Elektronický časopis „Technická akustika“ http://www .ejta.org
V. N. Khmelev, A. V. Shalunov, R. V. Barsukov, S. N. Tsyganok,
A. N. Lebedev
Technologický inštitút Biysk GOUVPO AltSTU, Biysk, 659305, Trofimova, 27, e-mail: [chránený e-mailom]
Štúdium účinnosti sušenia ultrazvukom
Článok popisuje zariadenie na sušenie ultrazvukom, ktoré má zlepšené technické vlastnosti, dosiahnuté použitím vytvorených žiaričov a špeciálne tvarovanej sušiacej komory. Uvádzajú sa výsledky experimentálnych štúdií.
potvrdzujúce vysokú účinnosť vytvorenej inštalácie na sušenie kapilárnych poréznych materiálov. Ukazuje sa, že maximálna účinnosť sušenia sa dosiahne, keď sa ošetrenie ultrazvukom uskutoční spolu s dodávkou zahriateho (nie viac ako 40 °C) sušiaceho činidla. To zaisťuje skrátenie času sušenia a zníženie nákladov na energiu o 20 %.
Kľúčové slová: sušenie, ultrazvuk, oscilačný systém, sušiaca komora, spracovanie poľnohospodárskych produktov.
ÚVOD
Najpoužívanejšie na sušenie rôznych materiálov sú v súčasnosti konvekčné (tepelné) sušičky, vyznačujúce sa vysokou spotrebou energie, vysokým percentom odpadu v dôsledku prehriatia alebo nerovnomerného sušenia a dlhým procesom sušenia.
Jedným z najefektívnejších spôsobov riešenia tohto problému je implementácia procesu sušenia v dôsledku energetického vplyvu vysokointenzívnych ultrazvukových (US) vibrácií. Tento efekt nevedie k zahrievaniu vysušeného materiálu. Vďaka tomu je ultrazvukové sušenie jediným možným spôsobom sušenia tepelne citlivých, tepelne labilných a ľahko oxidovateľných produktov. Spracovanie surovín ultrazvukovými vibráciami navyše priaznivo ovplyvňuje spotrebiteľské vlastnosti produktu (napr. zachováva chuť produktov, zvyšuje trvanlivosť a klíčivosť semien a pod.). V poslednom čase však niektorí výskumníci prezentujú výsledky experimentov, poukazujúce na neefektívnosť sušenia ultrazvukovými vibráciami v bezkontaktnom režime (bez priameho kontaktu žiariča so sušeným materiálom). Dôvodom je podľa autorov článku nedokonalosť konštrukcií použitých žiaričov a absencia špecializovaných sušiacich komôr, ktoré zabezpečujú rezonančné zosilnenie ultrazvukových vibrácií.
1. VYVINUTÉ ZARIADENIE NA ULTRAZVUKOVÉ SUŠENIE
Na realizáciu procesu sušenia pomocou ultrazvukových vibrácií bola navrhnutá a postavená malá ultrazvuková sušiareň so špeciálne tvarovanou komorou a ultrazvukovým oscilačným systémom s kotúčovým žiaričom. Vyvinuté zariadenie umožňuje proces sušenia vykonávať pri teplote sušiaceho prostriedku, ktorým je ohriaty vzduch, maximálne 40 °C.
Tvar sušiacej komory zaisťuje rezonančné zosilnenie a rovnomerné rozloženie ultrazvukových vibrácií emitovaných oboma stranami kotúča po celom povrchu sušiaceho materiálu umiestneného na paletách. Smery šírenia ultrazvukových vibrácií a prúdenia vzduchu v komore sú znázornené na obr. jeden.
Ryža. 1. Schéma štruktúry ultrazvukovej sušičky
Vytvorená inštalácia pozostáva z žiariča ultrazvukových vibrácií vo forme ohybného oscilačného disku spojeného s piezoelektrickým meničom. Rozmery a tvar meniča a disku sú zvolené z podmienky poskytovania danej frekvencie a smeru žiarenia. Piezoelektrický menič je napájaný ultrazvukovým frekvenčným generátorom elektrických oscilácií (nie je znázornený na obr. 1).
Telo sušiča pozostáva z horného a spodného reflektora, znázorneného spolu s žiaričom na obr. 2. Horný reflektor (kryt) je odnímateľný a je určený na zaťaženie sušeným materiálom.
Ryža. 2. Horné (a) a spodné (b) reflektory sušiacej komory
V tele sušiarne je nádoba na sušený materiál pozostávajúca z troch prstencových paliet, ktorých vzhľad je znázornený na obr. 3. Palety sú umiestnené horizontálne, vo vertikálnej vzdialenosti 30 mm od seba.
Ryža. Obr. 3. Vzhľad paliet na uloženie materiálu na sušenie (a) a ich umiestnenie v objeme sušiacej komory (b) Obr.
Vzhľad sušiarne zostavenej s riadiacim systémom a generátorom elektrických kmitov ultrazvukovej frekvencie je znázornený na obr. štyri.
Ryža. 4. Vzhľad sušičky
Na potvrdenie účinnosti vytvorenej sušiarne sa uskutočnilo množstvo experimentov. V počiatočnej fáze sa študovalo rozloženie úrovne intenzity ultrazvukového žiarenia v objeme sušiacej komory. Veľkosť a rovnomernosť rozloženia intenzity ultrazvukového žiarenia závisí od rýchlosti a kvality sušenia materiálu.
2. STANOVENIE ÚROVNE INTENZITY ULTRAZVUKOVÝCH VIBRÁCIÍ
Na určenie úrovne intenzity ultrazvukových vibrácií vo vyvinutej sušiacej komore sa uskutočnili dva typy experimentov:
Meranie úrovne intenzity vibrácií bez horného krytu sušiacej komory v rôznych vzdialenostiach od žiariča;
Meranie úrovne intenzity vibrácií v uzavretom objeme so zatvoreným horným krytom. Zároveň vzhľadom na špeciálne vypočítané rozmery sušiacej komory musí byť zabezpečený režim stojatej vlny v celom objeme sušiacej komory.
