Радиационно-конвективная сушка
Стр 1 из 6Следующая ⇒ Радиационно-конвективная сушка является комбинирован ным способом, в котором теплоносителем являются электромаг нитные волны инфракрасного и видимого диапазонов и окружающий тело воздух. Свойства инфракрасных волн. Генераторами инфракрас ных электромагнитных волн являются любые нагретые, обычно твердые тела — точечные, линейные или плоские излучатели. Если температура излучателя Т и не превышает 875 К, то спектр испускания целиком располагается в инфракрасной зоне, а длина волны, соответствующая максимуму излучения, по закону Вина* равна 3,31 мкм. Такие излучатели обеспечивают максимальный энергетический кпд, минимальный расход энергии в расчете на 1 кг испаренной влаги, удобны для сушки тел с большим влагосодержанием. Недостатком их является большая тепловая инерционность, т.е. большое время разогрева и охлаждения. Когда из полуфабрикатов удаляется незначительное количество влаги и теплоэнергетический показатель сушильного устройства не имеет решающего значения, для сокращения продолжительности сушки применяют практически безынерцион ные лампы «для сушки» или кварцевые инфракрасные лампы КИ-200-1000 с температурой нити накала 2500 К. Длина волны максимального излучения lм = 1,15 мкм этих ламп располага ется близ инфракрасной границы видимого спектра. Энергетический кпд их около 70%, поскольку часть энергии расходуется на видимое излучение. Плотность потока излучения в соответствии с законом Стефана — Больцмана ** зависит от абсолютной температуры излучателя, а последняя — от потребляемой мощности Р. Инфракрас ные лучи подчиняются законам геометрической оптики и, в частности, закону облученности и законам отражения. Если излучатель точечный, то средняя облученность тела Е ср определяется по формуле
где aср — средний угол падения энергетического пучка, рад; R и — расстояние до излучателя, м.
*Длина волны, соответствующая максимуму излучения lм, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела Т: lм = С/Т, где С = 2,898Ч10-3 м × К — постоянная Вина. **Плотность потока излучения всех длин волн Y (Вт/м2) спектра испускания абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры: Y = s T, где s = 5,67 × 10-8 Вт/(м2 × К4) — постоянная Стефана — Больцмана. Для линейных и плоских излучателей облученность характеризуется угловым энергетическим коэффициентом k w [см. формулу (1.45)], который учитывает долю использования плотности потока излучения и зависит от соотношения площадей нагреваемого тела и излучателя и расстояния между ними. Чтобы полнее использовать поток излучения, повысить коэффициент k w и выровнять облученность от точечных и линейных излучателей, применяют плоские, цилиндрические, параболические и эллиптические рефлекторы, устанавливаемые за излучателем. Плоские отражатели, дающие расходящийся отраженный пучок, в сушильных устройствах не применяются. Параболические рефлекторы успешно применяются в прожекторах и в фарах автомобилей, дают параллельный отраженный пучок инфракрасных и видимых лучей. Они могут быть эффективно использованы в сушильных устройствах, если полуфабрикаты движутся вдоль оси отражения или перпендикулярно ей, но непрерывным потоком. В сушильно-передающих устройствах СПУ и СПУ-270 поточных линий «Книга» и «Книга-270» применение параболических отражателей для 21 кварцевой инфраксной лампы не дало ощутимого эффекта по двум причинам: 1) полуфабрикаты (сшитые книжные блоки после первичной обработки) двигались перпендикулярно осям ламп и отражателей, при этом суммарная ширина отражателей составляла лишь малую часть пути движения полуфабрикатов; 2) при обработке блоков изданий форматом от 70x90/32 до 84x108/16 использовалось лишь 46-72% прямых лучей от нитей накала кварцевых ламп.
Эффективность использования отраженных лучей рефлекторами различной формы может быть определена значением коэффициента использования отраженных лучей k ол = a/(2p), где — плоский угол при линейном излучателе, определяющий долю используемых отраженных лучей. Наибольшее значение коэффициента k ол у эллиптических рефлекторов, дающих сходящийся отраженный пучок (рис. 1.17). По данным автора, при использовании эллиптических отражателей продолжительность сушки блоков, заклеенных ПВАД, сокращается в 1,6-1,7 раза по сравнению с отражателями других типов. Эллиптические отражатели наиболее эффективны при движении полуфабрикатов вдоль оси излучателя или в момент выстоя полуфабриката перед излучателем при поперечном движении транспортера.
Если полуфабрикаты движутся непрерывным потоком в направлении, перпендикулярном оси излучателя, то кратковременный интенсивный нагрев от сфокусированного пучка дает эффект импульсного режима сушки. Чтобы избежать местного перегрева, плоскость движения полуфабрикатов и вторая фокальная плоскость эллипсоида должны быть разнесены на величину R и в соответствии с определяющим размером В. По разработкам кафедры ТП и ПП МГУП эллиптические отражатели кварцевых ламп могут быть заменены более простыми в изготовлении цилиндрическими. Они могут быть успешно применены в тех случаях, где нет необходимости точной фокусировки отраженных лучей и объект сушки располагается вне плоскости фокусировки изображения излучателя. Инфракрасные лучи поглощаются поверхностью тела, проникая на глубину от 0,1 до 7,0 мм в зависимости от размеров и структуры капилляров, однако максимальная глубина проникновения тепловых лучей в ткани, бумагу и картон не превышает 1,0 мм. Глубина проникновения лучей увеличивается с уменьшением длины волны (с повышением Т и) и с уменьшением влагосодержания тела. Независимо от глубины проникновения лучей поверхность материала в начале процесса сушки прогревается значительно сильнее внутренних слоев. Это вызывает интенсивное испарение влаги с поверхности тела и большой температурный градиент, направленный к поверхности испарения.
Общая характеристика способа. Интенсивность радиационно-конвективного теплообмена q рк (Вт/м2) в первом периоде сушки равна
где k w — угловой коэффициент, зависящий от вида излучателя и взаимного расположения излучателя и тела; aп — коэффициент поглощения; Т и — абсолютная температура излучателя, К; Т п — абсолютная температура поверхности тела, К. Первый член уравнения характеризует радиационный теплообмен, а второй — конвективный. В общем потоке тепла доля конвективного теплообмена составляет всего 1,5_3,0%, однако конвективная составляющая теплообмена позволяет изменять величину и направление вектора температурного градиента, регулировать температуру поверхности тела, интенсивность и жесткость режима сушки. Для этого способа характерны значительные затраты элект-роэнергии, высокая плотность теплового потока, в 30-70 раз превышающая плотность потока при конвективной сушке, и большие температурные градиенты (2-5 К/мм). Поэтому скорость сушки примерно на порядок выше, а продолжительность сушки меньше. Однако рост скорости сушки не пропорционален количеству полученного телом тепла, так как он зависит от скорости перемещения влаги под влиянием градиентов температуры и влагосодержания, направленных, как правило, противоположно и определяемых видом тела и режимами сушки. Радиационно-кон вективная сушка применяется тогда, когда нужна малая продолжительность сушки и нет опасности порчи материала. В отделочных и брошюровочно-переплетных процессах она используется в лакировально-сушильных автоматах, в оборудовании для клеевой припрессовки полимерной пленки, в заклеечно-сушильном оборудовании поточных линий и в секциях агрегатов клеевого бесшвейного скрепления при изготовлении книжных изданий.
