Файл: Термодинамические основы интенсификации сушки строительных материалов и изделий [сборник]..pdf

Д. И. ШТАКЕЛЬБЕРГ, Г. Е. БАННИКОВ, А. Р. ГЕНКИН, А. И. РУСС, А. К. ЛИДУМС, С. Д. РУЖАНСКИЙ

Э К С П Е Р И М Е Н Т А Л Ь Н А Я УС ТА Н О В КА Д Л Я И ЗУЧ ЕН И Я И М П У Л Ь С Н О -В А К У У М Н О Й С УШ К И

С ТР О И ТЕ Л Ь Н О Й К Е Р А М И К И

Для выбора режимных параметров импульсно-ваку­ умной сушки грубой строительной керамики (дренаж­ ные трубы, кирпич и т. д.) была создана специальная лабораторная установка (рис. 1). Она состоит из су­ шильно-вакуумного шкафа 1, в стенки которого вмонти­ рованы ТЭНы 14, позволяющие поднимать температуру

Рис. 1. Экспериментальная установка для изучения импульсно-ва­ куумной сушки строительной керамики

в шкафу до 200° С. Разрежение, создаваемое вакуумнасосом 22 через ресивер 21, контролируется вакууметром 8. Максимальная глубина вакуума, обеспечивае­ мая насосом — 650 мм рт. ст. Разрежение порядка 400 мм рт. ст. создается в шкафу за 30 сек.

80

Для обеспечения конвективного теплоподвода воз­ дух из калорифера 4 с нагревателями 6 подается в вакуумшкаф при помощи вентилятора 5. Направленный конвективный поток в установке создается при помощи отражателей 7. Воздух в калорифере нагревается до температуры 200° С.

Система вентилей 3 (а, б, в) позволяет легко варьиро­ вать вакуумный и конвективный режимы сушки. При работе установки в вакуумном режиме перекрываются вентили 3 а и 3 в, а в конвективном — вентиль 3 б, а вен­ тили За и За открываются. В этом случае отработан­ ный влажный воздух удаляется из установки через пат­ рубок 15.

Комплект измерительных приборов, которыми обо­ рудована экспериментальная установка, позволяет конт­ ролировать изменения температуры, влагосодержания и

ных весов 12, к одному плечу которых подвешен иссле­ дуемый образец-/7. Второе плечо рычага весов соеди­ нено со стрелкой барабанного самописца 13, что позво­ ляет получать диаграмму убыли веса образца. Во время вакуумирования клапан, через который проходит нить подвески, перекрывается.

Давление в материале измеряется при помощи спа­ ренных датчиков-капилляров 16, один из которых запа­ ян. Датчики имеют выход на U-образные манометры 10, оборудованные системой записи показаний, которая со­ стоит из линейного источника света 9 и набора фото­ сопротивлений типа ФСА-1-11.

Потенциал массопереноса можно определять с помо­ щью датчика из эталонного тела, предварительно уста­ навливаемого в испытуемый образец [1,2]. Контроль из­ менения веса последнего без отбора проб позволяет в тонкостенных изделиях, в сечении которых при сушке не возникают градиенты температуры и влагосодержа­ ния, без дополнительных измерений в процессе опыта, определить потенциал массопереноса. Для этого необ­ ходимо предварительно знать начальное влагосодержание, а также изотермы и изобары десорбции керамиче­

81

м. л. юцис

ДАТЧИКИ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА МАССОПЕРЕНОСА

Измерение потенциала массопереноса тепловыми массопотенциалометрами [1, 2] производится посред­ ством выделения в датчике линейным источником им­ пульса тепла и фиксации максимального отклонения

Рис. 1. Схемы измерения показаний датчиков потенциала массопере­ носа с дифферециальной микротермопарой (а), термометром сопро­ тивления (б) и полупроводниковым терморезистором (в):

/ — датчик; 2 — цепь нагревателя; 3 измеритель температуры; 4 — мостовая измерительная схема; 5 — измерительный прибор

температуры от равновесного значения. Эта температу­ ра может быть измерена дифференциальной микротер­ мопарой, малогабаритным термометром сопротивления или миниатюрным полупроводниковым терморезисто­ ром.

Дифференциальная микротермопара (рис. 1а) вос­ принимает изменение температуры нагревателя только под воздействием теплового импульса, а температура датчика измеряется отдельной термопарой. Перед изме­ рением потенциала массопереноса по схемам «б» и «в» (рис. 1) вводится температурная компенсация началь-

83

ной температуры переменным резистором в мостовой измерительной схеме. При этом одновременно определя­ ется температура датчика.

