книги из ГПНТБ / Коган, З. А. Консервация и упаковка машиностроительной продукции

поправка на дополнительное количество силикагеля для осушки гигроскопичных материалов учтена в формуле (23).

Первые — главные члены формул — представлены вы­ ражениями, составленными на основании использования первого закона Фика, и отличаются лишь своими число­ выми коэффициентами. Последние рассчитаны экспери­ ментально и зависят от принятого допускаемого предела влажности Rnp, климата хранения и других факторов. В рассматриваемых формулах они определены лишь для условий умеренного климата каждой конкретной страны и влажного тропического климата. Значений этих коэф­ фициентов для промежуточных климатических условий и для северных районов не имеется. Проверка этих фор­ мул по реальным процессам в чехлах из полимерных пленок показала, что расчетные значения потребного ко­

Вопрос о несовершенстве существующих расчетных способов по определению потребного количества сили­ кагеля при хранении (транспортировке) загерметизиро­ ванных изделий с осушкой воздуха неоднократно дискус­ сировался в зарубежной печати [66, 112].

На величину ошибок при расчетах по рассмотренным формулам основное влияние оказывают значения число­ вых коэффициентов при первом члене, которые непосред­ ственно зависят от климата хранения и выбранного пре­ дела допускаемого оводнения воздуха Rnp. В этом легко убедиться, вводя корректировку в величины этих коэф­ фициентов по результатам экспериментальных данных для конкретных условий хранения. Введение корректи­ ровок в числовые коэффициенты при первых членах зарубежных формул позволяет снизить ошибки при расчетах потребного количества силикагеля, однако они остаются недопустимо большими.

Ошибки могут быть исключены лишь при условии проведения расчетов для тех вариантов герметизации и хранения, по которым непосредственно определялись коэффициенты. В этом случае расчеты уже не имеют никакого смысла, так как им обязательно должен пред­ шествовать цикл длительных экспериментов.

Таким образом, проведенный анализ показал, что рассмотренные формулы являются весьма приближенными

171

и практически неприемлемы для расчетов герметичных упаковок при хранении машиностроительного оборудо­ вания методами герметизации с осушкой воздуха. Рас­ смотренные ошибки зарубежных расчетных формул свя­

тате закон Фика в его обычном виде (стационарный режим паропроникновения) здесь неприменим. Он не позволяет учитывать затухающего характера процессов паропрони­ цаемости и влияние постоянно меняющихся метеорологи­ ческих условий, а также адсорбционные свойства влаго­ поглотителя.

Составление расчетных формул и номограмм

Для проведения расчетов герметичных упаковок не­ обходимы аналитические или графические методы, позво­ ляющие учитывать суммарное влияние всех факторов на оводнение воздуха (влагопоглотителя) при хранении за­ герметизированных изделий в чехлах из полимерных пленок в любых климатических условиях.

Аналитический метод расчета. На небольшом интервале времени Ат паропроникновение А/С в герметизированные объемы практически подчиняется закону Фика для ста­ ционарного режима:

Для решения задачи в эту формулу необходимо ввести зависимость, характеризующую процесс адсорбции водя­ ных паров влагопоглотителей, которая непосредственно определяет закономерность изменения паропроницае­ мости материала при хранении изделий в герметичных упаковках (при условии поглощения 'всех продиффундирующих паров влагопоглотителей). Взаимосвязь между всеми параметрами, определяющими паропроникновение в изолированные емкости с силикагелем, может быть

172

Рис. 35. Взаимосвязь между параметрами, определяю­ щими паропроникновение К в изолированные емко­ сти с влагопоглотителем

кретного варианта герметичных упаковок. Это так назы­ ваемые конструктивные параметры, к которым относятся: постоянная проницаемости Pt0, площадь поверхности изо­ лирующего материала F и количество сухого влагопоглотителя G0 . Остальные параметры определяют вели­

т. е. являются функцией времени (рис. 35, б). При этом величина постоянной проницаемости Р( зависит от температуры. Разность парциальных давлений Aet опре­ деляется значениями относительной влажности атмосфер­ ного воздуха R и упругости насыщения водяного пара, являющейся функцией температуры, а также относи­ тельной влажностью изолированного воздуха RB, которая зависит от количества загруженного силикагеля G0 и его абсолютного оводнения К, равного суммарному паропроникновению. Задача усложняется в результате частых колебаний температуры и относительной влажности атмо­ сферного воздуха и вследствие затухающего процесса паропроникновения при хранении из-за уменьшения ве­ личины разности парциальных давлений (рис. 36).

Расчетные уравнения можно получить двумя способами: интегрированием уравнения закона Фика (24), выражен­ ного в дифференциальной форме с введением в него всех взаимосвязей между параметрами, определяющими паро­ проникновение (способ I), решением рассмотренной си­ стемы уравнений в обычном виде (способ I I ) .

Способ I . Расчетная формула для определения абсо­ лютного оводнения силикагеля К может быть получена

173

е,мм рт.ст.

