Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химическая технология нефть и способы ее переработки, пиролиз древесины, косвенные способы измерения физических величин в технологии, анализ газовых с
.pdf
101
Шкала реометра делается подвижной для возможности подстройки нулевой отметки к нижнему уровню манометрической
жидкости при ее испарении или температурном изменении объема.
Ротаметры (от лат. rotatio – вращение) представляют собой
вертикальную отполированную изнутри стеклянную трубку с
небольшим расширением снизу вверх (конусность стенки порядка 1–2°), внутри которой находится поплавок из пластмассы
или другого легкого и химически стойкого материала. На боковой поверхности поплавка имеются винтовые нарезы. Благодаря
им поплавок при обтекании газом вращается, одновременно отбрасывая газ центробежной силой в стороны. Это дает поплавку
возможность центрироваться вдоль оси трубки и не касаться ее
стенок. Газ, проходя в зазоре между поплавком и стенками, создает перепад давления между низом и верхом поплавка, что заставляет его подниматься. Поскольку с подъемом зазор увеличивается, подъемная сила ослабевает. Когда эта сила будет
скомпенсирована силой тяжести, действующей на поплавок, он
останавливается. Высота подъема поплавка соответствует скорости газового потока, она определяется по шкале, нанесенной
на наружной поверхности трубки (рис. 8). Разумеется, ротаметр
может работать только в строго вертикальном положении.
Рис. 8. Внешний вид и устройство ротаметра
102
Поскольку работа реометра и ротаметра основана на одинаковом принципе, а уравнение Гагена–Пуазейля для газовых потоков
нельзя считать идеальным, соответствие между искомой величиной (объемной скоростью газа) и непосредственно измеряемой
(перепад давления в реометре или высота подъема поплавка в
ротаметре) определяется экспериментально. Процедура нахождения численного соответствия называется калибровкой.
По своей сути калибровка является противоположностью измерению. Она заключается в подаче к прибору величины заведомо известной (или определенной другим способом) и наблюдении реальных показаний устройства в абсолютных или условных единицах. Все косвенные измерения невозможны без предварительной калибровки средства измерения.
Для реометра или ротаметра калибровка заключается в том,
что через них пропускают поток газа с различными известными
объемными скоростями и отмечают соответствующие показания по имеющимся шкалам приборов. Соответствие значений
отображают графически или в виде таблиц. Реометры и ротаметры обычно калибруют тем газом, для работы с которым они
предназначены, так как перепад давления, кроме скорости, является также функцией вязкости газа. Однако их можно калибровать и с помощью другого газа с последующим пересчетом показаний по формуле:
=
где Vp и Vк – скорость рабочего и калибрующего газа соответ-
ственно, л/мин;
μр и μк – динамическая вязкость рабочего и калибрующего
газа соответственно, Па∙с.
Если предполагаются измерения при разных температурах, то
и калибровка производится при разных температурах. Калибровочные линии на графиках в таком случае приводятся в виде семейств.
103
Экспериментальная часть. Калибровка реометра
Для выполнения работы требуется реометр типа РДС, газометр со шкалой в литрах, секундомер, резиновые трубки для соединения газометра с реометром и водопроводом. В качестве
калибрующего газа используют атмосферный воздух. Нижний
тубус газометра соединяют с водопроводным краном, верхний –
со входом реометра. Перед началом калибровки проверяют совпадение нулевой отметки шкалы реометра с нижним уровнем
манометрической жидкости и при необходимости корректируют. Открывают водопроводный кран настолько, чтобы поток
воздуха, вытесняемого из газометра, создал перепад давления в
реометре, соответствующий приблизительно половине шкалы.
Когда уровень воды в газометре достигнет отметки 3 л, включают секундомер. Уточняют показание реометра и записывают
его. По достижении уровнем воды в газометре отметки 4 л останавливают секундомер и закрывают водопроводный кран. Записывают показание секундомера. Отсоединяют в первую очередь
верхний тубус газометра от реометра. Затем отсоединяют трубку нижнего тубуса от водопроводного крана и сливают воду из
газометра. Операцию калибровки повторяют при различных
скоростях воздушного потока, причем каждый раз отсчитывают
время прохождения одного литра воздуха между теми же отметками (3 и 4 л).
