автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Разработка оптимизированной технологии глубокой сушки полимерных материалов

Т6 од

, Академия наук Беларуси Академический научный komiuigicc "I1TMO им. А.13.Лыкова"

На правах рукописи

РАЯТУГОВ11Ч ЯКОВ СЕМЕНОВИЧ

УДК 678.01:66.047.2

РАЗРАБОТКА ОПТИМИЗИРОВАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ГЛУБОКОЙ СУШКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.14.05 - Теоретические основы теплотехники

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск - 1Э93

Работа выполнена в Институте тепло- и массообмспа ш.А.В.Ликова Академия наук Беларуси

Научшй руководитель: доктор технических паук,

профессор 11.С.Куц

Официальные оппонент: доктор технических наук,

Профессор БП1Л Ю.Л.Малевич кандидат технических наук,

ст.науч.сотр. В.Л.Драгун

Ведущая организация - ПО "Еслпласт"

Запита состоится " " . 1993 г. в час

на заседании Специализированного совета Д 006.12.01 при Институте тепло- и массообиена шл.А.В.Лнкова Академия наук Беларуси (220072, г.Минск, ул.П.Бровки, 15)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТМ0 им.Л.В.Лшсова ЛИ Беларуси

лай С-МЦЛ- . 1993 г.

Автореферат разослан

Учеши! сокротарг Специализированного совета, доктор технических наук В.И.Байков

ОЩАЯ. ХЛРЛКТЕРПОТШСЛ РЛГОШ

.ктуальность там: Широкое использование иолиморннх материалов .зличнох отраслях промшлениостя требует совершенствования и мн-нфикатш технологических процессов и в та! числе наиболее эиер-кого, значительно влияющего на качество готово!'! продукции. про-а сушки.

иоокне требования к минимальному влагосодсрканпю п исходном мернал продето (до 0,01%) я ео равномерному распределению, ши-:п ассортимент перерабатнваешх полимеров требует индивидуально-:одхода и вибору рационального истода сушки, определению оптн-,1шх реяшних параметров и созданию на зтой основе впсэкоэййек-юго сучильного оборудовании, которое могло бп войти в состав юршзнпх- технологических лпшгЛ,

(дням из наиболее ирогресснв!П!х методов сушки термопдастпчних по-фнпх материалоп является метод копвоктппиой сушки с использопа-I осушенного воздуха в качество сушильного агента. Несмотря иа прегалуиеств, этот метод мало изучен и но тлеется обоснованных иендаций по выбору оптимального технологического регламента л, отечественной иромшлсшюстыо на выпускаются сухопоэдушные [ЛКИ для глубокой сушки полимеров.

I этой спягш, при решении задач поиска оптимального способа и несомношшн интерес представляет исследование свойств п алголе р-матерналов как объекта с^пига!, осношшх закономерностей кинетики м, а тагле разработка методов расчета, позволяющих осуществить ;тороншш анализ факторов, влиящнх на эффективность процесса, с ,ю выработки практических рекомендации для его организации в шшлешшх условиях.

¡роме того, проблема охрани окружающей среди стапнт п иопестку вопросн создания таких оптимальных технологий в производствах но ¡работке полимеров, котоше би уштивалп экологические трзбовашнг. [сслодопанпя проводились п лаборатории сушлыго-термичооких нро-'.ов АПК "П'ШО ни.Л.ВДпкооа" АН Беларуси при впиолнешт работ в зетствии с заданием й 10 программа "Интенсифшсатя", утверяден-ностановлением С!.1 СССР от 13 тли 1985 г. .'г 179, а также по грамме совместных работ ЛИ ШСР и Министерства раяионромшленнпс-1а 19(3(3-1Э5.Ю гг. по теме "Разработка оборудования для глубоко!! я полимеров" и при гпшолноннл рпда хоздоговоров.

Поль работп. Целью настоящей работы является разработгл оптш зировапноЛ технологии глубокой сушки полшерних материалов о бол moil величиной внутридийфузионного сопротивления и создание на зт основе рациональной сушильной установки.

