2424

-значительная интенсивность сушки и возможность резко сократить продолжительность сушки, а, следовательно, снизить себестоимость сушки.

Сушка термоизлучением трудносохнущих толстых материалов возможна только при использовании специальных приемов:

-применение прерывистых режимов;

-использование локальных лучистых потоков;

-экранированная сушка;

-сушка в формах;

-ступенчатое или постепенное повышение температу-

ры;

-комбинирование с другими способами сушки. Количество лучистой энергии, которое переносится от

источника излучения к другим телам или рассеивается в окружающей среде в единицу времени, называется лучистым потоком и выражается в ваттах. Для характеристики распределения потока на облучаемой поверхности пользуются понятием энергетической освещенности, т. е. количеством лучистой энергии, приходящейся на единицу поверхности, в Вт/м2.

Терморадиационные сушилки по способу обогрева генераторов инфракрасного излучения можно разделить на:

-ламповые;

-с электрообогреваемыми панелями и трубчатыми электронагревателями;

-сушилки с металлическими или керамическими излучающими поверхностями, обогреваемыми горючими газами.

Терморадиационные сушилки бывают стационарного и переносного типов. Стационарные радиационные сушилки бывают камерными и туннельными, в которых сушимые изделия перемещаются на вагонетках, ленте или конвейере. Переносные радиационные сушилки применяются для сушки оборудования на месте, например обмоток электродвигателей или окрашенных после ремонта судов, самолетов, автомобилей и т.

89

п. В качестве излучателя инфракрасных лучей в переносных сушилках обычно применяются электролампы, но можно применять и керамические излучатели, обогреваемые газом.

4.1.1.Терморадиационные сушилки с электрическим обогревом

Источники инфракрасного излучения делятся на светлые и темные, в зависимости от того, какую длину волны они излучают. Светлые излучатели имеют в своем спектре область видимого света. Границей между темными и светлыми излучателями является длина волны равная 3 мкм и более.

К светлым источникам инфракрасного излучения относятся следующие виды излучателей: электрические и газовые.

Ламповые сушилки. Достоинством ламповых сушилок является отсутствие инерционности, т. е. сушильные установки приводятся в действие почти мгновенно, что особенно важно при необходимости применения прерывистого облучения. Это достоинство относится в большой степени к открытым ламповым сушилкам, не имеющим ограждений, сушка материалов в которых происходит при температурах, близких к температуре помещения. Достоинством ламповых сушилок является также простота их устройства и эксплуатации.

В настоящее время используется несколько конструкций ламп.

Ртутные лампы. Стандартные ультрафиолетовые лампы представляют собой прозрачную кварцевую колбу (от 10 см до 2,5 м), наполненную инертным газом и небольшим количеством ртути. По концам колбы находятся электроды. При подаче электроэнергии в колбе возникает дуга, которая способствует испарению ртути (до 900 С). В летучем состоянии пары ртути начинают испускать фотоны.

90

Диапазон излучения ртутной лампы довольно широк. На долю ультрафиолетового излучения приходится всего порядка 17-20 % (с основным пиком на длине волны - 365 нм, что подходит для большинства лаков и красок). На долю видимого света до 5 %. Остальное составляет инфракрасное излучение. Сдвиг спектра в ту или иную сторону достигается добавлением легирующих добавок в состав наполнителя ультрафиолетовых ламп. Это могут быть соли железа, галлия и др.

Кварцевые лампы накаливания являются очень сильным источником света, работающим по принципу теплового излучения. Трубчатая кварцевая лампа имеет внутри вольфрамовую спираль, вывод у нее молибденовый. Мощность составляет 920 — 1000 Вт. Максимальная длина волны 1 мкм. Для того чтобы как можно больше уменьшить процесс испарения вольфрама на внутреннюю поверхность трубки, в нее закачивают инертный газ. Эти лампы безынерционные. Зеркальная лампа представляет собой колбу из стекла, в центр ее помещают вольфрамовую нить, а задняя часть колбы покрыта отражающим покрытием. Мощность такой лампы может составлять 250 - 500 Вт, спектр излучения лежит в диапазоне от 0.8 до 6мкм. Они способны производить прогрев продуктов до 240 С. Такие лампы нашли широкое применение в технологических процессах при сушке пищевых продуктов как интенсивные термоизлучатели. Особенностью использования кварцевых ламп при сушке пищевых продуктов является то, что инфракрасные волны способны проникать даже в такие капил- лярно-пористые продукты, как крупа, мука и зерно на глубину около 7 мм. При всех достоинствах стеклянных кварцевых ламп их применение в качестве ИК-излучателей в пищевой промышленности запрещено гигиеническими требованиями, т.к. они могут легко разбиться в процессе эксплуатации оборудования.

