СПОСОБ СУШКИ ВОЛОКНИСТЫХ ПРЕССОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR PRESSED FIBROUS MATERIALS DRYING

Предлагаемый способ сушки относится к технологии сушки прессованной сельскохозяйственной продукции в вакуумной сушильной камере, в частности сена, льнотресты и пр. в кипах или рулонах.
Сушка - самая энергозатратная операция из всей технологии заготовки сена. Применяемые способы сушки характеризуются большими количественными и качественными потерями, которые могут достигать 55%. Наибольшие потери наблюдаются при заготовке в кипы или рулоны недосушенной или неравномерно просушенной травы из-за появления плесени даже при внесении консерванта. Как правило, плесень наблюдается в центре кип или рулонов и снижается к периферии. Аналогичные явления наблюдаются при заготовке льнотресты. Поэтому сельскохозяйственную продукцию, прессованную в кипы или рулоны, подвергают досушиванию. Применение специальных сушильных установок активного вентилирования с подогревом агента сушки способствуют получению более качественной продукции [1, 2]. Теплоноситель в данных установках поступает к нижней части рулона и продувает его снизу вверх. Влажность подсушиваемой продукции периодически контролируется переносным прибором [3].
Основной недостаток применяемого способа сушки - значительные энергозатраты, которые достигают до 4136 кДж/кг удаленной влаги [4].
Снижение энергозатрат достигается способом сушки растительных материалов в вакуум-импульсных сушильных камерах [5]. Однако применяемый при этом способ контроля процесса сушки по уменьшению изменения температуры растительных материалов не позволяет своевременно определить момент наступления установившихся показаний влажности продукта при возникновении равновесного давления насыщенного пара в вакуум-сушильной камере.
Задачей изобретения является повышение эффективности сушки растительных материалов в вакуумно-импульсной сушильной камере, которая достигается путем своевременного определения момента наступления установившихся показаний влажности продукта при возникновении равновесного давления насыщенного пара в вакуум-сушильной камере.
Своевременное определение моментов наступления установившихся показаний влажности продукта при возникновении равновесного давления насыщенного пара в вакуумной сушильной камере может быть обеспечено как минимум одним специальным датчиком влажности сена, льнотресты и пр., установленным в одном из рулонов, загруженных в камеру.
Контроль установившихся показаний влажности продукта, например в рулонах сена, позволяет своевременно определить кондиционную влажность сена, сократить время сушки, снизить затраты энергии и получить сено высокого качества.
Кроме того, при сушке сена в вакуумных сушильных камерах имеется возможность собирать удаляемую влагу в виде травяного сока (вытяжки), консервировать и использовать для сдабривания основного корма животным.
Наиболее приемлемыми для контроля установившихся показаний влажности продукта могут быть устройства, используемые для контроля влажности порошкообразных и стеблевых сред [6, 7]. Однако конструкции датчиков не позволяют их применять в высоковлажной среде насыщенного пара по причине возникновения короткого замыкания электродов низкого и высокого потенциалов.
В предлагаемом способе определение момента наступления установившихся показаний влажности продукта осуществляется устройством с емкостным датчиком-зондом, у которого электрод высокого потенциала электроизолирован и влагозащищен от внешней среды оболочкой с наконечником, являющимся ее продолжением, что позволяет контролировать влажность рулонов сена даже при возникновении в сушильной камере среды насыщенного пара.
Предлагаемый способ сушки иллюстрируется чертежами (фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4), на которых показана возможная схема загрузки вакуум-сушильной камеры рулонами сена и размещения многоштырьевого емкостного датчика-зонда для непрерывного контроля показаний влажности, устройство для контроля влажности продукта, конструкция электрода высокого потенциала датчика-зонда и график-диаграмма режима сушки.
Схема загрузки фиг.1 показывает принцип загрузки рулонов 3 в вакуум-сушильную камеру 1 и установки многоштырьевого емкостного датчика-зонда 4 с соединительным кабелем 5 для вывода информации на измерительный прибор.
Устройство контроля (фиг.2) содержит измерительный прибор 6 многоштырьевой емкостный датчик-зонд 4 с электродом высокого потенциала 7 и электродами низкого потенциала 8. Конструктивно электрод высокого потенциала 7 (фиг.3) представляет собой металлический стержень 9, заключенный в герметичную электроизолирующую и влагонепроницаемую оболочку 10 с наконечником 11, являющимся продолжением оболочки. Предлагаемая конструкция электрода высокого потенциала 7 позволяет исключить возможность короткого замыкания с электродами низкого потенциала 8 в высоковлажной среде насыщенного пара, возникающей в процессе сушки растительных материалов в вакуумно-импульсной сушильной камере.
