Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии в условиях низкого вакуума. В 3 частях. Ч.3. Методические указания
.pdf
Особенности сушки материалов с сердцевиной. Высушивание
таких пиломатериалов без трещин и напряжений по сердцевине на
торцах практически невозможно. Для уменьшения торцевых трещин
целесообразно покрывать последние защитным слоем, ухудшающим
влагопроводность в продольном направлении. С этой целью могут
использоваться меловые или известковые водные растворы.
Несмотря на известные преимущества СВЧ ‒ энергии для
сушки пиломатериалов (наибольшая скорость сушки, благодаря, вы
делению тепла во всём объёме древесины) данная технология ещё не
нашла широкого применения, в следствие дороговизны как самих
установок, так и их эксплуатации и необходимости привлечения
квалифицированного персонала для их обслуживания. КПД такой
установки невелик: в СВЧ ‒ генераторе эффективность
преобразования электроэнергии в энергию СВЧ ‒ поля составляет
только 20 ‒ 30%, а показатель эффективности преобразования СВЧ ‒
энергии в тепловую внутри штабеля (как и показатель полезного
использования последней) также ощутимо меньше 100%. Поэтому
неизбежен большой удельный расход электроэнергии. Эксплуатация
СВЧ ‒ оборудования требует соблюдения жестких требований
техники безопасности. Кроме того, при этом способе сушки не всегда
удается обеспечить удовлетворительную однородность
пиломатериалов по конечной влажности и довольно сложно локально
контролировать текущую влажность и температуру древесины, что
необходимо для управления процессом.
Достоинства. Качество сушки близко к естественному,
высокая скорость сушки, энергозатраты средние: 550 кВт/ч на 1 м3
сосны, 2000 кВт/ч на 1 м3 дуба. Не требует коммуникаций, мобильна,
имеет малые размеры. Универсальна, способна высушивать любые
диэлектрические материалы: лекарственные травы, ягоды, фрукты,
овощи, керамику, удобрения и т.д.
Недостатки. Высокая стоимость магнетронных генераторов и
малый ресурс их работы (около 600 ч). Большие энергетические
затраты. Трудность контроля процесса (над температурой среды и
древесины, в силу специфики микроволновой энергии). Частота
случаев возгорания материала изнутри. Малый объём одновременно
высушиваемых пиломатериалов: объём загрузки ‒ до 7 м3 для хвойных
пород и до 4,5 м3 для твёрдолиственных. Комбинированный
СВЧ‒способ ещё мало изучен, и режимы сушки не отработаны.
- 41 -
Экспериментальный стенд для вакуумно–импульсной обработки
материалов
В настоящее время для сушки материалов применяются
различные технологии и оборудование. Удаление влаги из материала
существующими методами происходит за счет фазового перехода
жидкости в пар. Это требует существенных энергозатрат,
продолжительно по времени и приводит к ухудшению качества
высушиваемого материала, что и является основными недостатками
применяемого оборудования.
Вакуумно‒импульсное воздействие на материал (многократное
чередование циклов нагрева и вакууммирования) позволяет в
неравновесных термодинамических условиях обеспечить
интенсификацию различных технологических процессов в пять и
более раз, значительно повышая их КПД. Происходит это, прежде
всего, за счет того, что при сушке часть влаги из материала не
испаряется, а «отжимается» без ее фазового перехода.
Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд для вакуумно‒импульсной сушки
древесины, представлен на рис. 9.2 и включает в себя:
‒ систему откачки на базе золотникового агрегата АВЗ-20;
‒ рабочую камеру;
‒ камеру с пропиточной жидкостью;
‒ ресивер;
‒ теплогенератор;
‒ соединительную и запорную арматуру;
‒ средства измерения давления, температуры и влажности.
Рабочая камера 1, камера с пропиточной жидкостью 2 и
ресивер 3 представляют собой цилиндрические камеры с фланцевыми,
грибковыми и резьбовыми соединительными элементами для
подключения средств откачки и измерения. На обечайке ресивера
имеется рубашка охлаждения для конденсации и предотвращения
попадания паров жидкостей из рабочей камеры в вакуумный насос.
Давление в камерах и ресивере измеряется деформационным
вакуумметром 4, давление на входе в агрегат АВЗ-20 измеряется также
деформационным вакуумметром.
- 42 -
Рис. 9.2. Лабораторный стенд для вакуумно‒импульсной сушки
1 – рабочая камера; 2 – камера с пропиточной жидкостью; 3 – ресивер;
4 – вакуумметр; 5 – рама; 6 – сильфонный компенсатор
Для контроля температуры и влажности обрабатываемого
изделия, а также температуры и влажности воздуха в рабочей камере
предусмотрены соответствующие вакуумные вводы.
