Спосіб сушіння сипучих діелектричних матеріалів та пристрій для його виконання

1 Спосіб сушіння сипучих діелектричних матеріалів, що включає НВЧ-нагрів і використання сухого повітря, який відрізняється тим, що сушіння здійснюють циклічно, причому на першому етапі кожного циклу одночасно з НВЧ-нагрівом вакуумують об'єм з матеріалом до передпробійного тиску, потім відключають НВЧ-нагрів, продовжуючи вакуумування до квазістацюнарного тиску, по величині якого визначають вологість ма теріалу, після чого, припинивши вакуумування, напускають сухе повітря до атмосферного тиску, а потім знову повторюють наступні цикли сушіння до досягнення необхідної вологості матеріалу 2 Пристрій для сушіння сипучих діелектричних матеріалів, що містить НВЧ-тракт, з'єднаний із хвилеводом, усередині якого з можливістю обертання навколо подовжньої осі розміщена ємність для сипучого матеріалу, виконана з радюпрозорого матеріалу, який відрізняється тим, що хвилевід виконаний у вигляді циліндричного багатомодового резонатора, усередині якого і коаксіально йому встановлена ампула, конусоподібним кінцем звернена до НВЧ-тракту, протилежний и кінець має патрубок для завантаження-вивантаження, підключений до приводу обертання ампули, а також систему вакуумування і напуску сухого повітря, причому внутрішня поверхня ампули оснащена горизонтальними пластинами з радюпрозорого матеріалу, розташованими уздовж и осі Винахід відноситься до техніки термообробки в надвисокочастотних (НВЧ) полях сипучих, діелектричних матеріалів і може бути використаний у фармацевтичній, харчовій і ХІМІЧНІЙ промисловостях зокрема, при сушінні порошкоподібних йодидів лужних металів, що використовуються для виробництва монокристалів На сьогодні, як в Україні, так і за кордоном інтенсивно ведуться дослідження по створенню нових технологій і матеріалів для вирощування монокристалів Сучасна технологія виробництва монокристалів різного призначення (ядерне приладобудування, технологічне устаткування АЕС, термоядерні, КОСМІЧНІ і геофізичні дослідження і ін) зіткнулася з проблемою обезводнення вихідних порошкоподібних компонентів, оскільки залишкова вологість визначає якість готової продукції і термін и служби Б В Гриньов, В П Семиноженко «СЦИНТИЛЯЦІЙНІ детектори іонізуючих випромінювань для тяжких умов експлуатації», Харків, видавництво «Основа» при ХДУ, 1993 р стор 110 дних солях йодидів лужних металів (NaJ, LiJ, GsJ) Кінетика процесів термодесорбцм води у вихі складна По-перше, ВИХІДНІ СОЛІ надзвичайно гігро скопічні, і тому в них завжди міститься деяка КІЛЬКІСТЬ води, як пдратованої так і адсорбованої Подруге, усі солі мають свої (два і більше) інтервали температур, при яких відбувається інтенсивне виділення пдратованої і адсорбованої води Ця обставина приводить до різкого збільшення парів води, що власне, і стимулює процеси гідролізу солей, що становлять найбільшу небезпеку (при гідролізі солей утворюються тверді включення (грудки) не придатні для подальшого використання, що в кінцевому рахунку приводить до перевитрати цінного матеріалу) Основною вимогою, що пред'являється до способів і пристроїв для сушіння йодидів лужних металів, є запобігання гідролізу солей при їхньому зневоднюванні Відомий спосіб вакуумного сушіння сипучих матеріалів шляхом його обробки ІКвипромінюванням заявка № 95119438 РФ, кл F26 В5/04, у якому процес сушіння підрозділяється на (О (О ю 56629 від вологості атмосфери, визначає кінцеву велидва періоди період сушіння, що відповідає періоду чину вологості матеріалу, що висушується постійної швидкості сушіння і період до сушіння, Відомий також спосіб сушіння сипучих дрібнощо відповідає періоду падаючої швидкості, при дисперсних діелектричних матеріалів, що включає цьому величину періоду постійної і падаючий НВЧ-нагрів матеріалу з одночасним його