Suszarnie promiennikowo – konwekcyjne

Suszarnie konwekcyjne
25 sierpnia 2020

Jedną z najpopularniejszych metod suszenia, poza konwekcyjną, jest metoda promiennikowo – konwekcyjna.  W metodzie tej powierzchnia produktu jest ogrzewana bezpośrednio, bez ogrzewania otaczającego ją powietrza, przez promieniowanie podczerwone, zaś wodę z powierzchni produktu odbiera przepływające powietrze. Suszarnie tego rodzaju są częstym wyborem naszych klientów, dlatego też w niniejszym wpisie przedstawimy podstawowe informacje dotyczące promiennikowo – konwekcyjnej metody suszenia.

Czym jest metoda promiennikowo – konwekcyjna?

Promieniowanie podczerwone (IR) to fale elektromagnetyczne o długości od λ = 0,78 do λ = 1 000 μm. Zjawisko ich absorpcji przez cząsteczki suszonego produktu oraz zamiany pochłoniętej energii w ciepło, pozwala na szybsze odprowadzenie wody z suszonego produktu.

Proces suszenia przy zastosowaniu promieniowania IR składa się z etapów przedstawionych na poniższym rysunku.

Zastosowanie fal IR pozwala na bezkontaktowe ogrzewanie produktu, tj. bez ogrzewania komory urządzenia. Wpływa to na minimalizację strat energetycznych, a tym samym zwiększenie wydajności procesu. Rola przepływającego powietrza w procesie suszenia jest ograniczona – pozwala ono, jak już wspomniano, na odbiór wody z powierzchni materiału, a ponadto schłodzenie komory suszarni i cokołów promienników, sterowanie temperaturą produktu oraz usunięcie z wnętrza urządzenia zanieczyszczeń i innych cząstek wydzielających się w trakcie trwania procesu. Temperaturę produktu można kontrolować na wiele sposobów, m.in. poprzez temperaturę i natężenie przepływającego powietrza, temperaturę promienników i ich odległość od powierzchni materiału, czy też zmianę natężenia promieniowania podczerwonego.

Ilość energii fal elektromagnetycznych zaabsorbowanej przez suszony produkt zależy wielu czynników, w tym, m.in.:

  • Temperatury i rodzaju promiennika, determinujących długość emitowanej fali elektromagnetycznej oraz głębokość, na jaką wnika w produkt,
  • Właściwości fizycznych produktu, w tym jego składu chemicznego, struktury wewnętrznej, wilgotności, stopnia rozdrobnienia, wpływających na zdolność do transmisji, odbijania i adsorpcji promieniowania IR.

Rodzaje suszarni promiennikowo – konwekcyjnych.

Suszarnie promiennikowo – konwekcyjne dzieli się ze względu na sposób zasilania i rodzaj promienników w następujący sposób:

  1. Promienniki gazowe

Jest to najczęściej stosowany przez nas typ promienników. Wyróżnia się promienniki gazowe rurowe oraz katalityczne. W urządzeniach tego rodzaju, energia cieplna generowana przez palniki ze spalania gazu, gromadzi się w rurze promieniującej, a następnie jest oddawana do otoczenia w postaci promieniowania podczerwonego. Zastosowanie odbłyśników zapewnia równomierną emisję fal elektromagnetycznych w komorze urządzenia. Do niewątpliwych zalet promienników gazowych należą małe koszty eksploatacyjne, wynikające z niższych cen gazu ziemnego w porównaniu z prądem elektrycznym. Jednakże suszarnie wyposażone w takie promienniki wymagają instalacji doprowadzającej gaz oraz systemu kanałów wentylacyjnych i odprowadzenia spalin, co wpływa na zwiększenie powierzchni zajmowanej przez urządzenie.