Кварцевые лампы могут использоваться для высушивания мясо- и рыбопродуктов, лекарственных трав, кофейных

91

зёрен, моркови, свеклы, капусты, кабачков, баклажанов, перца, тыквы, зелени, чеснока и лука, лаврового листа, яблок, персиков, груш, винограда, абрикосов, слив, грибов, табака и прочих продуктов.

Электрообогреваемые панели и трубчатые электрона-

греватели. Наиболее перспективными в настоящее время являются керамические нагреватели. Керамические инфракрасные излучатели (нагреватели) существуют в виде объемных керамических излучателей или полых керамических излучателей с и без термоэлемента. Полые керамические излучатели отличаются особенно коротким временем нагрева и охлаждения, и при равных условиях использования отдают большую мощность по направлению вперед. Но также и при использовании объемных керамических нагревателей с рефлектором можно достичь направленной доли инфракрасного излучения более 95%.

Основными нагревательными элементами обогревателей данного типа являются инфракрасные керамические излучатели – ИК-излучатели. Они представляют собой электрические нагревательные элементы сопротивления, генерирующие инфракрасное излучение при разогреве керамической излучающей поверхности путем передачи ей тепловой энергии от встроенной внутрь керамического корпуса разогретой электрической спирали. В принципе действия инфракрасных обогревателей заложена их универсальность и высокая экономичность: благодаря заданным характеристикам инфракрасного излучения излучатели нагревают людей, предметы, ограждающие конструкции здания, находящиеся под излучателями и практически не нагревают воздух.

Трубчатый электронагреватель (ТЭН) — электронагревательный прибор в виде металлической трубки, заполненной теплопроводящим электрическим изолятором. Точно по центру изолятора проходит токопроводящая нихромовая нить оп-

92

ределённого сопротивления для передачи необходимой удельной мощности на поверхность ТЭН.

Внастоящее время выпускается большое количество самых разнообразных вариантов конструкций ТЭН: с различными сечениями трубок, с различным количеством спиралей внутри, с гибкими трубками, с трубками из неметаллов, с карбоновой спиралью и т.д.

Использование электрических излучателей в настоящее время позволило автоматизировать процесс сушки. Регулирование мощности производится с использованием современных полупроводниковых приборов, что позволяет максимально быстро приспособить интенсивность излучения к состоянию материала.

4.1.2Сушилки с газовыми инфракрасными излучателями

Внастоящее время используются две основных конструкции газовых инфракрасных излучателей:

- металлические листы нагреваются снаружи маленькими газовыми факелами или посредством потока горячих отработанных газов; при этом листы в соответствии с их размерами, температурой и состоянием поверхности создают диффузное инфракрасное излучение;

- стехиометрическую газовоздушную смесь пропускают либо через пористые или перфорированные пластины из керамического материала, либо через металлические сетки и сжигают ее на поверхности последних.

Впервом случае продукты сгорания не соприкасаются с материалами, нагреваемыми с помощью инфракрасного излучения в изолированном пространстве печи (например, в туннеле); при втором — горячие продукты сгорания поступают в сушильное пространство, то есть соприкасаются с нагреваемыми материалами.

93

Взависимости от конструкции, горелки условно делят на «тёмные» и «светлые». При температуре насадки до 400 °C

итрубным нагревательным элементом, горелка считается «тёмной», свыше 600 °С и с металлической сеткой или керамическими пластинами — «светлой». Называют их так, потому что «светлые» горелки светятся в видимом диапазоне, подобно лампам накаливания. Однако, большая часть излучения (порядка 60 %) по-прежнему представляет тепловое излучение. Так же, «светлые» горелки выбрасывают отработанные газы в отапливаемое помещение, в то время как у «тёмных» возможно варьировать по желанию выбросами продуктов сгорания, либо в отапливаемое помещение, либо за его пределы. У «тёмных» горелок есть дымосос, который кроме того что выравнивает по всей длине трубного излучателя температурный поток, еще и дает возможность удалять продукты сгорания от излучателя, в то время как «светлых» горелок такого дымососа нет конструктивно, и необходимо предусматривать принудительный отвод продуктов сгорания. Продукты сгорания газа в «светлых» горелках выводятся системой общеобменной вентиляции из верхней зоны помещения, реже — системами местной вентиляции.

Втерморадиационных сушильных установках воздух или другие газы используются исключительно для отвода паров влаги и практически не участвуют в процессе теплообмена

(рис. 23)

Будучи весьма компактными и высокопроизводительными, терморадиационные сушилки отличаются повышенным расходом энергии. Это вызвано повышенными расходами электроэнергии в качестве источника тепла в установках с электрообогревом или большими потерями тепла в установках с газовыми инфракрасными обогревателями

94

Рис. 23. Принципиальная схема терморадиационной сушильной установки для гибких материалов

.

