RU2751423C1 - Method for ultrasonic drying of bulk materials - Google Patents
Method for ultrasonic drying of bulk materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751423C1 RU2751423C1 RU2020122649A RU2020122649A RU2751423C1 RU 2751423 C1 RU2751423 C1 RU 2751423C1 RU 2020122649 A RU2020122649 A RU 2020122649A RU 2020122649 A RU2020122649 A RU 2020122649A RU 2751423 C1 RU2751423 C1 RU 2751423C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drum
- ultrasonic
- drying
- drums
- cylindrical
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000001035 drying Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 2
- 235000010582 Pisum sativum Nutrition 0.000 description 2
- 240000004713 Pisum sativum Species 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B11/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive
- F26B11/02—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles
- F26B11/04—Machines or apparatus for drying solid materials or objects with movement which is non-progressive in moving drums or other mainly-closed receptacles rotating about a horizontal or slightly-inclined axis
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
- F26B5/02—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by using ultrasonic vibrations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сушки, а именно к способам повышения эффективности (производительности процесса и качества конечного продукта) сушки в устройствах барабанного типа при помощи ультразвуковых колебаний с высоким уровнем силы звука (интенсивности УЗ воздействия).The invention relates to the field of drying, in particular to methods of increasing the efficiency (process productivity and quality of the final product) of drying in drum-type devices using ultrasonic vibrations with a high level of sound force (intensity of ultrasonic exposure).
Изобретение может быть использовано для создания современной материально-технической базы в областях промышленности и сельского хозяйства, где одним из технологических этапов является сушка сыпучих материалов и этот процесс реализуется в устройствах барабанного типа.The invention can be used to create a modern material and technical base in the fields of industry and agriculture, where one of the technological stages is the drying of bulk materials and this process is implemented in drum-type devices.
Процесс сушки, заключающийся в удалении влаги из материала, с одной стороны, является одним из ключевых этапов различных технологических процессов, а с другой стороны, одной из самых затратных стадий переработки продукции. Эффективность способа сушки, в значительной степени, определяет качество и себестоимость конечного продукта. В связи с этим способы сушки непрерывно совершенствуются в направлении интенсификации (ускорения) процесса при одновременном повышении качества получаемого продукта.The drying process, which consists in removing moisture from the material, on the one hand, is one of the key stages of various technological processes, and on the other hand, one of the most costly stages of product processing. The efficiency of the drying method largely determines the quality and cost of the final product. In this regard, drying methods are continuously being improved in the direction of intensifying (accelerating) the process while improving the quality of the resulting product.
Для интенсификации процесса удаление влаги из сыпучих материалов наиболее эффективными являются способы, основанные на применении ультразвуковых колебаний высокой интенсивности.To intensify the process of removing moisture from bulk materials, the most effective methods are based on the use of high-intensity ultrasonic vibrations.
Такие способы характеризуется рядом специфических особенностей.Such methods are characterized by a number of specific features.
1. Ускорение процесса сушки происходит только при высоких интенсивностях воздействия. В случае воздействия на материалы колебаниями с низким уровнем силы звука (менее 130 дБ) процесс сушки ничем не отличается от конвективной сушки, то есть, существует «критический» уровень воздействия, при котором влияние воздействия УЗ колебаний является определяющим и, начинается процесс, который можно называть акустической (ультразвуковой) сушкой.1. Acceleration of the drying process occurs only at high intensities of exposure. In the case of exposure of materials to vibrations with a low level of sound strength (less than 130 dB), the drying process is no different from convective drying, that is, there is a "critical" level of exposure at which the influence of ultrasonic vibrations is decisive and a process begins that can called acoustic (ultrasonic) drying.
2. Большинство экспериментальных работ свидетельствуют о нелинейной зависимости интенсивности сушки от величины уровня силы ультразвукового воздействия. Установлено, что, начиная с интенсивности акустических колебаний в 140-160 дБ, процесс удаления влаги идет по экспоненциальному закону.2. Most of the experimental works indicate a nonlinear dependence of the intensity of drying on the magnitude of the level of the force of ultrasonic action. It was found that, starting from the intensity of acoustic vibrations of 140-160 dB, the process of moisture removal proceeds according to an exponential law.
До настоящего времени считалось, что наиболее эффективными являются способы ультразвуковой сушки, основанные на применении колебаний, создаваемых с помощью газоструйных преобразователей, обеспечивающих формирование акустических (ультразвуковых) колебаний высокой интенсивности в газовой среде. Поэтому, было предложено большое количество способов ультразвуковой сушки (Акустотермический способ сушки материалов, патент 2215953 РФ: МПК F26B 5/02 (2000.01) / F26B 7/00 (2000.01) / Глазнев В.Н; патентообладатель: Глазнев Владимир Николаевич; заявка: 2001122696/06 от 10.08.2001. Опубликовано: 10.05.2003) [1].Until now, it was considered that the most effective methods of ultrasonic drying are based on the use of vibrations created with the help of gas-jet transducers, which provide the formation of acoustic (ultrasonic) vibrations of high intensity in a gaseous medium. Therefore, a large number of ultrasonic drying methods have been proposed (Acoustic thermal method for drying materials, patent 2215953 RF: IPC F26B 5/02 (2000.01) / F26B 7/00 (2000.01) / Glaznev V.N.; patent holder: Glaznev Vladimir Nikolaevich; application: 2001122696 / 06 from 10.08.2001. Published: 10.05.2003) [1].
