книги из ГПНТБ / Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий

Для определения продолжительности тепловой обра­ ботки изделий построена номограмма (см. приложе­ ние 2) зависимости Y в координатах 0—Z0 с использова­ нием СВМ «Напри» по программе, составленной Ю. Н. Андреевым. Продолжительность тепловой обра­ ботки в этом случае вычисляют по формуле

/тх \

Чт - т

Пренебрегая величиной xfv по сравнению с х как не­ значительной, имеем

Проверим правильность принятой методики согласно данным предыдущего примера при нагреве слоя до t= = 170° С. Безразмерная температура

По номограмме находим, что таким данным соответ­ ствует безразмерное время Z0= 42. Тогда

т = 42 560 (1 — 0,92) 3600 = 113 сек,

60 000

что соответствует экспериментальным данным.

Минераловатные цилиндры

При анализе техники сушки минераловатных ци­ линдров на синтетических связующих было установлено, что в настоящее время цилиндры высокого качества мо­ гут быть получены при производстве их по внепоточной технологии, когда на отдельно стоящих станках совме­ щают процессы навивки, калибровки и тепловой обра­ ботки с изготовлением за цикл одного цилиндра. Для обеспечения приемлемой производительности весь цикл должен быть кратковременным. По данным зарубежных

151

фирм, продолжительность тепловой обработки в этом цикле не должна превышать 1—1,5 мин при толщине стенки цилиндра 50 мм и объемном весе в пределах 200 кг/м3. Задача усложняется еще и тем, что по конст­

детельствуют о том, что требуемые условия удовлетво­ ряются при степени перфорации скалки 2,5%. В опытах установлено, что продолжительность нагрева цилиндра в течение 1,5 мин может быть достигнута при скорости теплоносителя через слой, равной 0,8—1 м/сек. При та­ кой скорости и степени перфорации скалки 2,5% гидрав­

ную установку (см. рис. 71); при этом получили следую­ щие данные: для обеспечения тепловой обработки ци­ линдра объемным весом 200 кг/м3 со стенкой толщиной 50 и длиной 1000 мм в течение 1,5—2 мин при темпера­ туре теплоносителя 200—-230° С гидравлическое сопро­ тивление в ркалке составляло не менее 750 мм вод. ст.

152

Производственные исследования показали также, что основным фактором, определяющим равномерность рас­ пределения теплоносителя по длине минераловатного слоя, являются в дайной установке не только малая степень перфорации скалки (2,5%), но и плотность при-

Рис. 86. Распределение перфорации по длине скалки диаметром 76 мм

легания минераловатного слоя к скалке и уплотнение торцов цилиндра. Плотность прилегания минераловат­ ного слоя к скалке зависит от качества навивки, давле­ ния на внутренней поверхности цилиндра, которое опре­ деляется в свою очередь расходом теплоносителя через слой или средней скоростью теплоносителя в слое. Вместе с тем при о=1,5 м/сек и у=200 кг/м3 происхо­ дит раздувание цилиндра и большая часть теплоносите­ ля уходит через торцы. При прочих равных условиях уменьшение степени перфорации влечет за собой увели­ чение скорости выхода теплоносителя через отверстия скалки, т. е. увеличение давления на поверхности скал­ ки и нарушение плотности прилегания минераловатного слоя к скалке, что также приводит к выдуванию значительной части теплоносителя через торцы ци­ линдра.

Таким образом, малая скорость при равномерной пер­ форации скалки приводит только к выравниванию стати­ ческого давления внутри скалки и к значительным поте­ рям этого давления, но не обеспечивает равномерного распределения теплоносителя по длине цилиндра в ко-

163

гает предельного значения в течение 0,5—Л мин, что объ­ ясняется особенностью регулирования применяемой топ­ ки. Это и удлиняет время сушки.

Рекомендуемые режимы и конструктивные решения камер тепловой обработки минераловатных изделий

Приведенным ниже рекомендациям считаем необходи­ мым предпослать следующие общие соображения, выте­ кающие из проведенных исследований. Минераловат­ ный ковер формируют из волокон, толщина которых не превышает 10 мк. Такой слой имеет высокоразвитую поверхность теплообмена, достигающую 30 000 м2/м3. Как показано выше, при продувке минераловатного ков­ ра теплоносителем продолжительность его сушки, нагре­ ва и поликонденсации связующего не лимитируется ус­ ловиями теплообмена, а зависит лишь от количества под­ водимого в ковер тепла. Температура теплоносителя ограничена свойствами связующего, поэтому количест­ во подводимого в ковер тепла определяется скоростью продувки теплоносителя через ковер.

