Procesul de uscare implică îndepărtarea umidității din material. Acest lucru se face de obicei prin încălzire. Uscarea materialelor solide, în vrac și a altor materiale este comună într-o mare varietate de procese tehnologice. În cele mai multe cazuri, aerul încălzit este folosit ca lichid de răcire. Dar la uscarea multor produse chimice, obiecte biologice, îngrășăminte, uscarea nu poate fi efectuată la temperaturi ridicate, deoarece substanțele fie se descompun, fie își pierd proprietățile bactericide.
Când temperatura nu poate fi lăsată să crească în timpul uscării, uscarea se efectuează sub influența vibrațiilor ultrasonice.
Influența vibrațiilor ultrasonice ajută la îndepărtarea umezelii și accelerează procesul de uscare de multe ori. Echipa de laborator are o vastă experiență în dezvoltarea și crearea de structuri practice pentru uscare acustică (ultrasunete) informații mai detaliate pot fi găsite în monografia „Aplicarea ultrasunetelor în industrie”, Capitolul 6.4 „Procese de uscare acustică”.
6.4 Procese de uscare acustică
(Khmelev V.N., Popova O.V. Dispozitive cu ultrasunete multifuncționale și utilizarea lor în industriile la scară mică, agricultură și gospodărie: monografie științifică/ Alt. stat Teh. Univ. ei. I.I. Polzunov. - Barnaul: ed. AltSTU, 1997. - 160 p.)
Procesul de uscare implică îndepărtarea umidității din material. Acest lucru se face de obicei prin încălzire. Uscarea materialelor solide, în vrac și a altor materiale este comună într-o mare varietate de procese tehnologice.
În cele mai multe cazuri, aerul încălzit este folosit ca lichid de răcire. Dar la uscarea multor produse chimice, obiecte biologice, îngrășăminte, uscarea nu poate fi efectuată la temperaturi ridicate, deoarece substanțele fie se descompun, fie își pierd proprietățile bactericide.
Când temperatura nu poate fi lăsată să crească în timpul uscării, uscarea se efectuează sub influența vibrațiilor ultrasonice. Primele rezultate au fost obținute încă din 1955 de P. Gregus (Ungaria). La o frecvență de 25 kHz, a obținut o accelerație de 10 ori în uscarea fibrei de bumbac umed. Mai târziu, a obținut și accelerarea ultrasonică a uscării lemnului.
Procesul de uscare constă din două perioade principale. Prima este evaporarea umidității de pe suprafața materialului și difuzarea aburului în spațiul înconjurător. Evaporarea umidității duce la crearea unui gradient de umiditate în material, ca urmare a cărui umiditate din straturile interne începe să se deplaseze la suprafață. Aceasta este a doua perioadă.
Expunerea la ultrasunete de mare intensitate vă permite să intensificați ambele perioade ale procesului de uscare.
În prima perioadă de uscare, oscilațiile permit reducerea grosimii stratului limită hidrodinamic. Într-un câmp ultrasonic, stratul limită hidrodinamic poate fi semnificativ mai mic decât stratul de difuzie. Aceasta înseamnă că vibrațiile pătrund în interiorul stratului de difuzie, îl turbulizează, accelerând astfel procesul de evaporare. Împreună cu reducerea grosimii stratului limită, metoda de uscare cu ultrasunete are un alt avantaj important - vibrațiile pătrund în material și creează zone cu schimbare rapidă de presiune înaltă și joasă în el, ceea ce intensifică procesele de transfer de umiditate de la straturile adânci la suprafață în a doua perioadă de uscare. Alți factori activi de influență ultrasonică sunt (Figura 6.5): o scădere a vâscozității lichidului sub influența vibrațiilor, care favorizează transferul umidității din straturile adânci la suprafață; stoarcerea umidității din material prin bule de cavitație care apar în lichid sub influența vibrațiilor; presiunea radiației care stoarce lichidul din material etc.
Figura 6.5 - Factori eficienți ai uscării cu ultrasunete
Costurile energetice mai mici ale uscării cu ultrasunete, în comparație cu uscarea convectivă, se explică prin faptul că lichidul este îndepărtat de la suprafață nu numai prin evaporare (care necesită costuri energetice semnificative pentru a efectua o tranziție de fază), ci și prin pulverizarea cu ultrasunete în forma unui aerosol (fără tranziție de fază), care apare ca urmare a vibrațiilor elastice de mare intensitate de frecvență ultrasonică.
Prin urmare, uscarea cu ultrasunete cu o putere comparabilă de acțiune a energiei are loc de câteva ori mai rapid în comparație cu uscarea convectivă. Sunt cunoscute metode brevetate pentru uscarea materialelor capilare-poroase în câmpuri ultrasonice de mare intensitate, care au confirmat următoarele avantaje ale uscării acustice:
— intensitate mare a procesului cu consum mai mic de energie;
— capacitatea de a asigura o uscare de înaltă calitate și eficientă la temperaturi scăzute sau, cel mai important, fără a crește temperatura.
Astfel, principalii factori de operare sunt:
- O scădere a vâscozității unui lichid sub influența ultrasunetelor promovează mișcarea accelerată a umidității prin capilare de la adâncimea corpului la suprafață.
- Vibrații ale bulelor de gaz într-un lichid, care stoarce umezeala din capilare.
- Presiunea de radiație direcționată în capilare de la lichid la gaz, care mișcă coloana de lichid a capilarului, deplasându-l spre suprafață.
