Elektronički časopis "Tehnička akustika" http://www .ejta.org
V. N. Khmelev, A. V. Shalunov, R. V. Barsukov, S. N. Tsyganok,
A. N. Lebedev
Tehnološki institut Biysk GOUVPO AltSTU, Biysk, 659305, Trofimova, 27, e-mail: [e-mail zaštićen]
Studija učinkovitosti ultrazvučnog sušenja
U članku je opisana instalacija za ultrazvučno sušenje, koja ima poboljšana tehnička svojstva, postignuta korištenjem kreiranih emitera i komore za sušenje posebnog oblika. Prikazani su rezultati eksperimentalnih istraživanja.
potvrđujući visoku učinkovitost stvorene instalacije za sušenje kapilarno poroznih materijala. Pokazalo se da se maksimalna učinkovitost sušenja postiže kada se ultrazvučna obrada provodi zajedno s dovodom zagrijanog (ne više od 40°C) sredstva za sušenje. To osigurava smanjenje vremena sušenja i smanjenje troškova energije za 20%.
Ključne riječi: sušenje, ultrazvuk, oscilatorni sustav, sušionica, prerada poljoprivrednih proizvoda.
UVOD
Za sušenje različitih materijala trenutno se najviše koriste konvektivne (toplinske) sušare, koje karakterizira velika potrošnja energije, veliki postotak otpada zbog pregrijavanja ili neravnomjernog sušenja te dugotrajan proces sušenja.
Jedan od najučinkovitijih načina rješavanja ovog problema je provođenje procesa sušenja zahvaljujući energetskom utjecaju ultrazvučnih (US) vibracija visokog intenziteta. Ovaj učinak ne dovodi do zagrijavanja osušenog materijala. Zbog toga je ultrazvučno sušenje jedini mogući način sušenja toplinski osjetljivih, toplinski labilnih i lako oksidirajućih proizvoda. Osim toga, obrada sirovina ultrazvučnim vibracijama povoljno utječe na potrošačka svojstva proizvoda (na primjer, čuva okus proizvoda, povećava rok trajanja i klijavost sjemena itd.). Međutim, nedavno neki istraživači iznose rezultate eksperimenata koji ukazuju na neučinkovitost sušenja ultrazvučnim vibracijama u beskontaktnom načinu (bez izravnog kontakta emitera s materijalom koji se suši). Razlog tome, prema autorima članka, je nesavršenost dizajna emitera koji se koriste i nepostojanje specijaliziranih komora za sušenje koje pružaju rezonantno pojačanje ultrazvučnih vibracija.
1. RAZVIJENA OPREMA ZA ULTRAZVUČNO SUŠENJE
Za realizaciju procesa sušenja ultrazvučnim vibracijama projektirana je i izgrađena ultrazvučna sušara malih dimenzija s komorom posebnog oblika i ultrazvučnim oscilirajućim sustavom s disk radijatorom. Razvijena oprema omogućuje da se proces sušenja odvija na temperaturi sredstva za sušenje, a to je zagrijani zrak, ne višoj od 40 °C.
Oblik komore za sušenje omogućuje rezonantno pojačanje i ravnomjernu distribuciju ultrazvučnih vibracija koje emitiraju obje strane diska po cijeloj površini materijala koji se suši, a nalazi se na paletama. Smjerovi širenja ultrazvučnih vibracija i strujanja zraka u komori prikazani su na sl. . jedan.
Riža. 1. Strukturni dijagram ultrazvučne sušare
Izrađena instalacija sastoji se od emitera ultrazvučnih vibracija u obliku savitljivog oscilirajućeg diska spojenog na piezoelektrični pretvarač. Dimenzije i oblik pretvarača i diska biraju se iz uvjeta osiguravanja zadane frekvencije i smjera zračenja. Piezoelektrični pretvarač napaja generator električnih oscilacija ultrazvučne frekvencije (nije prikazan na slici 1).
Tijelo sušilice sastoji se od gornjeg i donjeg reflektora, prikazanog zajedno s emiterom na sl. 2. Gornji reflektor (poklopac) se može skinuti i dizajniran je za punjenje materijala koji se suši.
Riža. 2. Gornji (a) i donji (b) reflektori komore za sušenje
U tijelu sušare nalazi se spremnik za materijal koji se suši, koji se sastoji od tri prstenaste palete, čiji je izgled prikazan na sl. 3. Palete se postavljaju vodoravno, na okomitom razmaku 30 mm jedna od druge.
Riža. Slika 3. Izgled paleta za smještaj materijala za sušenje (a) i njihov smještaj u volumenu komore za sušenje (b)
Izgled sušare sklopljene sa sustavom upravljanja i generatorom električnih oscilacija ultrazvučne frekvencije prikazan je na sl. četiri.
Riža. 4. Izgled sušilice
Kako bi se potvrdila učinkovitost stvorene sušare, provedeni su brojni pokusi. U početnoj fazi proučavana je distribucija razine intenziteta ultrazvučnog zračenja u volumenu komore za sušenje. Veličina i ravnomjernost raspodjele intenziteta ultrazvučnog zračenja ovise o brzini i kvaliteti sušenja materijala.