Na meranie bol použitý špecializovaný zvukomer, ktorý má rozšírené frekvenčné (až 30 kHz) a amplitúdové (až 153 dB) rozsahy. Na obr. 5 sú znázornené grafy rozloženia úrovne intenzity ultrazvukových vibrácií pozdĺž osi žiariča pre prvý prípad.
Ryža. 5. Rozloženie úrovne intenzity zvukových vibrácií po povrchu
diskový žiarič: a - vo vzdialenosti 250 mm od žiariča; b - vo vzdialenosti 700 mm od žiariča
Z prezentovaných závislostí je zrejmé, že použitie spodného reflektora sušiacej komory umožňuje pomocou odrazeného žiarenia zo zadnej strany disku vytvoriť oblasť s vysokou intenzitou zvukového poľa s priemerom to je dvojnásobok priemeru diskového radiátora. Úroveň intenzity ultrazvukového poľa generovaného odrazenými vibráciami približne zodpovedá úrovni intenzity primárneho zvukového poľa emitovaného prednou stranou disku.
Odchýlky hodnôt úrovne intenzity od priemernej hodnoty možno vysvetliť umiestnením spodného reflektora v blízkej radiačnej zóne zadnej strany diskového žiariča, ktorý, ako je známe, sa vyznačuje vysokým stupňom zvuku. nehomogenita poľa. Túto skutočnosť potvrdzujú merania úrovne intenzity zvukového poľa vo vzdialenosti 700 mm od povrchu diskového žiariča, ktorý možno považovať za oblasť vzdialeného poľa. Výsledky merania uvedené na obr. 5b a naznačujú menšie výkyvy ultrazvukového poľa.
Obraz sa výrazne mení pri meraní úrovne intenzity v uzavretom priestore sušiacej komory (s nainštalovaným horným reflektorom). Výsledky merania získané v tomto prípade sú znázornené na obr. 6.
I. DB 150 140 130
Ryža. Obr. 6. Rozloženie úrovne intenzity zvukových vibrácií v uzavretom objeme sušiacej komory
Z prezentovaných výsledkov vyplýva, že v uzavretom objeme sušiacej komory sa získalo takmer rovnomerné pole.
Takto vytvorená sušiaca komora zaisťuje rovnomerné rozloženie ultrazvukových vibrácií s úrovňou intenzity 150 dB po celom vnútornom objeme (zabezpečené nastavením režimu stojatej vlny), čo postačuje na realizáciu procesu sušenia ultrazvukom. Elektrický výkon spotrebovaný elektronickým generátorom nepresahuje 150 W.
Vykonané štúdie potvrdili účinnosť vyvinutého diskového žiariča a optimálny dizajn sušiacej komory.
Ďalšie štúdie boli venované určeniu optimálnych spôsobov realizácie procesu ultrazvukového sušenia.
3. ŠTÚDIA ÚČINNOSTI ULTRAZVUKOVÉHO SUŠENIA
Variabilnými parametrami počas výskumu boli: rýchlosť prívodu sušiaceho prostriedku do objemu komory, teplota sušiaceho prostriedku, druh (látka, mrkva, ženšen), tvar a umiestnenie sušených vzoriek vo vnútri komory. sušiaca komora.
Účinnosť procesu sušenia bola určená obsahom zvyškovej vlhkosti vzorky a rýchlosťou jej sušenia (množstvo odstránenej vlhkosti v gramoch za sekundu, vztiahnuté na hmotnosť vzorky).
Počiatočný a aktuálny obsah vlhkosti vysušených vzoriek bol určený nasledujúcim výrazom:
kde mmeK je aktuálna hodnota hmotnosti vzoriek;
počiatočná hodnota hmotnosti
vzorky.
Meranie hmotnosti vzoriek bolo realizované vážením na laboratórnej váhe „MW-II“, firmy „CAS“ s presnosťou 0,1 g.
Rýchlosť sušenia sa určila pomocou nasledujúceho výrazu:
V = -^h-tech 100 %:
exp počiatočný generál
kde tnach je hmotnosť vzoriek nameraná bezprostredne pred začiatkom sušiaceho cyklu; ttek je hmotnosť vzoriek nameraná po cykle sušenia; hexp - čas cyklu sušenia.
Celý cyklus experimentov bol rozdelený do troch hlavných etáp:
1) určenie stupňa zintenzívnenia procesu sušenia ultrazvukovými vibráciami;
2) stanovenie rovnomernosti sušenia materiálu v rôznych častiach sušiacej komory;
3) stanovenie účinnosti sušenia ultrazvukovými vibráciami rôznych materiálov.
3.1. Stupeň zintenzívnenia procesu sušenia ultrazvukovými vibráciami
V počiatočnej fáze experimentov bol hodnotený príspevok vysokointenzívnych ultrazvukových vibrácií k procesu sušenia. Ako predmet sušenia bola použitá bavlnená tkanina vo forme samostatných pásikov s rozmermi 20x150 mm. Ich celková počiatočná (vlhká) hmotnosť bola 3 kg.
Na obr. 7, vo forme histogramu, predstavuje porovnávacie výsledky pre rýchlosť sušenia získanú s a bez vystavenia ultrazvukovým vibráciám. Trvanie každého experimentu bolo 30 minút. Rýchlosť sušenia uvedená v histograme je spriemerovaná počas celého trvania experimentu.
Ryža. 7. Účinnosť sušenia pomocou ultrazvukových vibrácií
Z histogramov na obr. 7 vyplýva, že pôsobenie ultrazvukových vibrácií umožňuje zvýšiť rýchlosť sušenia ultrazvukom z 2 na 6 g/min na jeden kg hmotnosti sušenej vzorky pri teplote 40 stupňov Celzia. Zároveň so zvýšením teploty a prietoku sušiaceho prostriedku (od 0,25 m3/min do 0,5 m3/min) narastá zvýšenie rýchlosti sušenia a následne aj účinnosť sušenia ultrazvukovými vibráciami.
