Глава 5. Исследование процесса сушки губчатой резины

Значительное увеличение объема производства латексных губчатых изделий в нашей стране, а также высокие требова­ния, предъявляемые к качеству этих изделий, обусловливают необходимость тщательной разработки и усовершенствования всего технологического процесса. Одним из наиболее узких мест в процессе производства губчатой резины является обезвоживание изделий после вулканизации и промывки.

В настоящее время сушка губчатых изделий на отечест­венных предприятиях производится преимущественно в уста­новках с применением токов высокой частоты. В связи с тем что «Междуведомственная комиссия по радиочастотам» опре­делила использование для промышленных целей фиксирован­ных частот с чрезвычайно жесткими допустимыми колеба­ниями (±17 мгц) и ввиду отсутствия генераторов, которые обеспечили бы указанные условия при сушке губчатых изде­лий из латекса, этот вид сушки стал неприемлемым (не говоря уже о сравнительно низких технико-экономических показа­телях процесса сушки губчатой резины в установках ТВЧ). Поэтому перед техникой сушки губчатых изделий стоит за­дача изыскания новых более эффективных методов обезвожи­вания, создание высокопроизводительных экономичных уста­новок, входящих в состав поточных линий.

В последние годы в различных отраслях промышленности все большее распространение получает новый,, прогрессив­ный метод сушки разнообразных плоских воздухопроницае­мых (пористых) материалов сквозным прососом сушильного агента через изделие. Метод сушки сквозной фильтрацией использован, в частности, в установках для обезвоживания лубоволокнистых материалов (льносушилка, предложенная термосушильной лабораторией Института тепло- и массооб­мена АН БССР), текстильных волокон, тканей и лент (сушилка фирмы «Фляйснер» ФРГ, «Джон Далглиш», Англия, «Тек-стима» ГДР, сушильно-ширильная машина для шерстяных тканей, предложенная в Ивановском текстильном институте им. М. В. Фрунзе) и др. [1—3]. Известна также установка для сушки плоских изделий из губчатой резины на перфориро­ванных барабанах системы «Erich Kjefer».

Отличительной особенностью нового метода сушки явля­ется значительная интенсификация процесса вследствие рез­кого увеличения поверхности тепло- и массообмена по сравне­нию, например, с применяемой в настоящее время воздушно-конвективной сушкой этих изделий методом продольного обдува образцов в туннельных и камерных сушилках. Дей­ствительно, при фильтрации теплоносителя через толщу вы­сушиваемого материала в процессе обмена участвует вся огромная поверхность пор и внутренних пустот. В результате, как показали наши исследования, общая продолжительность сушки губчатых изделий сокращается в 5—10 раз. Вторым весьма существенным достоинством этого метода сушки явля­ется равномерное обезвоживание и нагрев материала, что в свою очередь позволяет несколько интенсифицировать про­цесс за счет повышения температуры сушильного агента и, что еще более важно, обеспечивает высокое качество высу­шиваемых формовых изделий.

Следует отметить, что в литературе отсутствуют какие-либо конкретные данные по конвективной сушке губчатой ре­зины методом сквозного прососа теплоносителя через из­делие.

Для выполнения целого ряда задач по комплексному исследованию процесса сушки губчатых изделий из латекса методом сквозной фильтрации сушильного агента через мате­риал была создана специальная экспериментальная установ­ка, принципиальная схема которой приведена на рис. 1.

Один из основных элементов экспериментальной установ­ки — съемная рабочая камера 10, соединенная посредством специальных зажимных приспособлений с подводящим воздуховодом. Камера представляет собой прямоугольный, изготовленный из полированной жести стакан сечением 300x250 мм², одно из торцевых отверстий которого закрыто перфорированной решеткой 9 размерами 213X160, имеющей долю перфорации 65% при диаметре равномерно распреде-' ленных отверстий 10 мм. Решетчатое окно обрамлено по кон­туру бортиком 17, образующим гнездо для размещения испы­туемого образца 8.

Зажимные приспособления и обклеенный вакуумной ре­зиной разъемный фланец рабочей камеры способствовали быстрому и герметичному соединению рабочей камеры с под­вижным   воздуховодом. Нагрев   сушильного   агента   (воздух комнатных    параметров)    производился    в    цилиндрическом электрокалорифере 12 мощностью 16 кет.

