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

Для пользования этим уравнением необходимо знать изменение удельного объема от скорости изотермического расширения данно­ го полимера в зависимости от скорости охлаждения.

На рис. 118 приведены экспериментальные кривые зависимости удельного объема полистирола при различных скоростях охлажде­ ния г, выраженные в 0 С/сек.

отжига необходимо получить удельный объем, как указывает Мак-

250

стирола К из табл. 14 равна 0,97-105 се/с- 1 , а вычисленное время выдержки т равно 30 ч.

При дальнейшем повышении температуры время тепловой об­ работки может быть значительно сокращено. Увеличивая темпера­ туру, отжига материала, можно получить меньшую продолжитель­ ность времени релаксации.

Следовательно, полимерные материалы, к размерам которых предъявляют определенные требования, после изготовления долж­ ны проходить дополнительную тепловую обработку в виде отжига для стабилизации размеров.

При расчете кривой тепловой обработки (нагрева) полимерных материалов необходимо знать:

а) зависимость изменения объема полимерного материала от

время, необходимое для снятия напряженного состояния при при­ нятой за основу температуре тепловой обработки. Однако опытные данные, перечисленные в пп. «а» и «б», для большинства материа­ лов до сих пор отсутствуют, и поэтому провести такой расчет час­ то не представляется возможным.

Время, необходимое для снятия напряженного состояния, в большинстве случаев определяют по-опытным данным действую­ щих заводов. Так, например, по данным ВНИПИТеплопроекта, время, необходимое для снятия напряженного состояния свежеизготовленных древесноволокнистых плит при обработке их в ка­ мерах с £ = 1 5 0 е С , составляет 2—3 ч.

По данным мытищинского комбината «Стройпластмасс», можно снять напряженное состояние с ПВХ линолеума, изготовленного промазным способом, предварительно увлажнив его за 8.—10 мин плавного ступенчатого охлаждения от 160 до 40° С. Без снятия напряжений усадка такого линолеума продолжается на протяжении 15—25 дней. '

Снятие напряженного состояния со стеклопластиков (дозрева­ ние стеклопластиков) при тепловой обработке инфракрасными из­ лучателями продолжается в течение 3—4 ч.

251

Учитывая, что производство полимерных материалов и изделий начало развиваться в нашей стране сравнительно недавно, а пот­ ребность в промышленных установках по снятию напряжения по­ явилась только в последние 3—5 лет, эти установки пока не полу­ чили широкого развития. Конструкции их в большинстве случаев не отработаны.

§1. Установки для снятия напряжения

сготового линолеума

Для промазного линолеума на тканевой основе мытищинским комбинатом «Стройпластмасс» применяется барабанная установка (рис. 119).

* , = 4 0 - 4 5 "

Рис. 119. Схема барабанной установки для ступенчатого главного охлаждения ПВХ линолеума

Свежеизготовленный линолеум при ^=160°С сматывается с валков, и поступает в систему ступенчатого охлаждения. По систе­ ме охлаждения линолеум проходит через шесть валков, температу­ ра каждого из которых по отношению к предыдущему понижена на 20—30° С. Линолеум, таким образом, охлаждается и с шестого вал­ ка закатывается в рулон. Такое ступенчатое, достаточно равномер­ ное охлаждение в течение 8—10 мин приводит к усадке линолеума, равной 16—18 мм на базу 1000X1000 мм. После проведения плав­ ного ступенчатого охлаждения усадка линолеума на ту ж е базу составляет 0,02-^0,04 мм.

Для создания ступенчатого охлаждения в системе тонкостен­ ных валков противотоком по отношению к движению линолеума по­ дается вода с температурой 10—12° С. Поступая в охладительный барабан 6, вода нагревается до 40° и через сливную трубку попа­ дает в барабан 5. Нагретая вода в 'барабане 5 до 55—60° поступает в барабан 4 и т. д. На рис. 119 против каждого из шести валков показаны температуры, которых достигает линолеум на этом валке.

Количество подаваемой воды в барабаны регулируется. В бара­ баны 2 и / вода подается в минимальном количестве.

В качестве экспериментальной установки для снятия напряже­ ний с промазного ПВХ линолеума на том же мытищинском комби­ нате «Стройпластмасс» осуществлена строительством камера не-

252

прерывного действия комбинированного нагрева (рис. 120). Длина камеры 1 составляет 4 м, ширина зависит от обрабатываемого линолеума, высота 0,5 м. По камере со скоростью 2 м/мин пропус­ кается предварительно увлажненный линолеум. Снизу и сверху проходящей ленты, вплотную к ней установлены ТВЧ нагревате­ ли 2. На расстоянии 100 мм от ленты, сверху ее и снизу установле­ ны U-образные инфракрасные нагреватели 3, смонтированные в нагревательных плитах. При прохождении линолеума в иоле дейст-

^По'

Рис. 120. Схема комбинированной установки для снятия напряжений с ПВХ линолеума:

ной вентиляцией. Вентилятор 4 подает воздух изокружающей сре­ ды в паровой воздухоподогреватель 5. Нагретый до 50° С воздух поступает в камеру 1. Паровоздушная смесь из камеры отбирается вентилятором 6 и выбрасывается в атмосферу. Лента линолеума, проходит по камере за 2 мин, нагревается-до 120—130° С, влага из нее удаляется, и она уменьшается в размерах на 19—22 мм в. расчете 1000X1000 мм. Дальнейшая усадка в период хранения и эксплуатации не превышает 0,02—0,04 мм на ту же базу.