(Способ сушки волокнистых материалов, патент 2171959 РФ: МПК F26B 5/02 (2000.01) / F26B 7/00 (2000.01) / Изгородин А.К., Сенченков Е.В., Семикин А.П.; патентообладатель: Ивановская государственная текстильная академия; Заявка: 99105625/06 от 18.03.1999. Опубликовано: 10.08.2001) [2], основанных на использовании газоструйных преобразователей.(Method for drying fibrous materials, patent 2171959 RF: IPC F26B 5/02 (2000.01) / F26B 7/00 (2000.01) / Izgorodin A.K., Senchenkov E.V., Semikin A.P .; patentee: Ivanovo State Textile Academy; Application: 99105625/06 from 18.03.1999. Published: 10.08.2001) [2], based on the use of gas-jet converters.
Наиболее эффективными являются способы сушки (Способ акустической сушки капиллярно-пористых материалов, патент 2062416 РФ: МПК F26B 5/02 (1996.01) / Глазнев В.Н., Глинский А.Б.; патентообладатель: Институт теоретической и прикладкой механики СО РАН; заявка: 94 94027716 от 22.07.1994. Опубликовано: 20.06.1996) [3], (Способ высокоинтенсивной акустической сушки капиллярно-пористых материалов и устройство для его осуществления: патент 2548696 РФ: МПК F26B 5/02 (2006.01) / Корецкий С.Л.; Корецкий В.А.; патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Акустические технологии сушки» (RU); заявка 2013152695/06 от 28.11.2013. Опубликовано: 20.04.2015) [4], заключающиеся в акустическом воздействии на высушиваемый материал газоструйным преобразователем при подаче через него в объем сжатого воздуха, преобразовании энергии потока газа в энергию упругих колебаний. Высушиваемый материал располагается в сушильной камере, размер которой превосходит объем высушиваемого материала.The most effective methods of drying are (Method of acoustic drying of capillary-porous materials, patent 2062416 RF: IPC F26B 5/02 (1996.01) / Glaznev V.N., Glinsky A.B .; patent holder: Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS; application : 94 94027716 of 22.07.1994. Published: 20.06.1996) [3], (Method for high-intensity acoustic drying of capillary-porous materials and a device for its implementation: RF patent 2548696: IPC F26B 5/02 (2006.01) / Koretsky S.L. .; Koretskiy V.A .; patentee: Limited Liability Company "Acoustic drying technologies" (RU); application 2013152695/06 dated 28.11.2013. Published: 20.04.2015) [4] a converter when supplying compressed air through it to the volume, converting the energy of the gas flow into the energy of elastic vibrations. The material to be dried is placed in a drying chamber, the size of which exceeds the volume of the material to be dried.
Такие способы позволяют ускорить сушку материалов за счет воздействия колебаниями, однако имеют следующие недостатки:Such methods make it possible to accelerate the drying of materials due to exposure to vibrations, however, they have the following disadvantages:
- низкую эффективность сушки, обусловленную тем, что на практике обеспечивается незначительное превышение «критического» уровня звукового давления, что приводит к длительному времени сушки;- low drying efficiency, due to the fact that in practice a slight excess of the "critical" sound pressure level is ensured, which leads to a long drying time;
- невозможность повышения эффективности сушки из-за необходимости увеличения уровня звукового давления над уровнем «критического» давления, поскольку это требует увеличения давления газа, подаваемого в газоструйный излучатель и увеличения диаметра соплового отверстия. При этом увеличиваются расходы на создание сжатого воздуха и снижается рабочая частота излучателей, что требует усложнения систем акустической защиты от негативных воздействий на человека и окружающий природный мир (животных и растения). Для упрощения систем защиты сушилки выполнены в виде параллелепипедов, что исключает возможность повышения эффективности за счет пересыпания материала во вращающемся барабане и снижает эффективность применения энергии колебаний.- the impossibility of increasing the efficiency of drying due to the need to increase the level of sound pressure above the level of "critical" pressure, since this requires an increase in the pressure of the gas supplied to the gas-jet radiator and an increase in the diameter of the nozzle hole. At the same time, the costs of creating compressed air increase and the operating frequency of the emitters decreases, which requires the complication of acoustic protection systems against negative effects on humans and the surrounding natural world (animals and plants). To simplify the protection systems, the dryers are made in the form of parallelepipeds, which eliminates the possibility of increasing efficiency due to pouring material in a rotating drum and reduces the efficiency of using vibration energy.