  1. Promienniki elektryczne

Promienniki te są zasilane prądem elektrycznym. Najczęściej stosowane rodzaje to promienniki ceramiczne i lampy kwarcowe. Mają one zazwyczaj postać grzałek, które, dzięki odpowiednio dobranemu oporowi elektrycznemu do ich grubości, rozgrzewają się do temperatury rzędu kilkuset stopni, emitując fale elektromagnetyczne w zakresie IR. Innym, niekonwencjonalnym źródłem promieniowania zasilanym prądem elektrycznym są folie grzewcze. Niewątpliwą ich zaletą jest niewielka grubość, rzędu 1,00 mm, dzięki czemu wymiary instalacji i całego urządzenia zostają zminimalizowane. Ponadto ich sprawność wynosi, według danych producentów, do 99%, co wpływa na dużą efektywność energetyczną definiowaną jako stosunek dostarczonej energii elektrycznej do wyemitowanego promieniowania podczerwonego. Nasi projektanci, w celu zdobycia nowych doświadczeń, zbudowali suszarnię wykorzystującą tą innowacyjną metodę na potrzeby własnej produkcji.

Podstawowe czynniki wpływające na zastosowanie danego źródła promieniowania to, np. dostępne źródło energii, rodzaj suszonego materiału, występowanie lub brak zagrożenia wybuchowego, czy też wymagana wydajność i sposób kontroli oraz sterowania procesem suszenia. Często dobór nie jest łatwy, dlatego też nasi projektanci pomagają w tym naszym klientom, dzieląc się swoją wiedzą i doświadczeniem.

Dlaczego warto wybrać suszarnię promiennikowo – konwekcyjną?

Suszarnie promiennikowo – konwekcyjne znajdują zastosowanie w suszeniu, m.in. owoców, warzyw, granulatów oraz powłok lakierniczych. Do niewątpliwych zalet tej metody suszenia należy skrócenie czasu trwania procesu, a więc osiągnięcie większej wydajności przekładające się na znaczne zyski ekonomiczne w porównaniu z metodą konwekcyjną. Ponadto zastosowanie promienników elektrycznych daje  możliwość podziału suszarni na strefy o różnej temperaturze, z dokładnie kontrolowanymi parametrami procesu.

Cechą charakterystyczną procesu jest fakt, że promieniowanie podczerwone jest absorbowane w produkcie przede wszystkim przez wodę. Pozwala to na wyrównanie profilu wilgotności w produkcie, a tym samym zmniejszenie wartości naprężeń wewnętrznych mogących prowadzić do uszkodzenia struktury materiału, w tym pęknięć.

Produkt poddany suszeniu z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego ma lepszą jakość w stosunku do uzyskanego przy zastosowaniu metody konwekcyjnej.  W wyniku efektu sterylizacji większość bakterii zostaje zabita, a ich dalszy rozwój jest zahamowany. Otrzymany produkt posiada także wysokie walory sensoryczne i są one stabilne w czasie, co jest szczególnie ważne w przypadku przechowywania produktu.

Zastosowanie promieniowania podczerwonego w procesie suszenia pozwala ponadto na zmniejszenie przepływów powietrza. Dzięki temu produkt zawiera większą ilość składników wrażliwych na utlenianie takich jak karotenoidy, czy też chlorofil oraz zostaje zahamowana ucieczka związków lotnych z materiału np. farb  na bazie rozpuszczalników. Wpływa to także na ograniczenie strat energetycznych, ponieważ mniej ciepła jest unoszone przez przepływające powietrze.

Zagrożenia występujące podczas suszenia z wykorzystaniem promieniowania podczerwonego.

Jednym z podstawowych zagrożeń pojawiających się w trakcie suszenia, jest ryzyko powstania efektu naskórkowego, tj. utwardzenia powierzchni produktu silnie absorbującego promieniowanie elektromagnetyczne, skutkujące utrudnionymi warunkami wymiany ciepła oraz masy między wnętrzem materiału i otoczeniem, a także uszkodzenia struktury produktu w wyniku zastosowania zbyt dużego natężenia promieniowania podczerwonego. Ponadto w przypadku zastosowania promienników zasilanych gazem, w projekcie należy uwzględnić zagrożenie wybuchem.

Ryzyko wystąpienia tych wad można zminimalizować już na etapie projektowania i budowy suszarni. Budowane przez nas urządzenia wykorzystujące metodę promiennikowo – konwekcyjną mają wysoką jakość i charakteryzują się dużą trwałością. Nasi projektanci pomagają klientom w rozwiązaniu najbardziej zawiłych problemów, dzieląc się swoją wiedzą i doświadczeniem oraz służąc swoim doradztwem.