Вибрационные сушилки с инфракрасными излучателями

В статье приведены преимущества сушки зернистых и порошкообразных продуктов в виброкипящем слое с энергоподводом в электромагнитном поле инфракрасного диапазона. Рассмотрены принципы работы вибрационных сушилок с инфракрасными излучателями, даны описание конструкции сушилок СВИК -100 и СВИК -350 и их технические характеристики. Представлены сведения об использовании сушилок в промышленности и об их возможном применении в качестве микронизаторов для обработки зернового сырья.

Сушка является одним из важнейших технологических процессов в различных отраслях промышленности, таких как химическая, фармацевтическая, пищевая и др. Но существующее традиционное аппаратурное оформление процессов сушки не всегда может удовлетворить возросшие требования потребителей. Решение задач производства качественной продукции требует более совершенного оборудования с высокой интенсивностью ведения процессов.

В течение ряда лет предприятием ООО «КОНСИТ-А» ведутся работы по созданию вибрационного технологического оборудования для термообработки (нагрева, прокалки, сушки и охлаждения) сыпучих материалов в виброкипящем слое с конвективным, кондуктивным и радиационным подводом тепла.

Разработанная совместно с предприятием ООО «Производственная компания «СТАРТ» вибрационная сушилка с инфракрасными излучателями (СВИК) относится к сушильным установкам виброкипящего слоя с энергоподводом в электромагнитном поле инфракрасного диапазона (ИК).

Энергоподвод к объекту сушки в электромагнитном поле способствует значительной интенсификации процесса тепло- и массообмена, повышению качества продукта и создает благоприятные условия для автоматизации процесса.

При ИК-облучении процесс сушки интенсифицируется благодаря значительной плотности теплового потока на поверхности материала (на порядок больше, чем при конвективной сушке), рассеянию в объекте сушки потока, поглощённого поверхностным слоем, и частичному проникновению энергии внутрь материала.

Сущность процесса состоит в том, что при воздействии вибрационных колебаний на обрабатываемый слой продукта он приобретает свойства текучести, разрыхляется, перемешивается и транспортируется в заданном направлении. Все частицы продукта при этом подвергаются обработке инфракрасным излучением, создаваемым кварцевыми галогенными лампами, установленными над слоем. Благодаря высокой плотности теплового потока и его проникающей способности происходит быстрый прогрев и сушка продукта.

Для интенсификации тепло- массообмена сушка ведется в осциллирующем режиме, а в зонах термообработки предусмотрен ввод нагретого воздуха.

При осциллирующем режиме сушки периоды нагрева продукта инфракрасными лучами чередуются с периодами выдержки. При выдержке температурный градиент в материале и градиент влагосодержания меняют свой знак, и происходит более интенсивное перемещение влаги к зоне испарения. Подача нагретого воздуха в зоны сушки способствует конвективному тепло- массообмену и ускоряет отвод паров испаряемой влаги.

Благодаря указанным особенностям процесса, эффективность сушки, а также качественные показатели обрабатываемых продуктов в аппаратах виброкипящего слоя значительно выше, чем в традиционно используемых ленточных конвейерных сушилках с инфракрасными излучателями. Термообработка продукта в ленточных сушилках осуществляется в неподвижном слое, в результате происходит неравномерное распределение тепла и влаги, местные перегревы материала, что приводит к снижению качества готового продукта. Транспортным органом в ленточных сушилках является металлическая сетка или резинотканевая лента, что накладывает определенные ограничения на область применения данных сушилок. Сетки не позволяет вести обработку мелкодисперсных порошков, а резинотканевая лента ограничивает температуру обработки материала. Сушилки СВИК лишены этих недостатков, так как транспортным органом в них является стальной лоток, по которому могут перемещаться с заданной скоростью как зернистые, так и порошкообразные продукты, а температура их обработки может достигать 250 ⁰С.

Сушилка вибрационная с инфракрасными излучателями СВИК (см. рис. 1) представляет собой горизонтальный вибрационный конвейер (1) с рабочим органом в виде прямоугольного лотка (2) из коррозионно-стойкой стали. Сверху над лотком стационарно расположены кассеты (3) инфракрасных излучателей, секции отвода паров (4) и секция охлаждения продукта (5). Начальный участок лотка прогревается кассетой установленной снизу.

Каждая кассета ИК-излучателей (кварцевые галогенные лампы КГТ с цветовой температурой накала 2500 К) снабжена встроенным вентилятором (6) с секторной заслонкой, который обеспечивает охлаждение контактов ламп и подачу нагретого воздуха в зону сушки. Кассеты и секции шарнирно установлены на круглой штанге для поднятия и поворота их при техническом обслуживании ламп и лотка.

Секции отвода паров и секция охлаждения материала соединены гибкими воздуховодами (7) соответственно с вытяжным и приточным вентиляторами.

Поступающий в сушилку материал под действием вибрации непрерывно перемещается по лотку, последовательно проходя под кассетами ИК-излучателей и секциями отвода паров. Микроволновое инфракрасное излучение, генерируемое кварцевыми галогенными лампами, проходит сквозь слой, преобразуется в тепловую энергию, нагревает материал и выпаривает из него влагу. Воздух, подаваемый вентилятором, встроенным в кассету, проходит внутри неё по каналам, охлаждает контакты ламп, нагревается при этом и поступает в зону сушки,  обеспечивая конвективный тепло- массообмен и удаление паров выпариваемой влаги. Отвод насыщенного влагой воздуха осуществляется вытяжным вентилятором через секции отвода паров, соединенных гибкими воздуховодами с коллектором. Высушенный материал перед выгрузкой из сушилки охлаждается воздухом, подаваемым приточным вентилятором в секцию охлаждения.

Скорость транспортирования материала и время его обработки регулируется изменением скорости вращения вибраторов. Температура лотка под кассетами контролируется контактными термопарами, температура материала на выходе из сушилки контролируется бесконтактным датчиком (пирометром).

В комплект поставки входит шкаф управления (8), система отвода паров и система охлаждения материала (вентиляторы, гибкие воздуховоды, заслонки). Технологическая принципиальная схема сушилки СВИК-350 представлена на рис.2.

Для удобства обслуживания на передней панели шкафа управления размещены мнемосхема со световой индикацией температур для каждой зоны сушки, а также клавиатура и дисплей для ввода и просмотра заданных и текущих температур.

Соединение кассет ИК-излучателей, вибраторов и вентиляторов со шкафом управления осуществляется при помощи кабелей с разъемами. Монтаж сушилки на месте эксплуатации занимает несколько часов.