Спосіб і пристрій для сушіння сипучих діелектричних матеріалів

1. Спосіб сушіння сипучих діелектричних матеріалів, що включає вакуумування об'єму з матеріалом, його НВЧ-нагрів з використанням сухого повітря і сушіння до досягнення необхідної воло C2 2 (19) 1 3 64308 4 повільним (на протязі. 16 годин.) нагріванням до тилятор. При цьому пристрій містить приймач200°С, потім при такій температурі матеріал витутилізатор НВЧ-енергії зі своїм пристроєм зв'язку, римують 12 годин. підключеним до нижньої частини камери, а розПри використанні даних способів для сушіння вантажувальний пристрій виконаний у виді матеріалів, у тому числі сипучих речовин, нагрів трійника з перекидним клапаном і приєднаний до матеріалу повинний здійснюватись повільно, а сам нагнітальної сторони вентилятора. процес сушіння забирає тривалий час і, отже, у Недоліком приведених способів і пристроїв цьому зв'язку є енергоємним. Це пояснюється тим, для їхньої реалізації є те, що процес сушіння що передача тепла від поверхні матеріалу, що матеріалу здійснюється при атмосферному тиску. висушується, до його внутрішніх шарів Для видалення вологи з матеріалу, що відбувається шляхом конвекції, теплопровідності і висушується, необхідно нагрівати його до більш випромінювання. Такі умови передачі тепла високих температур, чим при вакуумному сушінні. зв'язані з виникненням значних градієнтів темпеУ цьому випадку може відбуватися розкладання ратури і тиску по товщині матеріалу, що може придеяких мікроелементів, що приводить до зниження вести до порушення однорідності його структури, якості готової продукції. Необхідність використанкрім того, відсутність перемішування матеріалу в ня приймача-утилізатора НВЧ-енергії зв'язане з процесі сушіння ускладнює теплообмін між його підвищенням рівня потужності НВЧ-генератора шарами, що може привести до гідролізу солей. (магнетрона), що приводить до необхідності заПри НВЧ-сушці електромагнітна енергія стосування більш потужного магнетрона з поглинається по всьому об'ємі матеріалу, відповідним джерелом живлення, що ускладнює внаслідок чого створюються умови для його пристрій і збільшує енергоємність, крім того, при рівномірного нагрівання. продуві сухого повітря крізь вологий матеріал Відомий спосіб сушіння сипучих діелектричних створюються зусилля, спрямовані як по осі камематеріалів, що включає НВЧ-нагрів матеріалу з ри, так і в радіальному напрямку, що може привесодночасним його продувом атмосферним повітрям ти: до комкоутворення. Відпрацьоване повітря, [А.с. №1816943 СРСР кл. F26B3/347]. через фільтруючу сітку, віддаляється з об'єму Пристрій для реалізації даного способу робочої камери несучи із собою легкі дрібні частки містить вертикальну камеру нагрівання, виконаний (пил, що завжди є присутнім у матеріалі, що у виді зовнішнього і внутрішнього конусних висушується, тим більше він утворюється в провідників, що утворюють між собою обігрівальну результаті зіткнень часток матеріалу між собою і шахту для переміщення матеріалу, що стінкою камери при русі їх у потоці повітря), що висушується, при цьому по осі внутрішнього коприводить не тільки до втрат робочого продукту, а, нусного провідника встановлені повітряний колекщо дуже важливо, до забруднення навколишнього тор і обоє конусні провідники постачені системою середовища, особливо при сушінні шкідливих репоярусно розташованих радіальних каналів. човин, таких як, наприклад, порох, тютюн, йодиди Радіальні канали у внутрішньому провіднику лужних металів і т.п. з'єднані з повітряним колектором, а в зовнішньому Відомий спосіб для сушіння високовологих - з атмосферою. Причому діаметри зовнішнього і матеріалів [А.