Научная новизна. Экспериментально определены и математически саш изотер,ш адсорбции полиамидов 11Л-6 и 11A-6I0, поликарбоната ПК-4 и АБС пластика при низких значениях относительной влажности воздуха от 0,001 до 0.2; предложена методика расчета кинетики ва куумноИ и конвективной сушки полимеров; исследовано влшпгае стой im осушки воздуха на кинетику глубокой сушт полиморов; получены соотношения для расчета коэффициента массопроводности по обобщен ной кривой юшетикц сушки, определена его температурная зависима установлено, что использование осушенного воздуха в качестве are сушки с точкой роен порядка -I&+-2U°C приводит к интенсификации процесса сушки дифференциального слоя-полимера, близкой к вакууми установлены максимально допустимые значения влагосодериашш возл ха, при которых обеспечивается требуемая глубина сушки полшлерос разработана математическая модель для расчета динамика процесса сушки гранулированных полимеров в плотном движущемся и иенодшш слоях, разработана рашюиачьная схема установки и технология глз кой сушки полимерных материалов с использованием осушенного воз; ха в качестве сушлыюго агента.

Практическая ценность работы. Результаты теоретического и экс ршентального исследования процесса глубокой оушки полимеров мог быть использованы как для оптимизации работы сушествуетцих сушил! установок, так й при разработке и проектировании новых устаиовог автоматизированной системой управления технологическим процесса базе ЭВМ. Математичзскай модель дал расчета динамики процесса сз ки полиглоров в плотной движущемся и неподвижном слоях может бип использована, при разработке сушильного оборудования с плотним с: для любых гранулированных материалов.

Методика определения плагосодоржатш полимероп, как и мотодт расчета кинетики их вакуумной я конвективной сушки, может быть ис пользована и для других материалов, особенно дал подвергающихся глубокой сушко.

На защиту вынос, ятоя:

- результата экспериментального определения изотеш одеорбита полимерных материалов;

- результаты экспершонтачьного исследования процессов вакуумной : конвективной суциш полкмеров;

- мотодика расчета югаетшеи вакуумной и конвективно!! сушки;

- математическая модель процесса сушки граиулир01занных полимеров i плотна,! движущемся и иеподвшшои слоях;

- оптимизированная технология глубокой сушки полимерных материа-юв и рациональная схема сушильной; установки.

Реализация заботы. Результаты, полученшо n работе, были исполь-ювшш при проектировании установок для глубокой сушог полимеров с ^пользованием осушенного воздуха в качестве сушильного агента CK-3Ü, IK-3I, СК-32, CK—, разработашга и изготовлсшшх в Академическом [аутом комплексе -"iffilO ir.i, А.В.Ликова" АН Беларуси.

Апробация работы. 0снов1ше положения диссертационной работа догладывались : на Всесоюзном отраслевом научио-тахничоскш соминарэ 'Прогрессивные технологические процессы и оборудование для перера-Jotkh пластмасс", Минск, 16-10 мая, 1909 г.; на УШ Мекдународной юнг\юронцуп по сушильному делу, Карлови-Вары. ЧССР. 9-11 апреля, [991 г»; УП International Drying Sympoeiua. Lodz, Poland. June 24-!б, 1991.

Публикации. Ho теме диссертации опубликовано 7 работ и получены '. авторских, свидетельства на изобретение.

Структура it об'ьогл работ!/. Диссертация состоит из введения, пяти -лав и основных выводов. Работа солерязгйУ^ страниц основного так-:та, п тш число 49 pitcynKöi? .Шблмографнл содержит 110 наименований.

СОЛйРНАНИИ PAHOTU

Во аволещщ обоснована, актуальность рассматриваемых в дисссрта-шн задач, определена цель работы, дана со общая характеристика, фатко изложены основные научные результаты и сформулированы положения, прчдетаплнчмио к гетэтте.

Первая глава носшинеиа обзору н анализу имеющихся литературных данных по вопросам, ипязантм с исследованиями в области' теории к техники сукки полимерных материалов, штаратурно-техиологическоглу кормлению ироцосса их глубокой cyrani, а такта методам расчета про-lecca cytü'Ji в неподшппгогл и дпикущсмся плотном слоях.Отпечается, 1то сорбцпошшо свойства грануллрогашшх .полимерных материалов пред-5тавлонц п незначительном объеме и, кап правило, только при низких

температурах. Лашьге по сорбгсгонному равновесию при низких значениях относительной влажности воздета, имеющие большое значение для расчета кинетики глубокой сушки полимеров ц выбора оптимальных ре-жаших параметров, практически отсутствуют.

