Преимущества и недостатки СВЧ сушки тканей в легкой промышленности
Сушка влажных материалов в переменном электрическом СВЧ поле основана на явлении поляризации в диэлектриках. При нагреве диэлектрических материалов в поле сверхвысокой частоты происходит преобразование СВЧ энергии электромагнитного поля в тепло за счет диэлектрических потерь. Значения потерь зависят от электрофизических свойств, влагосодержания и строения вещества.
Характерной особенностью сушки влажных диэлектриков является равномерное выделение тепла во всем объеме тела, высокая интенсивность роста температуры и испарения влаги с поверхности. Наблюдается зависимость диэлектрических потерь от длины волны.
Изучение сушки токами СВЧ показало высокую эффективность подачи энергии в объем влажного материала, высокую интенсивность испарения воды во всем объеме материала, значительное сокращение длительности сушки даже по сравнению с интенсивной сушкой тканей традиционными методами. Равномерное распределение влагосодержания по всему объему тканей позволяет получать высокие технологические свойства высушиваемого материала.
Отличия свойств полярных и неполярных материалов
По своим электрофизическим свойствам материалы относятся к диэлектрикам, которые в зависимости от строения волокон, пористости и воздухопроницаемости делятся на полярные и неполярные. Неполярные вещества обладают низкими значениями диэлектрических потерь и плохо нагреваются в поле СВЧ. Диэлектрические свойства текстильных материалов в существенной степени зависят от природы волокна, пористости, поверхностной плотности, воздухопроницаемости. Для полиамидных и полиакриловых волокон показатель диэлектрических потерь на порядок выше по сравнению с неполярным полиэфирным или триацетатным волокном. Коэффициент диэлектрических потерь хлопка имеет промежуточное значение.
Термопластичные волокна (хлопок, вискоза, лен, шерсть) в условиях СВЧ сушки прогреваются слабее, чем полярные материалы. Но текстильные материалы после процесса увлажнения содержат в значительном количестве влагу (80 – 120 %). За счет этого достигается многократное повышение интенсивности диэлектрического нагрева влажных материалов. Такие вещества «волокно–вода» рассматриваются как полярный диэлектрик, электрофизические характеристики которого близки к воде, а теплофизические – к веществу.
Отличие СВЧ сушки от традиционного метода сушки
В отличие от традиционных методов сушки, для которых перенос влаги внутри материала происходит под действием градиентов влагосодержания и температуры, при сушке в поле СВЧ на перенос влаги главное действие оказывает напряженность электрического и магнитного полей СВЧ излучения. На практике временем ионной и электронной поляризации можно пренебречь и считать, что эти процессы происходят мгновенно.
Под действием электрического СВЧ поля происходит интенсивное выделение тепла и энергия, затраченная на поляризацию влажного тела, генерируется в виде повышения температуры. Количество выделяемого тепла зависит от напряженности генерируемого электрического поля, тангенса угла диэлектрических потерь и частоты электрического СВЧ поля.
Распределение влаги при сушке тканей
Коэффициент диэлектрических потерь материала зависит от влагосодержания, частоты генератора, температуры и связи влаги с материалом. Сильно влияет на значение коэффициента потерь волокнистая структура материала, пористость и воздухопроницаемость, что особенно важно при СВЧ-сушке тканей.
Скорость удаления влаги из материалов при сушке в поле СВЧ значительно превышает скорость испарения влаги при сушке другими традиционными методам.
В процессе конвективного испарения термодиффузия препятствует перемещению воды к поверхности материала. Температура поверхности больше, чем в центре. При сверхвысокочастотной сушке микроволнами температурный градиент направлен от центра к поверхности и содержание воды имеет обратный характер, влаги на поверхности больше, чем в центре.
При СВЧ сушке испарение воды, в отличие от конвективной сушки, происходит во всем объеме материала, причем в центре тела больше, чем на поверхности, что вызывает возникновение градиента давления, который влияет на перенос пара внутри тела.
Технологические параметры СВЧ сушки
Суть процесса сушки микроволнами СВЧ не отличается от других способов сушки. Отличие заключается в очень быстром прогреве вещества до температур, близких к температуре кипения. Интенсивность переноса влаги внутри материала при микроволновом СВЧ нагреве характеризуется размерами материала и теплопроводностью.
При расчете камер СВЧ сушки учитываются такие факторы, как теплота парообразования, скорость сушки, среднее влагосодержание, время сушки, плотность сухого материала, теплоемкости сухого тела и воды.
Мощность конвективного источника тепла определяется по коэффициенту конвективного теплообмена, площади поверхности испарения, температуры материала и среды в сушильной СВЧ камере.
Кинетика сушки в СВЧ камерах
Ткани относятся к тонким волокнистым материалам с высокой пористостью и
воздухопроницаемостью. Экспериментальные данные кинетики сушки тканей в поле СВЧ сопоставлялись с результатами исследования кинетики терморадиационной сушки тканей. При сушке ИК лучами графики сушки вискозной и льняной тканей для каждого режима сушки в поле СВЧ практически совпадали.
Совпадение графиков сушки для разных материалов при общих технологических режимах объясняется высокой интенсивностью испарения влаги, в два раза выше, чем при терморадиационной, и в три раза выше, чем при конвективной сушке газами.
В отличие от терморадиационной сушки тканей, сушка в поле СВЧ происходит в периоде падающей скорости. Периода постоянной скорости сушки не наблюдается ни по влаге, ни по температурам. Характерной чертой нагрева тканей в поле СВЧ от других вариантов подачи энергии является быстрый прогрев материалов до высокой температуры.
Время сушки по сравнению с терморадиационной сокращается в два раза, а интенсивность удаления воды выше в 1,7 – 1,8 раза.
Зависимость времени сушки от мощности генерируемого СВЧ источника
Зависимость позволяет прогнозировать время сушки в зависимости от генерируемой мощности СВЧ при различных содержаниях влаги. Результаты позволяют оценить степень сокращения времени сушки при увеличении мощности генератора СВЧ при различных влажностях материалов. За начало отчета принимаются мощность генератора СВЧ и время сушки в камере.
Установлено, что сушка до конечного равновесного влагосодержания тканей при увеличении мощности генератора в 2 раза сокращает длительность сушки в 1,9 раза, в 2,8 раза — сокращает время сушки в 2,75 раза. Сокращение времени сушки пропорционально возрастанию мощности генератора СВЧ.
Коэффициент сушки не зависит от параметров процесса и является функцией мощности генератора СВЧ.
Установленные зависимости позволяют рассчитать время сушки влажных материалов от установленной влажностидо заданной. При заданных характеристиках электрического поля СВЧ и влажности материала можно вычислить мощность источника генерации энергии СВЧ.
Расчет себестоимости энергии в процессах СВЧ сушки тканей
Для исчисления себестоимости энергии в энергетике применяется метод построения
треугольника, на одной стороне которого откладывается величина затрат электроэнергии на 1 кг испаренной влаги, на другой — мощность генератора СВЧ.
Расчеты показали, что расход электроэнергии при микроволновом сверхвысокочастотном нагреве тканей, как при сушке других влажных материалов, составляет 2 – 3,5 кВт / ч на 1 кг испаренной влаги.
Наши контакты
Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании
