Ви є тут

Інтенсифікація процесів тепломасообміну при сушінні надглазурних керамічних фарб

Автор: 
Рева Володимир Іванович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2006
Артикул:
0406U004617
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ СТЕНДИ ТА МЕТОДИКИ
ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Експериментальні стенди для дослідження процесів
сушіння надглазурних керамічних фарб
Процес сушіння різноманітних матеріалів, в тому числі і надглазурних фарб, це
достатньо складний тепло- і масообмінний процес, який потребує досконального
експериментального вивчення з метою визначення його основних закономірностей.
Для численного вирішення системи диференціальних рівнянь, запропонованих
А.В.Ликовим для опису процесів тепломасообміну при сушінні, знаходження
коефіцієнтів тепло - і масопереносу, необхідно мати експериментальні дані по
кінетиці сушіння матеріалів.
Дослідження процесу конвективного сушіння надглазурних керамічних фарб
проводилося на експериментальному стенді, принципова схема якого зображена на
рис. 2.1.
Експериментальний стенд складається із системи ізольованих повітропроводів з
пристроями для нагрівання та циркуляції теплоносія, сушильних камер,
вимірювальних схем та приладів для контролю параметрів процесу та вимірювання
величин, які характеризують процес сушіння дослідного матеріалу.
Сушильна камера (1) являє собою прямокутний короб із листового заліза з люком
для введення пластини з фарбою в сушильну камеру. Камера має бокові прозорі
люки, через які можна спостерігати за станом матеріалу в процесі сушіння.
Конструкція стенду дозволяє проводити дослідження процесу сушіння традиційним
ваговим способом , для чого стенд обладнаний вагами AD-500, або за допомогою
тепломасометричного пристрою, який вводиться в сушильну камеру через люк.
Камера має штуцера для виходу термоелектричних перетворювачів та штанги вагів.
Дільниця теплової підготовки повітря (2) виконана у вигляді прямокутного
короба, в якому розміщений трьохсекційний електронагрівач потужністю 45 кВт,
який дозволяє підтримувати та регулювати температуру повітря в широких
діапазонах. Для точної підтримки заданої температури одна секція калорифера
підключена до автоматичної системи регулювання температури ЕРТ-4 (7) з точністю
спрацювання сигнальних контактів ± 2 °С та термометрів опору ТСМ-50 (8).
Рис.2.1. Схема експериментального стенду:
1 - сушильні камери; 2 - калорифер; 3 - вентилятор; 4 - потенціометр; 5 - щит
керування; 6 - 7 - автоматична система регулювання температури; 8 - термометри
опору; 9,10,11 - патрубки з шиберами; 12 – психрометр; 13- спеціальні решітки;
14 – ваги.
Рух повітря відбувається за допомогою відцентрового вентилятора (3) середнього
тиску по системі повітропроводів. Зміна в широкому діапазоні швидкості руху
теплоносія та його температури досягається регулюванням роботи вентилятора,
співвідношення між відпрацьованим та свіжим повітрям і регулюється за допомогою
шиберів на патрубках (9, 10, 11).
Температура повітря в сушильній камері реєструвалась за допомогою двох
хромель-копелевих термоелектричних перетворювачів (ДСТУ 2837-94) діаметром 0,2
мм, розташованих перед пластиною і після неї. Аналоговий сигнал з
термоелектричних перетворювачів за допомогою аналогового цифрового
перетворювача (АЦП) і за допомогою інтерфейсу передавався в комп’ютер.
Тарування термоелектричних перетворювачів проводилось в киплячій воді. Основна
похибка показників запису температур не перевищує ± 1 °С.
Вологовміст повітря замірявся психрометром (12).
Швидкість повітря в сушильних камерах вимірювалась за допомогою чашкового
анемометра МС-13.
Після установлення на стенді досліджуваного режиму в сушильну камеру клали
зразок дослідної пластини з нанесеною на її поверхню фарбою на штангу ваг, які
безперервно реєстрували зменшення маси зразка в процесі сушіння.
Як відомо, керамічна плитка має дуже велику здатність адсорбувати водяні пари з
повітря, тому при сушінні шару фарби випаровується не тільки розчинник з неї, а
і водяні пари з керамічної плитки, які вона поглинула з повітря. Тому для
побудови дійсної кривої сушіння надглазурних керамічних фарб використовувалась
як модельне тіло скляна пластина розмірами 240х60x4 мм. Перед дослідом скляна
пластина висушувалася в сушильній шафі при температурі 100 °С до досягнення нею
сталої незмінної маси. Охолодження висушеної скляної пластини проводилося в
ексикаторі з силікагелем для запобігання сорбції нею вологи з повітря. Висушену
охолоджену скляну пластину клали в сушильну камеру і зважували її без фарби.
Потім на висушену охолоджену пластину через трафарет наносилася надглазурна
муфельна фарба певного кольору. Пофарбована скляна пластина розміщалася в
сушильній камері на штанзі вагіі, які реєстрували масу зразка в процесі
сушіння. Коли ваги переставали реагувати на змінення маси фарби, і маса зразка
ставала незмінною, скляна пластина виймалася з сушильної камери, висушена фарба
знімалася з поверхні пластини в бюксу, а бюкса з фарбою зважувалась на
аналітичних вагах ВЛР-200. Бюкса з фарбою розміщалась в сушильній шафі і
висушувалась до абсолютно сухої маси при температурі 100 °С.
По абсолютно сухій масі зразка визначали поточну вологість матеріалу по
формулі:
W = (2.1)
де U – кількість випареної рідини з матеріалу під час сушіння;
Gк –кінцева маса фарби;
Gа.с. – абсолютно суха маса фарби.
По визначеним величинам W будувались криві сушіння і швидкості сушіння W = f(ф)
і dW/d ф = f(W).
Слід зазначити, що під терміном “вологість” розуміють кількість розчинника в %,
який випаровується з фарби під час сушіння.
Теплофізичні характеристики надглазурних керамічних фарб і пігментів для їх
приготування, такі як теплопровідність і питома теплота випаровування
визначались на установках Інституту технічної теплофізики [38,39].
Питому теплоту випаровування розчину визначали за допомогою тепломасометричного
пристрою для