Особенности сушки различных тел. При сушке коллоидных тел градиенты температуры и влагосодержания на протяжении всего процесса направлены противоположно. В начале процесса температурный градиент оказывается доминирующим, и под его влиянием влага перемещается по направлению потока тепла в глубь тела, увеличивая градиент влагосодержания. Со временем grad U становится больше k тЧgrad U [см. формулу (1.40)], доминирую щим становится градиент влагосодержания, и тогда направление потока влаги изменяется на обратное: она начинает перемещаться навстречу потоку тепла, к зоне испарения, и общее влагосодержание тела постепенно уменьшается. В капиллярно-пористых и капиллярно-пористых коллоидных телах сильно нагретые воздух и пар выходят из макрокапилляров, а более холодный влажный воздух из погранично го слоя в них засасывается. При этом поверхностные слои тела охлаждаются, а максимум температуры оказывается на некоторой глубине от поверхности тела (рис. 1.18). В тонких телах точки максимумов температуры могут совпасть, тогда градиенты grad T и grad U совпадут по направлению, что приведет к быстрому удалению влаги.
Режимы сушки. Режимами радиационной составляющей радиационно-конвективной сушки являются мощность излучателя, расстояние от излучателя до поверхности высушиваемого тела, а при прерывистом облучении — продолжительность периода облучения и его соотношение с так называемым периодом отлежки. С увеличением мощности излучателя и уменьшением расстояния до излучателя скорость сушки возрастает, а продолжительность уменьшается (рис. 1.19). При увеличении мощности излучателя и уменьшении расстояния до него режим сушки становится более жестким: увеличиваются температура поверхности материала и температурный градиент, особенно во втором периоде сушки. Это может привести к ухудшению технологических свойств полуфабрикатов или к их порче — растрескиванию, обугливанию и даже сгоранию. В то же время, как показали исследования, проведенные в МГУП автором, если сушка блоков, заклеенных ПВАД, заканчивается в тот момент, когда из блока удаляется только 60% влаги, внесенной с клеем, прочность клеевого скрепления тетрадей увеличивается по мере роста энергетической облученности поверхности корешка. Это объясняется тем, что интенсивный нагрев до температуры стеклования поливинилацетата (29°С) способствует взаимной диффузии шарообразных частиц поливинилацетата друг в друга и
Импульсный режим облучения. Радиационно-конвектив ную сушку целесообразно проводить с перерывами в облучении. В этом случае в период облучения Т об тело получает тепло, необходимое для испарения влаги, а в период отлежки Т от охлаждается вследствие испарения жидкости за счет аккумулированно го тепла. Так как испарение происходит в поверхностных слоях, то в период отлежки температура поверхности тела Т п резко снижается, поэтому температурный градиент меняет свое направление и уже не замедляет, а ускоряет перенос влаги в зону испарения под действием градиента влагосодержания. При обдуве поверхности тела сравнительно холодным воздухом (Т с < Т п) модуль температурного градиента в период отлежки увеличивает ся, повышается и интенсивность перемещения влаги к зоне испарения. Импульсное облучение делает режим менее жестким, снижает общее значение градиентов grad T и grad U, уменьшает вероятность опасного перегрева и растрескивания тела, дает значительную экономию электроэнергии. Оптимальное значение Т об зависит от интенсивности подвода тепла, вида и влагосодержания тела: чем больше мощность излучателя и меньше влагосодержание тела, тем меньше должен быть период облучения при прочих равных условиях. Оптимальное значение периода отлежки определяется скоростью диффузии влаги в теле: чем меньше коэффициент диффузии (например, в капиллярно-пористых коллоидных телах), тем больше должен быть Т от. При выборе оптимального соотношения Т об/ Т от нужно стремиться к тому, чтобы зависимость между влагосодержанием тела и периодом облучения была линейной. По данным исследований, проведенных автором в МГУП, импульсная сушка блоков инфракрасными лампами после заклейки корешка может дать 1,5-3-кратную экономию электроэнергии, если период облучения лежит в пределах 0,5-2,0 с, а отношение Т об/ Т от > 3; однако при Т об/ Т от > 8 продолжительность сушки блоков значительно увеличивается.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|