с. № 1513352 СРСР, F26В3/30], що внутрішнього провідників вибрані з умови забезпевключає формування шару матеріалу на перфочення постійного хвильового опору по довжині рованих сітчастих піддонах, сушіння матеріалу в камери . потоці сушильного агента (повітря) при одночасДані спосіб і пристрій дозволяють здійснити ному впливі ІК-випромінювання і при багаторазовій сушіння обмежених матеріалів, зокрема сипучих циркуляції і інтенсивному перемішуванні сушильгранульованих, фракції яких більше поперечних ного агента. При цьому, на першій стадії максимум розмірів радіальних каналів, тому що фракції інтенсивності випромінювання забезпечують на матеріалу, що висушуються, які менше поперечодній стороні матеріалу, а мінімум на інший, а на них розмірів радіальних каналів будуть викидатися другій стадії навпаки при постійному разом з потоком повітря з камери нагрівання в співвідношенні максимуму і мінімумуінтенсивність навколишнє середовище, що недопустимо особопромінення на обох стадіях, обраному в межах 2ливо при сушінні токсичних сипучих матеріалів. 4, при цьому зміна інтенсивності опромінення Використання атмосферного повітря (не висушесторін здійснюють при утворенні на стороні ного) для видалення вологи з матеріалу, що матеріалу, спочатку підданої більш інтенсивному висушується, вологість якого нестабільна і залеопроміненню, термоізоляційної кірки. жить від вологості атмосфери, визначає вихідну Пристрій для реалізації даного способу величину вологості матеріалу, що висушується. містить камеру сушіння, розділену перегородкою Відомий також спосіб сушіння сипучих на дві частини: камеру сушіння і камеру досушки. мілкодисперсних діелектричних матеріалів, що По центрі камери сушіння установлений вал з ловключає НВЧ-нагрів матеріалу з одночасним його патками, що приводяться в обертання від моторепродувом сухим повітрям [А.с. №1522006 СРСР, дуктора. На середньому рівні камери сушіння кл. F26B3/347]. встановлені піддони для висушуючого матеріалу, Пристрій для реалізації даного способу що всуваються через люк. Під зводами камери містить вертикальну сушильну камеру у виді хвисушіння встановлена панель світильників ІКлеводу, постачену завантажувальним і розташовипромінювання, така ж кількість ІКваним в нижній частині розвантажувальним привипромінювачів змонтована в панелі над дном строями з бункерами, підключені до камери НВЧкамери сушіння. Камера постачена вхідним і генератор із пристроєм зв'язку і нагнітальний венвихідним отвором для сухого повітря. 5 64308 6 При використанні даних способів і пристроїв збільшення продуктивності процесу високовологих для сушіння матеріалів, нагрів матеріалу повинний матеріалів і зниження енерговитрат і, отже, здійснюватися повільно, що збільшує тривалість поліпшення якості матеріалів. процесу й отже, є енергоємним що пояснюється Рішення поставленої задачі забезпечується тим, що передача тепла від поверхні матеріалу, тим, що в способі сушіння сипучих діелектричних що висушується, до його внутрішніх шарів матеріалів, що включає вакуумування об'єму з відбувається шляхом конвекції, теплопровідності і матеріалом, його НВЧ-нагрів з використанням сувипромінювання. Такі умови передачі тепла хого повітря і сушіння до досягнення необхідної зв'язані з виникненням значних градієнтів темпевологості матеріалу, відповідно до винаходу, об'єм ратури і тиску по товщині матеріалу, і може привідкачують до граничного вакууму, напускають вести до порушення однорідності його структури і сухе повітря з одночасною відкачкою до до гідролізу солей. При гідролізі солей йодидів передпробійного тиску, після чого включають НВЧлужних металів утворяться тверді включення нагрів, у процесі сушіння контролюють сумарний (грудки) не придатні для подальшого використантиск у камері, забезпечуючи при цьому безупинну ня, що в кінцевому рахунку приводить до перевитїї відкачку. рати дорогого матеріалу (так вартість 1кг солі NaJ Рішення поставленої задачі забезпечується вологістю 0,2% складає 20$ США). також і тим, що в пристрої для сушіння сипучих Відомий спосіб сушіння сипучих діелектричних діелектричних матеріалів, що містить камеру матеріалів, що включає НВЧ-нагрів з використансушіння з розміщеними в ній піддонами, завантаням сухого повітря [Заявка №2002086449, Україна, жувальний люк для їхнього введення в камеру, F26В3/347, від 19.02.03]. Сушіння здійснюють систем напуску сухого повітря і його відкачку з циклічно, при цьому на першому етапі кожного парами води, відповідно до винаходу, камера циклу