Анализ литературных источников виявил отсутствш в настоящее вре мя достаточного количества данных по процессам глубокой сушси рассматриваемых псяшоров, их фрагментарность и противоречивость.

Согласно немногочисленна.! публикациям, одшш из наиболее' прогрэс сивных и малоизученных методов глубокой сушки полимеров является и с тод конвективной сушки с использованием осушенного, воздуха в качест ве сушильного агента. Несмотря на ото, до настоящего времени метод конвективной сушки полимерных материалов осушешши воздухом с раз-г личнигл влагосодержанием (точкой росы) и инертным теплоносителем практически не исследован и не имеется обоснованных рекомендаций по .выбору оптимального технологического регламента сушки, отечественно промышленностью не выпускаются суховозлушие установки для глубокой сушки полимеров. '

Отмечено, что существующие методы расчета процесса сушки полимер пых материалов являются, как правило, приближешшш и многие из них основываются на полу эмпирических зависимостях. Наиболее точным является расчет сушильной установки, отражающий кинетику и динашису процесса.

На основании критического анализа литературных данных били сформулированы задачи представленной работы: провести комплексное экспе ршеитальное исследование процессов вакуумной и конвективной сушси полимерных материалов; определить их сорбшюшше свойства: на основе анализа процессов сушш виявить закономерности, влияюише на процесс; разработать методику рас-чвта и описания кинетики вакуумной и конвективной суши полимеров; сформулировать и численно реализовать математическую модель процесса сутки в плотнш слое и провести эксп рименталъную проверь* математического описания; по результата!,! теоретического я. экспериментального исследования разработать оптимальный .технологический регламент глубокой сушки полимеров и рациональную схему сушильного аппарата, ,

Во второй главе изложена методика определения влагосодерясаиия• полимэров, экспериыептальная установка л методика определения вла-госодсржания теплоносители, дано описание вакуум-сорбционного стенда, приводятся результаты исследования изотерм адсорбции и их мате-

ттичоское описание. Для определения влагосодержшшх полимерных материалов била разработан^ методика, основанная на досушке б сухой атмосфере. Для создания сухой; атмосферы при досушке полимеров применялись эксикаторы с помощсшшм в них влагопоглотитслем, в качестве которого использовался цеолит На А или НаХ , причем регенерация отработанного цеолита проводилась а муфельной печи при темпора-туро 500 °С в течение 0+10 часов.

Исследование соро'вдошшх свойств полимеров по отношению к парам поди вшиочало в собя экспершенталыюе определение равновесного пла~ госодержшшя материала в диапазоне температур 20+90°С и относительного давления паров води от 0,001 до 0,9, а также математическую обработку экспериментальных дшпшх.

Исследования показали, что при шзкоИ влажности воздуха (Ф -¿О.З), при которой возможна глубокая сушка полшериих материалов, влияние температур» на равновесное влагосодержатше практически отсутствует, т.е. темнературний уровень процесса сорбции при определении изотермы сорбции сказывается только на продолжительности процесса установления равновесного состояния, но не оказывает влияния на конечный результат.

• Обработка данных но шгротермичоскому равновесию полимеров производилась по методике. И.ЕЛ'оробцовой. Как видно из рис Л, окспери-монталыше точки с погрешностью, по препшащзИ анпрокстадпруют-ся прямыми линиями и описываются следуэднм выражением;

(I) .

где ио - равновесное 'влагэсодярташте полимера при ^ = 0,5, а показатель степени 2/'п рассчитывается но углу наклона ноямоН Ьтр-^Ч чуй - Ч1)) . Пользуясь шражшлзм Ш.'молзго определить равновесное влагосодорталне рассматриваемых полимерных материалов при любом из интервача 0,001-^ 0,9. Кроме того, кзотоши сорб-

шш, полученные при низких значениях относительно;! влажности воздуха, тлеют большое практическое значение для исследования закономерностей процесса сушит и выбора оитшалышх. рояшпих параметров, так кат: по ннм находится киишзлыюо влпгосодсряапие, которое мо.тот быть достигнуто тем или нимгл полшером в происссо его глубокой сулкн сушильным агентом определенных параметров.