продувом швидкості регулюють зміною швидкості руху консухим повітрям А С № 1522006 СРСР, кл F26 веєра, а КІЛЬКІСТЬ підводимої до матеріалу енергії ВЗ/347 залежить від наявності в ній зв'язаної вологи і регулюється потужністю ІК-випромінювання Пристрій для реалізації даного способу містить вертикальну сушильну камеру у виді хвилеВідомий також спосіб сушіння сипучих діелекводу, забезпечену завантажувальним і розташотричних матеріалів А С № 1619755 СРСР, кл ваним в и нижній частині розвантажувальним СЗОВ 29/12, у якому матеріал поміщають у тигель, пристроями з бункерами, до камери підключені що знаходиться в герметичному об'ємі ростової НВЧ-генератор з пристроєм зв'язку і нагнітальний установки Об'єм вакуумують за допомогою форвентилятор При цьому, пристрій містить приймачвакуумного насосу до залишкового тиску 5-10 З утилізатор НВЧ-енергм зі своїм пристроєм зв'язку, мм рт ст при температурі +27°С, протягом 6 гопідключеним до нижньої частини камери, а розвадин, з наступним повільним (протягом 16 годин) нтажувальний пристрій виконаний у виді трійника з нагріванням до 200°С, при якому матеріал витриперекидним клапаном і приєднаний до нагнітальмують 12 годин ної сторони вентилятора При використанні даних способів для сушіння матеріалів, у тому числі сипучих речовин, нагрів Недоліком приведених способів і пристроїв матеріалу повинний здійснюватись повільно, а сам для їхньої реалізації є те, що процес сушіння мапроцес сушіння забирає тривалий час і, отже, у теріалу здійснюється при атмосферному тиску цьому зв'язку є енергоємним Це пояснюється тим, Для видалення вологи з матеріалу, що висушуєтьщо передача тепла від поверхні матеріалу, що ся, необхідно нагрівати його до більш високих тевисушується, до його внутрішніх шарів відбуваєтьмператур, чим при вакуумному сушінні У цьому ся шляхом конвекції, теплопровідності і випромівипадку може відбуватися розкладання деяких нювання Такі умови передачі тепла зв'язані з вимікроелементів, що приводить до зниження якості никненням значних градієнтів температури і тиску готової продукції Необхідність використання припо товщині матеріалу, що може привести до поруймача-утилізатора НВЧ-енергм зв'язане з підвишення однорідності його структури, крім того, відщенням рівня потужності НВЧ-генератора (магнесутність перемішування матеріалу в процесі сутрона), що приводить до необхідності шіння ускладнює теплообмін між його частками, застосування більш потужного магнетрона з ВІДПОщо може привести до гідролізу солей При НВЧВІДНИМ джерелом живлення, що ускладнює присушці електромагнітна енергія поглинається по стрій і збільшує енергоємність, крім того, при провсьому об'єму матеріалу, внаслідок чого створюдуві сухого повітря крізь вологий матеріал ються умови для його рівномірного нагрівання створюються зусилля, спрямовані як по осі камери, так і в радіальному напрямку, що може привесВідомий спосіб сушіння сипучих діелектричних ти до комкування матеріалу Відпрацьоване повітматеріалів, що включає НВЧ-нагрів матеріалу й ря, через фільтруючу сітку, віддаляється з об'єму одночасний його продув атмосферним повітрям робочої камери несучи з собою легкі дрібні частки А С №1816943 СРСР кл F26 ВЗ/347 (пил, який завжди присутній у матеріалі, що висуПристрій для реалізації даного способу місшується, тим більше він утворюється в результаті тить вертикальну камеру нагрівання, виконану у зіткнень часток матеріалу між собою і стінкою кавиді зовнішнього і внутрішнього конусних провідмери при русі в потоці повітря), приводить не тільників, що утворюють між собою обігрівальну шахту ки до втрат робочого продукту, а також до забруддля переміщення матеріалу, що висушується, при нення навколишнього середовища, особливо при цьому по осі внутрішнього конусного провідника сушінні шкідливих речовин, таких , наприклад, як, встановлені повітряний колектор і обоє конусних порох, тютюн, йодиди лужних металів і т п провідників постачені системою поярусно розташованих радіальних каналів Радіальні канали у Відомий пристрій для сушіння сипучих діелеквнутрішньому провіднику з'єднані з повітряним тричних матеріалів А С № 92006113 РФ, кп F26 колектором, а в зовнішньому - з атмосферою ВЗ/34, що містить камеру з вводами НВЧ-енергм, Причому діаметри зовнішнього і внутрішнього пророзміщену в ній похилу обертову трубу з радюпровідників обрані з умови забезпечення постійного зорого матеріалу, приєднану до завантажувальнохвильового опору по довжині камери го і розвантажувального вузла, і вентиляційний короб, камера виконана роз'єднаною з охоплююПриведені спосіб і пристрій дозволяють здійсчим и вентиляційним коробом у якому розміщені нювати сушіння обмежених матеріалів, зокрема НВЧ-джерела, їх пристрої введення в камеру засипучих гранульованих фракцій більших поперебезпечені герметичними заглушками з радюпрозочних розмірів радіальних каналів, тому що фракції рого матеріалу При цьому камера забезпечена матеріалу, що висушуються, які менше попересистемою поглинання надлишкової НВЧ-енергм, чних розмірів радіальних каналів будуть викидатипохила обертаюча труба приєднана до завантажуся разом з потоком повітря з камери нагрівання в вального вузла за допомогою опорної осі, пропунавколишнє середовище, що недопустимо, особщеної через діафрагму труби, причому опорна вісь ливо, при сушінні токсичних сипучих матеріалів виконана порожнистою і сполучена з корпусом Використання атмосферного повітря (не висушешнекового живильника Розвантажувальний бунного) для видалення вологи з матеріалу, що висукер складається з бункера з розвантажувальним шується, вологість якого нестабільна і залежить 56629 чити необхідність проведення наступного циклу пристроєм ВІДСІЧНОГО типу для вивантаження сипусушіння чого матеріалу і паровідвідного штуцера Напуск сухого повітря в об'єм ампули до тиску Так як і в попередньому аналогу, даний прирівного атмосферному, забезпечує можливість, стрій містить поглинач «надлишкової» НВЧ-енергм, крім пробою, виконати сушіння матеріалу рядом що ускладнює пристрій і збільшує енергоємність, послідовних циклів за допомогою НВЧ-енергм з крім того, сушіння матеріалів при атмосферному одночасним вакуумуванням, що дозволяє висушутиску здійснюється при більш високих температувати матеріал до практично будь-якої вологості рах чим, наприклад, сушіння аналогічних матеріа(величина вологості матеріалу буде визначатися лів у вакуумі, що також приводить до збільшення КІЛЬКІСТЮ проведених циклів) енерговитрат і зниженню якості готової продукції Як прототип по способу нами обраний спосіб Виконання хвилеводу у виді багатомодового по А С № 1522006 РФ, кл F26 ВЗ/347, а по прирезонатора, забезпечує можливість поглинання строї заявка № 92006113 РФ, кл F26 ВЗ/34 В освсієї електромагнітної енергії (ЕМЕ) НВЧ-джерела нову даного винаходу поставлена задача розробки і тим самим, крім необхідності використання додаспособу і пристрою, що забезпечили б поліпшення ткових пристроїв поглинання «надлишкової» енерякості сушіння, зниженню енергоємності і поліпгії і, за рахунок цього, не тільки знизити енерговитшенню екології рати, але і спростити конструкцію пристрою Рішення поставленої задачі забезпечується Завдяки використанню пластин, встановлених тим, що в способі сушки сипучих діелектричних усередині ампули, стає можливим а) виконати матеріалів, що включає НВЧ-нагрів з використанбільш рівномірний розподіл температури, як по ням сухого повітря, ВІДПОВІДНО до винаходу, сушінтовщині, так і по довжині матеріалу, що висушуня здійснюють циклічно, при цьому на першому ється, за рахунок теплопередачі матеріалу при етапі кожного циклу одночасно з НВЧ-нагрівом