авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Изоляционные материалы из базальтовых волокон, полученных индукционным способом

-- [ Страница 4 ] --

Проведенные исследования позволили найти технические решения, выработать требования к оборудованию и разработать аппаратурно-технологическую схему производства теплоизоляционных полужестких плит мощностью 400 т/год (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 – Аппаратурно-технологическая схема изготовления плит: 1 – реактор; 2 – емкость; 3 – насос-дозатор; 4 – насос; 5 – устройство пролива; 6 – камера волокноосаждения; 7 – узел пропитки; 8 – узел формирования плиты; 9 – сборник фильтрата; 10 – вакуум-насос; 11 – сушильная камера; 12 – стол резки

Процесс осуществляется следующим образом. Минераловатный ковер, непрерывно выходящий из камеры волокноосаждения, поступает на конвейер узла пропитки, где проливается приготовленной в реакторе-смесителе водной эмульсией связующего по всей ширине с помощью специального устройства. Избыток связующего собирается в ванне, расположенной под конвейерной лентой. После пропитки мокрый ковер перемещается ко второй ванне, где с помощью вакуума отсасывается часть связующего, и подается на механизм гофрирования, осуществляющий складывание ковра в поперечном направлении его движения. Сжатие слоев производит верхняя ветвь транспортирующего устройства. Под нижней ветвью установлена ванна сбора избытка связующего и далее по ходу ванна окончательного вакуумирования. Необходимые плотность и толщина сырой плиты обеспечиваются за счет разницы в скоростях движения конвейеров узлов пропитки и гофрирования. Отформованная сырая плита в виде непрерывной полосы подается в секционную камеру, где, зажатая между двумя сетками транспортера, сушится прососом горячего воздуха. После выхода из сушильной камеры на столе полоса режется в поперечном направлении на изделия требуемых размеров. Весь комплекс оборудования производства полужестких теплоизоляционных плит, включая модуль по выпуску минеральной ваты, достаточно компактен и может быть размещен в производственном помещении площадью 400…500 м2. Предлагаемая технология обеспечит получение плит с плотностью 150…180 кг/м3, прочностью на сжатие не ниже 0,04 МПа, теплопроводностью при 25 С 0,040 Вт/(м·К).

Исследования по разработке способа изготовления минераловатных скорлуп для изоляции трубопроводов, выполненные на модельной установке, нашли выражение в создании аппаратурно-технологической схемы (рис. 4.3).

Приготовленная в композиционном бассейне из предварительно подготовленных пульпы макулатуры, затворенной глины и измельченной ваты глинисто-волокнистая масса перекачивается в сборник, где дополнительно разбавляется водой, в которую вводят гидрофобизирующие и поверхностно-активные добавки, а выпавшие на дно бассейна корольки перемещаются в отстойник. Формование изделий проводят закачкой глинисто-волокнистой гидромассы в сетчатую пресс-форму, надетую на вал консольного типа, расположенный в центрифуге. При этом гидромасса под действием центробежных сил распределяется по покрытой сеткой внутренней поверхности пресс-формы. Вода (фильтрат) отжимается в корпус центрифуги, отводится через патрубок в емкость и может быть повторно использована в технологическом процессе.

Рисунок 4.3 – Аппаратурно-технологическая схема производства минераловатных скорлуп: 1 – композиционный бассейн; 2 – отстойник; 3 – сборник гидромассы; 4 – центрифуга; 5 – стол распрессовки; 6 – стеллаж передвижной; 7 – камера сушки; 8 – стол резки

В зависимости от выбранной скорости центрифугирования можно получить скорлупы различной плотности. Сформированный образец в виде цилиндра распрессовывается на столе и подвергается тепловой обработке в камере сушки, после чего разрезается по образующей на две половинки – скорлупы. Применение высокоскоростных смесителей, в отличие от смесителей-роллов, широко распространенных в производстве утеплителей «мокрым» способом, сокращает время приготовления водной суспензии волокна и исключает образование конгломератов в гидромассе, а формование изделий с помощью центрифуги позволяет использовать штапельные волокна малого диаметра (1…3 мкм), удалять максимум избыточной влаги из образца-сырца и, как следствие, за счет сокращения времени сушки снизить энергозатраты процесса.