1,0

0.1

0.01

Рис. I. Изотерг.ш осрбдоги полимеров при темнегаг/ре 30°С: I - иоликаобонат 11К-'1; 2 - А 1С пластик; 3 - полиамид ПЛ-510; 4 - полиамид М-6; • - паши дашше; к, д -данннс Рудобамты С.II., Чалих Л.К.

В третьей глава описана методика.экспериментального исследование процесса ва^гакои сушки двТ*Ьсроиииалъного слоя полимеров, обсуждаются результаты проведенных исследовании, оллсиваотся методика расчета кянетики сушки, приводятся соотношения для расчета коэффициентов массопровошюсти и оо'обцешме фор/гули для расчета гашетики вакуушой сушки.

Для получения полимеров со строго фиксиросашгш и постоянным (для всох проведенных экспериментов) начальнш вдагосодоряанием образцы рассматриваемых цолиыэрэз. шдерешались в течение месяца, е воэдушнх торлостатах типа ТС-ШМ-2 над насаде нннгли растворами содей, которые создавали и поддерживали в термостате ашосйеру с определенной тижностьа.

Анализ подученных экспериментальных данных показал, что в исследованном диапазоне изменения режимных параметров прочее о вакуумной сутакп дифференциального слоя полимеров протекает в периоде падающей скорости сушки и практически в изотермических условиях.

При этам характерным для данних полимерных материалов является то, что кривые сушсп в координатах Еп'0 — /Т* имеют вид прямых.

А

X

4/ рЛ - {У л'

к л

У л

/ и •■д У

X у 1—Г^ л у*

1 V У

.X

1

>

\л" I | 1111 _Ш--—

0.001 о.о1 а1 :1,0 Ч'Л-Ч'

ггал наклона которых зависит для полиамидов от температурного уров-1Я процесса, а длп поликарбоната п ЛВС пластика зависит не только эт температуры, но н от начального влагосодорканин.

Следует отметить, что спрямление кривых сушки в указанных координатах является весьма паяным Фактором, особошю для материалов, юдаергаклцихся глубокой сушке, так как позволяет без особых затруд-ганий производить анализ полученных оксиершенталышх результатов, ,1Х обобщение и систематизацию в широком диапазоне изменения резшл-шх параметров.

Отмечается, что при сшехошш давления паровоздушной среды от ат-лосфорпого до 20+10 мм.рт.ст. увеличивается интенсивность сушки за счот улучшения условий мпссообмепа. Дальнейшее снижение остаточного цаштошш в кшоро до КГ^мм.рт.ст. и ниже но приводит к интенсификации процесса и по оказывает влияния на конечное влагосодерглшю полимеров (см.рис. 2), что объясняется, на наш взгляд, тем, что процесс иакуумноН сушки полимеров определяется механизмом внутреннего масоопереноса.

Для выявления закономерностей. агаяющх на процесс суипаг полимерных материалов, слодуот описать крпвыо судпсп. Обработка крпппх сулш исшаюрон показала что в координатах

обобщенная зависимость ЬпО/Ов"1 ^/Г*) илее/г ь^д прямоН в широком диапазоне относительного ятагосод- тг'лнля:

u/u. = © s'-exp (-С/тГ), (2)

причем влияние температурного уровня процесса заключено в коэффициенте С.

Лля раскрытия температурной зависимости С -- f С Т ) воспользуемся выражением из кинетической теории газов для расчета интенсивности испарения, которое, согласно Н.Де Буру, тлеет вид

(1-Po/Ps). (3)

После некоторых преобразований выраяэшш (2) и с. учетом (3) по-, лучена обобщенная зависимость для описания кинетики вакуумной сушки полимеров _

U/Ü. = в - expA/psCT)T'). (4)

Причем, п отлично от полиамидов, ддя поликарбоната и АБС пластика паолыдается незначительная зависимость коэффициента А от начального влагосодержания материала. Расчеты показала, что, например, для полиамида ПА-610 значение коэффициента Л = 0,8, для АШ пластика Л - I.Ofj при начальном влагосодеряании 0,2(3;?. При этом максгалатп пая погрешность аппроксимации окспордмэытальнцх данных выражением . (4) не превышает 10-12$. ■ ■

Теорегпчоскуи зависимость, на основе решения уравнения массопро-водностн при граничных условиях периого рода мокио в диапазоне относительного влагосодеряакия.и.З íQ ¿ I аппроксимировать следующим образом:

- б - ехР ). (5)

ио~ Up. ■

Сопоставляя при 9 = comt теоретическую зависимость (5) и экспериментальную обойденную кривую сушки (4), получено внрамонш дня расчета аффективного коэффициента дшЫо'зии (массопроводности) по обобщенной кривой кинетики супиат (для случая его постоянства)

к-5.07-10~VR\PstT). (6)

Например, для АБС пластика при Uo~0,28í -К = 3,02 '.I0"IU • Ps (|) .

