+7 (495) 545-21-53

Технологии

На сегодня во всем мире наиболее распространены и отработаны различные варианты конвективно-термической технологии сушки. Из других известных технологий сушки (вакуумная, инфракрасная и прочие) ни одна не нашла широкого применения из-за сложности соответствующих сушильных устройств либо их низких технико-экономических показателей.

Сущность термического способа состоит в следующем. К осушаемому капиллярно-пористому материалу подводят сушильный агент: подогретый воздух, пар, продукты сгорания органического топлива (в зависимости от вида осушаемого материала). Под действием возникающих перепадов температуры влага из внутренних слоев осушаемого материала поступает к его поверхности, испаряется и выносится из сушильной камеры.

Но именно с термическим воздействием на осушаемый материал связаны основные негативные составляющие этой классической технологии сушки материалов.

Во-первых, в результате термического воздействия в осушаемом материале возникают механические напряжения, и при высокой скорости сушки материал частично разрушается. Например, при сушке древесины доска коробится, растрескивается, что ведёт к выбраковке значительной части товарного продукта и соответственно к снижению процента его выхода. Даже лучшие из термических сушилок, например, от американской фирмы "Коэттер", дают до 30% брака по указанным причинам, что ведёт к резкому снижению экономических показателей.

Во-вторых, в процессе сушки по разным причинам нередко возникают нештатные технологические ситуации, в результате которых температура сушильного агента поднимается выше допустимой нормы. Материал перегревается и приходит в негодность. Так, при сушке зерна перегрев приводит к тому, что зерно становится непригодным для получения муки, не говоря уж о семенном зерне, которое после некачественной сушки становится просто фуражом. К сожалению, зерносушилки, выпускаемые отечественной промышленностью, особенно часто создают такие "нештатные" ситуации и либо не сушат зерно, либо его пережаривают.

При сушке медицинских и биопрепаратов перегрев сушильного агента и вовсе ведёт к их химическому разложению.

Акустическая сушка

Установлено принципиальное различие в распределении влаги в древесине при акустической и конвективной сушке. Показано (рис. 1, а), что в процессе конвективной сушки характер распределения влаги в объеме образца не изменяется. Влага остается в основном в крупных капиллярах весенне-летней зоны годичного кольца. Сушка сводится к движению влаги из внутренних слоев образца к его поверхности и ее последующему уносу. В режиме акустической сушки (рис. 1 b) существенно изменяется распределение влаги в объеме. Под воздействием знакопеременных давлений, приносимых акустической волной, влага перетекает из крупных капилляров весенне-летней зоны годичного кольца в мелкие капилляры осенне-зимней зоны. Как следствие, возрастает площадь поверхности образца с высоким значением влагосодержания, что является одним из факторов повышения скорости сушки капиллярно-пористого материала при акустическом способе по сравнению с традиционным конвективным.

                                                  b
                                                                                     
Рис. 1. Томограммы и графики распределения влаги в поперечном сечении образцов древесины по нормали к годичным кольцам.
а - конвективная сушка, b - акустическая. Слева - результаты до воздействия, справа - после. Время воздействия -10 мин. По вертикальной оси - содержание влаги (в произвольных единицах). По оси ординат - расстояние в пикселях. На томограммах содержание влаги пропорционально степени почернения. 
("Современные подходы к исследованию и описанию процессов сушки пористых тел" Под общей редакцией академика Пармона В.Н. Новосибирск, Изд. СО РАН 2001 г.) 
 

Главное и принципиальное преимущество технологии акустической сушки материалов состоит в том, что осушаемый материал не нагревается. "Холодная" сушка снимает все негативные последствия, связанные с термическим воздействием. А значит, повышается качество и процент выхода товарного продукта.

Среди других преимуществ "акустической" технологии по сравнению с до сих пор известными:

  • меньшие энергозатраты; эксперименты на пилотной установке позволяют утверждать, что энергозатраты можно снизить в 1,5-2 и более раз;
  • большая скорость; при сушке древесины, например, она может увеличиться в 5 и более раз;
  • возможность сушить практически все материалы без существенного изменения конструкции сушилки;
  • отсутствие необходимости в специально оборудованных помещениях: акустические сушилки могут быть размещены в обычных складских помещениях;
  • модульный принцип конструкции сушилок, что позволяет увеличивать производительность, используя несколько идентичных модулей;
  • большая экологичность предлагаемой технологии по сравнению с традиционной, обусловленная тем, что в случае питания компрессора, снабжающего сжатым воздухом излучатели звука, электроэнергией, отсутствуют продукты сгорания органического топлива.

Для эффективной экстракции влаги из капиллярно-пористых материалов посредством акустического воздействия нужны источники, обеспечивающие уникально высокую интенсивность звука и общую акустическую мощность. Подходящий вариант был найден в области исследований устойчивости и автоколебаний сверхзвуковых струй, проводимых при эксплуатации объектов ракетно-космической техники (излучатели Гартмана). В связи низким кпд излучателей Гартмана, необходимостью применения сжатого воздуха давлением 3-5 атм, что повышало стоимость сжатого воздуха, в последствии стали применяться сирены, имеющие более высокий кпд и использующие компрессоры низкого давления и обладающие еще некоторыми важными особенностями.
Технология акустической сушки прошла апробацию на пилотной сушильной установке в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН в течение нескольких лет с достаточно широким набором материалов: продукты сельского хозяйства (зерно, овощи, фрукты), древесина, продукция химической, медико-биологической промышленности.
 

 

Диаграммы акустической сушки различных материалов

На графиках представлены результаты эксперимента по сушке ряда материалов акустическим способом от фактического до требуемого значения влажности, полученные на опытной уставке Института теоретической и прикладной механики СО РАН в конце 90-х годов.

Диаграмма акустической сушки различных материалов

 

Предварительные результаты по сушке акустическим методом различных материалов, полученные на опытно-промышленной установке.

 

  Наименование материала Начальная влажность,% Конечная влажность, % Время сушки, часы Энергозатраты, квт.-час на одну тонну
1 морковь   87-92 6-12 3 117
2 грибы 87 8-12 3 117

3

 свёкла  88 12  117 
4  лук репчатый 70-83  6-18  117 
лук перо  85  6-8  80 
капуста  90  10-14  117 
картофель  75-80  6-10  117 
семечки необчищенны  20-40  8-12  117 
орехи кедровые неочищенные  20-40  8-12  117 
10  сухари резанные  31  4-6  117 
11  мясо сырое  68,5  8-10  150 
12  мясо вареное  70   8-10 150 
13  рыба соленая  81 8-10  150 
14  персики  86,3  18-20  117 
15  виноград (киш-миш)  80  17-20  190 
16  черника  85  13-16  190 
17  голубика  85  13-16  190 
18  малина  87  13-16  190 
19 банан  60  19.4  117 
20  травы лекарственные  60  5-8  90 
21  яблоки  89  6-18  117 
22  груши  87  20  117 
23  томаты  96  10  117 
24  перец сладкий  93  8-12  117 
25  доска толщ 20 мм  60  10-15  117 

 
Примечания.

1 .Приведённые в таблице значения конечной влажности  
высушенных материалов соответствуют нормам ГОСТа для них.  
2. Значения энергозатрат при сушке доски отнесены к одному кубометру.