Uscarea într-un câmp ultrasonic are loc fără încălzirea materialului. De aceea, aceasta este singura modalitate de a usca materialele sensibile la căldură și ușor oxidate. Această metodă diferă ca viteză de metodele convenționale. De exemplu, la uscarea gelului de silice la o umiditate inițială de 25%, intensitatea radiației de 152 dB, la o frecvență de 8 kHz, t = 15 minute - uscare completă. Figura 6.6 prezintă productivitatea procesului de uscare a etilcelulozei.
Figura 6.6 - Dependenţe de productivitatea procesului de uscare a etilcelulozei
Comparatie cu uscare în vid si uscare cu aer incalzit (92°C): in acelasi timp s-a indepartat doar 10-15% din umezeala continuta.
La uscarea enzimelor (care nu pot rezista la 40°C), procesul în câmp acustic a durat 14 minute, iar viteza a crescut de 3-4 ori în comparație cu metoda cu vid.
Caracteristici ale uscării acustice (cerințe de echipament).
- Există o limită de intensitate mai mică la care începe o accelerare vizibilă a procesului (aproximativ 130...145 dB).
- Nu există nicio dependență a vitezei de uscare de frecvența în intervalul de la 2 la 25 kHz.
- Uscarea este cea mai eficientă pentru straturi subțiri (aproximativ 2-3 cm).
Să ne uităm la diagramele practice ale uscătorului (Figura 6.7)
Figura 6.7 - Diagrame practice ale uscătoarelor
Principalele sunt uscătoare cu pat fluidizat sonicat pentru uscarea substanțelor pulverulente, uscătoare cu tambur și uscătoare cu vibrații.
Să luăm în considerare designul unui uscător cu pat fluidizat. Emițătoarele sunt instalate în cilindrul vertical în părțile laterale și superioare.
Prin alimentator, materialul este încărcat în uscător pe grătar. Aerul de uscare este furnizat de jos printr-o rețea de distribuție. Pe măsură ce aerul trece prin plasă și material, acesta începe să se amestece intens și să „fierbe”, formând un strat fluidizat. Materialul agitat constant este supus unui tratament cu ultrasunete și uscat.
Pe măsură ce particulele se usucă, ele devin mai ușoare, se ridică de-a lungul partiției superioare și sunt turnate în buncăr. Aerul umed este eliminat prin conducta superioară.
Un prototip de echipament pentru uscarea cu ultrasunete a lemnului, modificarea proprietăților lemnului și obținerea de materii prime pentru industria chimică și a parfumurilor într-un singur proces tehnologic, care a fost dezvoltat de oamenii de știință ruși, este capabil să revoluționeze prelucrarea lemnului.
Nu există analogi cu astfel de echipamente în lume. Dezvoltatorul său, compania inovatoare Promin, promite să lanseze primul prototip industrial de înaltă performanță într-un an și în doi ani să-l livreze către piata ruseasca până la 20 de instalații ale unei metode fundamental noi de uscare a lemnului.
Tehnologiile existente bazate pe modificări ale stării agregate a apei (evaporare) și diferă doar prin metodele de încălzire a lemnului, evaporarea lichidului, furnizarea energiei necesare în acest scop și metodele de îndepărtare a gazelor conținute în camera de uscare sunt imperfecte. Propus mod nou uscarea cherestea se bazează pe modificarea naturii fizice a mecanismului de îndepărtare a lichidului conținut de lemn și asigură o reducere semnificativă (de câteva ori) a consumului specific de energie al echipamentelor tehnologice. La utilizarea tehnologiei cu ultrasunete dispare nevoia de a consuma energie pentru încălzirea lichidelor de răcire, lemnului, elementelor structurale ale camerei de uscare etc.
Uscarea lemnului prin metode cunoscute (termoconvectiv, vid, curenți de microunde, aerodinamic) necesită un consum mare de energie - 200-250 kW/h pe metru cub. Acest lucru duce la faptul că costul uscării de înaltă calitate depășește costul lemnului și costul tăierii lui. Metode tradiționale au o productivitate scăzută, provocând defecte ale lemnului (deformare, crăpare etc.), eterogenitate a umidității reziduale de-a lungul lungimii cherestea („umiditate pete”), precum și emisii dăunătoare pentru mediu de umiditate „lemn” care conține acizi organici și alcalii în atmosfera, terebentină, metanol etc., produse de ardere a combustibilului la încălzirea lichidului de răcire necesar încălzirii camerei de uscare, ceea ce prezintă și pericolul eliberării freonului din sistemul de răcire pentru camerele de uscare a condensului.
Tendințele moderne de îmbunătățire a echipamentelor de uscare sunt de natură evolutivă și nu pot elimina aceste neajunsuri. Poate doar îmbunătățirea caracteristicilor echipamentelor existente cu câteva sau zeci de procente. Motivul este că principiul fizic al uscării rămâne neschimbat - evaporarea umidității conținute în lemn. În acest caz, putem vorbi doar despre creșterea eficienței întregului complex de uscare prin îmbunătățirea designului camerei de uscare, folosind noi materiale termoizolante, optimizarea modurilor de uscare etc.
Proprietățile unice ale lemnului ca polimer natural cu o structură capilară complexă fac posibilă crearea unei tehnologii de uscare a lemnului fără a modifica starea agregată a umidității conținute în acesta. La uscarea cu ultrasunete, umezeala conținută în lemn este îndepărtată sub formă de lichid. Acest lucru reduce consumul specific de energie de mai multe ori și crește productivitatea echipamentelor cu 50-70%.