2. ODREĐIVANJE RAZINE INTENZITETA ULTRAZVUČNIH VIBRACIJA
Kako bi se odredila razina intenziteta ultrazvučnih vibracija u razvijenoj komori za sušenje, provedene su dvije vrste eksperimenata:
Mjerenje razine intenziteta vibracija bez gornjeg poklopca komore za sušenje na različitim udaljenostima od emitera;
Mjerenje razine intenziteta vibracija u zatvorenom volumenu sa zatvorenim gornjim poklopcem. Istovremeno, zbog posebno proračunatih dimenzija sušionice, režim stojnog vala mora biti osiguran u cijelom volumenu sušionice.
Za mjerenja je korišten specijalizirani mjerač razine zvuka koji ima prošireni raspon frekvencija (do 30 kHz) i amplitude (do 153 dB). Na sl. Slika 5 prikazuje grafikone raspodjele razine intenziteta ultrazvučnih vibracija duž osi emitera za prvi slučaj.
Riža. 5. Raspodjela razine intenziteta zvučnih vibracija po površini
disk emiter: a - na udaljenosti od 250 mm od emitera; b - na udaljenosti od 700 mm od emitera
Iz prikazanih ovisnosti vidljivo je da korištenje donjeg reflektora komore za sušenje omogućuje, korištenjem reflektiranog zračenja sa stražnje strane diska, formiranje područja zvučnog polja visokog intenziteta promjera to je dvostruko veći od promjera radijatora diska. Razina intenziteta ultrazvučnog polja generiranog reflektiranim vibracijama približno odgovara razini intenziteta primarnog zvučnog polja koje emitira lice diska.
Odstupanja vrijednosti razine intenziteta od prosječne vrijednosti mogu se objasniti položajem donjeg reflektora u zoni bliskog zračenja stražnje strane radijatora diska, koji, kao što je poznato, karakterizira visok stupanj zvuka nehomogenost polja. Ovu činjenicu potvrđuju mjerenja razine intenziteta zvučnog polja na udaljenosti od 700 mm od površine radijatora diska, što se može smatrati područjem dalekog polja. Rezultati mjerenja prikazani na sl. 5b i označavaju manje fluktuacije ultrazvučnog polja.
Slika se značajno mijenja kada se mjeri razina intenziteta u zatvorenom volumenu komore za sušenje (s postavljenim gornjim reflektorskim poklopcem). Rezultati mjerenja dobiveni u ovom slučaju prikazani su na sl. 6.
I. DB 150 140 130
Riža. Slika 6. Raspodjela razine intenziteta zvučnih vibracija u zatvorenom volumenu komore za sušenje
Iz prikazanih rezultata proizlazi da je dobiveno gotovo jednolično polje u zatvorenom volumenu komore za sušenje.
Tako stvorena komora za sušenje osigurava ravnomjernu distribuciju ultrazvučnih vibracija s intenzitetom od 150 dB po cijelom unutarnjem volumenu (osigurano podešavanjem režima stojnog vala), što je dovoljno za provedbu procesa ultrazvučnog sušenja. Električna snaga koju troši elektronički generator ne prelazi 150 W.
Provedena istraživanja potvrdila su učinkovitost razvijenog diska emitera i optimalan dizajn komore za sušenje.
Daljnja istraživanja bila su posvećena određivanju optimalnih načina provedbe procesa ultrazvučnog sušenja.
3. ISTRAŽIVANJE UČINKOVITOSTI ULTRAZVUČNOG SUŠENJA
Varijabilni parametri tijekom istraživanja bili su: brzina dovoda sredstva za sušenje u volumen komore, temperatura sredstva za sušenje, vrsta (tkanina, mrkva, ginseng), oblik i položaj osušenih uzoraka unutar komora za sušenje.
Učinkovitost procesa sušenja određena je sadržajem preostale vlage u uzorku i njegovom brzinom sušenja (količina uklonjene vlage u gramima po sekundi, u odnosu na masu uzorka).
Početni i trenutni sadržaj vlage osušenih uzoraka određen je sljedećim izrazom:
gdje je mmeK trenutna vrijednost mase uzoraka;
početna vrijednost mase
uzorci.
Mjerenje mase uzoraka izvršeno je vaganjem, na laboratorijskoj vagi "MW-II", tvrtke "CAS" s točnošću od 0,1 g.
Brzina sušenja određena je pomoću sljedećeg izraza:
V = -^h-tech 100%:
exp početni opći
gdje je tnach masa uzoraka, izmjerena neposredno prije početka ciklusa sušenja; ttek je masa uzoraka izmjerena nakon ciklusa sušenja; hexp - vrijeme ciklusa sušenja.
Cijeli ciklus eksperimenata podijeljen je u tri glavne faze:
1) određivanje stupnja intenzifikacije procesa sušenja ultrazvučnim vibracijama;
2) određivanje ujednačenosti sušenja materijala u različitim dijelovima komore za sušenje;
3) određivanje učinkovitosti sušenja ultrazvučnim vibracijama različitih materijala.
3.1. Stupanj intenziviranja procesa sušenja ultrazvučnim vibracijama
U početnoj fazi pokusa procijenjen je doprinos procesu sušenja ultrazvučnih vibracija visokog intenziteta. Kao predmet sušenja korištena je pamučna tkanina u obliku zasebnih traka dimenzija 20x150 mm. Njihova ukupna početna (mokra) težina bila je 3 kg.