Тепловые массопотенциалометры с дифференциаль­ ной микротермопарой имеют малые габариты и простую измерительную схему, которая позволяет автоматизиро­ вать процесс измерения.

Датчик представляет собой полоску фильтровальной бумаги, скрученную в цилиндрик, вдоль оси которого установлен проволочный нагреватель с наклеенным спа­ ем дифференциальной микротермопары (другой спай находится на поверхности датчика).

Принципиальная схема прибора для измерения по­ тенциалов массопереноса показана на рис. 2.

Рис. 2. Прибор для измерения потенциалов переноса массы

Показания датчиков измеряются автоматически. От контакта программного реле ПР через определенные промежутки времени срабатывает промежуточное реле. Его контакт замыкает цепь реле времени РВ (с вы­ держкой 2 сек) и одновременно подключает источник постоянного тока Е к нагревателю Н, в котором выде­ ляется импульс тепла. Добавочное сопротивление под­ бирается для каждого датчика предварительно.

Дифференциальная микротермопара ДТ подключена к зеркальному гальванометру ЗГ, максимальное откло­ нение указателя которого пропорционально величине потенциала массопереноса.

При помощи автоматического переключателя АП из­ меряются показания десяти тепловых массопотенциалометров, установленных в исследуемый материал. В ка­ честве чувствительных измерительных приборов могут быть использованы зеркальные гальванометры с фото­ регистрирующим устройством ФРУ, а также и регист­

84

рирующие приставки к ним, разработанные автором светолучевые осциллографы.

Против шкалы 1 гальванометра типа М95 (рис. 3) устанавливается барабан 2, внутри которого находится часовой механизм 3, вращающий шестерню 4. Благода­ ря обкатыванию этой шестерни вокруг неподвижной шестерни 5 на оси 6, барабан 2 вращается на своей оси с определенной скоростью. На поверхности барабана закрепляется лист фотобумаги или фотокальки. Для получения «точечного» луча от лампы 7 внутри гальва­ нометра установлены две диафрагмы: продольная 8 и поперечная 9. Гальванометр и барабан на плате 10 по­ мещают в темную камеру 11.

На рис. 4 показано регистрирующее устройство для зеркальных гальванометров типа М17 (М25).

Отраженный от зеркальца гальванометра 1 луч осве­ тителя 2 направляется на фоточувствительную ячей­ ку 3, которая установлена на каретке электронного по­ тенциометра, например ЭПП-09. Два фотосопротивле­ ния 4 включены в мостовую схему 5, состоящую из постоянных 6 и переменного 7 резисторов. Фотосопро-

7

85

м. л. юцис

ГРАДУИРОВКА ТЕПЛОВЫХ ДАТЧИКОВ* ПОТЕНЦИАЛА МАССОПЕРЕНОСА

Градуировка производилась в условиях термодина­ мического равновесия эталонного тела датчика с окру­ жающей влажной средой. Для получения значений 0 >■ 0 датчики помещались в эксикатор (рис. 1 а) над водными растворами серной кислоты различных кон­ центраций. Эксикатор устанавливался в камере-термо­

стате.

Потенциал массопереноса для гигротермической об­ ласти определялся по формуле

Для получения значений 0 > 0 те же датчики поме­ щались в сосуд-гильзу (рис. 1 б), который через редук­ тор соединялся с баллоном сжатого воздуха (до 150 бар). Над плоской поверхностью воды внутри сосу­ да устанавливалось избыточное давление. Его величина варьировалась в соответствии с заданными значениями потенциала массопереноса в гидротермической области, определяемого по формуле [4]

(2)

При различных значениях 0 в интервале температур 293—353° К измерялись показания тепловых датчиков. О наступлении термодинамического равновесия судили по установившимся показаниям датчиков в каждой точ­ ке. По полученным данным построены градуировочные кривые (рис. 2).

Обработка экспериментальных данных по методу наименьших квадратов [5] показала, что величины по-

* Устройство датчиков и методика изменений потенциала массо переноса описаны в [1—3].

87

К_пм

* JO~

Рис. 2. Градуировочные кривые тепловых влагопотенциометров

казания прибора (N) и потенциала массопереноса при различных температурах связаны следующим соотно­ шением

О б о з н а ч е н и я

0 — потенциал влагопереноса; R — универсальная га­ зовая постоянная; Т — температура; <р — относительное давление водяного пара; Pw — избыточное давление в сосуде; — соответствующий молярный вес воды; N —■ показания прибора; 0i — значения потенциала влагопе­

89