&е,мм рт.

k

•к

Рис. 36. Характер изменения параметров t, R, е, Ае, об­ условливающих паропроникновение П в чехлы из поли­ хлорвиниловой пленки ВЗ-2 при длительном хранении (в условиях Московской области):

/ — чехлы с q = 1 кг/м2 ; 2 — чехлы с q = 3 кг/м2 ; 3 — пара­

метры атмосферного воздуха

174

путем интегрирования функции П = f (т), как показано на рис. 35, б:

Т0 +Дт

AK = F\ Шт;

То

К = F | Ш т .

о

После ^ведения рассмотренных аналитических и эмпи­ рических зависимостей между всеми параметрами общее дифференциальное уравнение может быть представлено в виде

Все переменные данного уравнения К, кщо)> R> t, Et являются функцией времени т. Однако уравнение не может быть разрешено обычным порядком, так как аналитиче­ ские зависимости кщо) и Et от температуры весьма сложны, а законы изменения температуры и относитель­ ной влажности воздуха во времени заранее неизвестны. Оно решается лишь при условии принятия средних значений температуры t и относительной влажности R воздуха на расчетном интервале Af. В этом случае после разделения переменных уравнение интегрируется путем взятия табличного интеграла.

После интегрирования, введения обозначений и раз­ мерностей имеем

175

параметры, имеющие определенный физический смысл. Формулы (26), (27) и (28) могут применяться при расчете процессов оводнения силикагеля в загерметизи­ рованных чехлах последовательным вычислением от одного

интервала времени Дт в другому.

Способ II, Этот способ позволяет получить более простую аналитическую зависимость и главное перейти к графическому решению. Формула выводится на основа­ нии совместного решения системы ранее рассмотренных уравнений (1, 4, 5, 9, 14, 16, 24) относительно величины абсолютного оводнения силикагеля К при последователь­ ном суммировании результатов по интервалам времени, как показано на рис. 37. В отличие от интегрального способа решение уравнения Фика (24) в этом случае производится для конечных интервалов, а величина р в уравнении (4) выражается усредненно на расчетном

176

Систему уравнений решают способом подстановки:

100 + 5 0 — Л ' . Лт

Я 1

На основании этой формулы после некоторых преоб­ разований могут быть получены формулы для расчетов процессов относительного оводнения силикагеля р, отно­ сительного оводнения воздуха RB, а также времени хра­ нения Дт, соответствующего определенному приращению оводнения силикагеля. После введения принятых раз­ мерностей формулы представятся следующим образом:

Обозначения и размерности параметров формул те же, что и в формулах (26—28).

Пользование данными формулами (кроме последней) сводится также к проведению последовательных расчетов на интервалах времени со средними значениями темпе­ ратуры t и относительной влажности R воздуха (см. рис. 37). Таким образом, при расчетах как бы осуще­ ствляется автоматическое суммирование соответствую-

ным климатом целесообразно принимать равными одному месяцу, при этом среднемесячные температуру и относи­ тельную влажность можно брать по данным метеорологи­ ческих станций за прошедшие годы для данного пункта хранения. Как указывалось в гл. I X , связь между отно­ сительной влажностью воздуха в чехлах RB и оводнением силикагеля р практически линейная. Однако значение коэффициента может изменяться, с одной стороны, в за-, висимости от соотношения между количеством загружен­ ного силикагеля и площадью поверхности чехла, с дру­ гой •— от паропроницаемости материала.

Экспериментально установлено, что коэффициент т увеличивается с уменьшением коэффициента загрузки силикагеля (для одинакового материала) и наоборот, но не снижается ниже значения 2,3. Это можно объяснить изменением соотношения между скоростями поглощения влаги силикагелем и проникновения паров воды через изоляционный материал. Таким образом, для чехлов из материала с конкретной паропроницаемостью существуют определенные оптимальные коэффициенты загрузки q, ниже которых коэффициенты линейной характеристики адсорбционного равновесия силикагеля начинают уве­ личиваться (т *> 2,3).

Для правильного выбора значения коэффициентов т при расчетах можно рекомендовать график, представлен­ ный на рис. 38, построенный на основании эксперимен­ тальных данных. С помощью формул (27, 28, 32, 33) последовательными расчетами^ по месячным интервалам могут быть получены кинетики изменения оводнения силикагеля р или относительной влажности воздуха в чехлах RB. Это позволит определить продолжитель-

178

также горизонтали, соответствующие различным пределам

точно точно совпадают с данными реального протекания процессов оводнения силикагеля. Сроки хранения загер­ метизированных изделий до замены влагопоглотителя в зависимости от выбранных пределов следующие: для

Сроки хранения до предельного оводнения силикагеля можно определять по формуле (34) со среднегодовыми зна­ чениями R±t и n't, однако для условий переменного климата погрешности могут достигать 50—60%. Приме­ нение этой формулы при расчетах герметичных упаковок, эксплуатирующихся в условиях постоянного климата, например влажного тропического, целесообразно.

Графический метод расчета. Математический анализ рассматриваемых уравнений позволяет перейти к графи­ ческому методу расчета изучаемых процессов с помощью

180