Tento efekt možno vysvetliť nasledovne. Pri dlhšom pôsobení (čas experimentu 30 min.) ohriateho vzduchu na sušený materiál rýchlosť odstraňovania vlhkosti z jeho povrchu prevyšuje rýchlosť jej prívodu z vnútorných vrstiev materiálu. To vedie k tomu, že sa na povrchu materiálu vytvorí vrstva so zníženým obsahom vlhkosti, ktorá bráni ďalšiemu efektívnemu odvádzaniu vlhkosti.
Pri pôsobení ultrazvukových vibrácií dochádza vo vysušenom materiáli k pohybu vlhkosti z vnútorných vrstiev materiálu na povrch, a to v množstve dostatočnom na jej efektívne odstránenie. Tým sa zabráni vytvoreniu zaschnutej povrchovej vrstvy a celkovo sa výrazne zvýši účinnosť sušenia.
Vyššie uvedené experimentálne výsledky teda ukazujú uskutočniteľnosť použitia ultrazvukových vibrácií v kombinácii s prívodom vyhrievaného sušiaceho činidla.
3.2. Stanovenie rovnomernosti sušenia materiálu
V tejto sérii experimentov sa účinnosť sušenia hodnotila oddelene pre každý zo 6 sektorov každého podnosu. Výsledky sa potom spriemerovali na celú paletu a výsledky získané pre každú paletu sa porovnali. Ako materiál na sušenie sa použili vzorky z predchádzajúcich experimentov. Čas experimentu - 30 min.
Na obr. 8 sú znázornené histogramy zvyškovej vlhkosti skúšobných vzoriek podľa sektorov pre hornú, strednú a spodnú paletu.
I KMS Bez KZ
číslo sektora a)
číslo sektora
číslo sektora c)
Ryža. Obr. 8. Rozdelenie zvyškovej vlhkosti vzoriek podľa sektorov paliet a - horná paleta; b - stredná paleta; c - spodný zásobník
Z obr. 8 vyplýva, že rovnomernosť sušenia vzoriek vo všetkých sektoroch je v rámci jednej palety približne rovnaká. Hodnota zvyškovej vlhkosti medzi sektormi sa nelíši o viac ako 1...3%, čo naznačuje rovnomernú teplotu a ultrazvukové pole vo vnútri sušiacej komory.
Na obr. 9a ukazuje výsledky porovnania zvyškovej vlhkosti spriemerovanej na každej z paliet.
Horný zásobník Stredný zásobník Spodný zásobník Horný zásobník Stredný zásobník Spodný zásobník
Ryža. Obr. 9. Rozloženie zvyškovej vlhkosti vzoriek na paletách a - sušenie 30 min; b - opätovné sušenie ďalších 30 minút
Zvýšený obsah zvyškovej vlhkosti vzoriek na spodnej tácke (obr. 9a) pri sušení ultrazvukovými vibráciami môže byť spôsobený vysokou účinnosťou ultrazvukových vibrácií, ktoré pri výraznej počiatočnej vlhkosti vzoriek (viac ako 160 vzhľadom na hmotnosť suchého materiálu), k rozprašovaniu vlhkosti z ich povrchov. Rozprášená vlhkosť sa nestihne odstrániť systémom prívodu sušiaceho prostriedku a usadzuje sa na materiáli umiestnenom na spodnej palete.
Táto skutočnosť je potvrdená opakovaným sušením vzoriek s počiatočným obsahom vlhkosti rovnajúcim sa hodnote získanej v predchádzajúcom experimente. Výsledky tohto experimentu uvedené na obr. 9b demonštrujú vysokú rovnomernosť sušenia materiálu v komore za predpokladu, že nedochádza ku kavitačnému rozprašovaniu vlhkosti z jej povrchu. To nám umožňuje vyhodnotiť účinnosť sušenia ultrazvukom, a to ako pre vzorky umiestnené na jednej z paliet, alebo jej časti, tak aj pre celú hmotu sušeného materiálu.
3.3. Stanovenie účinnosti sušenia ultrazvukovými vibráciami rôznych materiálov
Záverečná fáza experimentov bola zameraná na stanovenie účinnosti sušenia ultrazvukovými vibráciami vzoriek rôznych výrobkov, tvarov a veľkostí. Ako experimentálne vzorky boli použité: mrkva nakrájaná na kalibrované kotúče s priemerom do 28 mm a hrúbkou 5 mm; mrkva nakrájaná na tyčinky 35x5x3 mm; celý koreň ženšenu; koreň ženšenu, nakrájaný na kotúče s hrúbkou 4,5 mm. Celková hmotnosť vysušených vzoriek každého druhu bola 3 kg. Každý typ vzorky bol vystavený štyrom kombináciám vystavenia energie v kombináciách uvedených v tabuľke 1.
Tabuľka 1. Schéma experimentu
Skúsenosť 1 skúsenosť 2 skúsenosť 3 skúsenosť 4
Marker Marker Marker Marker
Prívod sušiaceho prostriedku 0,5 m3/min + + + +
Vyhrievanie sušiaceho prostriedku (40°С, 1000 W) - - + +
Ošetrenie ultrazvukom (150 W) - + - +
Vzhľad experimentálnych vzoriek pred sušením je znázornený na obr. desať.
Ryža. 10. Fotografie použitých vzoriek: a - mrkva, nakrájaná na kotúče; b - mrkva, nakrájaná na tyčinky; c - koreň ženšenu; g - koreň ženšenu, nakrájaný na kotúče
Na obr. 11 je znázornená závislosť obsahu zvyškovej vlhkosti mrkvy od času sušenia.
Rovnako ako v prípade sušenia bavlnenej tkaniny, vyššie uvedené experimentálne výsledky ukazujú, že v oboch prípadoch sa citeľný efekt pôsobenia ultrazvukových vibrácií prejaví len pri dodávke zahriateho sušiaceho prostriedku a môže dosiahnuť 50 g vlhkosti na 1 kg sušenej látky. hmotnosť vzorky. Zároveň sa časom zvyšuje účinok vystavenia ultrazvuku. Vysvetľuje to skutočnosť, že pri sušení iba ohriatym vzduchom sa na celom povrchu mrkvy vytvorí vrstva so zníženým obsahom vlhkosti, ktorá bráni efektívnemu odvádzaniu vlhkosti z povrchu.