Pe baza rezultatelor cercetării companiei inovatoare „Promin” cu privire la influența ultrasunetelor asupra proprietăților lemnului, în special, s-a dezvăluit: îmbunătățirea calității lemnului (evitarea deformarii, fisurilor etc.); distrugerea saprofitelor și hifelor, rezistență ridicată la microorganisme după uscare; absorbție scăzută de umiditate după uscare; creșterea caracteristicilor de rezonanță ale lemnului; rezistență crescută la putrezire.
Alte avantaje importante tehnologie nouă sunt: creșterea productivității echipamentelor, scădere bruscă dimensiunile, greutatea și consumul de energie; îmbunătățirea performanței de mediu (fără emisii substanțe nociveîn atmosferă și colectarea ușoară a lichidului eliberat din cheresteaua); posibilitatea de a crea o holistică linie de producție„uscare-prelucrare cherestea” și, ca urmare, creșterea indicatorilor economici ai procesului de prelucrare a lemnului.
Îndepărtarea umezelii conținute de lemn sub formă de lichid poate prezenta un interes comercial independent în ceea ce privește obținerea de materii prime pentru industria chimică și a parfumurilor. În prezent, umiditatea conținută în lemn, îmbogățită cu substanțe utile și microelemente, este extrasă prin evaporare urmată de condensare. Acest lucru predetermină consumul ridicat de energie și productivitatea scăzută a procesului și, de asemenea, duce inevitabil la pierderea parțială a substanțelor și microelemente valoroase (se știe că în timpul oricărei tranziții de fază, impuritățile sunt îndepărtate, ceea ce formează baza multor metode de obținere a materialelor pure.
Instalația pentru uscarea cu ultrasunete a lemnului, modificarea proprietăților lemnului și producerea de materii prime pentru industria chimică și a parfumurilor într-un singur proces tehnologic se compune din următoarele blocuri principale:
1. Cadru (acţionează ca o structură de susţinere).
2. Mecanism de tragere cherestea: antrenare (motor electric, cutii de viteze, lanturi, angrenaje); arbori de rulare.
3. Unitate cu ultrasunete: generator de ultrasunete; Emițător de ultrasunete.
4. Mecanism de presare: cherestea la emițătorul de ultrasunete; arbori de transmisie.
Instalația folosește un principiu transportor pentru furnizarea de cherestea, care este dictat de principiul fizic impact asupra acestora din urmă și deschide posibilitatea combinării a acestui echipament cu prelucrarea lemnului, de exemplu, din rindeaua. Această circumstanță face posibilă excluderea unor operațiuni precum stivuirea cherestea, încărcarea și descărcarea acesteia din camera de uscare.
O instalație pentru uscarea cu ultrasunete a lemnului, modificarea proprietăților lemnului și producerea de materii prime pentru industria chimică și a parfumurilor într-un singur proces tehnologic va îndeplini pe deplin cerințele documente de reglementare si va fi dotat cu un set complet de documentatii necesare functionarii (descriere, reglementari tehnologice, certificate).
Eliminarea umezelii dintr-un material sub influența vibrațiilor acustice intense
Animaţie
Descriere
Uscarea cu ultrasunete este îndepărtarea umezelii dintr-un material sub influența vibrațiilor acustice intense. În mare măsură, eficacitatea uscării cu ultrasunete este asociată cu accelerarea proceselor de transfer de căldură în câmpul ultrasonic. În acest caz, materialul uscat este expus din mediul gazos la un câmp ultrasonic cu un nivel de intensitate de 145 dB, creat de obicei de emițători cu jet de gaz.
Mecanismul de acțiune al undelor elastice asupra umidității depinde de starea de agregare a materialului, de umiditatea acestuia, de dimensiunea particulelor materialului care se usucă, de tipul de legătură dintre umiditate și de caracteristicile câmpului acustic.
La foarte umiditate ridicată(conținutul de umiditate) al materialelor capilar-poroase (200-500%) are loc o îndepărtare pur mecanică a umidității, care se reduce la un fel de „scuturare” a lichidului din capilare. Acest lucru se întâmplă din cauza fragmentării picăturilor atunci când la suprafața materialului apar fluxuri acustice puternice și apariția undelor capilare. Într-o anumită măsură, aceste procese sunt similare cu cele care au loc în timpul pulverizării cu ultrasunete, cu diferența că în acest din urmă caz energia vibrațiilor ultrasonice este furnizată din lichid. Efectul mecanic depinde de intensitatea undei acustice, crescând foarte mult pe măsură ce nivelul acesteia crește peste 165 dB și slăbește odată cu apariția frecvenței; se manifestă cel mai puternic la antinodurile vitezei undei staţionare, unde fluxurile acustice sunt maxime.
La umiditatea moderată a materialului capilar-poros (10-70%), efectul vibrațiilor acustice asupra procesului de uscare se manifestă cu un grad ridicat și scăzut de intensificare în prima și, respectiv, a doua etapă.