- газоструйные излучатели работают в области акустических колебаний звуковой частоты, что обуславливает возможность негативного воздействия на человека и окружающий животный мир. Эффективность газоструйного излучателя при переходе в область ультразвуковых колебаний существенно падает. Так газоструйный излучатель на рабочую частоту в 20 кГц должен иметь размеры резонатора и соплового отверстия около 1 мм, что существенно ограничивает поток газа, используемого для преобразования в акустические колебания. По этой причине мощность формируемых колебаний не может быть более 10... 100 Вт и эффективность такого воздействия на ультразвуковой частоте становится недостаточной для обеспечения эффекта акустической сушки в реальных объемах.- gas-jet emitters work in the field of acoustic vibrations of sound frequency, which leads to the possibility of a negative impact on humans and the surrounding animal world. The efficiency of the gas-jet emitter significantly decreases upon transition to the region of ultrasonic vibrations. Thus, a gas-jet emitter with an operating frequency of 20 kHz should have a resonator and nozzle opening of about 1 mm, which significantly limits the gas flow used for conversion into acoustic vibrations. For this reason, the power of the generated vibrations cannot be more than 10 ... 100 W and the effectiveness of such an effect at the ultrasonic frequency becomes insufficient to ensure the effect of acoustic drying in real volumes.
Для устранения недостатков известных способов сушки, связанных с использованием воздействия на звуковых частотах (до 15 кГц) и реализации способов сушки на ультразвуковой частоте (более 20 кГц), предложены способы ультразвуковой сушки, например (Способ сушки капиллярно-пористых материалов, патент 2239137 РФ: МПК F26B 5/02 (2000.01) / F26B 7/00 (2000.01) / Хмелев В.Н., Заборовский А.Н.; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ); заявка: 2003102919/06 от 31.01.2003. Опубликовано: 27.10.2004) [5]. При реализации таких способов сушки в качестве источника ультразвуковых колебаний (излучателя) используются металлические диски, совершающие изгибные колебания, возбуждаемые при помощи пьезоэлектрических преобразователей (Ультразвуковая колебательная система для газовых сред, патент 132000 РФ МПК В06В 1/00 (2006.01) / Хмелев В.Н., Галахов А.Н., Шалунов А.В., Нестеров В.А., Голых Р.Н.; заявитель и патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ»; заявка №2013123940/28 от 24.05.2013. Опубликовано: 10.09.2013) [6].To eliminate the disadvantages of the known drying methods associated with the use of exposure to sound frequencies (up to 15 kHz) and the implementation of drying methods at an ultrasonic frequency (more than 20 kHz), ultrasonic drying methods are proposed, for example (Method for drying capillary-porous materials, patent 2239137 RF: IPC F26B 5/02 (2000.01) / F26B 7/00 (2000.01) / Khmelev V.N., Zaborovsky A.N .; patent holder: State educational institution of higher professional education "Altai State Technical University named after II Polzunov" (AltSTU); application: 2003102919/06 from 31.01.2003. Published: 27.10.2004) [5]. When implementing such drying methods, metal discs are used as a source of ultrasonic vibrations (emitter), performing bending vibrations, excited by piezoelectric transducers (Ultrasonic vibrating system for gaseous media, patent 132000
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ ультразвуковой сушки сыпучих материалов по патенту (патент 2277611 РФ ) [7], принятому за прототип, и заключающийся в том, что высушиваемый материал размещают в цилиндрическом технологическом барабане, обеспечивают его пересыпание в процессе вращения барабана, осуществляют воздействие ультразвуковыми колебаниями при помощи излучателя дисковой формы, установленного перед одной из торцевых стенок барабана так, что ось вращения барабана совпадает с акустической осью излучателя.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a method of ultrasonic drying of bulk materials according to the patent (patent 2277611 RF) [7], taken as a prototype, and consisting in the fact that the material to be dried is placed in a cylindrical technological drum, it is poured during rotation drum, the effect of ultrasonic vibrations is carried out using a disk-shaped emitter installed in front of one of the end walls of the drum so that the axis of rotation of the drum coincides with the acoustic axis of the emitter.
Такой способ пригоден для сушки различных сыпучих материалов.This method is suitable for drying various bulk materials.
В качестве источника ультразвуковых колебаний используют дисковый излучатель, выполненный из металла, совершающий изгибные колебания, возбуждаемые при помощи пьезоэлектрического преобразователя. Сушка осуществляется в установке барабанного типа и заключается в непрерывном энергетическом воздействии упругими колебаниями ультразвуковой частоты на пересыпаемый материал в процессе вращения барабана и пересыпании высушиваемого материала внутри него. Применение ультразвуковых колебаний для воздействия на высушиваемый материал обеспечивает снижение требований по защите персонала, обслуживающего сушилку, снижает материалоемкость (обеспечена возможность использования в барабане тонких металлических стенок), а применение дисковых излучателей с КПД более 40…50% позволяет существенно снизить энергозатраты на формирование ультразвукового воздействия.As a source of ultrasonic vibrations, a disc radiator is used, made of metal, performing bending vibrations excited by a piezoelectric transducer. Drying is carried out in a drum-type installation and consists in continuous energetic action of elastic vibrations of ultrasonic frequency on the material being poured during the rotation of the drum and pouring the material to be dried inside it. The use of ultrasonic vibrations to influence the material to be dried reduces the requirements for the protection of personnel serving the dryer, reduces material consumption (the possibility of using thin metal walls in the drum is ensured), and the use of disk emitters with an efficiency of more than 40 ... 50% can significantly reduce energy consumption for the formation of ultrasonic exposure ...