При выборе теплоизоляционных материалов для использования в различных отраслях промышленности необходимо учитывать долговечность утеплителя. Поскольку единый подход к решению проблемы прогнозирования долговечности утеплителей в условиях эксплуатации на открытом воздухе отсутствует, обычно ее определяют экспериментальными методами с помощью ускоренных испытаний при различных режимах, имитирующих реальные условия эксплуатации. В естественных условиях влияние внешней среды на основные технические параметры изделий проявляется в основном колебаниями температуры и влажности, носящими циклический характер. Исходя из этого, нами разработана методика прогнозирования долговечности, в основу которой положены циклические испытания образцов теплоизоляционных материалов (минеральной ваты вида ВМСТ и плит на ее основе с использованием смесевого связующего, содержащего ПВА, жидкое стекло и технологические добавки) в ненапряженном состоянии в течение заданного периода времени с последующим изучением их свойств. Влияние температуры имитировали числом циклов воздействия за каждый год эксплуатации, которое определяли расчетами по статистическим метеоданным числа переходов через 0 °С в процессе суточных изменений температуры (один цикл эквивалентен двум переходам). При одногодичной повсеместной эксплуатации на территории страны число циклов условно усредненно принималось равным 47. Для имитации зоны умеренно холодного климата ограничились температурным интервалом от минус 25 до плюс

25 °С, относительную влажность изменяли от 40 до 98 %. Эксперименты проводили в камере «GRONLAND». Максимальное количество циклов составило 2360. В качестве главных эксплуатационных показателей (ГЭП) приняты плотность, теплопроводность при 25 °С, а для плит дополнительно – прочность на сжатие при 10 %-й линейной деформации и водопоглощение по массе за 24 ч. Представленные на рис. 4.4 относительные изменения эксплуатационных параметров минеральной ваты и плит в процессе термостатирования, свидетельствующие о стабильности характеристик исследуемых материалов при длительном воздействии температуры и влажности, позволили спрогнозировать 50-летний срок их эксплуатации в зоне умеренно холодного климата.

а б

Рисунок 4.4 – Зависимость относительных изменений ГЭП от количества циклов термостатирования для минеральной ваты (а) и плит (б): – плотность;

– теплопроводность; – прочность на сжатие; – водопоглощение

В пятой главе отображены теоретические и экспериментальные исследования по созданию непрерывного технологического процесса переработки горных пород в теплоизоляционные мягкие плиты, включающие разработку новых и совершенствование существующих процессов и аппаратов технологии производства базальтоволокнистых материалов. Предложена методика оценки времени сушки ковра из минеральной ваты Представлены результаты исследований по утилизации твердых отходов производств базальтоволокнистых материалов и доказательства их экологической безопасности.

Выбор способа введения связующего в минераловатный ковер диспергированием его в камеру волокноосаждения в рамках поставленной в работе задачи создания опытно-промышленной установки по выпуску теплоизоляционных мягких плит технологически и экономически оправдан, так как он прост конструктивно, наименее энергоемок по сравнению с другими, обеспечивает достаточно высокую производительность и дает возможность организации единого технологического процесса производства минеральной ваты и плит на ее основе.

При изготовлении теплоизоляционных плит в верхней части камеры волокноосаждения устанавливаются распылители (форсунки высокого давления) для подачи связующего. Волокна, проходя через тонко распыленное облако водной эмульсии связующего, обволакиваются им и осаждаются на сетку конвейера. Пропитанный связующим ковер поступает в камеру сушки, где осуществляется его тепловая обработка прососом через минераловатный ковер нагретого до 120 оС воздуха. Ленточный транспортер приводится в движение от единого привода при помощи общей трансмиссии, оснащенной электродвигателем, обеспечивающим бесступенчатую регулировку скоростей конвейера. Выходящий из камеры сушки ковер поступает на стол специально разработанного автоматического устройства поперечной резки, состоящего из каретки с дисковой фрезой и системой датчиков.

Несмотря на кажущуюся простоту описанной схемы, реализация технологической линии получения плит, адаптированной к условиям производства ваты, с включением ее в непрерывный процесс потребовала модернизации действующего и разработки нового оборудования, отработки режимов приготовления и ввода связующего, а также детального изучения условий сушки. Пневмотранспорт был заменен на шихтоподъемник, имеющий преимущества перед пневматической подачей сырья, заключающиеся в меньшем потреблении энергии, более высокой надежности и простоте обслуживания. Для приготовления и ввода связующего в минераловатный ковер была разработана система, состоящая из реактора-смесителя с дисковой мешалкой, насоса-дозатора, подающего в камеру волокноосаждения требуемое количество эмульсии связующего, и пневмораспылителей, диспергирующих ее в объеме камеры волокноосаждения. В процессе исследований установлено, что наиболее оптимальным, обеспечивающим однородность эмульсии по объему, является режим приготовления, включающий последовательную загрузку в реактор, заполненный на объема водой, навесок ПВА, жидкого стекла и гидрофобизатора с пятнадцатиминутным перемешиванием после каждой загрузки. Подготовленный концентрат разбавляется водой и перемешивается до получения однородной эмульсии в течение 30 мин. Эксперименты показали, что для равномерного смачивания минераловатного ковра требуется от двух до четырех пневмораспылителей, а необходимая плотность изделия обеспечивается при концентрации связующего от 5 до 8 % по сухому остатку (рис.5.5).