Рекомендуется выбирать скорости потока таким образом,
чтобы получить показания реометра в разных точках шкалы – в
середине, близко к началу шкалы, близко к концу шкалы и по
одной точке между этими показаниями. Таким образом, достаточно сделать пять измерений. Шестая точка – теоретическая –
нулевой перепад давления при нулевой скорости. Время прохождения 1 л воздуха в секундах нужно перевести в объемную
скорость (л/мин). Например, если прохождение 1 л заняло 20 с,
это соответствует объемной скорости 3 л/мин.
104
По полученным значениям строят калибровочный график,
откладывая на оси абсцисс объемную скорость в л/мин, а на оси
ординат – перепад давления в условных числах шкалы реометра.
На графике следует указать калибрующий газ и его температуру
во время калибровки (по лабораторному термометру).
Контрольные вопросы
1. В чем заключается разница между прямыми и косвенными
измерениями?
2. Можно ли произвести прямое измерение температуры?
3. В чем заключается процедура калибровки?
4. В каких лабораторных практикумах вы уже сталкивались с
калибровкой?
5. В чем заключается эффект Вентури?
6. В чем сходство и различие работы реометра и ротаметра?
7. Можно ли пользоваться реометром, откалиброванным для
другого газа?
8. Как скажется изменение конусности ротаметра на его
точности и диапазоне измерения?
9. Почему при определении расхода газа уравнение Гагена–
Пуазейля не всегда верно?
10. Почему перед опорожнением газометра в первую очередь
надо отсоединить от него реометр? Что может произойти, если
этим правилом пренебречь?
11. Рассчитайте минимальное давление в МПа, которое необ-
ходимо создать в гладкой горизонтальной прямой трубе диаметром 10 см и длиной 100 м, чтобы обеспечить непрерывную
подачу воды с объемной скоростью 40 м3/ч при комнатной температуре. Динамическую вязкость воды принять равной 1 Па∙с.
105
6. ТЕХНОЛОГИЯ КЕРАМИКИ
Керамика (от др.-греч. κέραμος – глина) – обширная по составу
группа твердых материалов, объединенных общностью технологического цикла. В настоящее время под словом «керамика»
понимают не только глиносодержащие, но и другие неорганические материалы, обладающие сходными свойствами, при изготовлении изделий из которых требуется высокотемпературная
обработка. К керамике относятся также керметы (металлокерамика) – материалы, полученные на основе металлов или их
сплавов с другими элементами. Отличительной чертой керамической технологии является формование материалов или будущих готовых изделий из мелких твердых частиц исходных веществ с последующей выдержкой при высокой температуре, в
результате чего происходит изменение химического состава,
структуры и объединение отдельных частиц в монолитную массу (консолидация). Керамическая технология – одна из древнейших, освоенных человеком. Как любой твердый материал,
керамика может быть конструкционной и функциональной.
По применению керамику подразделяют на строительную,
бытовую и санитарно-техническую (посуда, художественные изделия, умывальники), химически стойкую, электротехническую,
радиотехническую, теплоизоляционную (керамзит, пенокерамика и др.) и огнеупоры.
По структуре различают грубую керамику (строительная,
шамотный кирпич и др.), тонкую с однородной мелкозернистой
структурой (фарфор, пьезо- и сегнетокерамика, керметы и др.),
пористую с мелкозернистой структурой (фаянс, терракота, майолика и др.), высокопористую (теплоизоляционные керамические материалы).
Керамика является третьим наиболее широко используемым
промышленностью материалом после металлов и полимеров.
