CC BY
8
1 2 2 2 2 © Пахомов А.Н. , Бирюкова И.Ю. , Васенина С.В. , Комбарова Е.Ю. , Позднышева И.Г.
1К.т.н., доцент, кафедра «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность»; 2 студент, кафедра «Технологические процессы, аппараты и техносферная безопасность», Тамбовский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАКРАСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В АППАРАТАХ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ ИНЕРТНЫХ ТЕЛ
Аннотация
Статья посвящена исследованию влияния инфракрасного излучения на кинетику сушки жидких дисперсных продуктов в аппаратах с кипящим слоем инертных тел.
Ключевые слова: излучатель, кинетика, температура, скорость, влажность, сушка. Keywords: radiator, kinetics, temperature, speed, humidity, drying.
Одним из перспективных способов интенсификации процессов сушки дисперсных материалов, является применение аппаратов кипящего слоя. При этом, в отличие от неподвижного слоя, используется вся поверхность частиц для тепломассообмена с потоком сушильного агента. Одним из способов интенсификации процесса сушки дисперсных продуктов в кипящем слое является использование инфракрасного излучения [1]. При этом наибольший эффект получается при использовании комбинированной радиационного и конвективного теплоподвода с использованием температуры сушильного агента сушки. В литературе мало исследован этот комбинированный метод. Имеются, как правило, общие данные по лабораторным установкам и результатам полученных экспериментов. Описываются режимы работы установки и характеристики получаемых сухих продуктов [2, 3].
Нами была исследована возможность применения инфракрасных излучателей для интенсификации процесса сушки жидких дисперсных продуктов в кипящем слое инертных тел. Для этой цели излучатели устанавливались в различных частях сушильной колонки, в частности использовалось расположение инфракрасного излучателя по стенкам аппарата, по оси аппарата, в верхней части слоя, в районе газораспределительной решетки [4].
Теплоподвод осуществлялся либо нагретым воздухом, либо с помощью инфракрасного излучателя, либо комбинировано: сушильным агентом и тепловым излучением. Доля тепла подающегося в кипящий слой с помощью инфракрасного излучателя изменялась в определенном соотношении, в зависимости от количества установленных излучателей. Основной целью работы была возможность получения качественного готового продукта, в частности сухой послеспиртовой барды и мясокостной жидкости с возможностью устойчивой работы аппарата с подобного рода излучателями в течении длительного времени [5]. Теоретическое описание процесса сушки при комбинированном теплоподводе (в особенности для продуктов, склонных к структурообразованию) является сложной задачей, поэтому на сегодняшний день мы ограничились только качественным исследованием процесса.
Отдельную сложность для исследования представляет тот факт, что перенос энергии инфракрасным излучением в различных материалах обладающих собственными оптическими и теплофизическими свойствами является особо сложной физической задачей. При этом процесс передачи тепловой энергии за счет излучения к кипящему слою инертных тел, дополнительно определяется рядом факторов, в частности дисперсным составом материала, его размерами и оптическими характеристиками. При этом оптические и геометрические свойства частиц, как правило, влияют на характер движения отдельных частиц материала, при исследованном комбинированном теплоподводе [6].
© Пахомов А.Н., Бирюкова И.Ю., Васенина С.В., Комбарова Е.Ю., Позднышева И.Г., 2016 г.
С точки зрения механизма процесса можно предположить, что внесение дополнительной энергии в кипящий слой в виде теплового излучения будет определенным образом влиять на структурообразование в высыхающем продукте. Нами, для продуктов слабо склонных к структурообразованию, было получено, что использование доли инфракрасной энергии равной или больше доли вносимой в слой с помощью сушильного агента приводит к интенсификации процесса сушки [7].
Для продуктов склонных к структурообразованию (в той или иной мере) влияние инфракрасного излучения не однозначно. Для отдельных продуктов некоторое увеличение интенсивности процесса наблюдается при дополнительном инфракрасном теплоподводе. Однако дальнейшее увеличение числа излучателей приводит к получению продукта худшего качества. Например, наблюдаются явления структурообразования, замедляющие кинетику сушки и приводящие к появлению в кипящем слое крупных агломератов, в свою очередь нарушающих процесс псевдоожижения. При этом для отдельных высушиваемых продуктов такое явление приводит к полному нарушению кипения. Однако, для некоторых продуктов, например, зерна сушка при комбинированном теплоподводе ускоряется, даже при наличии низких температур сушильного агента и излучателей. Это явление можно объяснить тем, что частицы высушиваемого материала прогреваются интенсивнее за счет теплового излучения. При этом для материалов, которые позволяют проникать инфракрасным лучам внутрь частицы, такой нагрев будет наиболее интенсивным. Градиент температуры и влажности внутри частицы оказывается сонаправленным и перенос влаги приобретает характер термодиффузии, что значительно интенсифицирует процесс сушки.
На сегодняшний день необходимо проведение дополнительных экспериментальных исследований по выбору инфракрасного излучателя, его характеристик, мест установки, а так же разработки математической модели подобного рода аппарата. Как показали наши исследования, применение комбинированного способа теплоподвода сокращает на 15-20% время сушки мясокостной жидкости, слабо склонной к структурообразованию, в кипящем слое инертных тел состоящих из фторопластовых кубиков. При этом расход сушильного агента уменьшается на 5-7%.
Литература
1. Пахомов, А.Н. Экспериментальная установка для сушки жидких дисперсных продуктов в кипящем слое инертных тел/Пахомов А.Н., Волостных С.Г., Ельцов А.Г., Шуваев А.С.// Новый университет. Серия: Технические науки. 2015. № 3-4 (37-38). С. 97-100.
2. Гатапова, Н.Ц Особенности механизма и кинетики сушки жидких дисперсных продуктов на подложках/Гатапова Н.Ц., Пахомов А.Н., Пахомова Ю.В.//В сборнике: Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвящённых 105-летию академика А.В. Лыкова. Москва, 2015. С. 42-47.
3. Пахомов, А.Н. Кинетические особенности сушки капель жидких дисперсных продуктов на подложках/Пахомов А.Н., Гатапова Н.Ц., Пахомова Ю.В.// В сборнике: Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов в различных отраслях промышленности и агропромышленном комплексе сборник научных статей Первых Международных Лыковских научных чтений, посвящённых 105-летию академика А.В. Лыкова. Москва, 2015. С. 81-83.
4. Пахомов, А.Н. Сушка капель жидких дисперсных продуктов/ А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова -М.: Издательство «Перо», 2013. - 122с.
5. Пахомова, Ю.В. Особенности механизма и кинетики сушки капель дисперсий (на примере сушки послеспиртовой барды) / Ю.В. Пахомова, В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов // Вест. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 17, № 1. - С. 70-82.
6. Коновалов, В.И. Геометрия, циркуляция и тепломассоперенос при испарении капли на подложке/ В.И. Коновалов, А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова// Вест. Тамб. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 17, № 2. - С. 371-387.
7. Пахомов А.Н. Типы кинетических кривых, получаемых при сушке капель жидких дисперсных продуктов/А.Н. Пахомов, Ю.В. Пахомова// Химическая технология. - 2014. - №10. - С. 620-623.