Na sl. Slika 7, u obliku histograma, prikazuje usporedne rezultate za brzinu sušenja dobivene sa i bez izlaganja ultrazvučnim vibracijama. Trajanje svakog eksperimenta bilo je 30 min. Brzina sušenja prikazana u histogramu je prosječna tijekom cijelog trajanja eksperimenta.
Riža. 7. Učinkovitost sušenja ultrazvučnom vibracijom
Iz histograma na Sl. 7 proizlazi da izlaganje ultrazvučnim vibracijama omogućuje povećanje brzine ultrazvučnog sušenja od 2 do 6 g/min po jednom kg mase osušenog uzorka pri temperaturi od 40 stupnjeva Celzijusa. Istodobno, povećanje brzine sušenja, a posljedično i učinkovitosti sušenja ultrazvučnim vibracijama raste s porastom temperature i protoka sredstva za sušenje (od 0,25 m3/min do 0,5 m3/min).
Ovaj se učinak može objasniti na sljedeći način. Uz produljeno izlaganje (vrijeme eksperimenta 30 min.) zagrijanog zraka osušenom materijalu, brzina uklanjanja vlage s njegove površine premašuje brzinu njezinog dovoda iz unutarnjih slojeva materijala. To dovodi do stvaranja na površini materijala, sloja sa smanjenim sadržajem vlage, koji sprječava daljnje učinkovito uklanjanje vlage.
Kada je izložen ultrazvučnim vibracijama, u osušenom materijalu dolazi do kretanja vlage iz unutarnjih slojeva materijala prema površini, u količinama dovoljnim za njeno učinkovito uklanjanje. Time se sprječava stvaranje osušenog površinskog sloja i značajno povećava učinkovitost sušenja općenito.
Stoga, gornji eksperimentalni rezultati pokazuju izvedivost korištenja ultrazvučnih vibracija u kombinaciji s dovodom zagrijanog sredstva za sušenje.
3.2. Određivanje ravnomjernosti sušenja materijala
U ovoj seriji eksperimenata, učinkovitost sušenja procijenjena je zasebno za svaki od 6 sektora svake ladice. Rezultati su zatim izračunati prosjek za cijelu paletu i uspoređeni su rezultati dobiveni za svaku paletu. Kao materijal za sušenje korišteni su uzorci iz prethodnih pokusa. Vrijeme eksperimenta - 30 min.
Na sl. Slika 8 prikazuje histograme zaostale vlage ispitnih uzoraka po sektorima, za gornju, srednju i donju paletu.
I KMS Bez KZ
broj sektora a)
broj sektora
broj sektora c)
Riža. Slika 8. Raspodjela zaostale vlage uzoraka po sektorima palete a - gornja paleta; b - srednja paleta; c - donja ladica
Od fig. 8 proizlazi da je ujednačenost sušenja uzoraka u svim sektorima približno jednaka unutar jedne palete. Vrijednost preostale vlage između sektora ne razlikuje se više od 1...3%, što ukazuje na ujednačenu temperaturu i ultrazvučno polje unutar komore za sušenje.
Na sl. Slika 9a prikazuje rezultate usporedbe zaostale vlage u prosjeku za svaku od paleta.
Gornja ladica Srednja ladica Donja ladica Gornja ladica Srednja ladica Donja ladica
Riža. Slika 9. Raspodjela zaostale vlage uzoraka na paletama a - sušenje 30 min; b - ponovno sušenje još 30 minuta
Povećana rezidualna vlažnost uzoraka na donjoj ladici (slika 9a), pri sušenju ultrazvučnim vibracijama, može biti posljedica visoke učinkovitosti ultrazvučnih vibracija, koje uz značajan početni sadržaj vlage u uzorcima (više od 160 % u odnosu na masu suhog materijala), do prskanja vlage s njihovih površina. Raspršena vlaga nema vremena za uklanjanje pomoću sustava za dovod sredstva za sušenje i taloži se na materijalu koji se nalazi na donjoj paleti.
Ovu činjenicu potvrđuje ponovljeno sušenje uzoraka s početnim sadržajem vlage jednakim vrijednosti dobivenoj u prethodnom eksperimentu. Rezultati ovog eksperimenta, prikazani na sl. 9b pokazuju visoku ravnomjernost sušenja materijala u komori, pod uvjetom da nema kavitacijskog raspršivanja vlage s njegove površine. To nam omogućuje procjenu učinkovitosti ultrazvučnog sušenja, kako za uzorke koji se nalaze na jednoj od paleta ili njezinom dijelu, tako i za cjelokupnu masu osušenog materijala.
3.3. Određivanje učinkovitosti sušenja ultrazvučnim vibracijama različitih materijala
Završna faza pokusa bila je usmjerena na određivanje učinkovitosti sušenja ultrazvučnim vibracijama uzoraka različitih proizvoda, oblika i veličina. Kao pokusni uzorci korišteni su: mrkva izrezana na kalibrirane diskove promjera do 28 mm i debljine 5 mm; mrkva izrezana na šipke 35x5x3 mm; cijeli korijen ginsenga; korijen ginsenga, izrezan na diskove debljine 4,5 mm. Ukupna težina osušenih uzoraka svake vrste bila je 3 kg. Svaki tip uzorka bio je podvrgnut četirima kombinacijama izloženosti energiji u kombinacijama prikazanim u tablici 1.