Низкио значения коэффициентов глассопроводностя (ДГ 4 10" " ^ ) их близость к значениям коэффициентов тпердотелыю!'; дип№узип астворешшх веществ подтверждают вывод о том, что рассматриваемые олпиери относятся к группе непористых материалов.

В четвертой главе*описывается методика эксперпдаитального иссло-оваиня, пр!шодятсл и анализируются результата исследовшшя процесса онвективной сушки полимеров с использованием воздуха с различной тепенью - осушки, рассматривается процесс сутки полиш.шдогз при пови-ошгых температурах в среде.инертного теплоносителя (азота), приво-дтся обобщенные формулы для описания кинетики конвективной сушки и оотношения для расчета коофТлпц:ентов массопроподностп, сфошулнро-1ана н численно реализована математическая модель для расчета нро-[есса сушки полимеров в плотном движущемся п неподвшяюм слоях.

Методизса псследования процесса конвективной сушкд предусматрива-:а два направления исследования:

- с помощью метода тонкого л^Ияренциального слоя;

- с помощью плотного стационарного слоя некоторой высоты, кото->ый моделирует процесс сушки пол!п^еров в реальном аппарате.

Обработка эксиердаснтач.ьнкх данных по виражнпт (4) познолпла 'становить, что влияние температуры на процесс вакуумной и конвек-чязной сушки жЭДюрешшалыгого слоя полимеров шест од!п1 и тот ко характер.

Иоклзано, что повышение температурного уровня процесса на каждые 10°С приводит к сокращению длительности сушки' пр:иерно в [,4 раза.

Влияние вдагосодеряаншг воздуха на кинетику салаки полимеров на 1римере АПЧ пластика представлено на рис.3.

Как видно из рис.3, достижение конечного влагосодергхашш 0,05>, грео'уемого но '17 для данного полимера,, при температуре 90°С возмож-ю .тишь при использовании осумеиного воздуха с влагосодоржшгем но Зодео 6 г/кг.

Анализ экспоршеита- ынк данных показал, что использование осу-иенного воздуха с точной роен порздка -15ч~2П°С прщзодпт к интен-зифнкаши процесса сусю, близком к вакуушюн, сокращению его дли-голыюсти и позволяет 11г;о:::-.;;о;г,птт-. глубокую гарантированную сушг.у юли,юров до требуемого влагосодеаглппя независимо от ноголннх условий. •

Соностапленяе тао'утащкзнтов массопрозодпостн, полученных в усло-х гипотшена под рукогодстгом ст.н.с..к.т.н. Н.Л.Прущшкога

U,7.

001

Рнс. 3, Кривпс кинетики сушки ЛШ пластика: Г -90°С; 11- 00°С; • - вакуушая суина (Р = 5-10_1ш.рт.ст.); о,х, Л - крнвективнач сушка: о - d = I г/кг, х - б г/кг, Д - d = 20 г/кг

блях вакуума и конвективной сушки при атмосферном датшенш', покачивает, что они удовлетворительно согласуются. Вместо с те:л следует отметить незначительное превышение значений коуМпплснтоп пас сопроводи ости, полученных л вакууме, по сравнению с атмосферой;

Анализ .экспорт,кзнталъинх дашшх, в том числе и по ко:?Млганентам массоироводности полимеров, показывает, что интенсификация процесс? сушки АБС пластика и ему подобных не может быть достигнута применением активного гидродинамического ранила, так как кинетика процесс; полностью определяется массопроводишп свойствам материала.

Учятнвая, что проведение процесса сушки в вакууме практически не интенсифицирует внутренний массоперенос, а использование осупеипоп воздуха при конвективной судке приводит к интенсификации процесса близкой к вакуумной, то проведение процесса в производственных условиях с использованием осушенного воздуха в качестве сушильного агента может оказаться более предпочтительным.

