Энерго- и ресурсосберегающие технологии термовакуумной сушки дисперсных материалов :: НПК ВИЭРТ

Энерго- и ресурсосберегающие технологии термовакуумной сушки дисперсных материалов

Сушение влажного материала представляет собой перенесение влаги из внутренних пластов материала к его поверхности и удаление этой влаги с поверхности в окружающую среду. Теплофизические процессы переноса энергии и массы вещества являются важнейшими физическими основами технологий сушения дисперсных материалов. С целью повышения надежности и экономичности сушильных установок изучена теплоэнергетика процессов, которые используются в сушильных установках для получения высококачественных высушенных материалов.

Исследования проводились на актуальных для народного хозяйства Украины примерах вакуумного сушения зерна, дерева, крупногабаритных керамических изделий, а также гидроксида циркония Zr(OH)₄ с целью получения из него диоксида циркония ZrO₂. Исследование показали, что для каждого вида продукта нужно разрабатывать специфические условия сушения и оснащение (в частности, нагревательные элементы сушильных установок), что обеспечивает высокое качество конечного продукта.

Сушка зерна

При сушении зерна использовалось два режима. Сушение фуражного зерна происходит при температуре до 70°C, а семенного зерна - при температуре не выше 50°C, при этом время сушения увеличивается.

Эксперименты показали, что зависимость между коэффициентом диффузии влаги в зерне пшеницы, его влагосодержанием и температурой может быть представленная в виде

,
где T – температура в вакуумной камере; u – относительная влажность (массовая доля Н₂O). Для ряда материалов – зерно, керамики, Zr(OH)₄ – найдены коэффициенты A, B, C, k.

Максимальная допустимая температура нагревания зерна определяется термостойкостью его белкового содержимого и зависит от первоначальных свойств клейковины. Зерно быстро нагревается до предельно допустимой температуры, но медленно отдает влагу. Для сушения зерна нужно применять осциллирующий режим сушения, когда после нагрева зерно подвергают промежуточному охлаждению, а потом цикл сушения повторяется. Такой режим сушения сохраняет питательные вещества в зерне, и оно остается жизнеспособным (Рисунок 1). При повышении температуры сушения (см. Рисунок 1(б)) жизнеспособные клетки зерна гибнут, и зерно может использоваться лишь как фуражное.


а)	б)

Рисунок 1 – Микроструктура зерна, высушенного при температуре T = 50°С (а) и T = 70°С (б)

Сушка древесины

При сушении древесины (а также при сушке крупногабаритных огнеупорных изделий) режим сушения отличен от режима нагревания зерна.

При интенсивном нагревании данные материалы склонны к растрескиванию, поэтому их следует прогревать, сначала прогревать до температуры 30°C и выдерживать при данной температуре 4...5 часов во избежание интенсивного испарения из поверхности материала и создания большого градиента давления внутри тела. Температуру нагревания древесины и огнеупорных изделий необходимо поднимать медленно, через определенный промежуток времени. Максимальная температура сушения древесины на заключительном этапе достигает 80°С, а огнеупорных изделий 50°С.

На Рисунке 2 показан фрагмент дуба до сушки (а) и после сушки (б).


а)	б)

Рисунок 2 – Структура древесины дуба до (а) и после (б) сушки в вакуумной камере (поперечный разрез)