Она является наиболее конкурентоспособным по сравнению с
106
металлами классом материалов для использования при высоких
температурах. Большие перспективы открывает использование
транспортных двигателей с деталями из керамики, керамических материалов для обработки резанием и оптической керамики для передачи информации.
6.1. Производство керамики
Технологическая схема керамического производства в каче-
стве обязательных включает в себя следующие операции:
1) тонкое измельчение и тщательное смешивание исходных
компонентов (заготовка шихты);
2) пластификация массы и образование формовочного полу-
фабриката;
3) формование заготовок из пластифицированной массы с по-
следующей сушкой;
4) спекание изделий (высокотемпературный обжиг) с после-
дующим охлаждением;
5) дополнительная механическая обработка изделий (при
необходимости).
6.1.1. Заготовка шихты
Ши хта – гомогенизированная смесь исходных твердых компонентов с заданной гранулометрией и в определенной пропорции.
Измельчение и смешивание сырьевых компонентов производится в шаровых и вибрационных мельницах. Помол может быть
«сухим» или «мокрым». Все измельченные керамические массы
по технологическим особенностям разделяют на три группы:
пластичные массы (материалы, в шихте которых содержится значительное количество глинистых веществ), малопластичные
массы (материалы с малым количеством глинистых веществ),
непластичные массы (материалы из безглинистой шихты). Со-
107
став шихты в значительной мере определяет технологию приготовления массы к формованию. При производстве высококачественной керамики с высокой однородностью структуры используют порошки исходных материалов с размером частиц до 1 мкм.
Измельчение производится механическим путем с помощью мелющих тел, а также путем распыления измельчаемого материала
в жидком состоянии, осаждения на холодных поверхностях из парогазовой фазы, виброкавитационного воздействия на частицы,
находящиеся в жидкости, с помощью самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза (СВС) и другими методами. Для
сверхтонкого помола (частицы менее 1 мкм) наиболее перспективны вибрационные мельницы, или аттриторы.
6.1.2. Пластификация
Полученная шихта пластифицируется органическим пластификатором. Пластификаторы – это органические вещества, подразделяемые в зависимости от выполняемой ими роли на связующие, пластифицирующие, смазывающие и поверхностноактивные вещества (ПАВ). Связующие вещества (крахмал, декстрин, глицерин, поливиниловый спирт и др.) – вещества, которые хорошо смачивают поверхность твердых частиц и образуют
прочные связи между ними, т. е. склеивают их. Пластифицирующие вещества (парафин, церезин и др.) – это жидкости, способные растворять связующие вещества и давать вместе с ними
жидкие прослойки между твердыми частицами керамической
массы. Смазывающие вещества (тунговое, льняное, трансформаторное масла) – неполярные жидкие масла с малым поверхностным натяжением, применяемые для уменьшения трения и прилипания массы к поверхности пресс-формы. Поверхностноактивные вещества (олеиновая и стеариновая кислоты, пчелиный воск) – вещества, улучшающие смачивание керамических
частиц пластификатором. Для изготовления тонкостенных из-
108
делий любой сложной формы или керамических пленок используют жидкие (полужидкие, загущенные) суспензии порошков на
водной или неводной основе – так называемый шликер. Для
приготовления силикатного шликера с низкой влажностью в его
состав вводят дефлоккулянты (разжижители) – жидкое стекло,
кальцинированную соду – в количестве 0,1–0,5 %.
6.1.3. Формование
Формование изделий осуществляют методом прессования,
пластической протяжкой (выдавливанием) через фильеру (экструзия) или горячим литьем под давлением. Выбор способа
формования определяется техническими, экономическими и
технологическими факторами, главными из которых являются
форма, размер и точность детали, количество изготовляемых
деталей и технологические свойства применяемых масс.
