Тепловой расчет

Физико-химические процессы происходящие в красочном слое

Контроль температурного режима должен обеспечиваться датчиком температуры бумажного полотна на выходе из сушильного усройства. Температура бумаги мелованной не должна превышать 130 градусов. Температура в сушильной камере при работе с водно спиртовым раствором не должна превышать 250 градусов.

Уравнение кинетики нагрева облучаемого тела имеет вид:

, где

;

;

– отношение площади полной поверхности облучаемого тела, к его объему

- отношение площадей полной поверхности и облучаемой её части. При двухстороннем облучении ;

– время от начала облучения;

– температура окружающего воздуха;

– начальная температура

- скорость испарения вещества, кг/м² * ч

– коэффициент поглощения излучения облучаемым телом

- плотность облучения-плотность лучистого потока по облучаемой поверхности

– удельный вес облучаемого тела

– теплоемкость облучаемого тела, ккал/кг * град

– суммарный коэффициент теплообмена

Энергетическую освещенность определяем из условия что установившееся или максимальная температура на 10 градусов цельсия выше температуры нагрева листов.

;

Количество тепла, зптрачиваемого на испарение растворителя невелико, по сравнению с другими расходами тепла, поэтому величиной можно пренебречь. Определим продолжительность сушки от начальной температуры материала , до .

, где

,

= 55803

;

Тогда,

= 0,0019 ч

Суммарный коэффициент теплоотдачи

Конвективная сушка

Конвективной называют сушку, при которой теплоносителем является нагретый или комнатной температуры воздух, обычно подаваемый к высушиваемому телу вентиляторами.

Интенсивность конвективной сушки в зависимости от применяемых режимов может изменяться в широких пределах, но по сравнению с другими способами сушки остается всегда невысокой, так как коэффициент конвективного теплообмена мал, а температуру воздуха нельзя увеличивать беспредельно. Конвективная сушка обеспечивает "мягкий режим" - малые значения температуры и градиентов температуры и влагосодержания, что исключает разрушение структуры материала; для нее характерны большая продолжительность сушки и малые энергетические затраты. Этот способ применяется при сушке коллоидных тел (лаков, клеев), когда другие способы сушки могут привести к порче материала. Применяется он и для сушки других видов тел в случаях, когда длительность процесса не имеет существенного значения, а также в сочетании с другими способами, когда необходимо получить менее жесткий режим.

Режимами конвективной сушки являются термодинамические параметры воздуха - температура, скорость движения и влажность воздуха.

Интенсивность и скорость сушки в первом периоде, согласно уравнению (1.44), пропорциональны разнице температур . С увеличением растет и , поэтому скорость сушки в первом периоде пропорциональна температуре воздуха (рис. 1.15 ) и может быть выражена формулой

где - скорость сушки в первом периоде при температуре , %/с; - скорость сушки в первом периоде при 0 , %/с; - термический коэффициент скорости сушки, .

Безгранично повышать температуру воздуха даже в первом периоде сушки нельзя по следующим причинам. Температура поверхности материала равна температуре мокрого термометра только при , уменьшается величина [см. формулу (1.42)] и создается значительный температурный градиент внутри материала, направленный противоположно градиенту влагосодержания. В результате рост скорости сушки отстает от роста температуры, появляется опасность порчи материала у коллоидных тел - образования поверхностной корки, растрескивания, снижения прочности. Температура воздуха при сушке полуфабрикатов, склеенных латексными клеями, не должна превышать 45 . При использовании клеев на животной основе температура воздуха не должна превышать 70 , а при сушке фотослоев на сильно задубленном желатине - 90 .

При увеличении скорости движения воздуха повышается коэффициент теплообмена , заметно возрастают интенсивность и скорость сушки полуфабрикатов в первом периоде. Во втором периоде скорость движения воздуха мало влияет на скорость сушки. В процессе сушки воздух целесообразно подавать через сопла с узкой (5 мм) щелью: сопловое дутье позволяет значительно увеличить скорость движения воздуха и при скоростях до 100 м/с резко интенсифицировать процесс сушки, если направление струи перпендикулярно поверхности испарения. Объясняется это тем, что если поток воздуха направлен перпендикулярно поверхности испарения, то по сравнению с параллельным потоком можно получить более чем двукратное увеличение скорости сушки. Кроме того, при высокой скорости воздушного потока граничный поверхностный слой диффузионного теплообмена толщиной около 1 мм разрушается, вследствие чего молекулярный перенос влаги заменяется более интенсивным молярным переносом, диффузия заменяется конвекцией.