1
1
1
2
2
2
n
n
n
На фиг.4 показан график-диаграмма режима сушки волокнистых прессованных материалов при заданной температуре нагрева материала в вакуумной камере, при котором циклично создают вакуумный импульс по прекращению изменений показаний влажности продукта с периодами времени Т, ограниченными интервалами T=|A-B|; Т=|А-В|;…Т=|А-В|;
где
1
2
n
A, А,…А - начальный период включения вакуум-импульса;
1
2
n
W=W, W,…W - установившиеся значения влажности продукта или кондиционная влажность в соответствии с ГОСТом продукта для его хранения;
1
2
n
B, B,…B - отключение действия вакуум-импульса;
1
1
l
1
2
n
W=W , W ,…W  - влажность продукта после удаления части свободной или связанной влаги.
Контроль влажности, в частности прессованного сена в рулонах, осуществляется в следующей последовательности. Сельскохозяйственную продукцию, например рулоны сена 3 влажностью 30-40%, в необходимом количестве в зависимости от объема вакуум-импульсной сушильной камеры 1 загружают на тележку 2, устанавливают многоштырьевой емкостный датчик-зонд влажности 4 в центр как минимум одного рулона и перемещают тележку во внутреннее пространство сушильной камеры. После загрузки камеру герметично закрывают и включают электрокалорифер. При этом происходит прогрев сена в рулонах до среднеобъемной температуры, не вызывающей его денатуризации и частичное удаление свободной влаги. Кроме того, нагрев приводит к снижению поверхностного натяжения воды в клетках и межклеточном пространстве сена и к увеличению давления пара воды до значений, равных равновесному давлению пара при данной температуре. При наступлении момента равновесного давления насыщенного пара в вакуум-сушильной камере изменение влажности в рулоне сена уже не происходит. В этот момент в сушильной камере 1 создают вакуум, который снижает температуру растительного материала на 10-15°С. Кратковременно выдерживают растительный материал при создавшемся вакууме в камере и затем изолируют ее от вакуума. При этом в камере создается давление пара ниже равновесного и свободная влага под действием глубокого вакуума начинает выходить из капилляров и межкапиллярного пространства растительного материала, за счет расширения растворенного и защемленного газа и частично происходящего в материале процесса парообразования. После отключения вакуума снова выдерживают растительный материал уже под воздействием остаточного вакуума до вторичного момента наступления равновесного давления пара при создавшейся температуре, продолжая его прогрев. При вторичном наступлении момента равновесного давления насыщенного пара снова производят вакуумно-импульсное воздействие на растительный материал, но уже для удаления связанной влаги.
Нагрев растительного материала с последующим скоростным вакуумированием с нагревом, выдержка под вакуумом с прогревом растительного материала по всему объему составляют один цикл сушки. Количество циклов может быть, по крайней мере, более двух, т.е. увеличено многократно до достижения кондиционной влажности сена 17%.
Скопившаяся влага на дне сушильной камеры после каждого вакуум-импульсного воздействия удаляется в ресивер, обеспечивая дальнейшее извлечение свободной и связанной влаги из сена в объеме рулонов.
Влажность сена и моменты наступления установившихся показаний влажности продукта непрерывно контролируют многоштырьевым емкостным датчиком-зондом 4. Информация от датчика влажности 4 по соединительному кабелю 5 передается к указателю влажности 6. При достижении кондиционной влажности сена 17% рулоны выгружают из сушильной камеры и отправляют в хранилище.
Пример. Сельскохозяйственную продукцию, например влажное сено в рулонах, загружают в вакуумно-импульсную сушильную камеру, производят нагрев и вакуум-импульсное воздействие. Установленным зондовым датчиком контролируют влажность сена до достижения 17%, после чего выгружают рулоны из камеры и направляют их на хранение. Полученную вытяжку (сок) собирают в специальные емкости, консервируют и отправляют для сдабривания основного корма животным.
Применение предложенного способа сушки сена в рулонах в вакуумной сушильной камере позволяет сократить время сушки, снизить энергетические затраты, получить высококачественное сено, исключить потери сена от плесневения при хранении и получить кормовую добавку в виде травяного сока. Для этого могут быть использованы существующие вакуум-импульсные сушильные камеры, что исключает необходимость изготовления дорогостоящего и громоздкого оборудования.
Источники информации
1. Кузнецов Н.Н. Повышение эффективности заготовки прессованного в рулоны сена путем оптимизации параметров процесса сушки и режимов работы оборудования: Автореф. дис. на соис. учен. степ. канд-та техн. наук. - СПб.: 2007. - 18 с.
2. Авторское свидетельство СССР №1690607, кл. А01F 25/08, 1989.
3. Оробинский Д.Ф. Уборка льна в условиях Северо-Западного региона России: Учебное пособие. - Вологда-Молочное: ИЦ ВГМХА, 2007. - 190 с.
4. Пятрушявичус В.И., Любарский В.М. Активное вентилирование травяных кормов. - Л.: Агропромиздат. Ленингр. Отд-ние, 1986. - 96 с., ил.
5. Способ сушки растительных материалов. RU 2238490 С2, 31.10.2002.
6. US 4,278,935, 14.07.1981.
7. SU 1223118 А, 07.04.1986.