Tablica 1. Shema pokusa
Iskustvo 1 Iskustvo 2 Iskustvo 3 Iskustvo 4
Marker Marker Marker Marker
Dovod sredstva za sušenje 0,5 m3/min + + + +
Grijanje sredstva za sušenje (40°S, 1000 W) - - + +
Ultrazvučni tretman (150 W) - + - +
Izgled pokusnih uzoraka prije sušenja prikazan je na sl. deset.
Riža. 10. Fotografije korištenih uzoraka: a - mrkva, izrezana na diskove; b - mrkva, izrezana na šipke; c - korijen ginsenga; g - korijen ginsenga, izrezan na diskove
Na sl. 11 prikazuje ovisnost ostatka vlage u mrkvi o vremenu sušenja.
Kao i u slučaju sušenja pamučne tkanine, gornji eksperimentalni rezultati pokazuju da se u oba slučaja zamjetan učinak od utjecaja ultrazvučnih vibracija očituje tek kada se dovede zagrijano sredstvo za sušenje i može doseći 50 g vlage po 1 kg osušene masa uzorka. U isto vrijeme, učinak ultrazvučne izloženosti povećava se s vremenom. To se objašnjava činjenicom da se kod sušenja samo zagrijanim zrakom na cijeloj površini mrkve stvara sloj sa smanjenim udjelom vlage koji onemogućuje učinkovito uklanjanje vlage s površine.
Vrijeme eksperimenta, limenka a)
10 20 Vrijeme eksperimenta, min
Riža. 11. Ovisnost ostatka vlage u mrkvi o vremenu sušenja: a) - mrkva, izrezana na diskove; b) - mrkva, izrezana na šipke
S vremenom se debljina ovog sloja povećava, dodatno smanjujući oslobađanje vlage. Kada je izložen ultrazvučnim vibracijama, to se ne događa. To ukazuje da je pri sušenju predmeta s kapilarno-poroznom strukturom glavni doprinos ultrazvučnih vibracija procesu sušenja prijenos vlage iz unutarnjih slojeva osušenog materijala na njegovu površinu, koja se zatim uklanja pomoću sredstva za sušenje.
U isto vrijeme, učinak korištenja ultrazvučnih vibracija je značajniji u slučaju prikazanom na sl. 11b, što odgovara većoj ukupnoj površini prijenosa mase.
Na sl. Slika 12 prikazuje prirodu promjene u sadržaju zaostale vlage u uzorcima ginsenga od vremena sušenja.
Riža. 12. Ovisnost ostatka vlage u ginsengu o vremenu sušenja a - korijen ginsenga, cijeli; b - korijen ginsenga, izrezan na diskove
Grafikoni na sl. 11a ukazuju na nisku učinkovitost sušenja cijelog korijena ginsenga. Doprinos učinkovitosti sušenja ultrazvučnih vibracija također se pokazao vrlo beznačajnim. Nema povećanja učinka ultrazvučnih vibracija kada se sredstvo za sušenje zagrijava. Dobiveni rezultati mogu se objasniti prisutnošću zaštitnog filma na površini korijena ginsenga - kože, koji sprječava aktivno isparavanje.
vlage s njihove površine, kao i oslobađanje vlage iz unutarnjih slojeva korijena na površinu pod djelovanjem ultrazvučnih vibracija, čime se minimizira učinak uporabe ultrazvuka. Ovisnosti na sl. 11.b, naprotiv, pokazuju vrlo značajan doprinos ultrazvučnih vibracija učinkovitosti sušenja, koja može doseći i do 29 grama po kilogramu mase uzorka.
Prikazani rezultati pokusa omogućuju nam ustvrditi da je glavni pokretački čimbenik ultrazvučnog sušenja učinak kretanja vlage kroz kapilare na površinu koja se razvija u zvučnom polju.
Kako bismo generalizirali dobivene rezultate i usporedili učinkovitost ultrazvučnog sušenja različitih uzoraka, na Sl. Slika 13 prikazuje histogram sadržaja preostale vlage svih razmatranih uzoraka.
Riža. 13. Histogram brzine oka različitih uzoraka:
1 - korijen ginsenga; 2 - mrkva, izrezana na diskove;
3 - korijen ginsenga, izrezan na diskove; 4 - mrkve, narezane na štanglice
Tako je kao rezultat istraživanja prikazana učinkovitost ultrazvučnog sušenja u predloženoj sušari te su utvrđeni uvjeti za osiguranje maksimalne brzine procesa, bez zagrijavanja materijala na temperature veće od 40 stupnjeva Celzijevih.
4. OCJENA ENERGETSKE UČINKOVITOSTI ULTRAZVUČNOG SUŠENJA
Na temelju dobivenih rezultata napravljena je procjena energetske učinkovitosti ultrazvučnog sušenja. Procjena je izvršena prema utrošenoj snazi iz električne mreže. Prihvaćeni su sljedeći početni podaci: električna snaga koju troši ultrazvučni generator - 150 W,
snaga koju troši električni grijač sredstva za sušenje je 1000 W, vrijeme ciklusa sušenja je 30 min, troškovi nabave sredstva za sušenje nisu uzeti u obzir.
Proračun učinkovitosti procesa proveden je prema sljedećem izrazu:
gdje je P utrošena električna energija; d - vrijeme ciklusa sušenja; m je masa uklonjene vlage.
