloških procesa sušenja različitih materijala pomoću akustičnih vibracija ultrazvučne frekvencije.
Danas su poznate mnoge metode za dovoljno učinkovito sušenje drva i gotove građe, ali svaka od njih ima svoje specifičnosti, prednosti i nedostatke. Na primjer, ultrazvučno sušenje drva je proces sličan pokretnom sušenju, u kojem drvo dobiva zadane praktične i geometrijske parametre.
Ultrazvučno sušenje se također naziva akustično, takva oprema je prilično rijetka u poduzećima. To je visokotehnološki proces s kojim možete postići izvrsnu kvalitetu uz manji utrošak energije. Tehnologija je u vlasništvu tvrtke Promin.
Značajke ultrazvučnog sušenja
Posebnost ultrazvučnog sušenja je niska potrošnja energije, što zauzvrat osigurava ravnomjerno uklanjanje vlage zbog njezinog prijenosa iz jednog agregatnog stanja u drugo.
Kao rezultat toga, drvo ne gubi svoje geometrijske parametre, održava snagu i osigurava dugi vijek trajanja. Ako se tijekom konvekcijskog sušenja dogodi da se drvo suši neravnomjerno, tada ultrazvučna metoda gotovo potpuno eliminira ovaj čimbenik, budući da se pod djelovanjem ultrazvučnih valova molekule vlage zagrijavaju duž cijele duljine.
Ultrazvučno sušenje drva izvodi se bez promjene agregacijskog stanja vlage, što omogućuje višestruko smanjenje troškova energije. Voda se uklanja iz materijala, budući da je u tekućem stanju, i dolazi do određenog prešanja.
Ova tehnologija omogućuje povećanje učinkovitosti opreme za gotovo 70% uz dobivanje dovoljno visoke kvalitete drvne građe ne samo za gradnju nosive konstrukcije ali i dekorativne završne obrade.
Za povećanje učinkovitosti moguće je izvršiti prethodno atmosfersko sušenje drva kako bi se postigla ravnomjerna vlažnost u cijeloj konstrukciji. To će osigurati najučinkovitiji izlaz vlage iz materijala uz minimalne troškove.
Ultrazvučna sušilica za drvo je zaseban uređaj koji se može kombinirati sa strojevima za obradu drva. Da bi se izvršilo konačno uklanjanje vlage iz drva, ono se transporterom povlači kroz instalaciju ravno na obradu.
Ova metoda obrade može osušiti do 18%-22% vlage. No, kako pokazuje iskustvo raznih poduzeća, često nije moguće osušiti do 8-12%.
Za određenu vlažnost biraju se komore drugih tehnologija. Na primjer vakuumske komore za sušenje uz veliku brzinu sušenja i visoku kvalitetu gotove građe. Kamere možete kupiti po cijeni od 750.000 rubalja. Modeli su objavljeni na stranici.
Vidi također:
Sadržaj Tehnički parametri parne sušare Alternativa parnoj sušionici Danas su poznati mnogi načini sušenja piljene građe, kojima se postiže visoka kvaliteta i mali postotak otpada. Jedna takva sušilica je parna komora. Sušenje drva parom je prilično učinkovita tehnologija toplinske obrade raznih vrsta drva i različitog sadržaja vlage u izvornom stanju. A tehnika je […]
