+7 (495) 545-21-53

Библиотека

Название: Сравнительная оценка акустической сушки древесины с другими способами сушки
Автор: Корецкий С.Л.

Известно, что процесс сушки состоит из двух основных периодов. В первый период влага, находящаяся на поверхности материала, испаряется в окружающее пространство. Второй период начинается с момента, когда поверхностная влага в основном испарилась, в материале образовался градиент влажности и происходит диффузия влаги из нижележащих слоев к поверхности.

Акустическое воздействие при сушке значительно ускоряет все процессы испарения и диффузии, что объясняется рядом эффектов возникающих как на поверхности, так и внутри материала. Основными факторами, ускоряющими унос влаги с поверхности осушаемого материала на первом этапе сушки, являются возникающие турбулентные потоки и акустические течения у поверхности материала, нестабильность поверхностного слоя жидкости. «Следует полагать, что ускоряющее действие звуковых колебаний может проявляться лишь за счет изменения гидродинамических условий на поверхности тела.  ….. На поверхности возникают волны, с верхушек которых жидкость интенсивно разбрызгивается»[1]. Внутри материала происходят процессы диффузии, интенсифицированные упругими колебаниями осушаемого материала. М. Смолуховский и А. Эйнштейн обосновали следующее выражение для   коэффициента акустической диффузии: 

D = 1/3l2v0 , т. е. как функцию квадрата амплитуды l и частоты- v0 колебаний частиц [2]. 

Экспериментально установлено, что при интенсивности акустических колебаний более 136 дБ, скорость сушки возрастает в экспоненциальной зависимости от роста интенсивности звукового поля [1]По некоторым другим данным, полученным в том числе и при эксплуатации опытно-промышленной установки по сушке древесины, эта граница начинается со 150 дБ .
В тоже время, в соответствии с уравнением Аррениуса, показывающем зависимость коэффициента молекулярной диффузии от температуры: Dt = D0e^(-Q/kbT), где
: (Dt) - коэффициента молекулярной диффузии, D0 – предэкспоненциальный множитель, Q – энергия активации диффузии, kb - постоянная Больцмана, Т - температура.

Таким образом, на скорость акустической сушки для большинства материалов наибольшее влияние оказывают интенсивность звукового поля и температура в камере.

Влажность среды не столь ярко влияет на интенсивность сушки, как интенсивность звука и температура, но имеет свои особенности значимые для сушки некоторых материалов.

При активном участии автора этой заметки, в Новосибирске в 2001-2008 годах была построена опытно-промышленная установка для сушки древесины на основе «Способа акустической сушки капиллярно-пористых материалов» [3], которая впоследствии прошла ряд реконструкций. В камере внутренними размерами 1,7х1,7х6,5 метров газоструйным излучателем удалось достичь интенсивности звука немногим более 148 дБ, при которой изменения влажности древесины в процессе периодического озвучивания оказались недостаточными для сушки. С целью интенсификации процесса сушки опытно-промышленная установка была оснащена системой подогрева и дополнительной вентиляцией в соответствии с акустотермическим способом сушки [4], что практически не внесло изменений в процесс сушки, установка не работала. В целях повышения интенсивности звукового поля в камере, было предложено устройство для акустотермической сушки капиллярно-пористых материалов [5], в соответствии с которым камера опытно-промышленной установки была разделена на 4 части звуконепроницаемыми перегородками, и снабжена дополнительной системой подачи теплого воздуха в камеру. В результате всех этих изменений, при потребляемой мощности 200 кВт, интенсивность звука в каждой секции достигла 155 дБ, процесс сушки, например, сосновой доски толщиной 50 мм продолжался 10-12 часов до влажности 14-16 процентов. В этом виде установка вполне успешно работала в составе деревообрабатывающего предприятия около 2 лет.

В опытно-промышленной установке по сушке рыбы, построенная в 2011 г. в Рязанской области, при потребляемой мощности немногим более 37 кВт, обеспечивалась интенсивность звукового поля в 155 дБ, но уже во всем 19 кубовом объеме камеры. Удвоение давления воздуха, подаваемого на источник звука, поднимало интенсивность до 160 дБ при удовлетворительной равномерности звукового поля по объему камеры.

Время озвучивания при сушке сосновой доски при 165 дБ на опытной установке Института теоретической и прикладной механики СО РАН составляло немногим более 1 часа [13]. На опытно-промышленной установке по сушке древесины время сушки сосновой доски до влажности 14-16% при 155 дБ было 10-12 часов, время озвучивания материала - 4-6 часов. Следует ожидать, что время сушки в новой установке при интенсивности звука 160 - 170 дБ сократится не менее чем в 2-3 раза и достигнет 4-5 часов.

В нижеприведенной таблице 1 приведены данные сушек древесины различных типов объемом около 10 м3 осушаемого материала [14,15]*.

Таблица 1
 

п/п

 

Наименование

Тепловая энергия, кДж/кг/

Руб/кг

Электро-энергия,

кВтч/кг

Суммарные затраты энергии, руб/кг

Время сушки,

час

 
1.

Паровоздушные малой производительности, HD, KWB, SR68, SHT, Zicnica (Финляндия)

 

5690/

2,72

 

0,25/

1,33

 
 

4,05

 

72

 
2.

Вакуумно-импульсная установка сушки древесины фирмы «Витекс»

 

1440/

0,69

 

0,22/

1,17

 

1,85

 

18

 
3

Пресс-вакуумная ПВСК-3; ПВСК-5; ПВСК-9

1224/

0,59

0,64/

1,06

 

1,65

 
~28
 
4.

Акустическая сушка (патент РФ 2062416)

-

0,41

1,67

10

5.

Новая установка (проект)

-

0,1

0,53

4-5

 

*Примечание. В акустических сушках древесины тепловая энергия извне не поступала, для дополнительной вентиляции камер использовалось тепло от систем охлаждения компрессоров. В расчетах суммарных затрат энергии использовались тарифы на электроэнергию - 5, 3 руб/кВтч и 2000 руб/Гкал на тепловую энергию, 1кДж=0,239х10-6 Гкал

По сравнению с паровоздушной сушкой при равных объемах осушаемого материала, экономия только электроэнергии и тепла превышает 2 млн. рублей в год. С учетом большей в 11 раз производительности установки, она окупается менее чем за один год. Даже если предположить, что тепловая энергия «дармовая» за счет переработки отходов, то и в этом случае новая установка эффективнее любой другой.

Энергопотребление установки в 40-80 кВт доступно для большинства небольших предприятий промышленности.

1.                 «Физические основы ультразвуковой технологии» Под. ред. Л.Д. Розенберга, «Наука», Москва, 1970 год.

2.                 Кардашев Г.А., Михайлов П.Е. «Тепломассообменные акустические процессы и аппараты», М. Машиностроение, 1973.

3.                 Патент РФ на изобретение № 2062416 «СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОЙ СУШКИ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ».

4.                 Патент РФ на изобретение № 2215953«АКУСТОТЕРМИЧЕСКИЙ СПОСОБ СУШКИ МАТЕРИАЛОВ».

5.                 Патент РФ на изобретение № 2283995 «УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ АКУСТО-ТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ».        

 

 

Назад