Prima etapă, caracterizată printr-o viteză de uscare constantă, se caracterizează prin faptul că umiditatea îndepărtată de pe suprafața materialului uscat este reîncărcată în mod continuu cu cea provenită din straturile sale interne. Viteza de uscare este determinată în această etapă de gradientul de concentrație a lichidului în stratul limită de difuzie. Sub influența ultrasunetelor, procesul de evaporare a lichidului de la suprafață se accelerează brusc, deoarece fluxurile acustice apar pe suprafața umedă, provocând deformarea stratului limită de difuzie, stratul devine mai subțire, gradientul de concentrație crește, ceea ce duce la o accelerare de îndepărtarea umezelii de la suprafață. Influența semnificativă a fluxurilor acustice în prima perioadă de uscare este asociată cu grosimea relativ mică a stratului lor limită. O comparație a uscării cu ultrasunete cu uscarea convectivă cu suflare constantă a suprafeței materialului arată că, chiar și atunci când viteza fluxurilor acustice este comparabilă cu viteza unui flux constant de aer în timpul suflarii, uscarea cu ultrasunete are loc mult mai rapid datorită faptului că grosimea stratului limită pentru fluxurile acustice este mai mică decât grosimea stratului limită hidrodinamic (acesta din urmă este aproximativ egal cu grosimea stratului limită de difuzie).
Procesul de expunere acustică în prima etapă de uscare începe de la o anumită valoare de prag presiunea sonorăр cr, în funcție de configurația corpului, de tipul fluxurilor acustice care apar și de diferența de concentrații de lichid (adică diferențe de umiditate) pe suprafața materialului C m și v mediu. De exemplu, pentru materiale pulverulente cu particule sferice condiționat cu un diametru d mai mic decât lungimea de undă a sunetului:
,
unde r c este rezistența la undă a mediului gazos;
g - accelerația în cădere liberă;
r este densitatea gazului.
De obicei, nivelul critic al presiunii acustice se află în intervalul (130-140 dB). Gama de frecvențe utilizate depinde de mulți factori, dar este determinată în principal de atenuarea sunetului din mediu și de standardele de zgomot admise ale echipamentelor de operare 8-18 kHz.
A doua etapă de uscare, de obicei desemnată ca o perioadă de scădere a vitezei, se caracterizează prin conținut scăzut de umiditate al materialului și alimentare slabă cu lichid din interior și, prin urmare, pierderea acestuia pe suprafață nu este compensată, iar efectul vibrațiilor acustice este redusă la o creștere a coeficientului de difuzie al lichidului ca urmare a încălzirii acestuia la absorbția ultrasunetelor în macrocapilare și pori. Cu toate acestea, încălzirea materialului în câmpul sonor este mică și creșterea coeficientului de difuzie nu depășește 100-200% și nu se observă o accelerare semnificativă a uscării în această etapă.
Utilizarea ultrasunetelor este cea mai eficientă în perioada de viteză constantă de uscare, adică. în prima etapă.
Avantajul uscării cu ultrasunete este capacitatea de a accelera procesul de 2-6 ori fără a crește semnificativ temperatura materialului, ceea ce este deosebit de important atunci când se usucă produse sensibile la căldură ușor oxidate.
Uscarea cu ultrasunete este cea mai potrivită pentru materialele fin dispersate care sunt în proces de sonicare în suspensie sau în stare de amestecare continuă, deoarece în același timp, valoarea P cr este mică și se asigură prelucrarea uniformă a produsului. Viteza de uscare scade odata cu cresterea grosimii stratului tratat.
Caracteristici de sincronizare
Timp de inițiere (log la 0 la 1);
Durata de viață (log tc de la 1 la 6);
Timp de degradare (log td de la 0 la 1);
Timp optim de dezvoltare (log tk de la 1 la 5).
Diagramă:
Implementări tehnice ale efectului
Uscarea cu ultrasunete a materialului sub formă de pulbere
Orez. 1
Denumiri:
1 - mediu fin dispersat;
2 - emițător;
3 - baie cu ultrasunete.
Pentru a implementa uscarea cu ultrasunete, umpleți o baie cu ultrasunete standard de laborator cu un strat subțire (aproximativ un centimetru) de pulbere umedă (nisipul de cuarț funcționează bine). Plasați un emițător de ultrasunete plat (magnetostrictiv sau piezoceramic) deasupra unei părți a suprafeței stratului la o distanță de aproximativ 1 cm. Porniți emițătorul. Asigurați-vă că boabele din zona de iradiere se usucă mai repede decât în afara acestuia.
Aplicarea unui efect
Uscarea cu ultrasunete este un tip specific de proces de uscare utilizat în multe procese tehnologiceîn industrie, agricultură și construcții.
Particularitatea uscării cu ultrasunete se datorează costului destul de ridicat al energiei utilizate și eficienței scăzute (20-25%) a emițătorilor care funcționează în medii gazoase. De aceea, este utilizat în principal în producția de medicamente biologice și farmaceutice scumpe, în special, pulberi sensibile la căldură din antibiotice, medicamente hormonale etc.
ÎN ultimii ani Se lucrează pentru utilizarea uscării cu ultrasunete la deshidratarea prafului de cărbune, uscarea cerealelor, la producerea laptelui praf etc. Pentru uscare se folosesc uscătoare cu ultrasunete, care, de regulă, diferă de uscătoarele convective tradiționale doar prin aceea că în ele se creează un câmp acustic puternic la locul produsului folosind un emițător cu jet de gaz de un tip sau altul. La uscare, cele mai eficiente uscătoare sunt uscătoarele cu pat fluidizat, tunel, spray și tambur.
Literatură
1.Ecografia / Ed. I.P. Golyamina - M.: Enciclopedia sovietică, 1979.