Dobiveni rezultati prikazani su u tablici 2. U tablici su prihvaćene oznake stupaca koji odgovaraju sljedećim vrstama osušenih uzoraka: 1 -
Pamučna tkanina; 2 - mrkve, izrezane na diskove; 3 - mrkve, izrezane na šipke; 4 - cijeli korijen ginsenga; 5 - korijen ginsenga, izrezan na diskove.
Tablica 2. Usporedba energetske učinkovitosti
Vrsta utjecaja Količina uklonjene vlage, g. Energetska učinkovitost, W min / g
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Dovod grijanog sredstva za sušenje 750 315 375 180 330 40 95 80 167 90
Dobava grijanog sredstva za sušenje i ultrazvučna obrada 1050 381 525 210 417 33 90 66 164 83
Izlaganje ultrazvuku 300 66 150 30 87 15 68 30 150 51
Dakle, podaci prikazani u tablici 2. svjedoče o visokoj učinkovitosti korištenja ultrazvučnih vibracija za sušenje različitih proizvoda, što u nekim slučajevima smanjuje troškove energije za 20%, uz zadržavanje vremena sušenja i smanjenje konačne vlažnosti proizvoda. Navedene vrijednosti energetske učinkovitosti također ukazuju na potrebu daljnjeg poboljšanja emitera ultrazvučnih vibracija u cilju povećanja snage generiranih vibracija. Prema dobivenim podacima, to će dodatno povećati brzinu i smanjiti potrošnju energije za proces sušenja.
Općenito, razvijena ultrazvučna sušilica ima tehničke karakteristike prikazane u tablici 3.
Tablica 3. Tehničke karakteristike ultrazvučne sušilice
Naziv parametra Jedinica mjerenja Vrijednost
Snaga koju troši ultrazvučni generator W 150
Snaga koju troši grijač (grijač) W 1000
Dimenzije komore za sušenje, promjer, visina mm 850x600
Maksimalna temperatura zagrijavanja sredstva za sušenje oS 40
Potrošnja sredstva za sušenje m3/min 0,5
Frekvencija ultrazvučnih fluktuacija kHz 24
Rad je financijski podržalo Vijeće za potpore predsjednika Ruske Federacije za potporu mladim ruskim znanstvenicima - kandidatima znanosti i njihovim mentorima br. MK-383.2008.8.
ZAKLJUČAK
Kao rezultat istraživanja izrađen je dizajn ultrazvučne sušionice koja osigurava učinkovito sušenje termolabilnih materijala i proizvoda pri temperaturi sredstva za sušenje ne višoj od 40°C uz istovremenu izloženost ultrazvučnim vibracijama visokog intenziteta. Istodobno, visok stupanj intenziviranja procesa sušenja ultrazvučnim vibracijama (povećanje do 50 g po 1 kg osušenog materijala) omogućuje smanjenje temperature sredstva za sušenje, bez gubitka kvalitete i sušenja. ubrzati. Potonje je posebno važno za industrije u kojima je zagrijavanje osušenog proizvoda neprihvatljivo ili nepoželjno.
Visoka učinkovitost procesa sušenja osigurana je upotrebom diska emitera u dizajnu sušara, koji stvara ultrazvučno polje s razinom intenziteta od najmanje 130 dB, i rezonantnim volumenom komore za sušenje, koji osigurava povećanje razine intenziteta do 150 dB.
Rezultati pokusa pokazuju perspektivnost i svrsishodnost stvaranja kombiniranih sušara (ultrazvučno-konvekcijskih) s optimalnim omjerom udjela toplinske i zvučne energije.
KNJIŽEVNOST
1. L. D. Rozenberg Fizičke osnove ultrazvučne tehnologije. M.: Nauka, 1969. -689 str.
2. S. de la Fuente-Blanco, E. Riera-Franco de Sarabia, V. M. Acosta-Aparicio, A. Blanco-Blanco, J. A. Gallego-Juarez. Proces sušenja hrane snažnim ultrazvukom. Ultrasonics, Elsevier USA, 2006, 44, str. 523-527 (prikaz, ostalo).
3. Glaznev VN Uređaj za sušenje kapilarno-poroznih rasutih materijala. RF patent br. 2095707.
4. E. Riera-Franco de Sarabia, J. A. Gallego-Juarez, G. Rodriguez-Corral, V. M. Acosta-Aparicio, E. Andres-Gallegos. Primjena ultrazvuka velike snage za sušenje povrća. 19. Međunarodni kongres o akustici, Madrid, Španjolska, 2007.
5. V.N. Khmelev, A.V. Šalunov i dr. Ultrazvučni višenamjenski i specijalizirani uređaji za intenzifikaciju tehnoloških procesa u industriji. Barnaul: AltGTU, 2007. 416 str.
6. A. N. Lebedev; A. V. Šalunov; S. S. Hmeljov; N. V. Kuchin; A. V. Šalunova. Ultrazvučni oscilirajući sustav za radijatore plinskih medija. Međunarodne radionice i lekcije o elektronskim uređajima i materijalima EDM"2008. Novosibirsk: NSTU, 2008.
7. V. N. Khmelev, S. V. Levin, S. N. Tsyganok i A. N. Lebedev. Ultrazvučni oscilatorni sustavi velike snage. Međunarodne radionice i poduke o elektronskim uređajima i materijalima EDM"2007: Zbornik radova. Novosibirsk: NSTU, 2007, str. 293-298.