Рисунок 5.5 – Зависимость плотности плиты от концентрации связующего в готовом изделии при работе: двух (1) и четырех распылителей (2)

В целях создания оптимальных аэродинамических и температурных режимов камера сушки разделена вертикальными перегородками на четыре секции, в три из которых теплоноситель подается попеременно снизу вверх и сверху вниз, а четвертая служит для постепенного охлаждения. Исходя из особенностей процесса сушки влажных материалов, обусловленных характером изменения локального влагосодержания с течением времени, нами предложена экспериментально-расчетная методика оценки времени сушки увлажненного минераловатного ковра при конвейерном способе, когда он проходит последовательно несколько камер с последовательной реверсией сушильного агента через слой влажного материала. В этом случае режим сушки будет определяться параметрами материала и сушильного агента. В теории сушки используют кривую, имеющую два периода – постоянной и падающей скорости. Для периода постоянной скорости, характеризующегося неизменной температурой материала и продолжающегося до критического влагосодержания, уравнение кривой скорости сушки имеет вид:

, (5.1)

где – среднее влагосодержание слоя; и N – общее время и скорость сушки.

Интегрирование уравнения (5.1) дает: .

Для периода падающей скорости используют выражение относительной скорости сушки:

. (5.2)

Из многочисленных экспериментальных данных следует, что относительная скорость не зависит от внешних условий сушки, а является только функцией среднего влагосодержания слоя:

. (5.3)

Здесь и – текущее и равновесное среднее влагосодержание;

– коэффициент, характеризующий связь влаги с материалом и не зависящий от размеров и форм образца; , – безразмерные коэффициенты, определяемые опытным путем. В нашем конкретном случае при m=1 .

Подставляя в (5.2) значение из формулы (5.3), с учетом найденных коэффициентов получаем уравнение кривой скорости сушки во втором периоде:

. (5.4)

После интегрирования уравнения (5.4) для второго периода сушки в пределах от до конечного влагосодержания имеем:

(5.5)

Время, необходимое для уменьшения влагосодержания от начального до конечного , складывается из продолжительности сушки обоих периодов:

. (5.6)

В результате обработки экспериментальных данных, полученных при изучении процесса сушки, найдено эмпирическое уравнение для определения скорости сушки слоя в первом периоде:

, (5.7)

где – коэффициент (9,910-4); – скорость воздуха на входе в слой ваты; – плотность воздуха; – нагрузка на слой ваты.

Подставляя значение N в (5.6), получим окончательный вид уравнения для определения продолжительности сушки:

,

где К – коэффициент, для конвейерных сушилок равный 1,7…2,0.

Предложенная методика позволяет с достаточной точностью проводить проектные расчеты сушильной камеры на различную производительность.

Поскольку изготовление базальтоволокнистых теплоизоляционных материалов связано с выделением в окружающую среду загрязняющих

веществ в виде пыли горных пород, винилацетата и уксусной кислоты, нами выполнен большой объем работ по экологическому мониторингу ряда таких производств. Проведенная оценка экологической безопасности позволила отнести их к самой низкой категории опасности – четвертой, при которой не требуются расчет рассеивания загрязняющих веществ и разработка проекта предельно допустимых выбросов. Кроме того установлено, что эффект суммации токсичности выделяющихся при проведении технологического процесса вредных веществ отсутствует, что очень важно для получения разрешения на организацию производств в непосредственной близости от жилой зоны.

Немаловажным условием экологичности производств является разработка мероприятий по утилизации твердых отходов, в связи с чем нами проведены исследования по установлению возможности использования базальтовой пыли в товарах народного потребления и сельском хозяйстве. С учетом ее абразивных свойств создано эффективное чистящее средство, разработана и запатентована рецептура шпатлевки, не уступающей по основным характеристикам применяемым в промышленности и быту аналогичным композициям, предложено использование базальтовой пыли в качестве многофункционального минерального удобрения.

Шестая глава посвящена решению проблемы создания полимерного композиционного материала (ПКМ) с повышенной тепло- и водостой- костью, предназначенного для изготовления труб горячего и холодного водоснабжения. Рассмотрены процессы влагопереноса в базальтопластиках, оказывающие влияние на эксплуатационные параметры изделий.

Экспериментальные исследования по оценке эффективности применения базальтового ровинга при изготовлении полимерных композитов, где в качестве основных критериев были приняты смачиваемость и скорость пропитки волокна эпоксидным связующим, показали преимущество его перед стеклянным, что, естественно, сказалось на уровне прочностных характеристик базальтопластика (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Прочностные характеристики волокон и пластиков

Армирую- щее волокно Значение характеристики
Ровинг Микропластик Однонаправленный пластик
Р, Н Ро, мН/текс Р, Н Ро, мН/текс Ку , кг/м3 р, МПа
Базальтовое 191,8 438,2 423,1 964,9 2,2 2250 1506,8
Стеклянное 235,4 560,5 423,9 1009,3 1,8 2060 1185,1


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.