Вместе с тем способу ультразвуковой сушки сыпучих материалов по (Способ ультразвуковой сушки белья в стиральных машинах барабанного типа, патент 2277611 РФ МПК D06F 58/02 (2006.01) / Хмелев В.Н., Цыганок С.Н., Заборовский А.Н., Барсуков Р.В., Савин И.И., Шалунов А.В., Хмелев М.В.; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ); заявка 2004133804/12 от 18.11.2004. Опубликовано: 10.06.2006) [7] присущи следующие недостатки.At the same time, the method of ultrasonic drying of bulk materials according to (Method of ultrasonic drying of linen in drum-type washing machines, patent 2277611 RF IPC D06F 58/02 (2006.01) / Khmelev V.N., Tsyganok S.N., Zaborovsky A.N., Barsukov R.V., Savin I.I., Shalunov A.V., Khmelev M.V .; patent holder State educational institution of higher professional education "Altai State Technical University named after II Polzunov" (Altai State Technical University); application 2004133804 / 12 from 18.11.2004. Published: 10.06.2006) [7] the following disadvantages are inherent.
1. Способ сушки, принятый за прототип имеет ограничения, связанные с количеством (массой) единовременно высушиваемого сыпучего материала. Обусловлено это ограничением размера барабана сушилки и необходимостью размещения только такого количества высушиваемого материала на дне барабана, которое пересыпаясь при вращении барабана, создает максимально возможную поверхность воздействия на материал. Предельный объем высушиваемого материала теоретически не может быть более половины объема барабана, а практически не превышает 25%.1. The drying method adopted as a prototype has limitations associated with the amount (weight) of a one-time dried bulk material. This is due to the limitation of the size of the drum of the dryer and the need to place only such an amount of dried material at the bottom of the drum, which, being poured during the rotation of the drum, creates the maximum possible surface of action on the material. Theoretically, the limiting volume of the material to be dried cannot be more than half of the drum volume, but practically does not exceed 25%.
2. Эффективность способа ограничивается невозможностью равномерного распределения высушиваемого материала по объему барабана при его вращении. Большая часть материала всегда находится в нижнем положении, создавая толстый слой материала. В этом слое сушке подвергается только поверхностный слой, т.е. воздействию подвергается только незначительная часть высушиваемого материала. Это увеличивает время сушки и не позволяет реализовать в должной мере преимущества ультразвуковой сушки.2. The effectiveness of the method is limited by the impossibility of uniform distribution of the material to be dried over the volume of the drum during its rotation. Most of the material is always in the down position, creating a thick layer of material. In this layer, only the surface layer is dried, i.e. only a small part of the material to be dried is exposed. This increases the drying time and does not allow the benefits of ultrasonic drying to be fully realized.
3. При проворачивании барабана не реализуется равномерное распределение сыпучего материала по сечению барабана, пересыпаются большие массы материала, что приводит к частичному разрушению частиц, гранул или зерен высушиваемого материала.3. When turning the drum, uniform distribution of bulk material over the section of the drum is not realized, large masses of material are poured, which leads to partial destruction of particles, granules or grains of the material to be dried.
4. Способ не позволяет эффективно использовать ультразвуковое излучение от дискового излучателя, поскольку воздействие в камере существенно зависит от количества материала в барабане, а его расположение меняется в процессе пересыпания. При этом резонансные условия усиления колебаний за счет отражения от задней стенки барабана могут возникать или аппаратурно настраиваться только в отдельные моменты процесса, например, когда весь материал на дне барабана.4. The method does not allow for effective use of ultrasonic radiation from a disk emitter, since the effect in the chamber depends significantly on the amount of material in the drum, and its location changes during pouring. In this case, resonant conditions for amplifying vibrations due to reflection from the rear wall of the drum can arise or be adjusted by hardware only at certain moments of the process, for example, when all the material is at the bottom of the drum.
Перечисленные недостатки ограничивают возможности известного способа ультразвуковой сушки, приводят к существенному снижению производительности технологической операции сушки и потере качества конечного продукта, что делает такой способ сушки экономически выгодным только для сушки особо ценных и дорогостоящих материалов при непрерывном перемешивании небольших объемов (количества) высушиваемого материала для обеспечения равномерности сушки.The listed disadvantages limit the capabilities of the known method of ultrasonic drying, lead to a significant decrease in the productivity of the technological operation of drying and loss of quality of the final product, which makes this drying method economically beneficial only for drying especially valuable and expensive materials with continuous stirring of small volumes (amount) of the material to be dried to ensure uniformity of drying.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков существующего способа ультразвуковой сушки сыпучих материалов, и создание нового способа ультразвуковой сушки сыпучих материалов, способного обеспечить повышение производительности операций сушки и увеличение качества конечного продукта за счет обеспечения равномерного распределения сыпучего материала и эффективного ультразвукового воздействия внутри барабанной сушилки.The proposed technical solution is aimed at eliminating the disadvantages of the existing method of ultrasonic drying of bulk materials, and creating a new method for ultrasonic drying of bulk materials, capable of increasing the productivity of drying operations and increasing the quality of the final product by ensuring uniform distribution of bulk material and effective ultrasonic action inside the drum dryer.
Кроме того, предлагаемый способ сушки позволит обеспечить повышение привлекательности самого метода ультразвуковой сушки, снижение стоимости процесса и позволит создать мобильные малогабаритные сушилки.In addition, the proposed drying method will increase the attractiveness of the ultrasonic drying method itself, reduce the cost of the process, and will create mobile small dryers.
