Мікрохвильова установка для сушіння сипучих матеріалів

Мікрохвильова установка для сушіння сипучих матеріалів, що містить дозатор, завантажувальний та розвантажувальний блоки з бункерами, витяжний вентилятор, вертикальну сушильну камеру, виконану у вигляді сукупності розміщених один над другим однакових модулів, кожен з яких містить корпус модуля, витяжні вентиляційні канали, вентиляційні люки, зв'язані з витяжними вентиляційними каналами, один чи декілька вузлів у вигляді послідовно з'єднаних НВЧ-генератора, хвилеводу та випромінювача, введеного всередину корпуса модуля че рез його задню стінку, баластний поглинач, розміщений на внутрішній поверхні C2 (54) МІКРОХВИЛЬОВА УСТАНОВКА ДЛЯ СУШІННЯ СИПУЧИХ МАТЕРІАЛІВ 34517 з бункерами, НВЧ-генератор з хвилеводом, вентилятор, витяжний вентиляційний канал і приймачутилізатор НВЧ-енергії, підключений до нижньої частини камери. Розгрузочний блок виконано в вигляді трійника з перекидним клапаном. Недоліком цієї установки є незадовільна інтегральна рівномірність нагріву обробляємих сипучих матеріалів вздовж хви леводної камери, оскільки конструкція вертикальної сушильної камери у вигляді хви леводу передбачає підключення НВЧгенератора до камери з хвилеводом лише біля загрузочного блоку, тобто в верхній частині камери. Збуджена бігуча хви ля в хвилеводній камері розповсюджується в напрямку, який співпадає з напрямком переміщен ня оброблюваних сипучих матеріалів. В цьому випадку значні затухання НВЧ-енергії вздовж хвилеводної камери (в сотні разів при довжині камери в декілька метрів) природньо супроводжуються неприпустимим нерівномірним нагрівом цих матеріалів, тобто їх неякісною сушкою. З відомих пристроїв найбільш близьким до пропонуємого є "Установка для сушіння сипучих матеріалів" (Заява про видачу патенту України на винахід № 94042243, бюл. №4, 26.12.95). Цю уста новку вибрано в якості прото ти пу. Вона місти ть: до затор, загрузочний та розгрузочний блоки з бун керами, витяжний вентилятор, вер тикальну сушиль ну камеру, ви конану у ви гляді сукуп ності роз міщени х о дин над др угим однакови х модулі в, ко жен з яких місти ть корпус модуля, ви тяжні вентиляцій ні канали, венти ляційні люки, що з в'я зані з витяжними венти ляційними каналами, один чи декілька вуз лів у вигляді послідовно з'єднаних НВЧ-генератора, хви лево да та вип ромінювача, вве деного всередину корпуса модуля че рез його задню стін ку, баластний поглинач, роз міщений на вн утрішній повер хні передньої стін ки корпуса модуля, протилежно випромінювачу, попарно-з устрічні похи лі транспортуючі діе лектричні площини , кожна з яких шар нірнo з регульованим нахи лом закріплена на бокових стін ках корп уса модуля, поперечні розміри розкривів вип ромінювачів обернено пропорційні розмірам протилежної їм стін ки корпуса модуля , венти ляційні люки витяжних венти ляційних ка налів кожного модуля роз міщені на йо го задній стін ці безпосередн ьо під похи лою транспортуючою площиною, а роз грузочний блок верти кальної суши льної камери обладнано розгрузочною засувкою. Недоліками прототи пу є не задовіль на по гли бині рівномірність нагріву обробляємих сипучи х в'яз ких матеріа лів, а та кож низька енергетична економічність сушіння на його оста точному етапі. Енер гія втрачаєть ся у цей час у баластному поглиначі, бо на цьому етапі матеріал має низьку во логість і, як наслідок, низьку електропровідність, тобто він є про зорим для