Комбинированый экспериментальный стенд для исследования процессов сушки и пропитки материалов вакуумно-имульсным методом

А. В. Гаврилов

КОМБИНИРОВАНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СУШКИ И ПРОПИТКИ МАТЕРИАЛОВ

ВАКУУМНО-ИМУЛЬСНЫМ МЕТОДОМ

Ключевые слова: вакуумно-импульсный метод, сушка, пропитка.

В статье описывается конструкция экспериментального стенда для исследования процесса вакуумно-импульсной сушки и пропитки материалов, а также методика проведения эксперимента. Приведены результаты контрольных измерений влажности образца при различных режимах работы стенда.

Key words: vakuum-impulse method, drying, impregnation.

The construction of the experimental stand for research of vakuum-impulse drying and impregnation of materials processes, and also a technique of experiment carrying out are described in the article. The results of control measurements of sample humidity at various operating modes of the stand are presented.

В настоящее время для сушки и пропитки материалов применяются различные технологии и оборудование. Удаление влаги из материала существующими методами происходит за счет фазового перехода жидкости в пар. Это требует существенных энергозатрат, продолжительно по времени и приводит к ухудшению качества высушиваемого материала, что и является основными недостатками применяемого оборудования.

Вакуумно-импульсное воздействие на материал (многократное чередование циклов нагрева и вакууммирования) позволяет в неравновесных термодинамических условиях обеспечить интенсификацию различных технологических процессов в пять и более раз, значительно повышая их КПД [1]. Происходит это, прежде всего, за счет того, что при сушке часть влаги из материала не испаряется, а «отжимается» без ее фазового перехода.

Главная трудность широко используемых сейчас технологий пропитки изделий из различных материалов жидкими и жидко-дисперсными средами заключается в недостаточной степени проникновения пропитывающей среды в мелкие поры и каналы. В конечном итоге это приводит к снижению качества изделий. Поры в пропитываемых заготовках всегда заполнены воздухом, который мешает проникновению пропитывающих составов в них. Вследствие этого, даже если процесс пропитки повторяется, обеспечить полное заполнение пор и необходимое качество изделий трудно. Кроме того, многие из используемых пропиточных составов экологически опасны.

Улучшения качества пропитки возможно достигнуть благодаря повышению степени проникновения пропитывающей среды в мелкие поры за счет эффективной передачи энергии движущимся молекулам пропитывающей среды путем создания разряжения в порах.

Для исследования процесса сушки и пропитки вакуумно-импульсным методом был спроектирован и собран экспериментальный стенд.

Описание экспериментального стенда

Стенд (рис.1) включает в себя: систему откачки на базе золотникового агрегата АВЗ-20; рабочую камеру; камеру с пропиточной жидкостью; ресивер; теплогенератор; соединительную и запорную арматуру; средства измерения давления, температуры и влажности.

Рабочая камера 1, камера с пропиточной жидкостью 2 и ресивер 3 представляют собой цилиндрические камеры с фланцевыми, грибковыми и резьбовыми соединительными элементами для подключения средств откачки и измерения. На обечайке ресивера имеется рубашка охлаждения для конденсации и предотвращения попадания паров жидкостей из рабочей камеры в вакуумный насос.

Давление в камерах и ресивере измеряется деформационным вакуумметром 4, давление на входе в агрегат АВЗ-20 измеряется также деформационным вакуумметром.

Для контроля температуры и влажности обрабатываемого изделия, а также температуры и влажности воздуха в рабочей камере предусмотрены соответствующие вакуумные вводы.

Вакуумпроводы с запорной арматурой применяются для соединения насоса, ресивера и вакуумных камер между собой. Стенд, за исключением агрегата АВЗ-20 (на рис.1 не показан), выполнен на единой раме 5.

Для прогрева обрабатываемого изделия применяется теплогенератор, позволяющий вводить горячий воздух в рабочую камеру через патрубок с шаровым краном. Максимальная рабочая температура 200ОС.

Методика проведения эксперимента по исследованию процесса сушки

1. Камера СУ1 не участвует в процессе, клапаны УП1^УП3 закрыты (рис.2).

2. Обрабатываемое изделие закрепляется в держатель, совмещенный с крышкой и помещается в рабочую камеру СУ3.

3. Клапан УП4 закрыт. Включается теплогенератор и через клапаны УП5 и УП6 осуществляется продувка изделия горячим воздухом заданной температуры. Время прогрева определяется экспериментально по температуре образца.

4. Клапаны УП5 и УП6 закрываются.

5. Откачивается ресивер СУ2 агрегатом КЬ1 до давления ~ 10^15 мм рт.ст.

6. Открывается клапан УП4 и производится резкое (импульсное) вакууммирование камеры СУ3 с последующей выдержкой при этом давлении.

Рис. 1 - Экспериментальный стенд: 1 -рабочая камера; 2 - камера с пропиточной жидкостью; 3 - ресивер; 4 - вакуумметр; 5 - рама; 6 - сильфонный компенсатор

7. Клапан УП4 закрывается и цикл повторяется по п.2.

Количество и время циклов прогрева и вакууммирования определяется экспериментально по значению влажности обрабатываемого изделие.

Результаты контрольных измерений

На стенде были проведены эксперименты по измерению влажности образцов из сосны размером 50x50x150 мм с начальной влажностью « 80%.

Сушка осуществлялась различными методами:

1) обычной откачкой до давления ~ 10^15 мм рт.ст. при температуре 373 К;

2) вакуумно-импульсным методом при температурах 298 К, 333 К, 373 К.

Результаты измерений приведены на рис.3.

Рис. 2 - Вакуумная схема экспериментального стенда

Рис. 3- Зависимость влажности образца (М) от времени (г) при различных методах сушки (вакуумно-импульсном методе - ВИМ и обычной вакуумной сушке - ВС) при различных температурах

Из графиков видно, что при обработке ВИМ время сушки почти вдвое меньше, чем при обычной, при этом конечная влажность образца ниже. Также можно сделать вывод,

что при вакуумно-импульсном методе время сушки уменьшается при увеличении температуры прогрева образца.

Литература

1. Абрамов, Я.К. Новые технологии в обработке древесины (вакуум-импульсная сушка) / Я.К.Абра-мов, В.Ф. Мадякин, А.В. Бурмистров, А.В. Гаврилов, М.С. Курбангалеев, С.И. Саликеев // Материалы Международной научно-технической и методической конференции «Современные проблемы специальной и технической химии», Казань - 2006. - С.560-563.

© А. В. Гаврилов - канд. техн. наук, доц. каф ВТЭУ КГТУ, vacuum-ag@yandex.ru.