Пилипенко Є. О. Механізми, кінетика та енергетика процесів зневоднення в умовах дії комбінованих мікрохвильових та інфрачервоних генераторів енергії

Здорова нація – сильна держава. Саме ця теза повинна бути в основі усіх сфер діяльності суспільства кожної країни. Забезпечення гарного здоров’я в першу чергу полягає в здоровому харчуванні. Раціон кожної людини повинен включати в себе усі поживні речовини, джерелом яких зазвичай виступає рослинна сировина. Однак з давніх–давен перед людством постає головна проблема, яка полягає у зберіганні свіжої продукції від псування. Загалом, проблема зберігання пов’язана з високим вологовмістом харчової сировини, вирішення якої лежить через її видалення. Процес сушіння є одним із найдавніших способів обробки харчової сировини з метою подовження терміну зберігання, зменшення загальної маси для вирішення завдань транспортування великих об’ємів продукції. Разом із цим впродовж багатьох років досліджуються різноманітні способи організації цього процесу, методи їх інтенсифікації наряду із збереженням харчового потенціалу. На сьогоднішній день класифікація технологій сушіння за способом організації процесу налічують багато видів, серед яких найбільш поширеними є: сушіння конвективне, контактне, радіаційне, альтернативними джерелами енергії, діелектричне, сублімаційне, тощо. Впродовж ХХ століття в умовах низьких цін на енергоносії стрімкого розвитку у вітчизняному виробництві набули сушарки конвективного типу. Збільшення продуктивності конвективних сушарок зазвичай досягалося за рахунок збільшення швидкості руху теплоносія. Однак разом із цим стрімко зростали і втрати теплової енергії разом із відпрацьованим сушильним агентом, суттєво знижуючи енергетичний ККД установки аж до 20%, що в розрізі нинішньої ситуації на ринку енергоносіїв не є прийнятним. Останнім часом наукова спільнота все більше приділяє уваги електромагнітним джерелам енергії. Аналіз наявних літературних даних та результатів досліджень показав, що інтерес до розвитку сушильних технологій в цьому напрямку набуло значних темпів, однак перспективи залучення таких технологій в повній мірі досі не виявлені. Багаточисленні результати експериментальних досліджень мають обмежений характер. Рекомендації по впровадженню у виробництво не представлені. Алгоритми розрахунку сушильного обладнання на основі електромагнітних джерел енергії досі не розроблені. Вирішенню саме цих проблем і присвячена дана робота. В першу чергу були розглянуті теоретичні основи та техніка традиційного сушильного обладнання. Наявність великого різномаїття вітчизняних та закордонних праць за останні десятиліття чітко вказує на гостроту проблем енергоефективності технологій зневоднення та екологічної безпечності і якості готового продукту. На основі аналізу робіт були висвітлені науково–технічні проблеми наявного сушильного обладнання та запропоновані шляхи їх вирішення. Зроблено припущення, що організація безпосередньої доставки енергії до продукту або навіть до вологи, що знаходиться в продукті, без використання проміжного теплоносія, шляхом взаємодії електромагнітного випромінювання мікрохвильового та інфрачервоного діапазонів, дозволить суттєво скоротити енерговитрати та тривалість процесу сушіння не завдаючи шкоди структурі та якості сировини. На другому етапі базуючись на висунутих припущеннях були сформульовані науково–технічні гіпотези, які чітко описують механізм інтенсифікації процесів зневоднення в умовах дії електромагнітного поля разом із суттєвим підвищенням доцільності використання сировинних та енергетичних ресурсів. Проведено аналітичне моделювання процесів зневоднення в умовах електромагнітного поля ІЧ та МХ діапазону. На основі параметричної та фізичної моделей сушіння методами теорії подібності була отримана неявна модель в узагальнених змінних. Третій етап полягає в безпосередньому проведенні експериментальних досліджень та побудові кінетичних залежностей процесів дегідратації в умовах дії електромагнітного поля в нерухомому шарі. Отримані результати дають право стверджувати, що технології адресної доставки енергії безпосередньо до вологи в сировині призводять до суттєвої інтенсифікації вологовидалення. Результатом четвертого етапу була сконструйована стрічкова сушарка з комбінованою дією інфрачервоного та мікрохвильового випромінювачів. Експериментальні дослідження кінетики процесу зневоднення у рухомому шарі мали досить позитивний характер за рахунок винесення вологи на поверхню продукту завдяки об’ємному підведенню мікрохвильової енергії, та подальшому її видаленню з поверхні шляхом обробки в умовах інфрачервоного поля. Завдяки запропонованій методології порівняння енергоефективності електротехнологій та теплотехнологій було доведено, що залучення електромагнітного опромінення для вирішення проблем сушіння підвищує енергетичний ККД від 5%, що є вагомим показником економічної доцільності при плануванні впровадження у виробництво. Конструкція стрічкової сушарки з комбінованими інфрачервоними та мікрохвильовими джерелами енергії успішно пройшла виробничі випробування на Вигодянській філії ДП «Сандрейд».