книги из ГПНТБ / Перегудов, В. В. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий учебник

этом колеблется в очень широких пределах от 10 до 70% и выше. Подготовленный таким образом минераловатный ковер подвер­

гается тепловой обработке за счет тепла, подводимого извне. Тепловая обработка заключается в сушке и отверждении поли­

мерного связующего. В процессе тепловой обработки полимерноесвязующее из начальной стадии (продукты различной стабильно* сти, растворимые в воде) через промежуточную- (превращение в желатинообразное состояние, плохо растворимые в воде продукты) переходит в конечную (отвержденное состояние с потерей способ­ ности плавиться при нагревании и растворяться в воде и других растворителях).

( Осмотически j обязанная

влага

лоносителя через пропитанный водной эмульсией полимера мине­ раловатный слой. При этом материал подвергается сушке, и, как уже указывалось, переходит в желатинообразное состояние, далее

110

временным отверждением материала. Кривая 3 на рис. 44 характе­ ризует степень отверждения материала.

При меньшей начальной влажности минераловатного ковра, как указывает Г. И. Иванова, сокращается только срок постоянной ско­ рости сушки, в остальном кинетика процесса не меняется.

Б. Теоретические основы процессов тепловлажностной обработки

Тепловлажностная обработка так же, как и сушка происходит только за счет внешнего подвода к материалу тепловой энергии и не сопровождается пластической деформацией.

Тепловлажностной обработкой называют процесс одновремен­ ного воздействия на материал тепла и влаги.

Тепловлажностной обработке в процессах производства строи­ тельных изделий с применением полимерных материалов подверга­

ций на основе полистирола ПС-1 и ПС-4, а также заготовки из композиций на основе поливинилхлорида ПХВ-1, ПХВ-2 и ПХВ-Э. Подвергая тепловлажностной обработке указанные композиции в камерах, в формах с ложными перфорированными днищами и ав­ токлавах, получают пенопласты, применяемые в строительстве. Кроме того, тепловлажностная обработка может применяться для дезадорации релина, запарки древесины перед дальнейшей ее пе­ реработкой, а также в ряде других процессов преработки полимер­ ных материалов в изделия.

В качестве теплоносителей для тепловлажностной обработки применяют пар и горячую воду.

Тепловлажностная обработка осуществляется в камерах, шне­ ках и формах при атмосферном давлении, а в автоклавах и герме­ тических формах — при повышенном давлении по сравнению с атмосферным.

Процесс тепловлажностной обработки делят на три периода:

1.Нагрев материала до температуры греющей среды.

2.Выдержка при максимальной температуре.

3.Охлаждение.

При подаче пара в загруженный тепловой агрегат материал на­ гревается. Этот период, называемый периодом нагрева, завершает­ ся, когда поверхность материала нагревается до температуры грею­

Второй период тепловлажностной обработки называют условно

периодом изотермической выдержки. В этот период выравнивается температурное поле материала. Моментом окончания изотермиче­ ской выдержки считают достижение равномерной температуры по всему сечению материала, равной температуре греющей среды.

Третий период, период охлаждения материала, проходит без затраты теплоносителя. Греющая среда в тепловую установку не подается, происходит охлаждение материала.

112

Дополнительный перенос тепла к материалу средой вследствие разности температур сконденсировавшейся пленки i-M и паровоз­ душной среды £См, заполняющей агрегат (tCN>tm), определяют по формуле

114

где <7т.см— удельный поток тепла от паровоздушной смеси к пленке конденсата; — коэффициент теплоотдачи от паровоздушной •смеси к поверхности пленки конденсата.