Анализ процесса суши слоя дисперсного материала гложет быть проведен либо на основе экспериментальной кинетики сутки и нагрева материала, либо путем построения математической модели, олпеивагацей тепло- и массообмон в дисперсных заецпках.

Б предлагаемой математической модели для расчета динамики процесса сушки гранулированных -полэлоров в плотном движущемся слое приняты следующие упрощагаию допущения.

Материал представляет сосга! глоподпспорсниз гра;г/лц с одинаковой геометрической форлой. Тэплопой поток, вызванный теплопроводностью даспероиой засыпки и воздуха вдоль оси X, незначителен по сравнению., с переносом тепла за счет Конвег'.тивной составляющей. Учитывая малую величину критерия Лыкова для отдельных зероы (Ьи ~ 1 • ), для

них но рассматриваем уравнение теплопроводности» ограшгагвыись только уравнетюм дпЗтйузшт. Задача формулируется в одномерном варианте и включает в себя следующие уравнения:

уравнешю неразрывности для шздуха и пара

'^СШг-90-0, (7,

ЭРп + .А (11Г . о ч П ' ет дх V" ) " >

уравнения сохранения оцергш для газа 3 влажного материала

(9)

днг б

дт + дх ' Нг) = -Е, ЭНви . ,дНвм _ . , ,тгЛ

+швн-ё5ГяЕ' (10)

уравнение дл&й/аки влаги п материале

-^г е>х + гг / (и)

5 ^ сг '

Давление паровоздушной смеси принимается постоянным:

Р - сот1, причем Р- Р0+ Ра ^ где (12)

Р& = Ри = ^р- Й„тг . (13)

Граничные условия для системы (7) - (13): Х = 1_! Твм = Т0/ иВм=Ы0,

х=о: <91 + рп)и>г = о1п, тг-т1п;

г = ¿Г = ]•

Начальные условии:

т = 0: Твм =ТГ^ТС/ Маи = и<>/ Фь^ и°Рм .

Из ,(7) - (13) следует уравнение для скорости газа дШг •ЗЯпТг Е+ *ЗСпТг

Система уравнений замшсалась дополнительными соотношения;,иг, . в частности:

формулой для расчета интенсивности испарения

формулой для расчета интенсивности энергообмена, которая включает теплой о!1 поток, псродаБаомин от газа влажному материалу и поток энергии, отводимой от материала испарявшейся влаГоН: .

Е » осДТг- твм) р- /ЭИП ( (16)

уравнением изотермы сорйцш материала

и другш.ш зависимостями", связывающими пожну собой применяемые в уравнениях параметры.

Численное интегрирование систем (7) - (17) осуществлялось по явной разностной схеме, ориентированно!! против поздуга: >го потока. Результата численного интегрирования системы на примере сополшера АБС-предотаплйны на рис. 4-7.

На рис. 4-5 представлены данные о начальном периоде сушки материала при нулевой скорости ого перемещения.

Ход кршшх. 1, 2, 3 на рнс.4(а) свидетельствует о пйремещеции влага и ее перэкондэиеашш из итогах слоев в верхние к. следовательно, об отсутствии процесса сушки в целом по засыпке в течение почти 30 мни.

При использовании осушенного воздуха (с! = I г/кг) суика всей засыпки происходит е самого начала продувки, т.е. явления по ро конденсации влаги из нижних а'1 пев в сродтю и верхние но происходит. Естественно, во втором случае выше я интенсивность суши одновременно с меньшими значениями градиента влагосодержания по высоте . слоя.

Рис. 4. Развитие лоле.Д влагосодержаштл в полимерной засыпке при Т = 90 С ии„= 0,75% и различном влагосодэряа-нии продуваемого воздуха: а - 12 г/кг, Б - I г/кг; 1-5 мин, г - ГО, 3 - 30, 4 - 60 мин

Данные о полях влагосодержашгл и температура в установившемся режиме иродетавЛсип на рис. 6-7.