Čas experimentu, plechovka a)
10 20 Čas experimentu, min
Ryža. 11. Závislosť zvyškovej vlhkosti mrkvy od času sušenia: a) - mrkva nakrájaná na kolieska; b) - mrkva, nakrájaná na tyčinky
Postupom času sa hrúbka tejto vrstvy zväčšuje, čím sa ďalej znižuje uvoľňovanie vlhkosti. Pri vystavení ultrazvukovým vibráciám sa to nestane. To naznačuje, že pri sušení predmetov s kapilárno-poréznou štruktúrou je hlavným príspevkom ultrazvukových vibrácií k procesu sušenia prenos vlhkosti z vnútorných vrstiev sušeného materiálu na jeho povrch, ktorý je následne odstránený pomocou sušiaceho prostriedku.
Vplyv použitia ultrazvukových vibrácií je zároveň výraznejší v prípade znázornenom na obr. 11b, čo zodpovedá väčšej celkovej ploche prenosu hmoty.
Na obr. 12 znázorňuje charakter zmeny obsahu zvyškovej vlhkosti vzoriek ženšenu od doby sušenia.
Ryža. 12. Závislosť zvyškovej vlhkosti ženšenu od času sušenia a - koreň ženšenu celý; b - koreň ženšenu, nakrájaný na kotúče
Grafy na obr. 11a naznačujú nízku účinnosť sušenia celého koreňa ženšenu. Príspevok ultrazvukových vibrácií k účinnosti sušenia sa tiež ukazuje ako veľmi nevýznamný. Pri zahrievaní sušiaceho prostriedku nedochádza k zvýšeniu účinku vyvolaného ultrazvukovými vibráciami. Získané výsledky možno vysvetliť prítomnosťou ochranného filmu na povrchu koreňov ženšenu - pokožky, ktorý zabraňuje aktívnemu odparovaniu.
vlhkosť z ich povrchu, ako aj uvoľňovanie vlhkosti z vnútorných vrstiev koreňov na povrch pôsobením ultrazvukových vibrácií, čím sa minimalizuje účinok použitia ultrazvuku. Závislosti na obr. 11.b, naopak, vykazujú veľmi významný príspevok ultrazvukových vibrácií k účinnosti sušenia, ktoré môžu dosiahnuť až 29 gramov na kilogram hmotnosti vzorky.
Prezentované výsledky experimentov nám umožňujú konštatovať, že hlavným hnacím faktorom sušenia ultrazvukom je vplyv pohybu vlhkosti cez kapiláry na povrch, ktorý vzniká vo zvukovom poli.
Pre zovšeobecnenie získaných výsledkov a porovnanie účinnosti ultrazvukového sušenia rôznych vzoriek je na obr. 13 ukazuje histogram zvyškovej vlhkosti všetkých uvažovaných vzoriek.
Ryža. 13. Histogram rýchlosti oka rôznych vzoriek:
1 - koreň ženšenu; 2 - mrkva, nakrájaná na kotúče;
3 - koreň ženšenu, nakrájaný na kotúče; 4 - mrkva, nakrájaná na tyčinky
Výsledkom výskumu bola teda preukázaná účinnosť sušenia ultrazvukom v navrhovanej sušiarni a stanovené podmienky na zabezpečenie maximálnej rýchlosti procesu, bez zahrievania materiálu na teploty presahujúce 40 stupňov Celzia.
4. HODNOTENIE ENERGETICKEJ ÚČINNOSTI ULTRAZVUKOVÉHO SUŠENIA
Na základe získaných výsledkov sa urobilo hodnotenie energetickej účinnosti sušenia ultrazvukom. Posudzovanie bolo realizované podľa odberu elektriny z elektrickej siete. Boli prijaté nasledujúce počiatočné údaje: elektrická energia spotrebovaná ultrazvukovým generátorom - 150 W,
príkon spotrebovaný elektrickým ohrievačom sušiaceho prostriedku je 1000 W, doba sušiaceho cyklu je 30 min, neboli zohľadnené náklady na dodávku sušiaceho prostriedku.
Výpočet účinnosti procesu sa uskutočnil podľa nasledujúceho výrazu:
kde P je spotrebovaná elektrická energia; d - čas cyklu sušenia; m je množstvo odstránenej vlhkosti.
Získané výsledky sú uvedené v tabuľke 2. V tabuľke sú akceptované označenia stĺpcov zodpovedajúce nasledujúcim typom sušených vzoriek: 1 -
bavlnená tkanina; 2 - mrkva, nakrájaná na kotúče; 3 - mrkva, nakrájaná na tyčinky; 4 - celý koreň ženšenu; 5 - koreň ženšenu, nakrájaný na kotúče.
Tabuľka 2. Porovnanie energetickej účinnosti
Typ nárazu Množstvo odstránenej vlhkosti, g Energetická účinnosť, W min / g
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Dodávka vyhrievaného sušiaceho prostriedku 750 315 375 180 330 40 95 80 167 90
Dodávka vyhrievaného sušiaceho prostriedku a ultrazvukové ošetrenie 1050 381 525 210 417 33 90 66 164 83
Expozícia ultrazvukom 300 66 150 30 87 15 68 30 150 51
Údaje uvedené v tabuľke 2 teda svedčia o vysokej účinnosti použitia ultrazvukových vibrácií na sušenie rôznych produktov, čo v niektorých prípadoch znižuje náklady na energiu o 20 %, pričom sa zachováva čas sušenia a znižuje sa konečná vlhkosť produktu. Uvedené hodnoty energetickej účinnosti tiež naznačujú potrebu ďalšieho zlepšovania žiaričov ultrazvukových vibrácií za účelom zvýšenia výkonu generovaných vibrácií. Podľa získaných údajov to ešte zvýši rýchlosť a zníži spotrebu energie na proces sušenia.
Vo všeobecnosti má vyvinutá ultrazvuková sušička technické vlastnosti uvedené v tabuľke 3.