Вакуумпроводы с запорной арматурой применяются для
соединения насоса, ресивера и вакуумных камер между собой. Стенд,
за исключением агрегата АВЗ-20 (на рис. 2.1. не показан), выполнен
на единой раме 5.
Для прогрева обрабатываемого изделия применяется
теплогенератор, позволяющий вводить горячий воздух в рабочую
камеру через патрубок с шаровым краном. Максимальная рабочая
температура 200ОС.
- 43 -
Методика проведения эксперимента
Эксперимент по исследованию процесса сушки проводится с
следующем порядке:
1) Камера CV1 не участвует в процессе, клапаны VП1,VП2,
VП4 закрыты.
2) Закрепляем обрабатываемое изделие в держатель
совмещенный с крышкой и помещаем его в рабочую камеру CV3 (рис.
9.3.).
3) Клапан VП5 закрыт. Включаем теплогенератор и через
клапаны VП6 и VП7 продувку изделия горячим воздухом заданной
температуры. Время прогрева определяется экспериментально по
температуре образца.
4) Закрываем клапаны VП6 и VП7.
5) Откачиваем ресивер CV2 агрегатом NL1 до давления ≈
10÷15 мм рт.ст.
6) Открываем клапан VП5 и производим резкое (импульсное)
вакууммирование камеры CV3 с последующей выдержкой при этом
давлении.
7) Закрываем клапан VП5 и повторяем цикл по п.2.
Рис. 9.3. Вакуумная схема экспериментального стенда
- 44 -
Количество и время циклов прогрева и вакууммирования
в
M
c
M
-45-
определяется экспериментально по значению влажности
обрабатываемого изделие.
Описанная технология интенсификации процессов сушки,
основанная на кратковременном, повторяющемся воздействии
вакуума и атмосферного давления на материал позволяет в несколько
раз увеличить производительность этих процессов при одновременном
снижении энергоемкости и времени процесса и получить
высококачественную продукцию.
Обработка результатов опыта
1. Подготовить весы лабораторные аналитические марки ВЛА-
200г к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
2. По полученному заданию от преподавателя подготовить
образцы материала (брусок из сосны).
3. Произвести взвешивание влажного образца, поместив его на
чашку весов.
4. Измерить температуру в камере сушки.
5. Через определенные промежутки времени (например, 30
сек), записывать результаты измерения массы образца в табл. 9.1.
6. При достижении равновесного состояния (
=
прекратить опыт и взвесить исследуемый образец.
7. Рассчитать убыль текущей влажности сушильного образца и
построить кривую сушки и кривую скорости сушки.
8. Приступить к обработке опытных данных по методике
изложенной в лабораторной работе №7 по выражения (7.5) –(7.14) по
программе представленной на рис. 7.5.
9. Составить по выполненной работе отчет, в котором дать
анализ по кривым сушки и кривым скорости сушки.
10. Получить задание у преподавателя на расчет опытных
данных по табл.9.1.
)
- 45 -
Содержание отчета
1) Наименование лабораторной работы.
2) Цель работы.
3) Основные теоретические положения.
4) Номер варианта задания, выданный преподавателем..
5) Распечатать результаты экспериментальных расчетов.
6) Выводы по лабораторной работе.
7) Подготовка ответов на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1) Основные положения кинетики сушки древесины.
2) Объяснить процесс вакуумной сушки древесины.
3) Способы сушки древесины.
4) Объяснить работу конвективных сушильных камер.
5) Объяснить метод кондуктивной сушки.
6) Объяснить метод вакуумной сушки.
7) Объяснить метод вакуумно-импульсной сушки.
8) Объяснить работу вакуумно-диэлектрических сушильных
камер.
9) Объяснить этапы сушки пиломатериалов с СВЧ-нагревом.
10) Схема экспериментального стенда для вакуумно-
импульсной обработки материалов.
11) Порядок работы на установке.
12) Объяснить на примере лабораторной работы график
кривой сушки.
13) Объяснить на примере лабораторной работы график
кривой скорости сушки.
14) Объяснить на примере лабораторной работы получение
характерных точек на графиках кривой сушки и кривой скорости
сушки.
15) Объяснить на примере лабораторной работы расчеты
времен сушки по периодам постоянной скорости сушки и падающей
скорости сушки.
- 46 -
1-й опыт t1=36C, =30 с
2-й опыт t1=65C, =30 с
№
,сек
m,г
№
,сек
m,г
1 0 628 1 0
613
2
30
620 2 30
600
3
60
610 3 60
584 4 90
600 4 90
574
5
120
598
5
120
571
6
150
591
6
150
570 7 180
586
7
180
568
8
210
580
8
210
568
9
240
578
9
240
568
10
270
575
– – –
11
300
571
– – –
12
330
571
– – –
13
360
571
– – –
3-й опыт t1=36C, =30 с
4-й опыт t1=65C, =30 с
№
,сек
m,г
№
,сек
m,г 1 0
728 1 0
713 2 30
720 2 30
700
3
60
710 3 60
684
4
90
700 4 90
674 5 120
698
5
120
671
6
150
691
6
150
670
7
180
686
7
180
668 8 210
680
8
210
668
9
240
678
9
240
668
10
270
675
– – –
11
300
671
– – –
12
330
671
– – –
13
360
671
– – –
Таблица 9.1
Результаты вакуумно-импульсной сушки бруска из сосны
Вес пустой камеры без материала m0=560 г.