95

5. СУШКА ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Механизм выделения тепла. При сушке токами высо-

кой частоты в сушимом материале происходят сложные молекулярные процессы. Материалы, подвергающиеся сушке, представляют собой сложные неоднородные тела - диэлектрики, включающие в свой состав иногда некоторое количество электролитов (водных растворов солей).

Все диэлектрики, которые практически следует рассматривать как полупроводники, обладают некоторой, хотя и незначительной, проводимостью, или активным сопротивлением, являющимся одной из констант, характеризующих данную материальную среду. Если электромагнитные волны распространяются через такую среду, то часть электромагнитной энергии будет этой средой поглощаться, причем количество поглощенной энергии зависит от величины проводимости среды. Величина проводимости среды определяется возможностью перемещения ионов и электронов внутри диэлектрика, а величина поглощения — тем «трением», которое сопровождает движение этих ионов внутри молекулярной среды под действием электрического тюля. В результате этого «трения» электромагнитная энергия переходит в тепло. В полупроводнике, кроме свободных зарядов, имеются связанные заряды, которые можно схематически разделить на четыре группы.

Первая группа характеризуется явлением электронной поляризации. Например, поляризацию атома водорода под действием электрического поля можно объяснить как смещение заряда и изменение его орбиты, вследствие чего в атоме возникают как бы некоторая пара сил и соответствующий дипольный момент.

Вторая группа связанных зарядов соответствует атомной поляризации, которая наблюдается в твердых, кристаллических элементах и соответствует смещению разноименно заряженных атомов.

96

Третья группа соответствует дипольной поляризации молекул. В молекуле воды, так же как и в других молекулах, атомы могут быть симметричными, а молекула может быть нейтральной и наоборот; такая молекула также имеет дипольный момент.

И четвертая группа соответствует поляризации областей со свободными зарядами, которые могут перемещаться в этой области и создавать определенный поляризационный момент, — ионная поляризация.

В результате тепловых эффектов, связанных с воздействием электрического поля высокой частоты на движение ионов, электронов, полярных и неполярных молекул, температура материала повышается, но так как при этом имеют место тепло- и влагообмен между поверхностью материала и окружающей средой и поверхность материала теряет часть тепла, ее температура возрастает медленнее, чем температура внутри материала; в результате создается значительный температурный градиент между поверхностью и центральной частью материала.

Преимущества и недостатки ТВЧ сушки. Сушка токами высокой частоты имеет ряд неоспоримых преимуществ:

-изменяя напряженность электрического поля высокой частоты можно легко менять величину температурного градиента внутри влажного материала;

-влага из внутренних центральных слоев материала проходит расстояние равное только половине толщины материала.

-температура и влажность окружающего воздуха могут регулироваться, как и при конвективной сушке, путем помещения высушиваемого материала и пластин конденсатора в сушильную камеру с регулируемыми параметрами:

-в случае неравномерной влажности материала можно путем подбора длины волны удалить влагу из мест ее сосре-

97

доточения, нагревая только эти места и практически не повышая температуру в остальных местах.

Высокочастотную сушку наиболее рационально применять для толстых материалов.

К недостаткам сушки токами высокой частоты следует отнести:

-даже при оптимальных условиях для большинства материалов стоимость ТВЧ сушки оказывается дороже конвективной в несколько (в среднем 3-4) раз.

-сложное оборудование и обслуживание,

-необходимость соблюдения дежурным персоналом строгих правил по технике безопасности, связанных с эксплуатацией установки, работающей под высоким напряжением.

Поэтому область применения высокочастотных сушильных установок должна быть в настоящее время ограничена специальными случаями, например конвейерной сушкой мелких дорогостоящих изделий, где другие способы не могут обеспечить общего ритма поточной линии и во всех случаях применения высокочастотного способа сушки требуются тех- нико-экономические расчеты и обоснование

Конструкции сушилок. Высокочастотная сушилка состоит из двух основных частей: высокочастотного генератора

исушильной камеры. В камере высушиваемый материал размещается соответственно его виду: крупные предметы — на стеллажах или вагонетках, сыпучие материалы — на транспортерах. Во всех случаях материал располагается между обкладками конденсатора, а сушильная камера продувается потоком воздуха для удаления образующихся паров.

На рис. 24 показана схема конвейерной высокочастотной сушилки для полихлорвиниловой порошковой смолы. В этой сушилке для конвейера применена лента из хлопчатобумажного бельтинга. Во избежание пробоя воздушного промежутка конденсаторов зазор между поверхностью продукта на ленте и верхними пластинами конденсатора принят 70 мм.

98