Deținătorii brevetului RU 2367862:
Invenţia se referă la domeniul tehnologiei legat de implementarea proceselor tehnologice de uscare diverse materiale folosind vibrații acustice de frecvență ultrasonică. Invenția poate fi utilizată în industria farmaceutică, chimică și biologică, precum și în prelucrarea produselor. agricultură. Dispozitivul propus pentru uscare cu ultrasunete conține un recipient toroidal pentru materialul de uscat, care este instalat în corpul uscătorului, și un emițător de vibrații ultrasonice realizat sub forma unui disc îndoit-oscilant, ale cărui dimensiuni și formă sunt selectate pentru asigurați frecvența și direcția specificate a radiației vibrațiilor ultrasonice. Emițătorul este conectat la un traductor piezoelectric alimentat de un generator electronic de frecvență cu ultrasunete. Suprafața interioară a corpului uscătorului este formată prin rotația în jurul axei acustice a unui disc încovoiat-oscilant format din două parabole axisimetrice care se intersectează, având un focus comun. Containerul toroidal este realizat sub forma a două secțiuni situate într-un plan orizontal, cu una dintre secțiunile containerului situată în zona focarului comun al parabolelor, iar a doua situată la o distanță egală de peretele lateral al camera de uscare si prima sectiune. Dispozitivul ar trebui să ofere o eficiență sporită a impactului acustic și o viteză crescută de uscare. 3 ill., 2 tabele.
Invenția se referă la o tehnică de uscare a materialelor capilar-poroase și poate fi utilizată pentru uscarea obiectelor biologice, a produselor din industria chimică, ușoară și a altor industrii fără creșterea temperaturii și distrugerea structurii produselor și substanțelor.
În prezent, pentru uscarea majorității produselor alimentare și farmaceutice, se utilizează o metodă convectivă, care constă în faptul că aerul uscat este încălzit cu ajutorul unui dispozitiv încorporat. element de încălzire, aerul încălzit este direcționat cu ajutorul unui ventilator în tamburul (volumul tehnologic) al uscătorului, trece prin materialul care se usucă, este umezit și apoi răcit în exteriorul tamburului folosind apa rece sau aer. Procesul durează atâta timp cât este nevoie pentru ca materialul să se usuce.
Uscarea modernă în designul tehnologic al uscătoarelor utilizate se caracterizează prin următoarele dezavantaje:
1) procesul este extrem de consumator de energie și de timp;
2) uscătoarele nu pot fi de dimensiuni mici, deoarece acest lucru reduce volumul de aer din tambur, ceea ce, pe de o parte, limitează viteza procesului și, pe de altă parte, crește costul acestuia;
3) temperatură ridicată duce la uscarea și deteriorarea obiectelor biologice. Pentru a elimina acest punct, este necesar să echipați uscătorul cu un „inteligent” și scump sistem electronic controlați temperatura materialului care urmează să fie uscat, ceea ce crește semnificativ costul uscătorului.
Aceste neajunsuri nu se explică prin nivelul scăzut de elaborare solutii constructive, și dezavantajele metodei de bază - uscare convectivă. O opțiune promițătoare pentru înlocuirea sau completarea metodei de uscare convectivă este uscarea în câmpuri acustice de mare intensitate, care este asociată cu următoarele avantaje ale metodei:
1) intensitatea ridicată a procesului;
2) capacitatea de a asigura o uscare de înaltă calitate și eficientă la temperaturi scăzute sau, în principiu, fără creșterea temperaturii (excluzând distrugerea structurii, menținerea germinării boabelor etc.);
3) posibilitatea dezvoltării autoajustării generatoare de ultrasunete, care nu necesită controlul utilizatorului asupra funcționării sistemului.
Avantajele de mai sus explică interesul mare pentru tehnologia de uscare cu ultrasunete. Cu toate acestea, încercările de a implementa practic procesul de uscare cu ultrasunete întâmpină o serie de dificultăți tehnologice:
1) necesitatea creării de vibrații acustice în aer cu intensități mai mari de 140 dB;
2) necesitatea creării unei camere de uscare care să asigure o expunere uniformă la vibrațiile acustice pe tot materialul care se usucă.
În prezent, la crearea dispozitivelor pentru uscare acustică, aceste probleme sunt rezolvate prin utilizarea emițătorilor aerodinamici și crearea de camere de uscare, de obicei sub forma unui canal extins. formă dreptunghiulară. Un exemplu de astfel de instalație de uscare este dispozitivul binecunoscut pentru uscarea materialelor vrac poroase capilare. Acest dispozitiv este o cameră de uscare realizată sub forma unui canal acustic, cu un emițător de sunet situat la un capăt și un material fonoabsorbant la capătul opus.
Acest dispozitiv permite procesul de uscare acustică a materialelor, dar are câteva dezavantaje:
1) utilizarea unui emițător cu jet de gaz ca sursă de sunet, care are următoarele dezavantaje:
a) randament scazut, care nu depaseste 20%;
b) uzura rapidă a componentelor mecanice;
c) imposibilitatea de a funcționa la frecvențe înalte (mai mult de 20 kHz) și, în consecință, necesitatea de a proteja personalul operator de radiațiile acustice (dispozitivul descris folosește o frecvență de 150 Hz);
d) nevoia de aprovizionare aer comprimat presiune mare de ce este necesară utilizarea unui compresor;
e) caracteristici de greutate și dimensiune mare, excluzând posibilitatea creării unui uscător de dimensiuni mici;
2) forma neoptima a camerei de uscare, realizata sub forma unui canal dreptunghiular extins, ceea ce duce la eficienta scazuta in utilizarea energiei acustice si lipsa focalizarii vibratiilor acustice asupra materialului care se usuca;
3) utilizarea unui dop de absorbție a sunetului la capătul din spate al camerei de uscare, ceea ce duce la faptul că este implementat un mod de undă de călătorie și până la 80% din energia acustică este absorbită în absorbantul de sunet și nu participă la procesul de uscare (conform descrierii dispozitivului, intensitatea absorbantului este cu doar 5-6 dB mai mică decât cea a emițătorului, prin urmare, dacă, așa cum este indicat în descriere, dispozitivul implementează un mod de undă de călătorie, atunci nu mai mult de 5 dB este cheltuit pentru uscare, restul este absorbit în absorbant).
