Электровзрывная сушка

Алейников И. Яковлев М. Электровзрывная сушка // Пищевая промышленность. 2002 . №12. C. 48-49

Электровзрывные технологии, основанные на использовании методов электрогидрогазодинамики сильноточных разрядов в различных средах, относятся к числу многофункциональных наукоемких технологий. С их помощью удается решать множество задач в процессе создания энергоресурсосберегающих технологий для агропромышленного комплекса, в том числе создавать принципиально новые виды сушильных агрегатов. Базовым элементом нетрадиционных сушилок служит электровзрывной модуль, который представляет собой малогабаритную камеру специальной формы, в газовоздушной среде которой с помощью импульсного генератора тока формируется плазменный шнур, создающий динамические эффекты. Конструктивно-технологические особенности камеры, выбор режима формирования электроразрядного плазменного шнура позволяют получать импульсный гидродинамический поток сухого воздуха в форме плоской струи с высоким динамическим давлением, которая взаимодействует с высушиваемым материалом. Вид обрабатываемого материала определяет конструкцию сушильного агрегата, число и места расположения электровзрывных модулей по ходу движения высушиваемой массы материала в желобе сушилки.

Наиболее простой вариант малообъемной сушилки - агрегат, в котором сыпучий материал перемещается под действием гравитационных сил сверху вниз по вертикальному или наклонному желобу, пересыпаясь дозированными порциями по перепускным перегородкам в желобе, которым придается оптимальная форма. Модульные электровзрывные элементы размещаются напротив потока сыпучего материала в тех местах, где материал пересыпается с перегородки на перегородку. В результате воздействия встречного динамичного потока воздушной струи на материал, расположенный на верхней плоскости наклонной перегородки, он интенсивно перемешивается, частицы его испытывают вращение, слой материала становится гомогенным. Такой режим взаимодействия потока воздушной струи и массы материала близок к режиму псевдоожижения.

Характерная особенность нетрадиционного метода формирования плоской воздушной струи заключается в том, что создающий динамическое давление плазменный шнур в камере электровзрывного модуля формируется в режиме тлеющего разряда в среде воздуха высокого давления, который подается в камеру от ресивера компрессора. В этом случае с плазменного шнура стекают электроны высокой энергии, которые трансформируют кислород воздуха в анионные радикалы кислородного ряда. Среди них присутствуют анионы озона. В связи с этим динамическая струя насыщается теми химическими элементами-радикалами, которые не только обеззараживают материал, но и интенсифицируют процесс удаления влаги с высушиваемого материала за счет изменения физико-химических свойств воды. Эффект обеззараживания усиливается также за счет того, что материал подвергается со стороны плазменного шнура воздействию ультрафиолетового излучения сплошного спектра, максимум энергии которого приходится на диапазон длин волн от 180 до 350 нм. Физико-химические факторы тлеющего разряда способствуют разложению молекул влаги воздуха в камере на активные радикалы. В результате резко уменьшается влажность воздуха, а дополнительные радикалы участвуют в процессе обеззараживания высушиваемого материала.

В зависимости от давления воздуха, подаваемого от компрессора в камеру электровзрывного модуля, от величины тока импульсного разряда в пределах от 100 до 400 мА, крутизны переднего фронта импульса электроразряда микросекундной длительности можно формировать плоские воздушные динамические струи, скорость потока воздуха в которых может достигать от 50 до 150 м/с при ширине струи в пределах от 50 до 100 мм. Динамическое давление струи, зависящее от скорости потока воздуха, определяет производительность сушильного агрегата. Масса порции высушиваемого материала на одной перегородке, для которой можно обеспечить режим псевдоожижения при достижимых скоростях потока воздуха в струе, составляет от 50 до 200 г в зависимости от удельной массы частиц материала. Если динамическое воздействие на высушиваемый материал осуществлять с временными паузами, за которые почти весь материал пересыплется с одной перегородки на другую, то производительность сушильного агрегата от 50 до 500 кг/ч. Производительность можно увеличить при уменьшении разницы между начальной и конечной величинами относительной влажности высушиваемого материала, при параллельном соединении электровзрывных модулей. В настоящее время предельная производительность сушильных агрегатов такого типа ограничивается 1-2 т/ч.