8. Choo Kwang Moon, V. N. Khmelev, A. V. Shalunov, Lee Hyo-Jai, A. N. Lebedev,
M. V. Hmelev. Kompaktna ultrazvučna sušilica za kapilarno porozne i rastresite materijale. Devete međunarodne radionice i poduke o elektronskim uređajima i materijalima EDM"2008: Zbornik radova. Novosibirsk: NSTU, 2008, str. 295-299.
9. V. N. Khmelev, D. V. Genne, A. A. Bahirev, I. I. Savin Mjerač razine ultrazvučnog tlaka visokog intenziteta. Međunarodne radionice i lekcije o elektronskim uređajima i materijalima EDM"2006: Zbornik radova. Novosibirsk: NSTU, 2006, str. 232-233.
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 drvene građe ne samo za izgradnju nosivih konstrukcija, već i za dekorativnu završnu obradu.
Za povećanje učinkovitosti moguće je izvršiti prethodno atmosfersko sušenje drva kako bi se postigao ujednačen sadržaj vlage u cijeloj strukturi. 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 […]
Fundamentalno novi način sušenja drvene građe, koji su predložili znanstvenici iz Nižnjeg Novgoroda, može napraviti revoluciju u obradi drva. Ovo je mišljenje stručnjaka. Do danas je razvijen prototip opreme za ultrazvučno sušenje drvene građe, modificiranje svojstava drva i dobivanje sirovina za kemijsku i parfemsku industriju u jednom tehnološkom procesu. Nema analoga takve opreme u svijetu. Njegovi programeri - inovativna tvrtka "Promin" - obećavaju da će za godinu dana proizvesti prvi industrijski dizajn visokih performansi, a za dvije će na rusko tržište staviti do 20 instalacija.
Prema stručnjacima, trenutno u Rusiji ne više od 15% cjelokupne piljene građe podliježe obveznom sušenju. Razlog tome je nesavršenost postojećih tehnologija koje se temelje na promjeni agregatnog stanja vode (isparavanje) i razlikuju se samo u načinu zagrijavanja drva, isparavanju tekućine, opskrbi energijom potrebnom za tu svrhu i metodama. uklanjanja plina sadržanog u komori za sušenje. Nova metoda sušenja drva koju su predložili inženjeri iz Nižnjeg Novgoroda temelji se na promjeni fizičke prirode mehanizma za uklanjanje tekućine sadržane u drvu i podrazumijeva oštro (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 trenutno poznatim metodama (termokonvekcija, vakuum, mikrovalne struje, aerodinamičko) 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. Tradicionalne metode karakteriziraju niska produktivnost, pojava nedostataka drva (savijanje, pucanje itd.), heterogenost zaostale vlage duž duljine drveta ("točkasta vlaga"), kao i prisutnost ekoloških problema. To je otpuštanje u atmosferu bilo "drvne" vlage koja sadrži organske kiseline, lužine, terpentin, metanol itd., ili produkata izgaranja goriva prilikom zagrijavanja rashladne tekućine potrebne za zagrijavanje komore za sušenje, ili rizik od curenja freona iz hlađenja sustav za kondenzacijske komore za sušenje .
Suvremeni trendovi u poboljšanju opreme za sušenje su evolucijski u prirodi i ne mogu fundamentalno eliminirati ove nedostatke. Moguće je poboljšati karakteristike postojeće opreme samo za jedinice ili desetke postotaka. Razlog je taj što fizički princip sušenja ostaje nepromijenjen - isparavanje vlage sadržane u drvu. U ovom slučaju možemo govoriti samo o povećanju učinkovitosti cjelokupnog kompleksa za sušenje poboljšanjem dizajna komore za sušenje, korištenjem novih materijala za toplinsku izolaciju, optimizacijom 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%.
Na temelju rezultata istraživanja koje je provela inovativna tvrtka "Promin" (utjecaj ultrazvuka na svojstva drva) uočeno je sljedeće:
- poboljšanje kvalitete drvene građe (eliminacija savijanja, pucanja i sl.);
- uništavanje saprofita i hifa, visoka otpornost na potonje nakon sušenja;
- niska apsorpcija vlage nakon sušenja;
- povećanje rezonantnih karakteristika drva;
- povećana otpornost na propadanje.
Ostale važne prednosti nove tehnologije su:
- povećanje produktivnosti opreme, naglo smanjenje njezinih dimenzija, težine i potrošnje energije;
- poboljšanje ekološke učinkovitosti (bez emisija štetnih tvari u atmosferu i jednostavno skupljanje tekućine koja se oslobađa iz drvene građe);
- mogućnost stvaranja kombinirane proizvodne linije za sušenje i preradu drvene građe i, kao rezultat toga, povećanje ekonomskih pokazatelja procesa prerade drva.
Uklanjanje vlage sadržane u drvu u obliku tekućine može biti od neovisnog komercijalnog interesa u odnosu na proizvodnju sirovina za kemijsku industriju i industriju parfema. Trenutno se vlaga sadržana u drvu, obogaćena korisnim tvarima i mikroelementima, ekstrahira isparavanjem nakon čega slijedi kondenzacija. To dovodi do velike potrošnje energije i niske produktivnosti procesa, te neminovno 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 povlačenje drva:
- pogon (elektromotor, mjenjači, lanci, zupčanici);
- kotrljajuće osovine.
3. Ultrazvučna jedinica:
- ultrazvučni generator;
- Ultrazvučni emiter.