перемішуванні, б) висушувати матеріал без грудвакуумують об'єм з матеріалом до передпробіинокування, в) виконати ефективну вакуумну відкачку го тиску, потім відключають НВЧ-нагрів, продов(відпадають умови утворення повітряних міхурів жуючи вакуумування до квазістацюнарного тиску, усередині матеріалу, що висушується,), завдяки по величині якого визначають вологість матеріалу, чому поліпшується якість сушіння матеріалу після чого, припинивши вакуумування, напускають Завдяки тому, що ампула виконана з конусосухе повітря до атмосферного тиску, а потім знову подібним кінцем, зверненим убік НВЧ-тракту, повторюють наступні цикли сушіння до досягнення створюються сприятливі умови для більш якісного необхідної вологості матеріалу узгодження багатомодового резонатора, усередині якого розміщена ампула з матеріалом, з НВЧРішення поставленої задачі забезпечується трактом також і тим, що в пристрої для сушіння сипучих діелектричних матеріалів, що містить НВЧ-тракт, Пропоновані спосіб і пристрій не забруднюють з'єднаний із хвилеводом, усередині якого з можлинавколишнє простір вістю обертання навколо подовжньої осі розміщеНа фігурі показаний ескіз пристрою для сушінна ємність для сипучого матеріалу, виконана з ня сипучих діелектричних матеріалів радюпрозорого матеріалу, ВІДПОВІДНО ДО винаходу, Пристрій містить хвилевід 1, виконаний у виді хвилевід виконаний у виді циліндричного багатобагатомодового циліндричного резонатора, усеремодового резонатора, усередині якого і коаксиадині якого з можливістю обертання навколо польно йому встановлена ампула, конусоподібним довжньої осі на ізоляторах 2 розміщена діелектрикінцем звернена до НВЧ-тракту, протилежний м чна ампула 3 Внутрішня поверхня ампули З кінець має патруб для завантаження - вивантапостачена горизонтальними діелектричними пласження, підключений до приводу обертання ампутинами 4, розташованими паралельно м осі Хвили, а також до систем вакуумування і напуску сулевід 1 з боку НВЧ-тракту постачений підстроювахого повітря, при цьому внутрішня поверхня льними гвинтами 5, розташованими на одній ампули постачена горизонтальними пластинами з прямій на відстані А/4 один від одного (А - довжирадюпрозорого матеріалу і розташованими уздовж на хвилі в хвилеводі) Один кінець ампули 3 має и осі патрубок 6, що з'єднаний із приводом обертання, що включає електродвигун 7 постійного струму і Проведення ряду послідовних циклів сушіння муфти 8, а також підключений до системи вакуузабезпечує можливість послідовно від циклу до мування 9 і напуску сухого повітря (система напусциклу зменшувати вологість вихідного матеріалу, ку сухого повітря на ескізі не зображена) Протидовівши її, таким чином, практично до будь-якої лежний кінець ампули 3 має конусоподібну форму необхідної величини і звернений убік НВЧ-тракту, що складається зі Проведення НВЧ-нагріву з одночасним вакуусхідчастого переходу 10, хвилеводу 11 круглого муванням до передпробіиного тиску кожного циклу перетину і прямокутного хвилеводу 12 До широкої дозволяє проводити сушіння матеріалу при темстінки хвилеводу 12 підключені НВЧ-генератор 13 і пературі, що не перевищує 50°С, що поліпшує направлене відгалуження 14 Ампула 3 наполовиякість матеріалу і знижує енерговитрати в порівну заповнена матеріалом 15, що висушується Усі нянні з аналогами і прототипом фланцеві з'єднання пристрою постачені контактаЗавдяки вакуумуванню об'єму з висушуваним ми, що перешкоджають випромінюванню НВЧматеріалом, після відключення НВЧ-нагріву стає енергм в навколишнє середовище можливим виконати видалення газів і вологи, що випарувалися з раніше нагрітого НВЧ-енерпєю Розглянемо технологічний процес сушіння йоматеріалу, і по величині квазістацюнарного тиску диду натрію (NaJ) у пристрої, приведеному на фівизначити вологість матеріалу і, тим самим визнагурі