- 47 -
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
К проведению экспериментов допускаются студенты,
прошедшие инструктаж по технике безопасной работы на стенде,
после изучения описания лабораторной работы и прохождения
предварительного собеседования с преподавателем, проводящим
занятие.
Самовольное включение установки запрещается. Работа на
установке производится только в присутствии преподавателя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Стандарт предприятия СТП 2069635-23-88. Комплексная система
управления качеством деятельности вуза. Лабораторные работы.
Структура и правила оформления. ‒ Казань: КХТИ, 1988. ‒ 16 с.
2. Вакуумная техника: справочник / К. Е. Демихов, Ю. В. Панфилов,
Н.К. Никулин и др.; под общ. ред. К. Е. Демихова, Ю. В. Панфилова. – 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2009. –
590 с.
3. Шумский К. П. Вакуумные аппараты и приборы химического
машиностроения. – М.:Машиностроение,1974. – 576 с.
4. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии /А. Г. Касаткин. ‒ 9-е изд. ‒ М.: Химия,1973. ‒ 752 с.
5. Коган, В. Б. Теоретические основы типовых процессов химической
технологии/ В. Б. Коган. ‒ Л.: Химия, 1977. ‒ 592 с.
6. Плановский, А. Н. Процессы и аппараты химической и нефте-
химической технологии: учебник для вузов / А. Н. Плановский,
П. И. Николаев. ‒ М.: Химия, 1987. ‒ 496 с.
7. Гинзбург А.С. Сушка пищевых продуктов/А.С. Гинзбург. ‒ М.:
Пищепромиздат, 1960. ‒ 670 с.
8. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической
технологии: Учебник для вузов. – 2-е. изд. В 2-х кн.М.:Химия,1995.-768 с.
9. Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии:
Учебник для вузов / А. И. Скобло [и др.] ‒ 3-е изд., перераб. и доп.
‒ М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000. ‒ 677 с.
10. Стабников В. Н., Лысянский В. М., Попов В. Д. Процессы и
аппараты пищевых производств. ‒ М.: Агропромиздат, 1985. ‒
503 с.
- 48 -
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа 7 ............................................................... 3
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КОНВЕКТИВНОЙ СУШКИ .......... 3
Теоретические положения ............................................................ 3
Основные положения конвективной сушки..................................3
Кинетика сушки. Константы скорости сушки .......................... 10
Описание экспериментального стенда ...................................... 13
Описание многодиапазонных торсионных весов WT-50 .......... 13
Подготовка к эксплуатации ....................................................... 14
Взвешивание ................................................................................. 14
Порядок проведения эксперимента ........................................... 14
Обработка результатов опыта ................................................ 15
Содержание отчета ...................................................................... 18
Контрольные вопросы ................................................................. 18
Лабораторная работа 8 ............................................................. 19
ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
ВАКУУМНО-ИМПУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ ...................................... 19
Теоретические положения .......................................................... 19
Основные положения сушки пищевых продуктов .................... 19
Удаление свободной влаги ........................................................... 19
Удаление связанной влаги ........................................................... 20
Описание экспериментального стенд для вакуумно-
импульсной сушки пищевых продуктов ................................... 20
Порядок работы лабораторной установки ............................ .21
Порядок проведения лабораторного эксперимента ................ 22
Обработка результатов опыта ................................................ 24
Содержание отчета ...................................................................... 25
Контрольные вопросы ................................................................. 25
Лабораторная работа 9 ...................................................... ……28
ИССЛЕДОВАНИЕ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ ....................................... 28
Теоретические положения .......................................................... 28
Основные положения кинетики сушки древесины ................... 28
Способы сушки древесины .......................................................... 29
Атмосферная сушка ..................................................................... 29
- 49 -
Конвективная сушильные камеры ............................................. 31
Кондуктивная сушка ................................................................... 32
Вакуумная сушка ......................................................................... 33
Сушка пиломатериалов с СВЧ-нагревом .................................. 38
Экспериментальный стенд для вакуумно-импульсной
обработки материалов ............................................................... 42
Описание лабораторного стенда ................................................ 42
Методика проведения эксперимента ......................................... 44
Обработка результатов опыта .................................................... 45
Содержание отчета ...................................................................... 46
Контрольные вопросы ................................................................. 46
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ............................................................. 48
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .................................................. 48
- 50 -
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]