Tabuľka 3. Technické charakteristiky ultrazvukovej sušičky
Názov parametra Merná jednotka Hodnota
Výkon spotrebovaný ultrazvukovým generátorom W 150
Príkon spotrebovaný ohrievačom (ohrievačom) W 1000
Rozmery sušiacej komory, priemer, výška mm 850x600
Maximálna teplota ohrevu sušiaceho prostriedku оС 40
Spotreba sušidla m3/min 0,5
Frekvencia ultrazvukových fluktuácií kHz 24
Práca bola finančne podporená Radou pre granty prezidenta Ruskej federácie na podporu mladých ruských vedcov - kandidátov vied a ich školiteľov č. MK-383.2008.8.
ZÁVER
Výsledkom výskumu bol návrh ultrazvukového sušiaceho zariadenia, ktoré zabezpečuje efektívne sušenie termolabilných materiálov a produktov pri teplote sušiaceho prostriedku maximálne 40°C pri súčasnom vystavení vysokointenzívnym ultrazvukovým vibráciám. Zároveň vysoký stupeň zintenzívnenia procesu sušenia ultrazvukovými vibráciami (nárast až o 50 g na 1 kg sušeného materiálu) umožňuje znížiť teplotu sušiaceho prostriedku bez straty kvality a sušenia. rýchlosť. Posledné uvedené je obzvlášť dôležité pre priemyselné odvetvia, kde je zahrievanie sušeného produktu neprijateľné alebo nežiaduce.
Vysoká účinnosť sušiaceho procesu je zabezpečená vďaka použitiu diskového žiariča v konštrukcii sušičky, ktorý vytvára ultrazvukové pole s úrovňou intenzity minimálne 130 dB a rezonančného objemu sušiacej komory, ktorý zabezpečuje zvýšenie úrovne intenzity až o 150 dB.
Výsledky experimentov ukazujú perspektívu a účelnosť vytvorenia kombinovaných sušiarní (ultrazvukovo-konvekčných) s optimálnym pomerom podielu tepelnej a akustickej energie.
LITERATÚRA
1. L. D. Rozenberg Fyzikálne základy ultrazvukovej techniky. M.: Nauka, 1969. -689 s.
2. S. de la Fuente-Blanco, E. Riera-Franco de Sarabia, V. M. Acosta-Aparicio, A. Blanco-Blanco, J. A. Gallego-Juarez. Proces sušenia potravín pomocou ultrazvuku. Ultrasonics, Elsevier USA, 2006, 44, s. 523-527.
3. Glaznev VN Zariadenie na sušenie kapilárno-poréznych sypkých materiálov. RF patent č. 2095707.
4. E. Riera-Franco de Sarabia, J.A. Gallego-Juarez, G. Rodriguez-Corral, V.M. Acosta-Aparicio, E. Andres-Gallegos. Aplikácia vysokovýkonného ultrazvuku na sušenie zeleniny. 19. medzinárodný kongres o akustiku, Madrid, Španielsko, 2007.
5. V.N. Chmelev, A.V. Shalunov a spol.. Ultrazvukové multifunkčné a špecializované zariadenia na intenzifikáciu technologických procesov v priemysle. Barnaul: AltGTU, 2007. 416 s.
6. A. N. Lebedev; A. V. Šalunov; S. S. Chmelev; N. V. Kuchin; A. V. Šalunová. Ultrazvukový oscilačný systém pre radiátory plynových médií. Medzinárodné workshopy a návody na elektrónové zariadenia a materiály EDM" 2008. Novosibirsk: NSTU, 2008.
7. V. N. Chmelev, S. V. Levin, S. N. Tsyganok a A. N. Lebedev. Vysokovýkonné ultrazvukové oscilačné systémy. International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM"2007: Workshop Proceedings. Novosibirsk: NSTU, 2007, s. 293-298.
8. Choo Kwang Moon, V. N. Khmelev, A. V. Shalunov, Lee Hyo-Jai, A. N. Lebedev,
M. V. Chmelev. Kompaktná ultrazvuková sušička na kapilárne porézne a sypké materiály. Deviate medzinárodné workshopy a návody na elektrónové zariadenia a materiály EDM"2008: Workshop Proceedings. Novosibirsk: NSTU, 2008, s. 295-299.
9. V. N. Khmelev, D. V. Genne, A. A. Bahirev, I. I. Savin Merač úrovne vysokointenzívneho ultrazvukového tlaku. International Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM"2006: Workshop Proceedings. Novosibirsk: NSTU, 2006, s. 232-233.
Dnes je známych veľa spôsobov dostatočne efektívneho sušenia dreva a hotového reziva, no každý z nich má svoje špecifické vlastnosti, výhody a nevýhody. Napríklad sušenie dreva ultrazvukom je proces podobný sušeniu na dopravníku, pri ktorom rezivo získava špecifikované praktické a geometrické parametre.
Ultrazvukové sušenie sa tiež nazýva akustické, takéto zariadenie je v podnikoch pomerne zriedkavé. Ide o high-tech proces, pomocou ktorého môžete dosiahnuť vynikajúcu kvalitu s menšou spotrebou energie. Technológiu vlastní Promin.
Vlastnosti sušenia ultrazvukom
Charakteristickým znakom sušenia ultrazvukom je nízka spotreba energie, čo zase zabezpečuje rovnomerné odvádzanie vlhkosti v dôsledku jej prechodu z jedného stavu agregácie do druhého.
Vďaka tomu rezivo nestráca svoje geometrické parametre, zachováva si pevnosť a zaisťuje dlhú životnosť. Ak sa počas konvekčného sušenia stane, že rezivo je vysušené nerovnomerne, potom ultrazvuková metóda tento faktor takmer úplne eliminuje, pretože pôsobením ultrazvukových vĺn sa molekuly vlhkosti zahrievajú po celej dĺžke.
Ultrazvukové sušenie dreva sa vykonáva bez zmeny stavu agregácie vlhkosti, čo umožňuje mnohokrát znížiť náklady na energiu. Voda sa z materiálu v kvapalnom stave odstráni a dôjde k určitému lisovaniu.
Táto technológia umožňuje zvýšiť účinnosť zariadení o takmer 70% pri získaní dostatočne vysokej kvality reziva nielen na stavbu nosných konštrukcií, ale aj na dekoratívnu úpravu.