4. Mehanizam za stezanje:
- drvena građa do ultrazvučnog emitera;
- pogonske osovine.
Instalacija koristi transportni princip dopremanja drvene građe, što također diktira fizički princip udara na potonju, te otvara mogućnost kombiniranja ove opreme s obradom drva, na primjer, sa strojem za blanjanje. Ova će okolnost eliminirati takve operacije kao što su slaganje drvene građe, njezin utovar i istovar iz komore za sušenje.
Na sl. 1 prikazuje blok dijagram instalacije. Ulogu nosive konstrukcije u instalaciji ima okvir (1) na koji su učvršćeni mehanizam za izvlačenje drva (2), ultrazvučni emiter (3) i mehanizam za stezanje (5).
1 - okvir; 2 - mehanizam za provlačenje; 3 - ultrazvučni odašiljač; 4 - ultrazvučni generator; 5 - stezni mehanizam; 6 - ploča; 7 - horizontalni stol; 8 - posuda za skupljanje tekućine uklonjene s ploče.
Ploča (6) se pomoću mehanizma za povlačenje (2) pomiče duž vodoravnog stola (7), u kojem je ugrađen ultrazvučni emiter (3) napajan ultrazvučnim generatorom (4). Da bi se smanjio gubitak ultrazvučnog vala prilikom njegove refleksije od drvene građe, koristi se mehanizam pritiskanja (5) ploče (6) na ultrazvučni emiter (3). Kako bi se spriječilo klizanje drvene građe, mehanizam za vađenje također je opremljen mehanizmom za stezanje. Ultrazvučni val koji se širi u drvu dovodi do oslobađanja vlage koja se tamo nalazi u obliku tekućine. Vizualno, to izgleda ovako: tekućina istječe iz ploče koja se kreće duž ultrazvučnog emitera.
Jedinica za ultrazvučno sušenje drvne građe, modificiranje svojstava drva i dobivanje sirovina za kemijsku i parfemsku industriju u jednom tehnološkom procesu u potpunosti će udovoljavati zahtjevima GOST-a i bit će opremljena kompletnom dokumentacijom potrebnom za rad (opis , procesni propisi, certifikati).
akustično sušenje je metoda dehidracije proizvoda intenzivnim ultrazvučnim tretmanom. Ovo je ciklička metoda uklanjanja vlage. Tijekom primarne obrade proizvoda uklanja se vlaga s površine, zatim se pomoću drugog ultrazvučnog vala vlaga distribuira kroz kapilare. To se događa sve dok proizvod ne sadrži potreban udio vlage.
Akustično sušenje našlo je uspješnu primjenu u poljoprivredi, farmaceutskoj, kemijskoj i prehrambenoj industriji. U poljoprivredi se žitarice, povrće i voće prerađuju akustičnim sušenjem. U prehrambenoj industriji akustično sušenje koristi se u proizvodnji mlijeka u prahu. Najraširenija uporaba ultrazvučnog sušenja je u farmaceutskoj industriji. Skupi lijekovi - praškovi, antibiotici, tablete - proizvode se u ultrazvučnim komorama. Visoka cijena lijekova je zbog visoke produktivnosti opreme i, kao rezultat toga, visokog stupnja potrošnje energije. U kemijskoj industriji ultrazvučno sušenje koristi se za proizvodnju ugljenog praha. Uz pomoć takvih komora suši se papir, pamuk i drvo.
Značajke akustičnog sušenja
Akustično sušenje ima niz prednosti: proizvod se ne podvrgava toplinskoj obradi, obrađuje se hladno; zbog odsutnosti temperaturnih učinaka, proizvod zadržava gotovo sve hranjive tvari i vitamine, ne gubi svoja izvorna svojstva i ne podvrgava se oksidaciji.
Akustično sušenje jedini je način rada s materijalima osjetljivim na toplinu. Zahvaljujući ovoj metodi njihova je struktura u potpunosti očuvana bez gubitka izvornog oblika.
Akustično sušenje je brza metoda obrade. U usporedbi s vakuumskim sušenjem, akustično sušenje skraćuje vrijeme obrade četiri puta. Time se poboljšava kvaliteta gotovog proizvoda.
Tehnologija akustičnog sušenja
Materijal koji se suši mora imati kapilarno-poroznu strukturu. Različiti materijali imaju različit sadržaj vlage, pa se intenzitet i broj ultrazvučnih valova izračunava prema postotku vlage u proizvodu.
Ako proizvod sadrži veliku količinu vlage, koristi se val velike snage, kao rezultat toga, vlaga se doslovno "istrese" iz proizvoda. To je zato što se val ne pojavljuje samo na površini materijala, već i unutar kapilara, što dovodi do intenzivnog gubitka vlage. 
Ako kapilarno-porozni materijal ima umjeren sadržaj vlage, akustične vibracije su jače u prvom stupnju, a manje u drugom. Tijekom prve faze, brzina sušenja se ne mijenja, tako da se vlaga stalno obnavlja. Gornji slojevi proizvoda gube je, a donji slojevi "izbacuju" vlagu na površinu. Dakle, izmjena vlage ne prestaje dok se ne postigne optimalni sadržaj vlage.
Tijekom druge faze, brzina sušenja se smanjuje, tako da tekućina iznutra ulazi slabo i njezin se gubitak više ne nadoknađuje ili nadopunjuje, ali slabo.