С увеличением скорости движения воздуха растут затраты электроэнергии, а также давление воздушного потока на поверхность тела: при скорости воздуха 2,5 м/с оно составляет 5 Па, а при 20 м/с - 350 Па. Поэтому при скорости движения воздуха более 2,5 м/с полуфабрикаты должны быть надежно закреплены на транспортере, а при скорости свыше 20 м/с необходима звукоизоляция сушильного устройства.

Из уравнения (1.42) видно, что чем меньше влажность воздуха, тем выше интенсивность и скорость сушки в первом периоде. Изменение влажности воздуха влечет за собой изменение скорости и продолжительности сушки, требует изменения других режимных параметров, чтобы сохранить постоянным влагосодержание полуфабрикатов на выходе сушильного устройства. При исследовании процессов сушки влажность воздуха должна обязательно регистрироваться. Во втором периоде влажность воздуха практически не влияет на скорость сушки. Уменьшить влажность воздуха при = const можно отсосом воздуха из сушильного устройства.

Интенсивность радиационно-конвективного теплообмена в первом периоде сушки равна

, где

угловой коэффициент, зависящий от вида излучателя и взаимного расположения излучателя и тела;

- коэффициент поглощения;

- абсолютная температура излучателя, К;

- абсолютная температура поверхности тела, К.

Исходя из рекомендуемых параметров расположения ИК излучателей высота расположения над оттиском составляюет 6 - 15 см, шаг между излучателями 3 – 10 см, высота расположения рефлектора над излучателями 5- 15 см Пр этом угловой коэффициент составляет

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 электроэнергии, 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-конвективная сушка применяется тогда, когда нужна малая продолжительность сушки и нет опасности порчи материала.

Когда из полуфабрикатов удаляется незначительное количество влаги и теплоэнергетический показатель сушильного устройства не имеет решающего значения, для сокращения продолжительности сушки применяют практически безынерционные лампы "для сушки" или кварцевые инфракрасные лампы КИ-200-1000 с температурой нити накала 2500 К. Длина волны максимального излучения = 1,15 мкм этих ламп располагается близ инфракрасной границы видимого спектра. Энергетический кпд их около 70%, поскольку часть энергии расходуется на видимое излучение.

Эффективность использования отраженных лучей рефлекторами различной формы может быть определена значением коэффициента использования отраженных лучей , где - плоский угол при линейном излучателе, определяющий долю используемых отраженных лучей. Наибольшее значение коэффициента у эллиптических рефлекторов, дающих сходящийся отраженный пучок

Рис. 1.17. Использование отраженных лучей различными рефлекторами: a - параболическим; б - эллиптическим; в - цилиндрическим

По данным автора, при использовании эллиптических отражателей продолжительность сушки блоков, заклеенных ПВДД, 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 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. [технология поллсе печатных процессов]

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 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.

После прохождения через ик-лк сушильное устройство и выпраивания растворителя из краски для застывания маслянной краски её необходимо охладить для её застывания и предотвращение отмарываение данное действие осуществляется при прохождение бумажного полотна через систему охлаждающих цилиндров, температура бумажного полотна примерно соответствует 100 – 130 градусам, температура после прохождения охлаждающих цилиндров не должна превышать 24 градусов Цельсия. А так же следует учесть что первый цилиндр должен обеспечить снижение температуры полотна на 40-50 %, а оставшиеся цилиндры должны обеспечить снижение температуры до комнатной. [Дэниел вилсон Рулонная офсетная печатная машина]

Необходимо обеспечить равномерное охлаждение бумажного полотна, с незначительным градиентом температур от одного края бумажной летты, к другому. Данное условие возможно осуществить используя показанную на рис 3 схему оптимальной подводки охлаждающей жидкости.

Рис. 3 Схема охлаждения

Для равномерного распределения температуры по площади цилиндра необходимо обеспечить конструкцию цилиндров с двойной оболочкой внутри. Вода в цилиндрах такой конструкции имеет принудительное движение с достаточно большой скоростью, поэтому у поверхности цилиндра непрерывно проходит холодная вода и поддерживается низкая температура поверхности. [мюллер офсетная печать]

Рис 4 Охлаждающий цилиндр с дополнительным устройством направленного движения воды

, где

Температура бумажного полотна после прохождения бумажного цилиндра

Температура сушильного цилиндра

Температура бумажного полотна до прохождения цилиндра

Дата добавления: 2015-03-29