Електромагнітна енергія (ЕМЕ) від джерела 56629 8 ампулі (ця величина тиску для газів, що випаровуються з кожної із солей йодидів лужних металів визначається експериментальне, так для парів і газів для солі NaJ дорівнює ~ 20мм рт ст, нижче якого створюються умови для іонізації (пробою газу) При досягненні тиску в об'ємі ампули ~ 20мм рт ст автоматично відключають НВЧджерело 11, тим часом продовжують відкачку газів, що випаровуються, з раніше нагрітого матеріалу ЕМЕ Цей процес продовжують доти, поки тиск в ампулі не установиться квазістацюнарним (цей тиск контролюють по стрілочному приладі системи вакуумуванния) Як правило, вологість матеріалу після першого (одного) циклу сушіння залишається вище величини вологості сухого матеріалу (вологість сухої солі NaJ повинна бути не гірше - 0,02%) Для видалення залишкової вологи з матеріалу, що висушується, в об'єм ампули через її патрубок 6 напускають сухе повітря до атмосферного тиску (напуск сухого повітря здійснюють для запобігання НВЧ-юнізацм газу в об'ємі ампули) Далі виконують другий, третій цикли сушіння, при цьому КІЛЬКІСТЬ циклів визначає вологість вихідного матеріалу Після проведення кожного циклу по залишковому тиску в об'ємі ампули (величина залишкового тиску від циклу до циклу зменшується) визначають вологість матеріалу Завдяки проведенню процесу сушіння рядом послідовних циклів стає можливим за порівняно невеликий час, не нагріваючи матеріпо-друге, більш рівномірно розподіляти темал вище 50 С, без грудкоутворення висушити сіль пературу по довжині ампули за рахунок теплопедо вологості ~ 0,02% редачі, по-третє, виконувати ефективну відкачку об'Після закінчення процесу сушіння відключають єму ампули, через відсутність повітряних міхурів джерело живлення НВЧ-генератора, систему обеусередині матеріалу Ці обставини дозволяють ртання ампули, перекривають вакуумний шланг на виконувати швидке нагрівання матеріалу без грудгорловині ампули, відключають вакуумну систему коутворення Швидке нагрівання матеріалу ствоАмпулу з висушеним матеріалом (під вакуумом) рює умови для скорочення часу процесу сушіння, виймають з робочої камери і направляють на дільа, отже і зниженню енерговитрат При цьому проницю для вирощування монокристалів цес нагрівання матеріалу ЕМЕ з одночасним вакуАналогічним шляхом здійснюють сушіння умуванням здійснюють до передпробіиного тиску в будь-яких інших діелектричних сипучих матеріалів НВЧ 13 по хвилеводному тракту, що складається зі стандартного прямокутного хвилеводу 12, переходу від прямокутного до круглого хвилеводу 11 .східчастого переходу 10, надходить у циліндричний хвилевід 1 з діелектричною ампулою 3, де вона поглинається в матеріалі 15, що висушується Завдяки виконанню циліндричного хвилеводу 1 у виді багатомодового резонатора ЕМЕ, що надходить від НВЧ-джерела в резонатор, цілком поглинається в матеріалі, що висушується ЕМЕ, опромінюючи матеріал, що висушується, проникає по всьому його об'ємі, тим самим викликає швидкий його нагрів, що приводить до інтенсивного виділення парів води і газів в об'єм ампули 3 Одночасно з включенням НВЧ-джерела 13, включають форвакуумний насос, у якого швидкість відкачки вище, ніж швидкість випаровування води і газу з матеріалу 15, і систему обертання ампули, що складається з електродвигуна 7 постійного струму і муфти 8 Завдяки видаленню парів води і газів, що надходять в об'єм ампули в результаті нагрівання матеріалу, що висушується, і його перемішуванню за допомогою системи обертання і пластин 4 і вакуумуванню стає можливим по-перше, створювати тиск в ампулі нижче тиску в матеріалі, що висушуються, (градієнти тиску парів і газів і температури спрямовані з матеріалу в об'єм ампули не заповнений сіллю), 56629 Підписано до друку 05 06 2003 р 10 Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24