154

Таким образом, сушка и нагрев ковра в зависимости от принятой скорости продувки теплоносителя могут быть проведены в любой экономически оправданный срок. Например, для наиболее тяжелых условий при тепловой обработке минераловатных плит и цилиндров объемным весом 200 кг/м3 и толщиной 50 мм срок тепло­ вой обработки составляет 1,5—2 мин. Следовательно, при тепловой обработке мпнераловатных плит длина камеры может быть сокращена в несколько раз. Однако гидравлическое сопротивление ковра при этом значи­ тельно возрастает и достигает сотен мм вод. ст. Надо полагать, такая конструкция камеры будет разработана в ближайшем будущем. Приведенные ниже рекоменда­ ции относятся к возможностям настоящего времени.

В реальных условиях значительные массы теплоно­ сителя не проходят через ковер, а обтекают его (перето­ ки между стенками камеры и ковром, а также вдоль по поверхности ковра из зоны в зону) и, кроме того, они неравномерно проходят по площади ковра. Поэтому рас­ четная скорость движения газов в камере (скорость газов, отнесенная к продольному горизонтальному сече­ нию камеры) превышает действительную скорость дви­ жения газов через ковер в два-три раза. Однако расчет­ ное гидравлическое сопротивление ковра при этом не возрастает, так как оно зависит только от действитель­ ной скорости движения газов через ковер. Неравномер­ ный проход газов по площади ковра обусловливает так­ же неравномерность тепловой обработки этой площади, в связи с чем продолжительность тепловой обработки изделий в производственных условиях увеличивается на коэффициент неравномерности, равный 1,5, по сравне­ нию с лабораторными испытаниями. В камерах отечест­ венных конструкций перепад давления между сторона­ ми минераловатного ковра не может быть обеспечен выше 15 мм вод. ст.

Таким образом, в камерах существующих конструк­ ций'для плит объемным весом 100 кг/м3, изготовленных из центробежно-дутьевой ваты, оптимальными парамет­ рами режима тепловой обработки являются:

* Действительная скорость движения теплоносителя через ко­ вер 0,2—0,25 м/сек.

155

вой ваты, поэтому при толщине плит 50 мм и указанных выше параметрах режима продолжительность тепловой обработки плит из центробежно-валковой ваты соста­ вит 6—7 мин.

При разработке камер новых конструкций, обеспечи­ вающих повышение перепада давления по сторонам ковра, продолжительность тепловой обработки плит мо­ жет быть сокращена. Так, при увеличении перепада дав­ ления с 15 до 30 мм вод. ст. скорость теплоносителя через ковер, согласно проведенным исследованиям, уве­ личивается в два раза, а продолжительность тепловой обработки плит при этом сокращается также в два раза. С учетом изложенного параметры режима в таких каме­ рах рекомендуется принимать следующими:

Продолжительность тепловой обработки и гидравли­ ческое сопротивление минераловатных плит другой тол­ щины или объемного веса рассчитывают по методикам, изложенным выше.

156

При тепловой обработке минераловатных плит, изго­ товленных с введением связующего методом пролива с вакуумированием, параметры режима с учетом опыта воскресенского завода «Красный строитель» и проведен­ ных исследований могут быть следующими:

взонах. При тепловой обработке минераловатиых плит,

вкоторые связующее введено распылением, достаточно, двух зон, а проливом — четырех зон. Длину зоны опре­ деляют из условий, обеспечивающих равномерное рас­ пределение теплоносителя по площади ковра и размеще­ ние отопительно-вентиляционного оборудования. Этим ус­ ловиям удовлетворяет длина зоны в пределах 6—8 м.

Наименьшие потери тепла. и гидравлических сопро­ тивлений в циркуляционном контуре зоны и допустимое разрежение в топке получают, размещая топку и венти­ ляторы в непосредственной близости от камеры и подво­ дя теплоноситель сбоку камеры. Рециркулируемый теплоноситель вводят в смесительную камеру, распола­

гаемую за подтопком. Поток теплоносителя поступает в зоны при помощи диффузоров и распределительных коробов. Скорость теплоносителя в отводящих и подво­ дящих трубопроводах не должна превышать 15 м]сек.

157

Отработанный теплоноситель отводят в атмосферу из каждой зоны камеры. Таким образом организована ра­ бота всей камеры под разрежением и стабилизировано направление движения теплоносителя в зоне. Производи­ тельность вытяжного вентилятора устанавливают рас­ четом. Однако практика показывает, что для обеспече­ ния необходимого разрежения в камерах и сброса под­ сосов производительность этого вентилятора следует принимать в пределах 25% количества газов, циркули­ рующих в зонах.

При проектировании новых камер наиболее целесо­ образным конструктивным решением конвейера являет­ ся размещение формующих конвейеров внутри камеры с выносом наружу только офактуривающих сетчатых лент. Такое решение сокращает срок тепловой обработ­ ки, расходы топлива, обеспечивает удобство очистки сетчатых лент. Одно из возможных конструктивных ре­ шений камеры с сетчатыми конвейерами и роликами приведено на рис. 62. За камерой должно предусматри­ ваться охлаждение минераловатного ковра прососом через него наружного воздуха. Скорость движения воз­ духа через ковер следует принимать в пределах 0,6—0,8 м/сек, продолжительность охлаждения 2 мин.