Нагретый линолеум из камеры •поступает на охлаждающие вал­ ки 7, где холодной водой, циркулирующей в валках, охлаждается до 40—30° С.

§ 2. Камеры закалки для древесноволокнистых плит

Древесноволокнистые плиты обрабатывают в закалочных ка­ мерах с целью уменьшения деформации и связанной с ней способ­ ности к поглощению влаги.

253

Закалочная установка (рис. 121) представляет собой камеру снабженную рельсовыми путями. В одном торце камеры устроены двери 2 для загрузки вагонеток. Сформованные и прошедшие го­ рячее прессование плиты вертикально устанавливают на специаль­ ные вагонетки и помещают в камеру. В другом конце камеры уста­ новлен'воздухоподогреватель 3. Обогрев воздуха в воздухоподогре­ вателе производится перегретой водой. Стены закалочной камеры также снабжены подогревателями 4, питаемыми перегретой водой. Для подачи воздуха в камеру служит вентилятор 5, который заби­ рает воздух из атмосферы и через воздухоподогреватель 3 нагне­ тает его в закалочную камеру. Отработанный теплоноситель через трубу 6 (естественная тяга) выбрасывается в атмосферу.

Рис. 121. Схема закалочной камеры для древесноволокнистых плит:

J —камера; 2 —двери для загрузки вагонеток; 3 — воздухоподогреватель; 4 — подогревательные трубы камеры; 5 — нагнетающий вентилятор; 6 — труба для выброса теплоносителя

Метод закалки древесноволокнистых плит заключается в сле­ дующем. После загрузки плит в камере поднимается температура до 160—165° С за счет работы подогревателей 4. Затем периоди­ чески продувают камеру в течение 3 мин, нагнетая в нее воздух вентилятором 5 через воздухоподогреватель 3. Температура проду­ ваемоговоздуха определяется технологическими требованиями. Интервал между периодическими продувками составляет 15 мин. Общее время закалки составляет 4—5 ч. Обработанные «закал­ кой» плиты' на вагонетках выгружают из камеры и направляют в камеру охлаждения. Процесс закалки выгодно изменяет основные свойства плит, резко снижая их водопоглощение и гигроскопич­ ность.

§ 3. Установки для дозревания стеклопластиков

Дозревание стеклопластиков или снятие напряженного состоя­ ния с готового материала производят в периодически действующих установках (рис. 122). Установка для дозревания листовых стек­ лопластиков представляет собой металлическую камеру / с изо­ лированными стенками. Камера делается проходной. Для загрузки материала онаснабжена приводным рольгангом. Материал укла-

254

Р А З Д Е Л Т Р Е Т И Й

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА НА ЗАВОДАХ ПОЛИМЕРНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Одной из основных задач проектирования и эксплуатации ука­ занных установок является знание техники безопасности, охраны труда и автоматизации. Хотя эти дисциплины и изучаются в спе­ циальных курсах,, однако некоторые специфические особенности требуют хотя бы краткого их рассмотрения. Кроме того, все уста­ новки размещаются в зданиях и сооружениях, которые требуют для создания условий работы — отопления, вентиляции, а обслужи­ вающий персонал установок нуждается в горячем водоснабжении.

Поэтому в третьем разделе приводятся некоторые сведения, не­ обходимые будущему инженеру строителю-технологу; рассматри­ ваются принципиальные особенности решения задачи .автоматиза­ ции технологического процесса; определяются основные требова­ ния техники безопасности промышленной санитарии и пожарной безопасности, а также приводятся основные понятия о теплоснаб­ жении предприятий.

Г л а в а XI

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Автоматизация технологических процессов способствует увели­ чению .производительности труда, улучшает качество продукции за счет более точного соблюдения технологических режимов, сокра­ щает расходы сырья, топлива, электроэнергии и износ оборудо­ вания.

Автоматизацией называют оснащение технологических устано­ вок системами автоматического контроля, сигнализации, защиты механизмов, управления и регулирования.

В процессе переработки материалов изменяется целый ряд па­ раметров, характеризующих как материал, так и теплоноситель. Поэтому перед технологом встает сложная задачи выбора систем автоматизации для отдельных изменяющихся параметров.