Температурный напор между воздухом и материалом обнчно не превышает 3*5°С и поэтому в принятом на рис. 6(а) масштабе эти даэ кривые практически не различима. Как видно из рис. 6(а), зона прогрева -материала при данных скоростях воздуха и встречного движения дисперсного слоя составляет 5-10 см. Следовательно, основной процесс сушки происходит при изотермических условиях. Характер распределения влага

б) Кино типа сушкл ЛГО пластика при температура 100°0 и различно!! степени осанки воздуха: 1,4 - 12 г/кг, Й»5 - В Г/КГ, 3,6 - I г/кг

Рйо. 7. а) Изменение йлагооодоржмтя воздуха по высоте йастиси при разной степени его осушки;

б) Нам влагосодержапил внутри гранулы полшера В различных зонах заешкй.1 I - х « 0,45 м; 2 - 0,4; О * р,йб{ 4 - к г о (ад отхода)

ixo порпу, глг. пил»о из jnio. 7(6), подтпорядплт puitoo одплашпш из' других соображений вывод ó том, что_кинетика сушки лолиморной гра-jr/ли определяется главным образом внутренним дн^узионпим сопро-тивленнем,

Лдокватность математической подали подтверждена прямым сзопостап--лоиием с экспориментаяынши данными, нродотавлопиами на рис, G(6), . Различно медпу-этими дашпии но прошалает 1%, что свидетельствует о приемлемой достоверности результатов числошшх окспорнмонтов,

1) пятой глппе*описывается' рациональная схома установи! (см.рио,8) и оптимизированная'технология глубокой суигш полимерных материалов с использованием осушенного воздуха п качестве сушильного агента,

Рис. 8. Схема установки для глубокой сушки полст.мров с использованием осушенного воздуха. I - буш сев сугаки-материала: 5 - вакуумный загоузчик; 6 - рабочая емкость; 7,9,10, ¡2,22 -2 & - датчик! темпе ратуш ¡ 8 - датчик уровня материала; 11,21 - калоряйерн; 13 - теплоаккумулятор; И - тенлообиешшк тина "поздух-воздух"; 15 - Фильтр; 16,20 - вентиляторы; 17 - па verлвчающее устройство; 18,19 - адсорберы для осушки воздуха

В схеме установки достигается полная автоматизация управления технологическим процесса,!, a использование замкнутого цикла теплоносителя представляет собой одно из решений задач экологии.

Новизна отдельных элементов' установки подтверждена авторскими свидетельстнамл /11,'3/.

х вняолнеиа под руководством ст.н.с.,к.т.н. П.А.Пруднико;

Кривые кинетики сушки и нагрева сололимсра АБС, реализуемые на огштпо-промншдешюй установке, подтверждают эффективность использования данного сушильного аппарата.

*

ОСНОВШЕ РЕЗШЛАШ И ШВО.Щ

1. В результата проведенных исследований экспериментально определены и математически описаны изотерлы адсорбции полиамидов ЛА-6

и ПА-610, поликарбоната ПК-4 и АБС! пластика п широком диапазоне изменения относительной влажности воздуха(от 0,001 до 0/4>

2. Предложена методика расчета,кинетики вакуумной и конвективной сушки полимерных материалов.

3. Получены обобщенные кривые сушки полимеров и их математически выражение.

4. Получены соотношения для расчета коэффициента массопроводнос-ти (для,, случал его постояноства) по обобщенной кривой кинетики сушки, определена его температурная зависимость.

5. Установлено, что использование осушенного воздуха в качестве сушильного агента с точкой росы порядка -15+-20°С приводит к интенсификации процесса сумки элементарного слоя полимора.близкой к.вакуумной, оокращешш ого длительности и позволяет производить глубокую гарантированную сушку полимерных материалов до требуемого вла-

. госодертания независимо от.погодных условий.

6. Установлены максимально допустимые значения влагосодеряания агента сушки, при которых обеспечивается требуемая глубина сушки рассматриваемых полимерных материалов.

Определена оптимальная глубина осушки сушильного агента, что Позволяет значительно снизить энергоемкость установки,

7. Показано, что использование инертного теплоносителя в качестве агента при конвективной сушке, позволяющего повысить предельную температуру сушки полиамидов до 120°С, приводит к сокращению длительности процесса более чем в два раза по сравнению с оптимальным атмосферным режимом сумки.

В. Экспериментально показано, что интенсификация процесса сушки АБС пластика и ему подобных не-может быть достигнута применением активного гидродинамического режима, так как кинетика процесса полностью определяется массопроводнтш свойствами материала.