Для квазистационарного процесса конденсации пара на поверх­ ности материала суммарный поток тепла к материалу через тол­

части этого теплового потока к материалу, полученные за счет кон­ денсации пара,

аа^г(Ри-Ри)

и за счет теплообмена с паровоздушной смесью аСм(4м—^ж")- Толщину пленки конденсата на вертикальной поверхности для

любого расстояния х от верхней кромки этой поверхности опреде­ ляют по формуле

115

находят коэффициент теплоотдачи для паровоздушной смеси. Коэффициент теплоотдачи от паровоздушной смеси в любом

месте вертикальной стенки материала находят по формуле

°..=УЛ'ГГ'/#^. (V.39)

Величина (/ж " — /С т)/(/см—/ст) представляет собой отношение, коэффициента теплоотдачи от смеси а с м к коэффициенту теплоот­ дачи при конденсации чистого пара ач .п

Чем ниже парциальное давление пара в смеси Р „ , тем сильнее снижается парциальное давление у охлаждаемой стенки, тем боль­

Так, например, А. Д. Дмитрович * в результате экспериментальных исследований коэффициентов тепло- и массопереноса в период на­

116

Температура насыщения пара, находящегося в тепловом агрегате,

являющаяся функцией парциального давления пара ^Н ас=/(-Рп). также снижается. Создаются условия, при которых конденсат, на­ ходящийся на поверхности материала в виде пленки и в порах в виде влаги, заполняющей эти поры, оказывается нагретым до тем­ пературы более высокой, чем температура насыщения tHac для па­ ровоздушной смеси агрегата: £С т^нас, т. е. температура поверхно­ сти материала tCT и конденсат оказываются выше ^Нао-

На поверхности материала при этих условиях появляются пу­ зырьки пара, на образование которых 'затрачивается работа, кото­ рая идет на преодоление сил поверхностного натяжения и сил ад­ гезии.

Энергия для совершения этой работы отбирается от поверхно­ сти материала в виде тепла. Начинается быстрое охлаждение по­ верхности материала.

Так как парциальное давление водяного пара Рп в тепловом агрегате резко снижается, то увеличивается превышение темпера­ туры конденсата над ^ и а с убывающего парциального давления пара. Создаются условия, при которых поверхности материала как бы сообщается дополнительная тепловая энергия. При этом ско­ рость роста пузырьков и частота их отрыва от поверхности возра­ стают.

По мере интенсификации отрыва пузырьков увеличивается ко­ эффициент теплоотдачи от поверхности материала к испаряющей­ ся жидкости. При достаточно высокой тепловой нагрузке со сторо­ ны материала поток паровых пузырьков оказывается столь интен-

1П

сивным, что граничный слой превращается в сплошную паровую пленку. Эта пленка становится термическим сопротивлением для переноса тепла. При этом коэффициент теплоотдачи с поверхности материала резко падает, после чего опять начинает возрастать, но крайне замедленно. Причем коэффициент теплоотдачи в начале пленочного кипения снижается почти в 10 раз по сравнению с пу­ зырьковым кипением. Этот момент исключительно важен для поня­ тия режимов тепловлажностной обработки.

В период сброса пара в материале за счет большого расхода тепла на испарение конденсата с поверхности материала возникает градиент температуры Vt, приводящий к возникновению больших температурных напряжений в материале. Резко удаляя шар из агрегата, а стало 'быть, резко увеличивая тепловую нагрузку поверх­ ности, можно, как указывалось выше, уменьшить коэффициент теплоотдачи с поверхности и снизить величину возникающего напряженного состояния© материале.

Нагрев материалов в горячей воде. Между жидкостью и твер-' дым телом происходит одновременный теплообмен за счет конвек­ ции и теплопроводности.

Явление теплопроводности для жидкости и твердого тела опре­ деляется градиентом температуры и Коэффициентом теплопровод­ ности.

Конвективный перенос тепла зависит от движения жидкости. Обычно в бассейнах и ваннах, где проходит тепловлажностная об­ работка полимерных материалов горячей водой, вынужденное дви­

Обычно в ваннах и бассейнах принудительное движение горя­ чей воды отсутствует, поэтому определение а при чисто ламинарном

Далее по критерию Нуссельта определяют а.

Внутренний тепло- и массообмен. При тепловлажностной обра­ ботке процесс переноса тепла в материале сопровождается перено­ сом влаги и воздуха, поэтому так же, как и в процессах сушки по

118