Нагревательная спираль изготовлена из нихромовой про­волоки2 мм и размещена в винтообразной канавке жаро­стойкой керамической трубы, расположенной на опорных под­ставках внутри асбоцементного корпуса калорифера. Наруж­ный корпус электрокалорифера выполнен из тонкостенной металлической трубы200, покрытой слоем теплоизоляции. Поддержание заданного температурного режима обеспечи­вается автоматической системой регулирования температуры воздуха перед входом в рабочую камеру. Это осуществляется автоматическим включением (выключением) нагревательной спирали с помощью специального регулирующего блока, ко­торый состоит из малоинерционной хромель-копелевой термо­пары и электронного потенциометра типа ЭПВ-02 14 с двух-позиционным регулирующим устройством: контакты послед­него соединены с магнитным пускателем 15нагревательной спирали. Дополнительная, более точная корректировка тем­пературы производится ручным регулированием напряжения на зажимах спирали с помощью автотрансформатора типа РНО-250-5 16.

Указанный метод регулирования позволял проводить ис­следования при весьма незначительном отклонении темпера­туры воздуха от заданной величины (± 3°С). Воздух  в  рабочую камеру   засасывается   через  электро­калорифер  вентилятором  высокого давления  2 типа  ВВД-4 с приводом от электродвигателя /   мощностью 4 кет. Выброс отработавшего    теплоносителя    в    атмосферу    производится через прямой нагнетательный патрубок 3диаметром100 мм и длиной 2,5 м.  Количество просасываемого   через   изделие сушильного агента определялось пневмометрической трубкой Пито4 в комплекте с микроманометром типа ММН 6. Ско­рость   воздуха в процессе   опыта   регулировалась   вдвижной заслонкой 5, установленной   на   выходе   из   нагнетательного патрубка. Измерение и запись температур воздуха до и после рабочей  камеры,   а  также  температуры   материала   в   кон­трольных точках испытуемого образца производились шести­точечным  быстродействующим  электронным  потенциометром типа ЭПП-09 со шкалой 0—300 °С 13 и системой малоинер­ционных термопар с диаметром   термоэлектродов       0,2 мм. Влажность воздуха определялась психрометром сценой де­ления шкалы 0,1 °С. Перепад давления при сквозной фильт- ' рации сушильного агента через образец  (гидравлическое со­противление материала) измерялся U-образником 7, соединен­ным посредством резиновых шлангов с импульсными трубками 2,5 мм, установленными на воздуховодах до и после рабочей камеры.Все опыты по исследованию процесса сушки губчатой ре­зины проводились на образцах из серийно выпускаемых оте­чественной промышленностью формовых   изделий,   приготов­ленных  из натурального  центрифугированного латекса типа «Квалитекс».  Латексная  губка  соответствовала  техническим требованиям МРТУ—38—5—2675—66 на губчатые изделия из латекса и по физико-химическим показателям относилась к марке «А».  Пустоты  в  губча­тых изделиях  составляли 35— 43%  общего   объема   и   пред­ставляли    собой    цилиндриче­ские   выемки   диаметром 25— 39 мм   и   глубиной  (в зависи­мости от толщины изделия) от 30 до 135 мм. Объемная плотность латекс-нойгубкисоставлялаа  толщина продуваемого слоя колебалась в пределах 25—30 мм.

Схема одного из исследованных об­разцов приведена на рис. 2.

Перед каждым опытом образ­цы увлажнялись теплой водой до полного насыщения влагой, а затем отжимались с по­мощью валиков до требуе­ мого   исходного   влагосодержания материала   перед   сушкой

Кривыесушки толстой губчатой резины строились перио­дическим взвешиванием образцов в процессе опыта, в опы­тах же, проведенных на тонких образцах, а также при жест­ких режимах сушки (когда продолжительность процесса не превышала 10—15 мин), кривые сушки снимались методом наложения. При этом выбирали несколько одинаковых образ­цов, увлажняли, затем отжимали их до одинаковой исходной влажности и высушивали в течение разных, последовательно возрастающих отрезков времени, поддерживая в каждом из опытов режимные параметры процесса неизменными.