Toate aceste dezavantaje reduc eficacitatea impactului acustic și nu asigură o viteză de uscare acceptabilă.
Dezavantajele dispozitivului cunoscut au fost parțial eliminate printr-un dispozitiv de uscare a materialelor capilar-poroase, adoptat ca prototip, care conține un recipient cu plasă toroidală pentru materialul de uscat, instalat în corpul uscătorului, și un emițător de vibrații acustice de ultrasunete. frecvenţă.
La implementarea procesului de uscare folosind un dispozitiv din cauza formă specială Camera de uscare asigură că vibrațiile ultrasonice sunt concentrate asupra materialului care este uscat, crescând astfel viteza și uniformitatea uscării. Cu toate acestea, dispozitivul elimină doar parțial dezavantajele semnificative ale dispozitivelor de uscare acustică cunoscute (de exemplu, utilizarea unui emițător cu jet de gaz ca sursă de vibrații ultrasonice). Prototipul are și alte dezavantaje:
1) volume mici de material uscat, din cauza necesității de a plasa materialul uscat în zona de focalizare;
2) imposibilitatea uscării „delicate”, cauzată de necesitatea furnizării unor volume mari de aer în camera de uscare pentru funcționarea emițătorului cu jet de gaz;
3) eficiență scăzută a uscătorului datorită utilizării unui emițător cu jet de gaz (eficiența nu depășește 20%).
Astfel, dispozitivul adoptat ca prototip nu permite ca procesul de uscare sa fie implementat cu eficienta maxima.
Soluția tehnică propusă pentru un dispozitiv de uscare cu ultrasunete constă dintr-un recipient cu plasă toroidală pentru materialul de uscat, instalat în corpul uscătorului și un emițător de vibrații acustice de frecvență ultrasonică. În acest caz, emițătorul de vibrații ultrasonice este realizat sub forma unui disc îndoit-oscilant, ale cărui dimensiuni și formă sunt selectate din condiția asigurării frecvenței și direcției specificate a radiației vibrațiilor ultrasonice. Emițătorul este conectat la un traductor piezoelectric alimentat de un generator electronic de frecvență cu ultrasunete. Suprafața interioară a corpului uscătorului este formată prin rotația în jurul axei acustice a unui disc încovoiat-oscilant format din două parabole axisimetrice care se intersectează, având un focus comun. Containerul toroidal este realizat sub forma a două secțiuni situate într-un plan orizontal, cu una dintre secțiunile toroidale ale containerului situată în zona focarului comun al parabolelor, iar a doua este situată la o distanță egală de peretele lateral al camerei de uscare și prima secțiune.
În dispozitivul de uscare cu ultrasunete propus, problema creșterii eficienței influenței acustice și a creșterii vitezei de uscare este rezolvată prin:
1) crearea unei camere de uscare cu o formă specială care asigură formarea unui câmp acustic optim, focalizarea vibrațiilor ultrasonice în materiile prime uscate și formarea unui mod de undă staționară, care permite utilizarea cât mai completă a energiei vibrațiilor ultrasonice ;
2) utilizarea unui sistem oscilant cu ultrasunete piezoelectric cu un radiator sub forma unui disc îndoit-oscilant ca sursă de vibrații ultrasonice, ceea ce face posibilă generarea uniformă a radiației ultrasonice pe o suprafață mare.
Esența propunerii solutie tehnica ilustrat în Fig. 1, care prezintă schematic dispozitivul de uscare cu ultrasunete propus. Dispozitivul propus constă dintr-un emițător de vibrații ultrasonice sub forma unui disc îndoit-oscilant 1, ale cărui dimensiuni și formă sunt selectate pentru a asigura frecvența și direcția specificate a radiației vibrațiilor ultrasonice, conectat la un traductor piezoelectric 2 instalat în uscător. corp. Traductorul piezoelectric este alimentat de un generator de oscilații electrice de frecvență ultrasonică (nu este prezentat în figura 1). Corpul uscătorului este format din 3 secțiuni superioare și 4 inferioare. Secțiunea superioară este detașabilă și este destinată încărcării materialului de uscat. Corpul uscătorului conține și un recipient pentru materialul de uscat, format din două secțiuni toroidale. Una dintre secțiunile toroidale 5 ale containerului este situată în zona focusului general al parabolelor. A doua secțiune 6 a recipientului este situată la o distanță egală a de peretele lateral al camerei de uscare și prima secțiune. În același timp, este de dorit ca dimensiunile de gabarit uscătoarele au fost selectate pentru a asigura o distanță minimă a.