Суть предлагаемого технического решения заключается в том, что в известном способе ультразвуковой сушки сыпучих материалов, предполагающем размещение сыпучего материала, по крайней мере в одном цилиндрическом технологическом барабане, пересыпание его в процессе вращения барабана, воздействие ультразвуковыми колебаниями при помощи излучателя дисковой формы, установленного перед одной из торцевых стенок барабана так, что ось вращения барабана совпадает с акустической осью излучателя, ультразвуковое воздействие осуществляют одновременно на высушиваемый материал, размещенный на внутренних и внешних поверхностях нескольких цилиндрических барабанов, вращающихся синхронно с одинаковой скоростью. Все барабаны со стороны, противоположной излучателю, имеют общую торцевую стенку, расположенную на расстоянии, кратном половине длины волны используемых ультразвуковых колебаний в газовой среде, на внутренней стороне барабана максимального диаметра, а также на внешней и внутренней поверхностях каждого последующего барабана, вдоль каждой его цилиндрической образующей, выполнены лопасти, обеспечивающие при вращении барабана удержание материала на цилиндрических поверхностях при движении лопастей вверх, и высыпание материала при движении лопастей вниз, в каждом из барабанов, - кроме барабана максимального диаметра, - выполнены продольные пазы, ширина которых выбрана из условия обеспечения возможности засыпания материала из каждого внешнего барабана во внутренний при перемещении паза вверх и для высыпания материала из каждого внутреннего барабана во внешний - при перемещении паза вниз. Ультразвуковое воздействие на высушиваемый материал осуществляют непрерывно на частоте от 20 до 25 кГц с уровнем силы ультразвука в пределах 146…160 дБ при вращении барабанов, пересыпающих материал, последовательно, с внутренней поверхности внешнего барабана на внешнюю поверхность находящегося внутри него следующего барабана, а затем с внешней поверхности этого барабана, последовательно, на его внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность следующего барабана меньшего диаметра.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that in the known method of ultrasonic drying of bulk materials, which involves the placement of bulk material in at least one cylindrical technological drum, pouring it during the rotation of the drum, exposure to ultrasonic vibrations using a disk-shaped emitter installed in front of one from the end walls of the drum so that the axis of rotation of the drum coincides with the acoustic axis of the emitter, ultrasonic action is carried out simultaneously on the material to be dried, placed on the inner and outer surfaces of several cylindrical drums rotating synchronously at the same speed. All drums on the side opposite to the radiator have a common end wall located at a distance that is a multiple of half the wavelength of the ultrasonic vibrations used in a gas environment, on the inner side of the drum of maximum diameter, as well as on the outer and inner surfaces of each subsequent drum, along each of its cylindrical generatrix, blades are made that ensure, when the drum rotates, the material is retained on cylindrical surfaces when the blades move upward, and the material spills out when the blades move downward, in each of the drums, except for the drum of maximum diameter, longitudinal grooves are made, the width of which is selected from the condition of ensuring the possibility pouring material from each outer drum into the inner one when moving the groove up and for pouring material from each inner drum into the outer one when moving the groove down. Ultrasonic action on the material to be dried is carried out continuously at a frequency of 20 to 25 kHz with a level of ultrasound power in the range of 146 ... 160 dB when the drums rotate, pouring the material, sequentially, from the inner surface of the outer drum to the outer surface of the next drum inside it, and then from the outer surface of this drum, successively, on its inner surface and the outer surface of the next drum of a smaller diameter.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении задача повышения производительности операции сушки и улучшения качества конечного продукта достигается за счет обеспечения равномерного распределения сыпучего материала и эффективного ультразвукового воздействия на материал.Thus, in the proposed technical solution, the task of increasing the productivity of the drying operation and improving the quality of the final product is achieved by ensuring uniform distribution of bulk material and effective ultrasonic action on the material.
Это достигается тем, что ультразвуковое воздействие осуществляют одновременно на сыпучий материал, размещенный на внутренних и внешних поверхностях нескольких цилиндрических барабанов, осесимметрично размещенных относительно акустической оси дискового излучателя и вращающихся синхронно с одинаковой скоростью.This is achieved by the fact that the ultrasonic action is carried out simultaneously on the bulk material, placed on the inner and outer surfaces of several cylindrical drums, axisymmetrically located relative to the acoustic axis of the disk radiator and rotating synchronously at the same speed.
Резонансное усиление ультразвуковых колебаний в сушилке достигается за счет того, что все барабаны со стороны, противоположной излучателю имеют общую торцевую стенку, расположенную на расстоянии, кратном половине длины волны используемых ультразвуковых колебаний в газовой среде.Resonant amplification of ultrasonic vibrations in the dryer is achieved due to the fact that all drums on the side opposite to the emitter have a common end wall located at a distance that is a multiple of half the wavelength of the ultrasonic vibrations used in a gaseous medium.
