Енерго- та ресурсозберігаючі технології термовакуумної сушки дисперсних матеріалів :: НВК ВДЕРТ

Енерго- та ресурсозберігаючі технології термовакуумної сушки дисперсних матеріалів

Сушіння вологого матеріалу представляє собою перенесення вологи з внутрішніх пластів матеріалу до його поверхні та видалення цієї вологи з поверхні в навколишнє середовище. Теплофізичні процеси перенесення енергії та маси речовини є найважливішими фізичними основами технологій сушіння дисперсних матеріалів. З метою підвищення надійності та економічності сушильних установок вивчена теплоенергетика процесів, які використовуються в сушильних установках для отримання високоякісних висушених матеріалів.

Дослідження проводились на актуальних для народного господарства України прикладах вакуумного сушіння зерна, дерева, великогабаритних керамічних виробів, а також гідроксиду цирконію Zr(OH)₄ з метою отримання з нього діоксиду цирконію ZrO₂. Дослідження показали, що для кожного виду продукту потрібно розробляти специфічні умови сушіння та оснащення (зокрема, нагрівальні елементи сушильних установок), що забезпечує високу якість кінцевого продукту.

Сушка зерна

При сушінні зерна використовувалось два режими. Сушіння фуражного зерна відбувається при температурі до 70°C, а насіннєвого зерна - при температурі не вище 50°C, при цьому час сушіння збільшується.

Експерименти показали, що залежність між коефіцієнтом дифузії вологи в зерні пшениці, його вологовмістом та температурою може бути представлена у вигляді

,
де T – температура в вакуумній камері; u – відносна вологість (масова частка Н₂O). Для ряду матеріалів – зерно, кераміки, Zr(OH)₄ – знайдені коефіцієнти A, B, C, k.

Максимальна допустима температура нагрівання зерна визначається термостійкістю його білкового вмісту та залежить від початкових властивостей клейковини. Зерно швидко нагрівається до гранично допустимої температури, але повільно віддає вологу. Для сушіння зерна потрібно застосовувати осцилюючий режим сушіння, коли після нагріву зерно піддають проміжному охолодженню, а потім цикл сушіння повторюється. Такий режим сушіння зберігає поживні речовини в зерні, і воно залишається життєздатним (Рисунок 1). При підвищенні температури сушіння (див. Рисунок 1(б)) життєздатні клітини зерна гинуть, і зерно може використовуватися лише як фуражне.


а)	б)

Рисунок 1 – Мікроструктура зерна, висушеного при температурі T = 50°С (а) та T = 70°С (б)

Сушка деревини

При сушінні деревини (а також при сушці великогабаритних вогнетривких виробів) режим сушіння відрізняється від режиму нагрівання зерна.

При інтенсивному нагріванні дані матеріали схильні до розтріскування, тому їх слід прогрівати, спочатку прогрівати до температури 30°C та витримувати при даній температурі 4...5 годин для уникнення інтенсивного випаровування з поверхні матеріалу та створення великого градієнта тиску всередині тіла. Температуру нагрівання деревини та вогнетривких виробів необхідно піднімати повільно, через певний проміжок часу. Максимальна температура сушіння деревини на заключному етапі досягає 80°С, а вогнетривких виробів 50°С.

На Рисунку 2 показаний фрагмент дуба до сушки (а) та після сушки (б).


а)	б)

Рисунок 2 – Структура деревини дуба до (а) та після (б) сушки в вакуумній камері (поперечний розріз)