În versiunea propusă a camerei de uscare, procesul de uscare se desfășoară după cum urmează. Ambele secțiuni toroidale ale recipientului sunt umplute cu materialul care urmează să fie uscat. Apoi recipientul cu materialul de uscat este plasat în corpul uscătorului și expus la vibrații ultrasonice până când este îndepărtat. cantitatea necesară umiditate. Când o undă plană este generată de un disc încovoiat-oscilant, distribuția vibrațiilor ultrasonice în interiorul camerei de uscare va lua forma prezentată în Fig. 2 prin săgeți. Discul îndoit-oscilant emite vibrații ultrasonice în ambele direcții în raport cu planul său, care sunt reflectate de ramura internă a parabolei care formează suprafața corpului uscătorului și focalizate în materialul care se usucă. O parte din vibrațiile ultrasonice reflectate de materialul de uscat, situate în prima secțiune toroidală a recipientului, cade pe ramura exterioară a parabolei, reflectată din care, este distribuită uniform peste materialul de uscat, situată în a doua secțiune toroidală a containerului. La alegerea distanței b1+b2+b3+b4, care este un multiplu al lungimii de undă a vibrațiilor ultrasonice din aer, se va asigura un mod de undă staționară, care este cel mai favorabil mod energetic de acțiune ultrasonică. Datorită designului suprafeței interioare a corpului uscătorului sub formă de parabolă, distanța b1+b2+b3+b4 va fi egală pentru fiecare punct de pe suprafața discului îndoit-oscilant și recipientul cu materialul fiind uscate. Ca urmare, se va asigura uscarea uniformă a materialului pe întregul volum.
Figura 3 prezintă o diagramă de proiectare a unui uscător cu ultrasunete, implementată în practică. Pentru a crește eficiența conversiei electroacustice, traductorul piezoelectric este realizat sub forma unui sistem oscilator ultrasonic cu trei jumătate de undă cu un concentrator 7. Pentru a crește eficiența de uscare, sistemul este echipat cu dispozitive de alimentare 8 și dispozitive de evacuare 9 pentru uscarea aerului. Camera de uscare dezvoltată permite implementarea următoarelor moduri de uscare: convecție-ultrasunete, vid-ultrasunete și uscare cu schimbări de presiune alternante în camera de uscare. Camera de uscare dezvoltată are următoarele specificatii tehnice: intensitatea vibrațiilor acustice generate, nu mai puțin de 140 dB; frecvența oscilațiilor generate de un radiator cu disc flexur-oscilant 22 kHz; amplitudinea maximă (swing de amplitudine) a oscilațiilor emițătorului discului 100 µm; diametrul discului radiant al sistemului oscilator nu este mai mare de 250 mm; materialul emițătorului și concentratorului discului - aliaj de titan; diametrul camerei de uscare 750 mm; materialul camerei de uscare - metal; intensitatea vibrațiilor acustice în camera de uscare (la o intensitate a radiației de 140 dB) nu este mai mică de 150 dB; sarcina maximă a camerei de uscare este de 15 kg.
Pentru a determina eficacitatea designului camerei de uscare create, au fost efectuate studii experimentale folosind un emițător cu disc cu un consum de energie electrică de 200 W. Temperatura din camera de uscare a fost menținută la 23-26°C, umiditate 50-65%. Alimentarea și evacuarea suplimentară a aerului de uscare nu au fost utilizate, de exemplu. Pentru a confirma eficacitatea, a fost folosită cea mai irațională metodă de uscare.
Au fost efectuate două serii de experimente. Timpul de uscare a fost considerat a fi de 160 de minute. În prima serie de experimente, gelatina înmuiată în apă a fost folosită ca material uscat. Rezultatele uscării sunt prezentate în tabelul 1.
| Tabelul 1 Rezultate uscarea gelatinei |
|||
| Timp, min | Greutate, g | Viteza, g/min | Conținut de umiditate, % |
| 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 |
Astfel, după 160 de minute de uscare a gelatinei, conținutul final de umiditate a fost de 28,31%, în timp ce consumul de energie a fost de 0,6 kW. Când utilizați un uscător cu ultrasunete cu un convertor cu jet de gaz, uscarea aceleiași cantități de gelatină a necesitat 230 de minute cu un consum de energie de 2,3 kW.
În a doua serie de experimente a fost efectuat procesul de uscare a morcovilor. Rezultatele experimentale sunt prezentate în tabelul 2.
| Tabelul 2 Rezultate uscarea morcovului |
|||
| Timp, min | Greutate, g | Umiditate, % | Viteza, 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 |
După uscarea morcovilor, conținutul de umiditate a scăzut aproximativ la jumătate, în timp ce consumul de energie a fost de 0,6 kW. Când utilizați un uscător cu ultrasunete cu un convertor cu jet de gaz, a fost nevoie de 300 de minute pentru a usca aceeași cantitate de gelatină la un consum de energie de 3 kW.
Valorile date arată eficacitatea soluției tehnice propuse și perspectivele de utilizare a acesteia ca instalații de uscare industriale și comerciale de dimensiuni mici.
Producția la scară mică a dispozitivului dezvoltat pentru uscare cu ultrasunete este planificată să înceapă în 2009.
Referințe
1. Bazele fizice ale tehnologiei ultrasonice [Text] / ed. L.D. Rosenberg. - M.: Nauka, 1969. - 689 p.
2. Hmelev V.N. Dispozitive cu ultrasunete multifuncționale și specializate pentru intensificarea proceselor tehnologice în industrie [Text] / V.N., A.V. Shalunov. - Barnaul: AltSTU, 2007. - 416 p.
3. Brevet RF nr. 2095707.
4. Brevet RF Nr. 2239137 - prototip.
5. Hmelev V.N. Sisteme oscilatoare cu ultrasunete de mare putere / V.N.Khmelev, S.V.Levin, S.N.Tsyganok, A.N.Lebedev //Atelier internațional și tutoriale privind dispozitivele și materialele electronice EDM"2007: Proceedings Workshop. - Novosibirsk: NSTU, 2098.93-2009.