Na zvýšenie účinnosti je možné vykonať predbežné atmosférické sušenie dreva, aby sa dosiahol rovnomerný obsah vlhkosti v celej konštrukcii. Tým sa zabezpečí najefektívnejší výstup vlhkosti z materiálu pri minimálnych nákladoch.
Ultrazvuková sušička dreva je samostatné zariadenie, ktoré je možné kombinovať s drevoobrábacími strojmi. Aby sa vykonalo konečné odstránenie vlhkosti z dreva, je ťahané dopravníkom cez zariadenie priamo na spracovanie.
Tento spôsob spracovania môže vysušiť až na 18%-22% vlhkosti. Ale ako ukazujú skúsenosti rôznych podnikov, často nie je možné vysušiť až 8-12%.
Pre danú vlhkosť sa volia komory iných technológií. Napríklad vákuové sušiace komory s vysokou rýchlosťou sušenia a vysokou kvalitou hotového reziva. Kamery si môžete kúpiť za cenu 750 000 rubľov. Modely sú zverejnené na stránke.
Pozri tiež:
Obsah Technické parametre parnej sušiarne Alternatíva parných sušiacich komôr Dnes je známych veľa spôsobov sušenia reziva, ktoré dosahujú vysokú kvalitu a malé percento nepodarkov. Jednou z takýchto sušičiek je parná komora. Sušenie dreva parou je pomerne efektívna technológia na tepelné spracovanie rôznych druhov dreva a s rôznou vlhkosťou v pôvodnom stave. A technika je […]
Zásadne nový spôsob sušenia reziva, ktorý navrhli vedci z Nižného Novgorodu, môže spôsobiť revolúciu v spracovaní dreva. Toto je názor odborníkov. Dodnes bol vyvinutý prototyp zariadenia na ultrazvukové sušenie reziva, úpravu vlastností dreva a získavanie surovín pre chemický a voňavkársky priemysel v jedinom technologickom procese. Vo svete neexistujú žiadne analógy takéhoto zariadenia. Jeho vývojári - inovatívna spoločnosť "Promin" - sľubujú vyrobiť prvý vysokovýkonný priemyselný dizajn za rok a za dva umiestniť na ruský trh až 20 inštalácií.
Podľa odborníkov v súčasnosti v Rusku podlieha povinnému sušeniu nie viac ako 15 % všetkého reziva. Dôvodom je nedokonalosť existujúcich technológií, ktoré sú založené na zmene stavu agregácie vody (vyparovanie) a líšia sa iba spôsobmi ohrevu dreva, odparovaním kvapaliny, dodávaním energie potrebnej na tento účel a metódami odstránenie plynu obsiahnutého v sušiacej komore. Nová metóda sušenia reziva navrhovaná inžiniermi z Nižného Novgorodu je založená na zmene fyzikálnej povahy mechanizmu na odstraňovanie kvapaliny obsiahnutej v dreve a znamená prudké (niekoľkonásobné) zníženie špecifickej spotreby energie procesných zariadení. Pri použití ultrazvukovej techniky odpadá potreba spotreby energie na ohrev nosičov tepla, dreva, konštrukčných prvkov sušiacej komory a pod.
Sušenie reziva v súčasnosti známymi metódami (termokonvekcia, vákuum, mikrovlnné prúdy, aerodynamika) vyžaduje vysokú spotrebu energie - 200-250 kW/h na meter kubický. To vedie k tomu, že náklady na kvalitné sušenie prevyšujú náklady na drevo a náklady na jeho pílenie. Tradičné metódy sa vyznačujú nízkou produktivitou, výskytom defektov dreva (deformovanie, praskanie atď.), heterogenitou zvyškovej vlhkosti pozdĺž dĺžky reziva ("škvrnitá vlhkosť"), ako aj prítomnosťou environmentálnych problémov. Ide o uvoľňovanie do atmosféry buď „drevnej“ vlhkosti s obsahom organických kyselín, zásad, terpentínu, metanolu a pod., alebo produktov spaľovania paliva pri ohreve chladiacej kvapaliny potrebnej na ohrev sušiacej komory, alebo riziko úniku freónu z chladenia. systém pre kondenzačné sušiace komory .
Moderné trendy zdokonaľovania sušiacich zariadení majú evolučný charakter a nedokážu tieto nedostatky zásadne odstrániť. Zlepšiť vlastnosti existujúcich zariadení je možné len o jednotky alebo desiatky percent. Dôvodom je, že fyzikálny princíp sušenia zostáva nezmenený – odparovanie vlhkosti obsiahnutej v dreve. V tomto prípade môžeme hovoriť len o zvýšení účinnosti celého sušiaceho komplexu zlepšením konštrukcie sušiacej komory, použitím nových tepelne izolačných materiálov, optimalizáciou režimov sušenia atď.
Jedinečné vlastnosti dreva ako prírodného polyméru so zložitou kapilárnou štruktúrou umožňujú vytvoriť technológiu sušenia reziva bez zmeny stavu agregácie vlhkosti v ňom obsiahnutej. Pri sušení ultrazvukom sa vlhkosť obsiahnutá v dreve odstráni vo forme kvapaliny. To niekoľkonásobne znižuje špecifickú spotrebu energie a zvyšuje produktivitu zariadenia o 50-70%.
Na základe výsledkov štúdií vykonaných inovatívnou spoločnosťou "Promin" (vplyv ultrazvuku na vlastnosti dreva) sa zaznamenalo:
- zlepšenie kvality reziva (eliminácia deformácie, praskania atď.);
- zničenie saprofytov a hýf, vysoká odolnosť voči nim po vysušení;
- nízka absorpcia vlhkosti po vysušení;
- zvýšenie rezonančných charakteristík dreva;
- zvýšená odolnosť proti hnilobe.
Ďalšie dôležité výhody novej technológie sú:
- zvýšenie produktivity zariadenia, prudký pokles jeho rozmerov, hmotnosti a spotreby energie;
- zlepšenie environmentálnych vlastností (žiadne emisie škodlivých látok do ovzdušia a ľahký zber tekutín uvoľnených z reziva);
- možnosť vytvorenia kombinovanej výrobnej linky na sušenie a spracovanie reziva a v dôsledku toho zvýšenie ekonomických ukazovateľov procesu spracovania dreva.