Равномерное распределение увеличенного количества высушиваемого материала обеспечено за счет того, что на внутренней стороне барабана максимального диаметра, а также на внешней и внутренней поверхностях каждого последующего барабана вдоль всей его цилиндрической образующей выполнены лопасти, обеспечивающие при вращении барабана удержание материала на цилиндрических поверхностях при движении лопастей вверх и высыпание материала при движении лопастей вниз.Uniform distribution of the increased amount of material to be dried is ensured due to the fact that on the inner side of the drum of maximum diameter, as well as on the outer and inner surfaces of each subsequent drum along its entire cylindrical generatrix, blades are made, which ensure, when the drum rotates, the material is retained on the cylindrical surfaces when the blades move up and material spillage when the blades move downward.
Для обеспечения равномерности сушки, за счет обеспечения оптимального распределения материала в барабанах и непрерывного пересыпания небольших количеств материала по всему объему сушилки, в каждом из барабанов, кроме барабана максимального диаметра, выполнены продольные пазы, ширина которых выбрана из условия обеспечения возможности засыпания материала из каждого внешнего барабана во внутренний при перемещении паза вверх и для высыпания материала из каждого внутреннего барабана во внешний при перемещении паза вниз.To ensure uniformity of drying, by ensuring optimal distribution of material in the drums and continuous pouring of small amounts of material throughout the volume of the dryer, in each of the drums, in addition to the drum of maximum diameter, longitudinal grooves are made, the width of which is selected so that material can be poured from each external drum into the inner one when the groove moves up and for pouring material from each inner drum into the outer one when the groove moves down.
Для обеспечения максимальной эффективности сушки сыпучих материалов в небольших объемах (тонких слоях) ультразвуковое воздействие осуществляется в не слышимом и не воспринимаемом человеком диапазоне частот от 20 до 25 кГц с уровнем силы ультразвука в пределах 146…160 дБ. При воздействии с таким уровнем силы ультразвука происходит удаление влаги с поверхности частиц высушиваемого материала с максимальной скоростью за счет механического ультразвукового распыления (т.е. без фазового перевода жидкости в парообразное состояние) и выход влаги из глубины частиц (зерен, гранул) высушиваемого материала. Ограничение уровня силы ультразвука в 160 дБ обусловлено тем, что дальнейшее увеличение требует непропорционально большого увеличения электрической энергии для формирования колебаний с такой интенсивностью. Кроме того, указанное значение уровня силы ультразвука в 160 дБ требует работы излучателя с таким уровнем амплитуд механических колебаний (более 100 мкм), при котором происходит разрушение излучателя.To ensure the maximum efficiency of drying bulk materials in small volumes (thin layers), ultrasonic action is carried out in the inaudible and imperceptible frequency range from 20 to 25 kHz with the level of ultrasound power in the range of 146 ... 160 dB. When exposed to such a level of ultrasound force, moisture is removed from the surface of the particles of the material to be dried at maximum speed due to mechanical ultrasonic spraying (i.e., without phase transfer of the liquid to a vapor state) and moisture is released from the depths of the particles (grains, granules) of the material to be dried. The limitation of the level of ultrasound power to 160 dB is due to the fact that a further increase requires a disproportionately large increase in electrical energy to generate vibrations with such an intensity. In addition, the specified value of the level of ultrasound power of 160 dB requires the operation of the emitter with such a level of amplitudes of mechanical vibrations (more than 100 microns), at which the emitter is destroyed.
Максимальная скорость и равномерность сушки при минимальном разрушении частиц высушиваемого материала обеспечивается за счет того, что УЗ воздействие осуществляется равномерно на весь объем материала, распределенного тонкими слоями и пересыпаемого небольшими порциями при вращении барабанов, перемещающих материал, последовательно, с внутренней поверхности внешнего барабана на внешнюю поверхность находящегося внутри него следующего барабана, а затем с внешней поверхности этого барабана, последовательно, на его внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность следующего барабана меньшего диаметра.The maximum speed and uniformity of drying with minimal destruction of the particles of the material to be dried is ensured due to the fact that the ultrasonic effect is carried out evenly over the entire volume of the material, distributed in thin layers and poured in small portions when the drums rotate, moving the material, sequentially, from the inner surface of the outer drum to the outer surface located inside it of the next drum, and then from the outer surface of this drum, sequentially, to its inner surface and the outer surface of the next drum of a smaller diameter.
Сущность технического решения поясняется фиг. 1-6, на которых схематично представлены сечения барабанов сушильной камеры в ходе их вращения.The essence of the technical solution is illustrated in FIG. 1-6, which schematically show the cross-sections of the drums of the drying chamber during their rotation.