9. Сформулирована и числснно реализована математическая модель для расчота динамики процесса сушки гранулированных полимерных ма-

- Материалов в плотная движущемся и ыеиодвякпом слоях. Применимость модели для реальных полиноршк' материалов подтверждена сопоставлением о экспериментальными дачными.

ГО. Разработана оптимизированная технология и рациональная схема установки для глубокой cyunai полимерных материалов с использованием осушенного воздуха.

Отдельнио узлы установки виполнени на уровне изобретений.

II. Результаты, полученные в работе, били использованы при проектировании установок для глубокой сушки полимерных материалов СК-30, CK-3I, СК-14, разработанных и изготовленных в Академическом научном комплексе "ИТМО им.А.В.Лыкова" AJI Глларуси.

Основнпе обозначения:

U - влагосодержанке материала;' d - влагосодержашге воздуха; М5 - относительная платность воздуха;. С - удельная теплоемкость; D - эффективный кооффлшгснт диффузии влаги в материале; F - удельная поверхность слоя; Q - массовый расход воздуха на едишщу площади поперечного сечения слоя; h - удельная энтальпия; 11 - плотность 'энтальпии: J - ¡штенситость псЯарония плата; U - высота слоя; Р - давление; Г - расстояние от центра зерна; ft - радиус зерна, индиппдуалышо газовые постоянные воздуха и пара; X - время; Ш- скорость; X - координата (по высоте слоя); o¿- коэффициент теплообмена; - ксучшициепт массообмена;$ - плотность диффузионного потока влаги в маториачо; - перозноегь; р плотность мае-' сы (на единицу объема слоя); £5 - истинная плотность массы; Fom=DT/R,a число Фурье массообмепноо,

Индексы: в -воздух, вл - влага, вм - плалаий материал, г - газ (паровоздушная смесь), м - материал, п-- пар, р - равновесный, -насыщенный, СП - вдуваемый воздух, 6 - начальный.

Основное• содооганяо диссертации опубликовано ti слслумму работах:

1. Прудников H.A., Раптуношп Я.С., Брдч М.А. Математическое моделирование тепло- it масооиереноса при сутпко гранулированных полимеров в плотном проседающем слое. // УП International Drying Symposium. - 1991, Lodz, Poland. - Г. 2. .- S. 280-?89.

2. Прудников U.A., Раитуиович Я.С., Горобцова U.E., lyócium И.А. Тохнологическио особенности глубокой сушит полимерных материалов // УШ Internationale Konferenz über die Trocknung. - Karlovy

Vary , 1991. - S. 108.

3. Прудников H.A., Раптунович it.С., Брич U.A. Численное моделирование тепломассообмена при сушке гранулированных полимеров в' ПЛОТНОМ слое // У111 Internationale Konferenz über die Trock -nung. - Karlövy Vary, 1991. - S, 67.

4. Прудников H.A., Раптунович Я.С., Горобцова U.E., Губсшй И.А. Особенностн сушки полиашгдои и поликарбонатов // Обмен производствен-но-техшчеекш опытом. - М.. ШИЭНР, 1990. - Вин.8. - С. 34-37.

5. Прудников H.A., Брлч М.А., Раптунович Я.С. Численное моделирование тепломассообмена при сушке гранулировании* полимеров в плотном слое // №£. - 19-0. - Т.59, Je 6. - С. 995-IGüO.

6. Прудников H.A., Раптунович Я,С., Горобдова 11.15., Губским И.А. Исследование глубоко)! суикп гранулированных полимеров // УП International Drying Simposium. - 1991. Lodz, -foland. - T. 2 -

S. 234-241•

7. Горобцова U.E., Прудников H.A.,* Раптунович Я.С., 1^бскин И.А. Влияние внутреннего массопереноса на кинетику процесса вакуумной сушки полимеров // Проблема взаимосвязанного тепло- и массопереноса,-Минск, 1989. - ö. 31-3А. -(Об.науч.тр. / ИТМО АН ГССР).

8. A.c. № 1449800 (СССР). Топломассообмошшк для термообработки сыпучих материалов // Богданов Ü.M., Марченко А.М., Моргун В.Л., Прудников H.A.. Раптунович Я.С. - Опубл. п Б.И. - 1989, № I.

9. A.c. № 104431а (СССР). Устройство управления адсорбером // Губский Й.А., Прудников H.A., Раптунович Я.С. - Опубл. в Б.И. -1983, № 36.