електромагнітної хви лі. Задачею винаходу, що пропонується, є підвищення рівномірності нагріву си пучого матеріалу у гли бину його шару за рахунок так званого віброожиження цього матеріалу за допомогою вібромеханізму, а та кож зменшення енерговитрат на остаточному етапі сушіння за допомогою нагнітального вентиляційного каналу, який через теплооб мінні пласти ни відбирає тепло від баластного поглинача та повертає його у вигляді теплого повітря у вертикальну сушильну камеру. В цілому, пропонована мікрохвильова установка являє собою поточну модульну, ба гатоярусну НВЧ-камеру нехвилеводного нерезонаторного типу з віброожиженням сушимого продук ту з прямим та непрямим (перетвореним конвекційним) його підігрівом, яка забезпечує рівномірне (інтегрально, локально і по глибині продукту) нагрівання і сушку обробляємих матеріалів в результа ті одночасного концентрованого НВЧ-впливу декількох НВЧ-генераторів одразу на всі ді лянки зигзагоподібного потоку сушимих матеріалів. При цьому виключаються і локальні перегріви, і недогріви, так як баластний поглинач запобігає появі стоячих хвиль в об'ємі матеріалу. Безпека НВЧ-установки при цьому забезпечується концентрацією енергі ї за допомогою випромінювачі в в напрямку, перпендикуляр ному напрямку на загрузочний і розгрузочний блоки, зв'я зані з зовнішнім середови щем, а та кож забезпечується усунен ням сигналів в цьо му ж напрямку (перевідбити х від передн ьої стін ки НВЧкамери) за допомогою баластного поглинача, який розміщено про тилежно випромінювачу і одночасно забезпечує нагріван ня повітря в нагніталь ному вен тиляційному ка налі внаслі док перетворення в теп ло електромагнітних ко ливань, непоглин ути х протя гом сушіння, вза галі, а на етапі до сушен ня, - зокрема, си пучим ма теріалом, що суши ться. Крім того, в пропонованій установці, на відміну від прототипу, забезпечується значна економія електроенергії за рахунок додаткового своєчасного поперечного обдування транспортуючих діелектричних площин з "о жиженим" продуктом за допомогою теплого повітря, що утворюється у камері нагнітальним вентилятором, нагнітальним вентиляційним каналом, теплообмінними пластинами та вентиляційними люками нагнітального вентиляційного каналу, які розміщені на передній стінці кожного модуля. На кресленні представлена схе ма пропонованої мікрохвильової установки для сушіння сипучих матеріалів. Установка містить вертикальну сушильну камеру 1, обладнану: венти лято рами 2 і 23, витяжними 3 і нагніталь ними 26 венти ляційними каналами, загрузочним 4 та розгрузочним 5 блоками з бункерами 27 і 29, вібромеханізмами 22 з тя гами 25, до затором 28. Верти кальна сушильна камера 1 виконана в вигляді сукупності розміщених один над другим однакових модулів 6. Кожен модуль 6 містить: корпус 7 модуля, вентиляційні люки 8 і 24, зв'язані з відповідними вентиляційними каналами 3 і 26, послідовно з'єднані НВЧ-генератор 9, хвилевод 10 і випромінювач 11, котрий введено всередину корпуса 7 модуля через його задню стінку 12, баластний поглинач 13, розміщений на внутрішній поверхні передньої 15 стінки корпуса 7 модуля 6, протилежно випромінювачу 11, і по парно-зустрічні похилі транспортуючі діелектричні площини 16, 17, кожна з яких шарнірно з регульованим нахилом закріплена на бокових 14 стін ках корпуса 7 модуля і своїми тор 2 34517 цевими гранями нежорстко через тяги 25 з'єднані з вібромеханізмами 22. Поперечні розміри розкриву