Для простоты понимания сущности способа рассмотрим процесс сушки на примере сушилки, содержащей корпус 1 и два внутренних цилиндра 2 и 3 с лопастями 4, расположенными под углом 60° относительно друг друга по окружности.For ease of understanding the essence of the method, consider the drying process using the example of a dryer containing a
Способ реализуется в сушилке барабанного типа. Сушилка представляет собой цилиндрический барабан 1, являющийся корпусом установки с диаметром, равным диаметру дискового ультразвукового излучателя (на фигурах не показан). Ультразвуковой излучатель устанавливается в торцевую стенку корпуса. Внутри корпуса, соосно с ним, располагаются цилиндрические барабаны меньшего диаметра, - дальше цилиндры. На внутренних поверхностях всех цилиндров и корпуса, вдоль их образующих, размещают лопасти 4, на внешних поверхностях всех цилиндров, также, вдоль образующих, размещают двухсторонние лопасти, форма и количество которых выбирается под свойства высушиваемого материала. В каждом цилиндре выполнен продольный паз 5, ширина которого подбирается исходя из свойств материала.The method is implemented in a drum-type dryer. The dryer is a
Предлагаемый способ ультразвуковой сушки сыпучих материалов реализуется следующим образом. Высушиваемый сыпучий материал 6 засыпают в сушильную установку через технологическое отверстие, причем объем материала составляет 15-25% от объема корпуса.The proposed method for ultrasonic drying of bulk materials is implemented as follows. Drying
Затем сушильную установку начинают вращать электродвигателем (на фигурах не показан) с частотой 5-10 об/мин в зависимости от влажности и сыпучести материала. Одновременно с вращением осуществляют УЗ воздействие источником мощных ультразвуковых колебаний 146-160 дБ.Then the drying unit is started to rotate with an electric motor (not shown in the figures) with a frequency of 5-10 rpm, depending on the moisture content and flowability of the material. Simultaneously with the rotation, ultrasonic action is carried out by a source of powerful ultrasonic vibrations of 146-160 dB.
В исходном положении (фиг. 1) сыпучий материал расположен в нижних частях цилиндров и корпуса. С началом вращения барабана лопасти подхватывают материал и удерживают его на внутренних поверхностях цилиндров и корпуса.In the initial position (Fig. 1), the bulk material is located in the lower parts of the cylinders and the housing. As the drum begins to rotate, the blades pick up the material and hold it on the inner surfaces of the cylinders and housing.
При повороте сушильного барабана на угол около 60 градусов (фиг. 2), материал начинает пересыпаться на внешнюю сторону цилиндров меньших диаметров, где материал удерживается лопастями этих поверхностей.When the drying drum is rotated at an angle of about 60 degrees (Fig. 2), the material begins to pour onto the outer side of the cylinders of smaller diameters, where the material is held by the blades of these surfaces.
При угле около 120 градусов (фиг. 3), помимо выше описанной операции, происходит высыпание материала из малого цилиндра через паз в большой цилиндр.At an angle of about 120 degrees (Fig. 3), in addition to the above described operation, material is poured from the small cylinder through the groove into the large cylinder.
Дальнейшее вращение барабана приводит к высыпанию материала из большого цилиндра через паз во внутреннюю часть корпуса барабана (фиг. 4).Further rotation of the drum leads to the pouring of material from the large cylinder through the groove into the inner part of the drum body (Fig. 4).
При повороте барабана на угол около 240 градусов (фиг. 5) не происходит пересыпание материала через пазы.When the drum is rotated at an angle of about 240 degrees (Fig. 5), material does not flow through the grooves.
При угле около 300 градусов (фиг. 6) материал с внешней поверхности малого цилиндра засыпается в его внутренний объем, тот же процесс происходит с материалом на большом цилиндре при угле примерно 380 градусов (на фигуре не показано).At an angle of about 300 degrees (Fig. 6), the material from the outer surface of the small cylinder is poured into its inner volume, the same process occurs with the material on the large cylinder at an angle of about 380 degrees (not shown in the figure).
Таким образом, предлагаемый способ сушки позволяет равномерно распределять сыпучий материал в объеме сушильного барабана, что приводит к равномерному озвучиванию материала.Thus, the proposed drying method allows you to evenly distribute bulk material in the volume of the drying drum, which leads to a uniform sounding of the material.
Длина барабанной сушилки позволяет размещать достаточные объемы сыпучего материала (около 3 м) и ограничена мощностью ультразвукового излучателя.The length of the drum dryer allows to accommodate sufficient volumes of bulk material (about 3 m) and is limited by the power of the ultrasonic emitter.
Ультразвуковая сушилка по предлагаемому способу имеет следующие технические характеристики: диаметр излучателя и сушильной камеры 380 мм; длина 1 м, материал стенок сушильной камеры - металл; максимальная загрузка сушильной камеры 25 кг.The ultrasonic dryer according to the proposed method has the following technical characteristics: the diameter of the emitter and the drying chamber is 380 mm; length 1 m, material of the walls of the drying chamber - metal; the maximum load of the drying chamber is 25 kg.
Для определения эффективности разработанной и предложенной ультразвуковой сушилки были проведены экспериментальные исследования в специально отведенном помещении, при которых использовался дисковый излучатель с потребляемой электрической мощностью 350 Вт. Температура в сушильной камере поддерживалась на уровне 80-90°С, влажность окружающей среды 20-23%.To determine the effectiveness of the developed and proposed ultrasonic dryer, experimental studies were carried out in a specially designated room, in which a disk radiator with a consumed electric power of 350 W was used. The temperature in the drying chamber was maintained at 80-90 ° C, the ambient humidity was 20-23%.
При определении функциональных возможностей ультразвуковой сушилки проведена серия экспериментов на двух различных веществах: горохе и полимерных гранулах.When determining the functionality of the ultrasonic dryer, a series of experiments was carried out on two different substances: peas and polymer granules.