Odstránenie vlhkosti obsiahnutej v dreve vo forme kvapaliny môže byť nezávislým komerčným záujmom vo vzťahu k výrobe surovín pre chemický a voňavkársky priemysel. V súčasnosti sa vlhkosť obsiahnutá v dreve, obohatená o užitočné látky a mikroelementy, extrahuje odparovaním a následnou kondenzáciou. To vedie k vysokej spotrebe energie a nízkej produktivite procesu a nevyhnutne vedie k čiastočnej strate cenných látok a stopových prvkov (je známe, že akýkoľvek fázový prechod odstraňuje nečistoty, čo tvorí základ mnohých metód na získanie čistých materiálov).
Zariadenie na sušenie reziva ultrazvukom, úpravu vlastností dreva a získavanie surovín pre chemický a voňavkársky priemysel v jedinom technologickom procese pozostáva z týchto hlavných blokov:
1. Rám (pôsobí ako nosná konštrukcia).
2. Mechanizmus ťahania reziva:
- pohon (elektromotor, prevodovky, reťaze, prevody);
- valivé hriadele.
3. Ultrazvuková jednotka:
- ultrazvukový generátor;
- Ultrazvukový žiarič.
4. Upínací mechanizmus:
- rezivo do ultrazvukového žiariča;
- hnacie hriadele.
Inštalácia využíva dopravný princíp dodávky reziva, ktorý je tiež daný fyzikálnym princípom dopadu na rezivo, a otvára možnosť kombinácie tohto zariadenia s drevoobrábaním, napríklad s hobľovacím strojom. Táto okolnosť vylúči také operácie, ako je stohovanie reziva, jeho nakladanie a vykladanie zo sušiacej komory.
Na obr. 1 znázorňuje blokovú schému zariadenia. Úlohu nosnej konštrukcie pri inštalácii plní rám (1), na ktorom je upevnený mechanizmus na ťahanie reziva (2), ultrazvukový žiarič (3) a upínací mechanizmus (5).
1 - rám; 2 - preťahovací mechanizmus; 3 - ultrazvukový vysielač; 4 - ultrazvukový generátor; 5 - upínací mechanizmus; 6 - doska; 7 - horizontálny stôl; 8 - podnos na zber kvapaliny odstránenej z dosky.
Doska (6) sa pomocou ťažného mechanizmu (2) pohybuje po vodorovnom stole (7), v ktorom je osadený ultrazvukový žiarič (3), napájaný ultrazvukovým generátorom (4). Na zníženie straty ultrazvukovej vlny pri jej odraze od reziva sa používa mechanizmus pritlačenia (5) dosky (6) k ultrazvukovému žiariču (3). Aby sa zabránilo skĺznutiu reziva, je preťahovací mechanizmus vybavený aj upínacím mechanizmom. Ultrazvuková vlna šíriaca sa v dreve vedie k uvoľneniu tam obsiahnutej vlhkosti vo forme kvapaliny. Vizuálne to vyzerá takto: kvapalina vyteká z dosky pohybujúcej sa pozdĺž ultrazvukového žiariča.
Jednotka na sušenie reziva ultrazvukom, úpravu vlastností dreva a získavanie surovín pre chemický a voňavkársky priemysel v jedinom technologickom procese bude plne zodpovedať požiadavkám GOST a bude vybavená kompletnou dokumentáciou potrebnou na prevádzku (popis , procesné predpisy, certifikáty).
akustické sušenie je spôsob dehydratácie produktu pomocou intenzívneho ultrazvukového ošetrenia. Ide o cyklický spôsob odstraňovania vlhkosti. Počas primárneho spracovania produktu je vlhkosť z povrchu odstránená a potom pomocou druhej ultrazvukovej vlny je vlhkosť distribuovaná cez kapiláry. Toto sa deje dovtedy, kým výrobok neobsahuje požadovaný podiel vlhkosti.
Akustické sušenie našlo úspešné uplatnenie v poľnohospodárstve, farmaceutickom, chemickom a potravinárskom priemysle. V poľnohospodárstve sa obilniny, zelenina a ovocie spracúvajú akustickým sušením. V potravinárskom priemysle sa pri výrobe sušeného mlieka používa akustické sušenie. Najrozšírenejšie využitie sušenia ultrazvukom je vo farmaceutickom priemysle. V ultrazvukových komorách sa vyrábajú drahé lieky - prášky, antibiotiká, tablety. Vysoké náklady na lieky sú spôsobené vysokou produktivitou zariadenia a v dôsledku toho vysokým stupňom spotreby energie. V chemickom priemysle sa na výrobu uhoľného prášku používa ultrazvukové sušenie. Pomocou takýchto komôr sa suší papier, bavlna a drevo.
Vlastnosti akustického sušenia
Akustické sušenie má množstvo výhod: výrobok nie je podrobený tepelnému spracovaniu, spracováva sa za studena; vďaka absencii teplotných vplyvov si výrobok zachováva takmer všetky živiny a vitamíny, nestráca svoje pôvodné vlastnosti a nepodlieha oxidácii.
Akustické sušenie je jediný spôsob, ako pracovať s materiálmi citlivými na teplo. Vďaka tejto metóde je ich štruktúra úplne zachovaná bez straty pôvodného tvaru.
Akustické sušenie je vysokorýchlostná metóda spracovania. V porovnaní s vákuovým sušením skracuje akustické sušenie čas spracovania štyrikrát. To zlepšuje kvalitu hotového výrobku.
Technológia akustického sušenia
Sušený materiál musí mať kapilárno-poréznu štruktúru. Rôzne materiály majú rôzny obsah vlhkosti, takže intenzita a počet ultrazvukových vĺn sa vypočítava podľa percenta vlhkosti produktu.
Ak výrobok obsahuje veľké množstvo vlhkosti, použije sa vlna vysokej sily, v dôsledku čoho sa vlhkosť z výrobku doslova „vytrasie“. Vlna sa totiž objavuje nielen na povrchu materiálu, ale aj vo vnútri kapilár, čo vedie k intenzívnej strate vlhkosti. 