випромінювача 11 обернено пропорційні розмірам протилежній йому стінки 15 корпуса 7 модуля 6. Венти ляційні люки 8 ви тяжного вентиляційного каналу 3 мо дуля 6 розміщені на йо го задній стінці 12 безпосередньо під похилою транспортуючою площиною 17, а вен тиляцій ні люки 24 нагнітального вен ти ляційного каналу 26 розміщені на передній стінці 15 модуля 6 безпосередньо над похилою транспортуючою площиною 16. На зовнішній стороні передньої стінки 15 вертикальної сушильної камери 1 закріплені теплообмінні пластини 20, а зовнішня стінка нагнітального вентиляційного каналу 26 покрита теплоізолюючим матеріалом 21. Розгрузочний блок 5 верти кальної сушильної камери 1 оснащено розгрузочним перекидним клапаном 30. Робота пропонованої уста новки (креслення) полягає в слі дуючому. НВЧ-генератори 9 ви робляють електромагнітні коливання, напр., на частоті 2450 МГц, потужністю, напр., 1,5 кВт кожен. Кількість НВЧ-генераторів 9 визначається вологістю матеріалів, які підлягають сушці, необхідною продуктивністю установки і кількістю модулів 6, які в свою чергу залежать від необхідного часу експозиції сушимого матеріалу при заданій продуктивності сушки і заданих поперечних розмірах вер тикальної сушильної камери 1. НВЧ-коливання подаються до випромінювачів 11 через хвилеводи 10. Випромінювачі 11 концентрують НВЧ-енергію на потік сушимих матеріалів так, щоб поперечні розміри променя в місці цього падіння на протилежну стінку 15 корпуса 7 модуля 6 приблизно дорівнювали поперечним розмірам цієї стінки 15. Це узгодження досягається за рахунок того, що поперечні розміри випромінювача 11 обернено пропорційні відповідним розмірам стінки 15. Затікання НВЧ-енергії з одного випромінювача 11 в другий, викликаюче взаємний перегрів НВЧ-генераторів 9, запобігається направленністю властивостей випромінювачів 11 і їх одностороннім напрямком випромінювання в сторону передньої невідбиваючої стінки 15 корпуса 7 модуля 6. Випромінювачі 11 можуть бути, напр., хвилеводнощі линної чи рупорної конструкції. Ма теріал, що сушиться, з бункеру 27 че рез дозатор 28 потрапляє в загрузочний блок 4 і зигзагоподібно переміщується від загрузочного блоку 4 по попарно-зустрічним похилим транспортующим діелектричним площинам 17, 16 до розгрузочного блоку 5. Швидкість переміщення матеріала залежить від частоти, амплітуди вібрацій площин 16, 17 за допомогою вібромеханізмів 22 через тяги 25, а також від постійного початкового кута нахилу площин 16, 17. Він регулюється в залежності від виду і вологості матеріалу за допомогою тяг 25 і вібромеханізмів 22. Після регулювання кута нахилу площин так, щоб сума кутів нахилу попарнозустрічних площин 16 і 17 приблизно складала 180 градусів, початкове положення тяги 25 фіксуєть ся. Така умова до суми кутів нахилу площин 16, 17 забезпечує рівноточне (рівномірне) переміщення всього потоку сушимого матеріалу в вер тикальній сушильній камері 1. Прогріван ня матеріа ла, що сушить ся, здійснюється зверху і знизу (через полку) і в процесі його пе реміщення по на хиле ним діелектричним площинам 16, 17, оскільки вони являють ся радіопрозорими, і при падін ні потоку матеріа лу з площини 17 на площин у 16 , і при обдуванні його потоком теп лого пові тря (нагрітого баластним поглиначем 13) із нагніталь них венти ляційних люків 24. Тепле пові тря подається у камеру за до помогою нагнітального вен ти лято ра 23, нагнітального вен тиляційного каналу 26 та