Dispozitiv de uscare cu ultrasunete, care conține un recipient cu plasă toroidală pentru materialul de uscat, instalat în corpul uscătorului și un emițător de vibrații acustice de frecvență ultrasonică, caracterizat prin aceea că emițătorul de vibrații ultrasonice este realizat sub formă de îndoire- disc oscilant și este conectat la un traductor piezoelectric alimentat de un generator electronic de frecvență cu ultrasunete, suprafața internă a corpului uscătorului este formată prin rotirea în jurul axei acustice a unui disc de încovoiere-oscilare a două parabole axisimetrice care se intersectează, având un focus comun și containerul toroidal este realizat sub forma a două secțiuni situate într-un plan orizontal, cu una dintre secțiunile toroidale ale containerului situată în zona focarului comun al parabolelor, iar a doua este situată la o distanță egală de peretele lateral al camerei de uscare și prima secțiune.
Invenția se referă la o metodă acustică de uscare a oricăror materiale capilar-poroase folosind vibrații sonore de mare intensitate și poate fi utilizată în toate ramurile industriei și agriculturii care necesită materiale de uscare cu un volum măsurat în zeci. metri cubi. Camera de uscare este realizata din materiale grele cu rezistență acustică ridicată (de exemplu, beton), cu pereți de o grosime suficientă care asigură pătrunderea minimă a vibrațiilor sonore, care, reflectate de pereții, structurile și materialul uscat din interiorul camerei, măresc ponderea energiei acustice care afectează materialul uscat. O sursă de sunet puternică este instalată pe unul dintre pereții camerei, creând un câmp sonor cu o intensitate de 160-170 dB în intervalul 70-15000 Hz. Un reflector este instalat pe peretele camerei opus sursei de sunet. Utilizarea ventilației asigură parametrii necesari de schimb de aer în cameră, ceea ce face posibilă realizarea unui timp minim de uscare și prevenirea formării în materialul uscat de zone care împiedică difuzia și evaporarea debitului de aer la; suprafața materialului din camera de uscare, temperatura și umiditatea acestuia sunt supuse reglementării pentru a egaliza vitezele de evaporare și difuzie a umidității materialului. 1 salariu f-ly, 2 ill., 1 masă.
Invenția se referă la domeniul tehnologiei legat de implementarea procedeelor tehnologice de uscare a diferitelor materiale folosind vibrații acustice de frecvență ultrasonică.
Astăzi, multe metode sunt cunoscute pentru uscarea destul de eficientă a lemnului și a lemnului finit, dar fiecare dintre ele are propriile caracteristici specifice, avantaje și dezavantaje. De exemplu, uscarea cu ultrasunete a lemnului este un proces asemănător uscării pe benzi transportoare, în care cheresteaua capătă caracteristici practice și geometrice specificate.
Uscarea cu ultrasunete este numită și acustică; Este un proces de înaltă tehnologie prin care poți obține o calitate excelentă cu un consum mai mic de energie. Tehnologia aparține companiei Promin.
Caracteristici ale uscării cu ultrasunete
O caracteristică distinctivă a uscării cu ultrasunete este consumul redus de energie, care, la rândul său, asigură îndepărtarea uniformă a umidității datorită transferului acesteia de la o stare de agregare la alta.
Drept urmare, cheresteaua nu își pierde caracteristicile geometrice, menținând rezistența și asigurând o durată lungă de viață. Dacă în timpul uscării prin convecție se întâmplă ca cheresteaua să fie uscată neuniform, atunci metoda ultrasonică elimină aproape complet acest factor, deoarece sub influența undelor ultrasonice moleculele de umiditate sunt încălzite pe toată lungimea.
Uscarea cu ultrasunete a lemnului se realizează fără modificarea stării agregate de umiditate, ceea ce permite de mai multe ori reducerea costurilor energetice. Apa este îndepărtată din material în stare lichidă și are loc o formă de presare.
Această tehnologie face posibilă creșterea eficienței echipamentelor cu aproape 70%, obținând în același timp cherestea de calitate suficient de înaltă nu numai pentru construcții structuri portante, dar efectuând și finisaje decorative.
Pentru a crește eficiența, puteți efectua uscarea atmosferică preliminară a lemnului pentru a obține o umiditate uniformă în întreaga structură. Acest lucru va asigura cea mai eficientă eliberare a umidității din material la un cost minim.
Instalația pentru uscarea cu ultrasunete a lemnului este un dispozitiv separat care poate fi combinat cu mașini pentru prelucrarea lemnului. Pentru a efectua eliminarea finală a umidității din lemn, acesta este tras de un transportor prin instalație direct pentru prelucrare.
Această metodă de procesare poate usca până la 18%-22% conținut de umiditate. Dar, după cum arată experiența diferitelor întreprinderi, adesea nu este posibil să se usuce până la 8-12%.
Pentru o umiditate dată, sunt alese camere ale altor tehnologii. De exemplu camere de uscare în vid cu viteză mare de uscare și calitate superioară a lemnului finit. Puteți cumpăra camere la un preț de 750.000 RUB. Modelele sunt postate pe site.
Vezi și:
Cuprins Parametrii tehnici ai camerei de uscare cu abur Alternativă la camerele de uscare cu abur. calitate superioarăși un procent mic de defecte. O astfel de unitate de uscare este o cameră de abur. Uscarea cu abur a lemnului este o tehnologie destul de eficientă pentru tratarea termică a diferitelor tipuri de lemn și cu conținut diferit de umiditate în starea sa inițială. Iar tehnica constă în [...]