На основе анализа результатов экспериментов по сушке веществ только тепловым воздействием и сушки с помощью ультразвукового воздействия при одновременном тепловом воздействии в процессе сушки сухого гороха и полимерных гранул были установлено, что сушка при помощи ультразвукового воздействия идет в 2…2,5 раза быстрее, чем сушка без ультразвукового воздействия. Полученные результаты подтвердили эффективность предложенного способа ультразвуковой сушки различных материалов.Based on the analysis of the results of experiments on drying substances only by heat exposure and drying using ultrasonic exposure with simultaneous thermal exposure in the process of drying dry peas and polymer granules, it was found that drying using ultrasonic exposure is 2 ... 2.5 times faster than drying without ultrasonic exposure. The results obtained confirmed the effectiveness of the proposed method for ultrasonic drying of various materials.
Способ ультразвуковой сушки можно применять как автономно, так и в составе технологических линий для сушки различных материалов.The ultrasonic drying method can be used both independently and as part of technological lines for drying various materials.
Устройство, реализующее предложенный способ, готовится для промышленного применения. A device that implements the proposed method is being prepared for industrial use.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122649A RU2751423C1 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Method for ultrasonic drying of bulk materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122649A RU2751423C1 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Method for ultrasonic drying of bulk materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751423C1 true RU2751423C1 (en) | 2021-07-13 |
Family
ID=77020046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122649A RU2751423C1 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Method for ultrasonic drying of bulk materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751423C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795140C1 (en) * | 2022-09-01 | 2023-04-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of ultrasonic drying of materials |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB942727A (en) * | 1961-08-02 | 1963-11-27 | American Sugar Refining Co | Improvements in or relating to method and apparatus for drying sugar-containing material |
| SU1191053A1 (en) * | 1983-12-23 | 1985-11-15 | Gorgodze Albert V | Apparatus for heat treatment of tea leaf |
| RU15218U1 (en) * | 2000-03-21 | 2000-09-27 | Закрытое Акционерное Общество "Корпорация ЕВРОПА" | DRUM DRYER FOR BULK MATERIALS (OPTIONS) |
| RU2277611C1 (en) * | 2004-11-18 | 2006-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of ultrasonic drying of linen in tumbler washing machines |
| RU147237U1 (en) * | 2014-06-10 | 2014-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" | DEVICE FOR ULTRASONIC DRYING OF BIRD LITTER |
-
2020
- 2020-07-03 RU RU2020122649A patent/RU2751423C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB942727A (en) * | 1961-08-02 | 1963-11-27 | American Sugar Refining Co | Improvements in or relating to method and apparatus for drying sugar-containing material |
| SU1191053A1 (en) * | 1983-12-23 | 1985-11-15 | Gorgodze Albert V | Apparatus for heat treatment of tea leaf |
| RU15218U1 (en) * | 2000-03-21 | 2000-09-27 | Закрытое Акционерное Общество "Корпорация ЕВРОПА" | DRUM DRYER FOR BULK MATERIALS (OPTIONS) |
| RU2277611C1 (en) * | 2004-11-18 | 2006-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of ultrasonic drying of linen in tumbler washing machines |
| RU147237U1 (en) * | 2014-06-10 | 2014-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" | DEVICE FOR ULTRASONIC DRYING OF BIRD LITTER |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2795140C1 (en) * | 2022-09-01 | 2023-04-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Method of ultrasonic drying of materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gallego-Juarez | High-power ultrasonic processing: recent developments and prospective advances | |
| US6266836B1 (en) | Process and device for continuous ultrasonic washing of textile | |
| RU2751423C1 (en) | Method for ultrasonic drying of bulk materials | |
| US5724751A (en) | Process and apparatus for drying organic or inorganic materials | |
| RU2447926C2 (en) | Method of coagulating foreign particles in gas flows | |
| RU195247U1 (en) | Ultrasonic dryer | |
| RU147237U1 (en) | DEVICE FOR ULTRASONIC DRYING OF BIRD LITTER | |
| RU2328677C1 (en) | Device for drying without carry-over | |
| RU2757201C1 (en) | Method for ultrasonic drying of bulk materials | |
| RU2415357C1 (en) | Acoustic thermal drier | |
| JP4431097B2 (en) | Vibration processing apparatus and method of processing granular material using the apparatus | |
| US3302301A (en) | Apparatus for drying and treating of hair via ultrasonics | |
| RU141803U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING MACHINE | |
| RU2794688C1 (en) | Device for non-contact acoustic drying of materials | |
| Khmelev et al. | Compact ultrasonic drier for low temperature dehydration of products in food industry | |
| RU2305237C1 (en) | Drum type vertical drier | |
| RU2367862C1 (en) | Ultrasonic drying device | |
| RU2366874C1 (en) | Acoustic dryer | |
| CN106052329A (en) | Vibration type grain drying device | |
| SU731238A1 (en) | Vibrodryer for finely-dispersed materials | |
| RU2218273C1 (en) | Method of impregnation of half-finished wood product | |
| RU2324875C1 (en) | Apparatus for entrainment-free drying | |
| RU2276760C2 (en) | Acoustic mode of drying materials | |
| RU132168U1 (en) | SHEET DRYER | |
| SU748100A1 (en) | Acoustic dryer for heat-susceptible loose materials |