Решение таких задач требует четкого и полного анализа сово­ купности зависимостей всех изменяющихся параметров в процессе

256

переработки и их зависимости от свойств самой тепловой установ­ ки. Поэтому современный уровень развития промышленности тре­ бует рассматривать тепловую установку, а также ее оснащение-— контрольно-измерительную аппаратуру и регулирующие приборы — как органически связанную, единую систему, обеспечивающую тех­ нологические требования по переработке материалов.

В единой системе (установка — регулирующие приборы), нося­ щей название системы автоматического регулирования, установку называют объектом автоматизации, а регулирующие приборы — ав­ томатическимрегулятором.

Температура t, давление Р и другие факторы, которые опре­ деляют в установке процесс воздействия на материал, называются параметрами автоматизации.

Всякий объект автоматизации характеризуется нагрузкой, т. е. количеством энергии или вещества, проходящего через него в еди­ ницу времени.

Рассматривая теплоноситель как энергию для осуществления проходящего процесса в установке, необходимо его оценить. В ка­

лоносителя t\ будет входной величиной, а /2 — выходной. Теплоно­ ситель входит в установку с влагосодержаиием d\, а выходит с влагосодержанием d2. Эти величины также будут входными и выход­ ными для теплоносителя.

Поток энергии характеризуется несколькими входными и выход­ ными величинами. Для оценки выбирают такие входные и выход­ ные величины, изменение которых в процессе переработки мате­ риала является определяющим.

Для того чтобы вести технологический процесс переработки ма­ териала точно в заданном режиме, недостаточно указ'ать, какие параметры автоматизации, где и в каких пределах надо контроли­ ровать и регулировать. Установленный регулирующий прибор по такому заданию без учета свойств самой тепловой установки не обеспечит необходимых параметров переработки материала.

Процесс регулирования при прочих равных условиях зависит от свойств системы автоматического регулирования, т. е. от свойств, объекта регулирования (установки) и от свойств регулятора.

Выяснение свойств регулятора и законов регулирования рас­ сматривается в курсе «Основы автоматизации» и поэтому здесь не приводится. Здесь необходимо рассмотреть основные свойства объ­ екта автоматизации — установки, где проводится технологический процесс.

Для выяснения свойств объекта автоматизации в целях эконо­ мически обоснованной и технологически правильной разработки си­ стемы контроля, управления и регулирования необходимо:

а) установить главную задачу автоматизации; б) определить параметры автоматизации и их изменение;

257

в) выбрать входные и выходные величины параметров автома­ тизации;

г) установить необходимые места контроля и регулирования па­ раметров;

д) установить взаимозависимость выбранных параметров и не­ обходимую степень их автоматизации.

§ 1. Свойства объектов автоматизации

Согласно приведенной в главе I I классификации, все применяе­ мые установки разделены на три группы.

К первой группе относятся установки, в которых разогрев ма­ териала осуществляется за счет пластической деформации.

Основной особенностью этих установок является выделение теп­ ла при движении материала по установке за счет воздействия при­ ложенной механической силы извне.

Тепло в материале выделяется неравномерно по отношению по­ перечного сечения установки, зависит от скорости сдвига и дина­ мической вязкости материала. Выделенное тепло распространяется за счет теплопроводности по материалу и теряется в окружающую

где К — константа, характеризующая свойства материала изменять форму; п — индекс течения материала; р. — коэффициент динами­ ческой вязкости; / — длина установки; г — радиус установки; Р\ — сила давления, приходящаяся на единицу поверхности, под дейст­ вием которой материал передвигается по установке; Р2— сила'дав­ ления, приходящаяся на единицу поверхности, препятствующая движению материала. »

Величину Q2 = KFAt — потери тепла в окружающую среду при постоянных средних температурах материала в установке и окру­ жающей среды можно принять постоянной <Q2 = C.

258

вание постоянной конечной температуры материала tK за счет при­

Более сложной задачи регулирования температуры по длине.ус­ тановки здесь получить невозможно. Кривая нарастания темпера­ туры материала до tK будет иметь постоянный характер, поэтому эти установки редко применяются в промышленности.

Вторая группа установок характеризуется выделением внутрен­ него тепла от приложенной силы при транспортировании материа­ ла по установке с одновременным подводом тепла к материалу извне через стенку установки.

Уравнение теплового баланса для второй группы установок мож­ но записать в виде

/Pi — Рг \ n + l

при пластической деформации; второй член левой части ^вн — т е п ­ ло, подводимое к материалу через стенку установки извне. Правая часть уравнения представлена расходом тепла на нагрев материа­ ла и потерями его в окружающую среду, которые для каждой кон­ кретной установки при анализе приближенно можно считать пос­ тоянными С.

ла извне можно изменять температурную кривую материала на всей длине установки. В этом случае выходным параметром авто­ матизации остается температура материала, однако входная вели-

Если qE определяет какую-то постоянную кривую нарастания температуры материала по длине установки/то, изменяя qBU, мож­ но изменять кривую .нарастания температуры.

259