теплообмінних пластин 20 . Співставимо характеристики рівномірності та економічності нагрівання матеріалу, що сушиться, за допомогою прототипу і пропонуємої установки. Рівномірність по глибині нагріву продукту у камері прототи пу, очевидно, є невисокою, особливо у ви падку, коли шар при загрузці площин більший від номінального. Наприклад, сушіння зерна на потоці у ша рі глибиною 10 см при його во логості 30% у декількох типових умовах викликає нерівномірність нагрівання по глибині продукту, яка дорівнює десятки градусів. Для пропонуємої установки в цих умовах цей показник, згідно практичного досвіду, за рахунок віброожиження за допомогою вібромеханізмів 22 складає лише одиниці градусів. Зробимо оцінки енергетичної економічності, тобто витрат енергії на етапі досушення продук ту, стосовно прототипу і ви находу. Відомо, що коли потужність кожного з НВЧгенераторів дорівнює Р; загальні розміри продук ту, що сушиться, у кожному модулі - h, g, l; розміри модуля - H, G, L; кутові розміри НВЧ-випромінювання - q,j; інтервал часу сушіння дорівнює t, а інтервал часу досушення - 0,3 t; початковий тангенс кута втрати електромагнітного поля продукту дорівнює tgd, а на етапі досушення - 0,01 tgd; коефіцієнт перетворення енергії електромагнітного поля в теп лову у баластному поглиначі дорівнює h, а середня відстань від розкриву вип ромінювача до продукту до рівнює Dh, то втрати енергії на етапі досушен ня залежать від об'ємної густини потужності, від об'єму і tgd продукту та протяжності досушення і дорівнює для прототипу 2 ü ì 2P G ï é ùï DEП = í × × 2 W × exp ê - 2p f × e 0 m 0 e( 1 + 0,01tg d - 1) × h ú ý ´ e × 0,01tg d × h × g × l × 0,3 t, 2 L ë ûï ï ( Dh ) î þ (1) e0, m0 - ва куум ні (повітряні) константи; де W - хви левий опір вакууму (повітря); 3 34517 e - діелектрична проникливість продукту. Для пропонуємого винаходу втрати енергії залежать від коефіцієнту перетворення і дорівнюють 2 ü ì 2P G ï é ùï DEв = í × × 2 W × exp ê - 2p f × e 0 m 0 e( 1 + 0,01tg d - 1) × hú ý ´ h × g × l × e × 0,01tg d × 0,3 t × (1 - h), (2) 2 L ë ûï ï ( Dh ) î þ Приклад: Відомо, що Р = 1,5 · 103 Вт; t = 20 ч; Dh = 0,6 м; G=L; W=120p; f=2,45 · 109 Гц; e = 5; tg d = 0,10; h = 5 · 102 м; g = 1,5; l = 1,5 м. Для прототи пу абсолютне втрачання енергії згідно (1) в одному модулі протягом 20 годин дорівнює 2 é ùü ì 2 × 15 , 10 -9 ï ï DEП = í × 2 × 120p × exp ê - 2p × 2,45 × 109 × 4p × 10- 7 × 5( 1 + 0,01× 0,1 - 1) × 5 × 10- 2 ú ý ´ 2 ê úï 36p ï (0,6) î ë ûþ x 5 × 10 -2 × 15 × 1,5 × 5 × 0,01× 0,10 × 0,3 × 20 = 19кВт × год., , Відносні втрати енергії для прототипу до рівнюють (в %) DЕП × 100 19 × 100 dЕП = = = 32% . 2 ×P × t 2 × 15 × 20 , Для винаходу маємо згідно (2) абсолютне значення втрат енергії в кожному модулі 2 é ùü ì 2 × 15 , 10- 9 ï ï DE в = í × 2 × 120p × exp ê - 2p × 2,45 × 109 × 4p × 10 -9 × 5( 1 + 0,01× 0,1 - 1) × 5 × 10- 2 ú ý ´ ê úï 36p ï (0,6) 2 î ë ûþ x 5 × 10 -2 × 15 × 1,5 × 5 × 0,01× 0,10 × 0,3 × 20 × (1 - 0,8) = 7,6кВт × год. , Відносні втрати енергії для ви находу dЕB = Бачимо, що втрати енергії на етапі досушення для винаходу менші ніж ці втрати для прототипу у реальних конкретних умовах сушіння у 2,7 рази. Останнє досягається за рахунок прямої (за допомогою поля) та побічної (за допомогою поля, перетвореного у тепло) дії поля на продукт. DЕB × 100 7,6 × 100 = = 12% . 2 ×P × t 2 × 15 × 20 , 4 34517 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 5