Производительность камеры, ее размеры, а также мощность отопительно-вентиляционных устройств сле­ дует определять согласно примеру, приведенному в при­ ложении 3. Подтопки в зонах следует применять ци­ линдрической формы с вводом рециркулируемого тепло­ носителя в смесительную камеру, смонтированную

водном блоке с подтопком.

ГЛ А В А I I I ________________________________________________

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА И СУШКА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ИЗДЕЛИИ В СРЕДЕ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА

Сушка материалов перегретым водяным паром была предложена в 1872 г. русским инженером Н. П. Булыги­ ным. На построенной по его проекту сушилке впервые в истории были проведены исследования, показавшие, что длительность сушки лесоматериалов в среде пере­

158

гретого пара значительно сокращается по сравнению с обычной сушкой воздухом. Значительно позднее Гаусбрандом был предложен способ сушки перегретым па­ ром, при котором влажность в сушильной камере до ср= = 95-ь97% создается за счет влаги, испаряющейся нз материала. Эта влага вытесняет находящийся в камере воздух полностью или в значительной степени. В 30-х гг. в ВТИ им. Дзержинского проводили исследования про­ цесса сушки материалов в среде перегретого пара и ус­ тановили пределы и выгодность применяемого нового способа сушки.

Промышленное освоение высокотемпературного ме­ тода сушки водяным паром началось только после Вели­ кой Отечественной войны. Здесь прежде всего следует указать на работы АН Латвийской ССР, которыми до­ казана высокая эффективность применения перегретого пара при сушке лесоматериалов. Значительный вклад в развитие теории и техники сушки материалов в среде перегретого пара внес Ю. А. Михайлов, доказавший эф­ фективность применения этого метода для сушки ряда материалов и, в частности, торфа.

Как уже неоднократно указывалось, применение вы­ сокотемпературной среды является наиболее реальным способом интенсификации процесса сушки. Анализ про­ цесса сушки показывает, что факторы, приводящие к ускорению процесса, вместе с тем могут отрицательно влиять на качество сушки. Поэтому когда вопросы каче­ ства сушки играют основную роль, повышение темпера­ туры сушильного агента должно сопровождаться повы­ шением влажности. В связи с этим в литературе обсуж­ даются достоинства и недостатки применения перегретого пара по сравнению с другими теплоносите­ лями в качестве сушильных агентов. К достоинствам процесса сушки относят, например, то, что перегретый пар повышает тепловую экономичность процесса сушки. Снижается удельный расход тепла, поскольку появляет­ ся возможность не только свести к минимуму потери тепла с выбросами в атмосферу за счет замкнутой цир­ куляции пара, но и утилизировать большую часть тепла, затраченного на испарение влаги из материала. Сушил­ ки, работающие по замкнутому контуру движения су­ шильного агента, полностью оправдали себя в эксплуа­ тации в деревообрабатывающей промышленности. Рас­ ход тепла на сушку 1 м3 древесины в среде перегретого пара на 25—35% меньше, чем при сушке воздухом.

159

Применение перегретого пара позволяет значительно повысить температуру материала (>100° С), в резуль­ тате чего увеличивается пластичность материала, гра­ диенты влагосодержання в нем имеют меньшую величи­ ну, чем при сушке воздухом с той же температурой. Это ведет к уменьшению усадки и деформации материала.

Повышение средней темпе­ ратуры материала положи­ тельно влияет на изменение его термодинамических ха­ рактеристик и коэффициен­ тов переноса влаги в мате­ риале. Испарение влаги из материала переходит в ее выпаривание. При этом по­ является молярный перенос влаги под действием гради­ ента давления, интенсив­ ность которого в десятки раз больше интенсивности молекулярного переноса, значительно увеличиваются коэффициенты тепло- и влагообмена в процессе сушки. Все это приводит к интенси­ фикации процесса сушки.

Из рис. 88 следует, что преимущества пара перед воз­ духом должны в большей мере сказываться в области высоких температур. В связи с этим производительность сушильных установок резко повышается, поскольку со­ кращается длительность процесса сушки. В результате снижаются капитальные затраты на сооружение сушиль­ ной техники, создаются возможности уменьшения экс­ плуатационных расходов. Поданным Гипродрева, удельные капиталовложения на строительство камер для сушки древесины в среде перегретого пара снижа­ ются почти, в два раза по сравнению с камерами для сушки подогретым воздухом, а эксплуатационные расхо­ ды уменьшаются на 35—40%.

В перегретом паре отсутствует свободный кислород. Этот фактор имеет большое .значение при сушке мате­ риалов, подвергающихся химическим изменениям, гак как под действием кислорода ткани меняют окраску, пищевые продукты теряют питательные свойства,-торф

160