одночасно із НВЧ-нагрівом: вакуумують сушіння виконана у виді вакуумщільного многомооб'єм з матеріалом до передпробійного тиску, дового резонатора, протилежна НВЧ-тракту стопотім відключають НВЧ-нагрів, продовжуючи варона резонатора постачена вакуумщільним куумування до квазістаціонарного тиску, по роз'ємним фланцем із кришкою, усередині резонавеличині якого визначають вологість матеріалу, тора поярусно розміщені піддони з радіопрозорого після чого, припинивши вакуумування, напускають матеріалу, висота сторони яких відповідає сухе повітря до атмосферного тиску, а потім знову подвійній глибині проникнення НВЧ-енергії на її повторюють наступні цикли сушіння до досягнення робочій частоті в даному матеріалі при вихідній необхідної вологості матеріалу. вологості, а відстань між піддонами не перевищує Пристрій для сушіння сипучих діелектричних 0,1 довжини хвилі НВЧ-енергії при максимальному матеріалів, що містить НВЧ-тракт, з'єднаний із коефіцієнті завантаження резонатора, що хвилеводом, усередині якого з можливістю оберпідключений до вакуумної системи. тання навколо поздовжньої осі розміщена ємність На відміну від прототипу, пропонований для сипучого матеріалу, виконана з винахід забезпечує збільшення продуктивності радіопрозорого матеріалу. Хвилевід виконаний у процесу сушіння за рахунок безперервності його виді циліндричного многомодового резонатора, здійснення, ефективності використання НВЧусередині якого і коаксіально йому встановлена енергії і більшої кількості матеріалу, що ампула, конусоподібним торцем звернена до НВЧвисушується. тракту. Протилежний її торець має патруб для Послідовність проведення операцій по пропозавантаження - вивантаження, підключений до нованому способі виключає можливість НВЧприводу обертання ампули, а також системах вапробою. куумування і напуску сухого повітря, при цьому Постійний контроль сумарного тиску в камері внутрішня поверхня ампули постачена горизонпри безупинній її відкачці виключає імовірність тальними пластинами з радіопрозорого матеріалу НВЧ-пробою, з однієї сторони і забезпечує і розташованими уздовж її осі. своєчасне зниження НВЧ-потужності чи тиск сухоНедоліком даного способу і пристрою є недосго повітря, виключаючи при цьому можливість татня продуктивність, обмежена, з одного боку, гідролізних утворень, з іншого боку, забезпечуючи об'ємом ампули (не більш 10кг), а з іншого боку тим самим якість сировини, а також зниження зациклічністю вакуумування, включення і гальних енерговитрат. відключення напуску сухого повітря і НВЧ-енергії. Конструктивне виконання пропонованого приЦе збільшує сам процес сушіння і приводить до строю з зазначеними співвідношеннями розмірів і малої ефективності використання НВЧ-енергії. відстані між піддонами забезпечує ефективне проВідомі, спосіб і пристрій використовуються тільки никнення НВЧ-енергії і рішення поставленої для сушіння сипучих діелектричних матеріалів з задачі. вихідною вологістю не більш 0,5%, будучи факПропонована висота стінок піддонів відповідає тично технологією досушки матеріалу від 0,5% до товщині засипання матеріалу, при якій 0,02% вологості і при цьому невеликих кількостей забезпечується ефективне проникнення НВЧ(до 10кг) матеріалу. енергії. Цим же пояснюється і доцільність зазнаЯк прототип по способу нами обраний чених відстаней між піддонами. останній з аналогів, а по пристрою – [А.с. При меншій висоті стінок піддонів і більшій №1513352] відстані між ними максимально можлива кількість В основу даного винаходу поставлена задача матеріалу буде менше, що позначиться на розробки способу і пристрою для сушіння сипучих продуктивності процесу. діелектричних матеріалів, що забезпечили б При великих об'ємах засипання матеріалу по 7 64308 8 висоті (велика висота стінок піддонів) і менших при якому настає режим насичення, що приводить відстанях між піддонами приводить до зниження до гідролізу, для кожного матеріалу як правило, ефективності поглинання НВЧ-енергії, що може визначається експериментально. Процес сушіння привести до утворення кристалогідратів, з одного здійснюється до необхідної