Ak má kapilárno-porézny materiál mierny obsah vlhkosti, akustické vibrácie sú intenzívnejšie v prvom stupni a menej intenzívne v druhom. Počas prvej fázy sa rýchlosť sušenia nemení, takže vlhkosť sa neustále dopĺňa. Horné vrstvy produktu ju strácajú a spodné vrstvy „vyhadzujú“ vlhkosť na povrch. Výmena vlhkosti sa teda nezastaví, kým sa nedosiahne optimálny obsah vlhkosti.
Počas druhej fázy sa rýchlosť sušenia znižuje, takže kvapalina zvnútra vstupuje slabo a jej strata sa už nedopĺňa alebo nedoplňuje, ale slabo.
Akustické sušenie je najúčinnejšie v prvej fáze spracovania produktu. Vďaka nemu sa zlepšujú fyzikálno-chemické a spotrebiteľské vlastnosti produktu. Napríklad pri akustickom ošetrení semien sa zvyšuje ich klíčivosť.
Metóda akustického sušenia je teda úspešná pre niektoré typy výroby a je najúčinnejšia v prvej fáze spracovania produktu, aby sa zvýšila rýchlosť výmeny vlhkosti a zlepšila sa kvalita hotového produktu.
Môžete si u nás zakúpiť zariadenia na sušenie produktov. Doručenie cez Rusko a Bielorusko. .
Vedci z Nižného Novgorodu vynašli inovatívnu metódu sušenia reziva. Odborníci tvrdia, že ide o skutočný prelom vo výrobe drevených materiálov a stavbe drevených domov.
Obyvatelia Nižného Novgorodu zatiaľ pripravili len jednu jednotku určenú na sušenie dreva pomocou ultrazvuku, pri ktorej sa upravujú vlastnosti výsledného reziva. V žiadnej krajine na svete neexistujú obdoby takejto „sušičky“.
Metódy sušenia reziva v Rusku
Štatistika hovoríže dnes sa suší len pätnásť percent všetkého reziva vyrobeného v Rusku. Príčinou tohto javu je nedokonalosť praktizovaných technológií, ktoré sú založené na zmene stavu agregácie vody (vyparovanie).
Existujúce metódy sušenia všetkého reziva používaného pre rôzne oblasti, vrátane výstavby drevených domov, sa od seba mierne líšia.
Metódy sa môžu meniť technológia vykurovania drevom alebo odparovania vlhkosti, kvalita na to použitej energie a spôsoby odvádzania plynu zo sušiacej komory.
Vo výrobných podmienkach použite termokonvekčné, aerodynamické a vákuové metódy sušenia reziva. Praktizuje sa aj sušenie dreva mikrovlnným prúdom. Všetky tieto metódy vyžadujú veľa elektriny. Na vysušenie jedného kubického metra materiálu je potrebných v priemere 200 až 250 kWh.
Vzhľadom na tieto náklady, náklady sušené rezivo výrazne prevyšuje náklady na prirodzenú vlhkosť dreva a jeho spracovanie. Nová metóda umožňuje znížiť toto číslo.
Tradičné metódy sušenia neposkytujú kvalitné drevo - pre hotové výrobky sú charakteristické deformácie a praskanie, po celej dĺžke obrobku je možné pozorovať nerovnomernú („škvrnitú“) vlhkosť.
Veľkým problémom je aj environmentálna stránka problému.- pri výrobe sa do ovzdušia uvoľňujú toxické plyny a odparená vlhkosť dreva, ktorá obsahuje roztoky kyselín a zásad, pary terpentínu, metanol. Nebezpečné sú aj produkty spaľovania paliva používaného na ohrev chladiacej kvapaliny.
Ultrazvuková technológia
Vývojári z Nižného Novgorodu išli inou cestou. Ich navrhovaná metóda funguje na inom mechanizme odstraňovania vlhkosti. Proces sušenia pomocou ultrazvuku pomáha výrazne znížiť spotrebu energie, pretože nie je potrebné vynaložiť na ohrev dreva, nosičov tepla a inštalačných prvkov.
Možnosť sušenia s pomocou ultrazvuku je vďaka vlastnostiam dreva - tohto prírodného polyméru. Vďaka tomu nie je potrebné meniť stav agregácie kvapaliny obsiahnutej v strome (premeniť kvapalinu na paru).
Pri použití ultrazvuku vlhkosť sa z dreva odstraňuje v pôvodnej forme (tekutina), čím sa znižuje merná spotreba energie o päťdesiat percent. Niektorí odborníci hovoria aj o sedemdesiatpercentnej úspore.
Výhody metódy sušenia ultrazvukom
Výsledné produkty sa vyznačujú:
- Neprítomnosť deformácie a praskania;
- Antiseptická zložka (predovšetkým hovoríme o zničení saprofytov a hýf v obrobku a následnej odolnosti voči opätovnej infekcii týmito nebezpečnými hubami);
- Minimálny koeficient absorpcie vlhkosti;
- Zlepšenie rezonančných vlastností dreva;
- Zvýšená odolnosť voči hnilobným procesom.
Výhody ultrazvukového zariadenia:
- Zvýšená účinnosť;
- Zmenšenie veľkosti sušiacich jednotiek;
- Úspora energie;
- Zjednodušenie technologického procesu a jednoduchosť zberu uvoľnenej kvapaliny;
- Zlepšenie environmentálneho obrazu výroby – žiadne toxické emisie;
- Možnosť kombinovať linky na spracovanie dreva a sušenie, čím sa minimalizujú výrobné náklady.
Vlastnosti procesu sušenia ultrazvukom
Ultrazvuková sušiaca jednotka reziva pracuje na princípe dopravníka. Táto vlastnosť je daná zvláštnosťami metodiky. Tiež podávanie dopravníka umožňuje kombinovať sušenie materiálu s opracovaním dreva.
Kombináciou rôznych zariadení je možné vyhnúť sa stohovaniu hotových drevených výrobkov, ich vykladaniu / nakladaniu do „sušičky“.
Technológie stále existujú neumožňujú použiť túto kvapalinu nasýtenú rôznymi mikroelementmi, pretože počas procesu sušenia sa jednoducho odparila.