Например, крупногабаритные изделия сложной конфигурации формуют путем литья пластичной или полужидкой керамической массы (водного шликера) в гипсовые формы, которые
разбивают при извлечении заготовок. Преимущественно формуются из пластичных масс в гипсовых формах на полуавтоматах и автоматах хозяйственный фарфор и фаянс. Санитарностроительная керамика сложной конфигурации отливается в
гипсовых формах из керамического шликера на механизированных конвейерных линиях. Радио- и пьезокерамика, керметы и
другие виды технической керамики в зависимости от их размеров и формы изготовляются главным образом прессованием из
порошкообразных масс или отливкой из парафинового шликера
в стальных пресс-формах.
Прессование заключается в получении изделия из сыпучей
массы под действием внешнего давления. Прессование может
быть полусухим изостатическим, мокрым, гидростатическим,
горячим. Горячее прессование применяют для изготовления
109
беспористых изделий с контролируемым размером зерен (до
0,1 мкм), отличающихся повышенной прочностью и плотностью,
что улучшает, например, в случае изготовления феррокерамики
магнитные характеристики: магнитную проницаемость, индукцию, время перемагничивания. Особенно пригодным этот метод
является при изготовлении ферритов для магнитных головок
устройств магнитной записи и воспроизведения информации,
ферритов СВЧ-диапазона и пьезокерамики, которые невозможно
изготовить обычными методами.
При переходе от прессования к пластичному формованию и
шликерному литью увеличиваются возможности изготовления
изделий сложной формы, однако усложняется процесс сушки
изделий и удаления пластификаторов из керамического материала. Поэтому для изготовления изделий сравнительно простой
формы предпочтение отдается прессованию, а более сложной –
экструзии и шликерному литью.
Сформованные тем или иным способом изделия подвергаются сушке в камерных, туннельных или конвейерных сушилках.
Изделия на основе глины следует сушить особенно осторожно.
Если при сушке в заготовке образуется много паров воды, то их
давление может превысить предел прочности глиняной массы,
что приведет к образованию трещин. Поэтому начальный этап
сушки желательно проводить естественным путем без принудительного нагрева (так называемая вольная сушка). Длительность вольной сушки составляет от двух до семи суток в зависимости от окружающей температуры и влажности. После вольной
сушки допускается окончательное досушивание в сушилке с
контролируемой скоростью подъема температуры.
6.2. Высокотемпературная обработка
Несмотря на то, что в литературе понятия «обжиг» и «спекание» часто отождествляются и используются как синонимы,
110
следует уяснить существенное различие между ними. Обжиг
предусматривает тепловую обработку материалов или изделий
с целью изменения их фазового и химического состава. При обжиге происходит дегидратация, выжигание пластификатора,
разложение карбонатов, завершаются химические реакции между компонентами, стабилизируется их фазовый состав. В процессе обжига вследствие испарения влаги, выгорания пластификатора и уплотнения материала происходит усадка изделий, т. е.
уменьшение их размеров, но возрастает их механическая прочность и плотность. Однако обжиг может не сопровождаться спеканием. Спекание в технике – процесс получения плотного и
прочного твердого тела из слабосвязанного пористого зернистого материала (консолидация). По своей сути спекание представляет собой заполнение веществом пор, их «удаление» при высокой температуре за счет самопроизвольного уплотнения дисперсного пористого тела. Спеканию подвергаются материалы,
например, при агломерации, коксовании, при подготовке слабоспекающихся углей к коксованию, в производстве керамики,
огнеупорных изделий. Спекание – одна из технологических стадий порошковой металлургии. Процессы, происходящие при обжиге, предшествуют спеканию. Спекание является обычно заключительной стадией обжига. При дальнейшем повышении
температуры может произойти плавление всей массы.
Спекание порошковых материалов представляет собой тепловую обработку свободно насыпанного порошка или спрессованных заготовок при температуре 0,7–0,9 абсолютной температуры плавления материала порошка или температуры плавления основного компонента в многокомпонентной системе порошков. Это одна из важнейших технологических операций, результатом которой является превращение непрочной заготовки
в прочное тело со свойствами, приближающимися к свойствам
сплошного материала. При нагреве порошковых формовок или
свободно насыпанного порошка происходит сложный комплекс
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]