Нагрев воздуха динамических струй осуществляется при использовании локальных нагревателей, расположенных у выходного конца сопел камер электровзрывных модулей. Их температуру можно регулировать с помощью сетевого электротрансформатора таким образом, чтобы средняя температура воздуха в желобе сушилки была в пределах от 40 до 70 ?С в зависимости от вида высушиваемого материала. При этом температура струйно-импульсного динамического потока воздуха от 130 до 180 ?С. Для сокращения расхода сжатого воздуха, подаваемого в электровзрывные модули, на выходе камеры модуля предусмотрено размещение клапана, который открывается в момент электровзрыва.

Энергопотребление электровзрывными модулями незначительное. При установленной мощности одного модуля от 20 до 100 Вт при числе модулей порядка 10 затраты электроэнергии сравнимы с энергозатратами компрессора, а также нагревательных элементов. В зависимости от производительности и назначения сушильного агрегата его общая установленная мощность колеблется от 1 до 5 кВт, что позволяет считать новый техпроцесс сушки энергосберегающим и конкурентоспособным по отношению к известным методам сушки сыпучих термолабильных материалов.

В поперечном сечении ширина желоба или его высота в наклонном варианте определяется шириной плоской струи динамического потока воздуха. Проекционная длина перегородок находится в пределах от 200 до 500 мм. Общая длина желоба, например при 10 электровзрывных модулях, не более 2 м.

Боковые стенки желоба можно выполнить из сетки для удаления пыли в дополнительный короб. В отдельных случаях поток теплого воздуха можно пропускать через дозатор бункера с исходным материалом для предварительного подогрева высушиваемого материала. При использовании сжатого воздуха от компрессора в режиме эжекции отходящий пылевой поток можно направить в циклон осаждения пыли.

Преимущество данной технологии сушки сыпучих материалов в щадящем температурном режиме обусловлено тем, что тлеющий разряд в плотной воздушной среде позволяет формировать струйные динамические потоки воздуха с ударной волной, с большой мгновенной скоростью потока, большим градиентом скорости по времени. При этом возрастает относительная скорость обдува частиц высушиваемого материала, так как движение частиц в силу инерционности отстает от мгновенных изменений скорости ударных волн воздушного потока. В результате деформируются и разрушаются диффузные и гидродинамические пограничные слои влаги. Ударные волны оказывают широкополосное частотное воздействие на высушиваемый материал, возбуждая резонансные колебания в частицах материала, интенсифицируя вынос влаги изнутри частиц материала наружу. Этому же способствует перепад давления, создаваемый между капиллярными каналами и внешней поверхностью частиц при высокой скорости их обдува. Поглощение энергии ударных волн вызывает дополнительный нагрев внутри частиц материала, что также интенсифицирует унос влаги из материала. Динамический режим обработки в режиме псевдоожижения повышает равномерность процесса сушки. Физико-химические факторы тлеющего разряда обеспечивают синергетический режим обеззараживания материала при одновременном воздействии на него ультрафиолета и радикалов. Исключается применение озонатора, ультрафиолетовых ламп, осушителя воздуха.

К недостаткам новых сушилок можно отнести то, что возникают технологические сложности при сушке высокоадгезивных материалов, например, при их высокой влажности, наличии на поверхности частиц клейких веществ. Это приводит к необходимости использования полированных поверхностей в желобе и периодической очистке сжатым воздухом желоба от прилипших к поверхностям частиц. Имеются также ограничения на сушку материалов с высокой степенью агломерации частиц повышенной влажности, приводящей к образованию комков из частиц высушенного материала.

Компактность сушильных агрегатов, сравнительная простота их устройства, малые удельные энергозатраты предопределяют возможность их широкого применения для малообъемной сушки различных сыпучих термолабильных материалов. Они удобны для подсушки и обеззараживания как пищевой продукции, так и сельскохозяйственного сырья. Эти сушильные агрегаты модульной конструкции можно в последующем унифицировать при оптимизации конструктивно-технологических параметров сушилок для различных видов материалов с начальной влажностью от 85 до 25 % и конечной влажностью от 15 до б % и менее. Электровзрывная сушка обеспечивает возможность увеличения производительности сушки материалов при совместном применении простых, относительно дешевых и экологически чистых параллельно работающих модульных сушильных агрегатов на небольших производственных площадях.

Электровзрывные модули, формирующие плоские динамические струи, можно использовать в других типах сушилок, где требуется сочетать продувку материала и его ворошение, перемещать материал струями разного давления, воздействовать на материал струями с разной температурой.

Новая технология может стать одной из наиболее оптимальных для малообъемной сушки сыпучих материалов в щадящем температурном режиме для сохранения в них питательных веществ и обеспечения экологической чистоты материалов.