величини вологості боку, а збільшення НВЧ-енергії для підвищення матеріалу. ефективності позначиться на енерговитратах. Після закінчення процесу сушіння відключають На Фіг. приведене схематичне зображення НВЧ-генератор, у резонатор 1 напускають сухе пропонованого пристрою. Пристрій містить вакуповітря до атмосферного тиску, відкривають кришумний многомодовий резонатор 1, усередині якого ку 5 завантажувального люка, виймають висушепоярусно розміщені піддони 2, виконані з ний до 0,2% матеріал з піддонами 2 і вивантажурадіопрозорого матеріалу. Висота стінок піддонів 2 ють його в спецтару. не перевищують подвійну глибину проникнення При сушінні, наприклад, солей лужноНВЧ-енергії на її робочій частоті в даному галоїдних металів були використані піддони з матеріалі, а відстань між піддонами не перевищує фторопласта розмірами: діаметр 280мм; висота 200мм, висота засипання продукту 150мм. Маса 0,1 НВЧ . Сторона резонатора 1 протилежна НВЧпродукту, що завантажується на сушіння, 10кг у тракту 3 постачена вакуумним роз'ємним фланцем кожен піддон при масовій частці вологості 10%. 4 із кришкою 5, резонатор 1 постачений системами Сумарне завантаження солі у вакуумний резонавведення сухого повітря 6 і вакуумної відкачки 7. тор склало 100кг. Габаритні розміри вакуумного Спосіб реалізують на пропонованому пристрої резонатора 1 були наступні: діаметр - 1200мм; таким чином. Вихідний матеріал з вологістю 10% висота - 700мм; об'єм - 0,75м3, як джерело поміщають у піддони 2, товщина засипання нагрівання використовувався промисловий НВЧматеріалу відповідає висоті стінки піддонів 2, що генератор потужністю 1,5кВт і з довжиною хвилі забезпечує ефективність проникнення НВЧНВЧ 12cм . При потужності НВЧ-генератора, енергії. Піддони 2 через роз'ємний вакуумнощільний фланець 4 поярусно розміщають 1,5кВт (циклічність: 40хв - при включеному усередині резонатора 1, відповідно до зазначених генераторі, 20 хвилин - при відключеному) максивідстаней між ними. Закривають кришку 5 резонамальна температура продукту на фінішній стадії тора 1, узгоджують його із НВЧ-трактом 3. сушіння склала 80°С. Підключають систему 6 напуску сухого Залишковий тиск 25мм.рт.ст. підтримували за повітря, включають вакуумну систему 7 і допомогою напуску повітря в резонатор 1 через відкачують резонатор 1 до граничного вакууму напускний вентиль системи 6 напуску сухого 2·10-3мм.рт.ст, після чого включають систему 6 повітря. Після 6 годин сушіння масова частка води напуску сухого повітря, продовжуючи відкачку до в продукті склала 0,17% (норма по ТУ 0,2-0,3%). тиску - 20мм.рт.ст., тим самим виключають Подібним чином було проведене сушіння окможливість пробою в резонаторі, здійснюють НВЧсолину, дибазолу, амінокапронової кислоти. нагрів матеріалу у вакуумі. Для цього по НВЧСушіння цих субстанцій проводилося при тракту 3 подають НВЧ-енергію, одночасно протемпературі не вище 60°С і до вологості ~ 0,4% довжують вакуумування об'єму резонатора 1. Зав(норми по фармакопейних статтях ~ 0,5%). дяки товщині шару матеріалу, що висушується, Існуюча термічна технологія сушіння лужновідповідній висоті стінок радіопрозорих піддонів 2 і галоїдних солей наступна: маса завантаження відстанях між ними забезпечується нагрівання сировини 80кг; вихідна вологість ~ 7%; потужність матеріалу по всьому об'єму. При цьому термоелементів 15кВт; тривалість сушіння до відбувається інтенсивне випарювання вологи і вологості 0,2% -12-14 годин. газів з матеріалу. Для виключення ймовірності Таким чином запропоновані спосіб і пристрій утворення гідролізних з'єднань у матеріалі, забезпечують збільшення продуктивності здійснюють безупинний контроль сумарного тиску технологічного процесу в 2 рази, зниженню енерв резонаторі 1, регулюючи тиск сухого повітря і говитрат в 10 раз і поліпшення якості сухого потужність НВЧ-генератора. матеріалу за рахунок виключення гідролізних Тиск пару і його температура у резонаторі 1, утворень під час процесу сушки. 9 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 64308 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601