Akustično sušenje najučinkovitije je tijekom prve faze obrade proizvoda. Zahvaljujući njemu poboljšavaju se fizikalno-kemijska i potrošačka svojstva proizvoda. Na primjer, akustičnim tretmanom sjemena povećava se njihova sposobnost klijanja.
Stoga je metoda akustičnog sušenja uspješna za neke vrste proizvodnje i najučinkovitija je u prvoj fazi obrade proizvoda kako bi se povećala stopa izmjene vlage i poboljšala kvaliteta gotovog proizvoda.
Opremu za sušenje proizvoda možete kupiti kod nas. Dostava po Rusiji i Bjelorusiji. .
Znanstvenici iz Nižnjeg Novgoroda izumili su inovativnu metodu sušenja drvene građe. Stručnjaci kažu da je ovo pravi iskorak u proizvodnji drvnih materijala i gradnji drvenih kuća.
Do sada su stanovnici Nižnjeg Novgoroda pripremili samo jednu jedinicu dizajniranu za sušenje drva pomoću ultrazvuka, tijekom koje se mijenjaju svojstva dobivene građe. Ne postoje analozi takvog "sušioca" ni u jednoj zemlji na svijetu.
Metode sušenja drvene građe u Rusiji
Statistika kaže da se danas samo petnaest posto ukupne građe proizvedene u Rusiji suši. Razlog za ovu pojavu je nesavršenost prakticiranih tehnologija, koje se temelje na promjeni agregatnog stanja vode (isparavanje).
Postojeće metode sušenja sve drvene građe koja se koristi za različita područja, uključujući izgradnju drvenih kuća, malo se razlikuju jedna od druge.
Metode se mogu promijeniti tehnologiju grijanja drva ili isparavanja vlage, kvalitetu energije koja se za to koristi i načine uklanjanja plina iz sušionice.
U uvjetima proizvodnje koristite termokonvekcijske, aerodinamičke i vakuumske metode sušenja drvene građe. Prakticira se i sušenje drva mikrovalnom strujom. Sve ove metode zahtijevaju mnogo električne energije. Za sušenje jednog kubnog metra materijala potrebno je prosječno 200 do 250 kWh.
Zbog tih troškova, trošak sušena građa znatno premašuje cijenu drva prirodne vlage i njegove obrade. Nova metoda omogućuje smanjenje ove brojke.
Tradicionalne metode sušenja ne osiguravaju dobru kvalitetu drva - savijanje i pucanje karakteristični su za gotove proizvode, može se uočiti nejednolika („točkasta“) vlaga duž cijele duljine obratka.
Velik je problem i ekološka strana problema.- proizvodnja emitira otrovne plinove i isparenu drvnu vlagu u zrak, koja sadrži otopine kiselina i lužina, terpentinske pare, metanol. Opasni su i produkti izgaranja goriva koje se koristi za zagrijavanje rashladne tekućine.
Ultrazvučna tehnologija
Programeri iz Nižnjeg Novgoroda krenuli su drugim putem. Njihova predložena metoda radi na drugačijem mehanizmu uklanjanja vlage. Proces sušenja uz pomoć ultrazvuka značajno smanjuje potrošnju energije, budući da se ne troši na zagrijavanje drva, nositelja topline i instalacijskih elemenata.
Mogućnost sušenja uz pomoć ultrazvuka je zbog svojstava drva - ovaj prirodni polimer. Zbog toga nema potrebe mijenjati agregatno stanje tekućine sadržane u stablu (pretvoriti tekućinu u paru).
Pri korištenju ultrazvuka vlaga se uklanja iz drva u izvornom obliku (tekućina), čime se specifična potrošnja energije smanjuje za pedeset posto. Neki stručnjaci govore i o sedamdeset posto uštede.
Prednosti ultrazvučne metode sušenja
Dobiveni proizvodi karakteriziraju:
- Odsutnost savijanja i pucanja;
- Antiseptička komponenta (konkretno, govorimo o uništavanju saprofita i hifa u izratku i naknadnoj otpornosti na ponovnu infekciju ovim opasnim gljivama);
- Minimalni koeficijent apsorpcije vlage;
- Poboljšanje rezonantnih svojstava drva;
- Povećana otpornost na procese truljenja.
Prednosti ultrazvučne opreme:
- Povećana učinkovitost;
- Smanjenje veličine jedinica za sušenje;
- Ušteda energije;
- Pojednostavljivanje tehnološkog procesa i jednostavnost skupljanja ispuštene tekućine;
- Poboljšanje ekološke slike proizvodnje - nema otrovnih emisija;
- Mogućnost kombiniranja linija za obradu i sušenje drva čime se troškovi proizvodnje smanjuju na minimum.
Značajke ultrazvučnog procesa sušenja
Ultrazvučna jedinica za sušenje građe radi na principu pokretne trake. Ova značajka diktirana je osobitostima metodologije. Također, hranjenje pokretnom trakom omogućuje vam kombiniranje sušenja materijala s obradom drva.
Kombinacijom različite opreme moguće je izbjeći slaganje gotovih drvenih proizvoda, njihov istovar / utovar u „sušionicu“.
Tehnologije koje još uvijek postoje ne dopuštaju korištenje ove tekućine zasićene raznim mikroelementima, jer je tijekom procesa sušenja jednostavno isparila.