Опыты проводились в широком диапазоне изменения при­веденной удельной нагрузки материала на перфорированную решеткуабсолютно   сухого   материала)  или,

иными  словами,толщины изделий  и оежимных параметров процесса:    температурыи   массовой   ско- рости фильтрации сушильного агента

 

 

 

 

 

Одним из важнейших параметров исследуемого процесса -сушки губчатой резины является аэродинамическое сопротивление продуваемого материала. Эта величина зависит от тол-щины продуваемого слоя, от воздухопроницаемости материа­ла (от плотности губки и количества пустот в образцах), а также от скорости фильтрации воздуха через изделие. Как уже   отмечалось,    исследования   проводились   на   образцах с одинаковой объемной плотностью и сравнительно однород­ной структурой. В связи с этим величина перепада давления до и после образца позволяла судить о величине массовой скорости фильтрации сушильного агента, которая при прочих равных условиях определяет интенсивность процесса сушки. На рис. 3 приведена экспериментально полученная зави­симость аэродинамического сопротивления губчатой рези­ныот массовой скорости фильтрации воздухав расчете на полное сечение губки. Характерно, что, как показали опы­ты, влагосодержание материала (в исследованном диапазоне изменения не оказывает заметного влияния   на   зависимость, т. е. воздухопроницаемость губчатой резины не зависит от влажности материала. Обра­ботка опытных данных позволила получить следующее соот­ношение между гидравлическим сопротивлением губки и массовой скоростью фильтрации:

(1)

Данные, приведенные на рис. 3, и формула (1) учитывают также и сопротивление перфорированной решетки, величина которого составляла около 0,05

Опыты по сушке губчатой резины методом сквозного про­соса сушильного агента через материал показали, что в иссле­дованном интервале изменения параметров процесс протекает в периоде падающей скорости при непрерывном возрастании усредненной по толщине изделия температуры материала, и на кривых сушки отсутствует критическая точка  (рис. 4).

Не вызывает сомнений то обстоятельство, что определяю­щее влияние на кинетику рассматриваемого процесса оказы­вает внутренний массоперенос, так как в условиях сквозной фильтрации сушильного агента через губку интенсивная влагоотдача с огромной поверхности внутренних пор совер­шенно не лимитирует процесс.

 

По-видимому, на кинетике процесса сказывается также специфическая (сотовая) структура высушиваемых образцов. В основу обработки результатов экспериментального ис­следования процесса сушки губчатой резины был положен метод относительной приведенной скорости сушки [4], соглас­но которому (2) -

— максимальная скорость сушки при началь­нойвлажности материала, которая, как показали наши исследо­вания, определяется режимными параметрами сушильного агента и величиной—постоянные   коэффициенты,   не   зависящие от влажностиматериала и режимных параметров процесса; эти коэффициенты определяются лишь физико-химическими свой­ствами и параметрами высушиваемого  материала.

Интегриование выражения   (2)  в   соответствующих   пределах дает 71

(3)

 

 

где tii, и₂. w_p — соответственно начальное, конечное и равновес­ное влагосодержание материала; т — продолжительность процесса сушки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Обработка   систематизированных   по   отдельным   параметрам процесса   кривых сушки   губчатой   резины   позволила   получить следующие эмпирические соотношения для определения величины и коэффициентов

 

 

где- психрометрическая разность температур сушильного   агента;Таким образом,  общее уравнение   продолжительности   сушки . губчатой резины методом сквозной фильтрации сушильного агента через материал принимает вид

 

 

 

Результаты сопоставления кривых сушки, построенных по уравнению (4) (сплошные линии на рис. 4) с эксперименталь­ными данными (точки на рис. 4) свидетельствуют о хорошем совпадении расчетных и опытных данных в широком диапа­зоне изменения параметров процесса.

Проведенное исследование позволило рекомендовать опти­мальные режимы процесса сушки губчатой резины методом сквозной фильтрации сушильного агента через толщу мате­риала, а также разработать рациональную схему организа­ции этого процесса в непрерывнодействующей установке с перфорированными  барабанами.