Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин
В статье рассмотрена конструкция экспериментальной установки для исследования тепло- и массообмена в процессе обжига образцов различной глины. Проанализированы дифференциальные кривые нагрева и кинетические характеристики обжига образцов из новоалексеевской и новостефановской глин. У статті розгляну...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60308 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин / В.И. Рева // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 1. — С. 91-95. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60308 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Рева, В.И. 2014-04-13T20:49:27Z 2014-04-13T20:49:27Z 2011 Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин / В.И. Рева // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 1. — С. 91-95. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60308 666.761 В статье рассмотрена конструкция экспериментальной установки для исследования тепло- и массообмена в процессе обжига образцов различной глины. Проанализированы дифференциальные кривые нагрева и кинетические характеристики обжига образцов из новоалексеевской и новостефановской глин. У статті розглянута конструкція експериментальної установки для дослідження теплоі масообміну в процесі випалу зразків різної глини. Проаналізовані диференціальні криві нагрівання і кінетичні характеристики випалу зразків з новоалексіївської і новостефановської глин. In article the design of experimental installation for research heat- and mass exchange in the course of roasting samples of various clay is considered. Differential curves of heating and kinetic characteristics of roasting samples from Novoalekseyvska and Novostefanyvska clay are analysed. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин Experimental researches heat- and mass exchange in the course of roasting samples of clays Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин |
| spellingShingle |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин Рева, В.И. Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов |
| title_short |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин |
| title_full |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин |
| title_fullStr |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин |
| title_sort |
экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин |
| author |
Рева, В.И. |
| author_facet |
Рева, В.И. |
| topic |
Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов |
| topic_facet |
Измерение, контроль, автоматизация тепловых процессов |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Experimental researches heat- and mass exchange in the course of roasting samples of clays |
| description |
В статье рассмотрена конструкция экспериментальной установки для исследования тепло- и массообмена в процессе обжига образцов различной глины. Проанализированы дифференциальные кривые нагрева и кинетические характеристики обжига образцов из новоалексеевской и новостефановской глин.
У статті розглянута конструкція експериментальної установки для дослідження теплоі масообміну в процесі випалу зразків різної глини. Проаналізовані диференціальні криві нагрівання і кінетичні характеристики випалу зразків з новоалексіївської і новостефановської глин.
In article the design of experimental installation for research heat- and mass exchange in the course of roasting samples of various clay is considered. Differential curves of heating and kinetic characteristics of roasting samples from Novoalekseyvska and Novostefanyvska clay are analysed.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60308 |
| citation_txt |
Экспериментальные исследования тепло- и массобмена в процессе обжига образцов глин / В.И. Рева // Промышленная теплотехника. — 2011. — Т. 33, № 1. — С. 91-95. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT revavi éksperimentalʹnyeissledovaniâteploimassobmenavprocesseobžigaobrazcovglin AT revavi experimentalresearchesheatandmassexchangeinthecourseofroastingsamplesofclays |
| first_indexed |
2025-11-26T02:44:59Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:44:59Z |
| _version_ |
1850608949500313600 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №1 91
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
УДК 666.761
Рева В.И.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛО- И МАССОБМЕНА
В ПРОЦЕССЕ ОБЖИГА ОБРАЗЦОВ ГЛИН
У статті розглянута
конструкція експериментальної
установки для дослідження теп-
ло- і масообміну в процесі випалу
зразків різної глини. Проаналізовані
диференціальні криві нагрівання
і кінетичні характеристики ви-
палу зразків з новоалексіївської і
новостефановської глин.
В статье рассмотрена конструк-
ция экспериментальной установки
для исследования тепло- и массооб-
мена в процессе обжига образцов раз-
личной глины. Проанализированы
дифференциальные кривые нагрева
и кинетические характеристики об-
жига образцов из новоалексеевской
и новостефановской глин.
In article the design of experimental
installation for research heat- and mass
exchange in the course of roasting
samples of various clay is considered.
Differential curves of heating and
kinetic characteristics of roasting
samples from Novoalekseyvska and
Novostefanyvska clay are analysed.
Как известно, каолины, глины и другие ми-
неральные вещества при нагревании и обжиге
проявляют термические эффекты различной
природы. Термические явления, связанные с
фазовыми и химическими превращениями, до-
статочно четко обнаруживаются методом кри-
вых нагревания, что является важным фактором
для обоснования режима обжига керамических
масс. Дифференциальный метод дает представ-
ление, прежде всего, о качественной стороне
изучаемых явлений. Дифференциальные кри-
вые находятся в соответствии с данными рент-
геноструктурного анализа при высоких темпе-
ратурах, кривыми потерь веса при нагревании,
данными электронной микроскопии, химиче-
ского анализа, дилатометрических измерений.
Целью работы является анализ температур-
ных областей интенсивного массобмена при
помощи дифференциальных кривых нагрева и
потери массы для различных образцов глин.
потоків.
Цікавий підхід до впровадження принципів
та схем автоматизації рекомендує Ю.А. Твер-
ской [3]. На його думку правильна стратегія –
це постійне впровадження нової техніки, що
веде до раціонального вкладання грошових
коштів. Він, як представник компанії «Мікрон»,
констатує, що використання сучасних засобів
автоматизації дозволяє якісно та економно
здійснити поетапне переоснащення котельних
установок малої та середньої потужності.
Висновки
Можливість рішення задач модернізації
комунальної теплоенергетики України
органічно пов’язано з наявністю вимірювальних
приладів, розробкою схем автоматизації
та управління, оснащенням контрольно-
випробувальних лабораторій. Заохочення
спеціалістів до реалізації вищезазначених
проектів є необхідним заходом для досягнення
економії фінансових, енергетичних та трудових
ресурсів.
ЛІТЕРАТУРА
1. Долінський А.А. Розробка і впроваджен-
ня заходів з підвищення надійності та ефек-
тивності систем теплопостачання. Матеріали
ХХУІІ Міжнародної конференції «UKR-
POWER 2010» 22-26 червня 2010 р., м. Ялта.–
С.13-14.
2. Е.В. Бородин, А.Н. Фитасов, А.М. Ма-
монов «Основные направления энергосбереже-
ния на промышленных предприятиях», http: //
esco-ecosy.narod.ru / 2005.
3. Тверской Ю.А. termokip@mail.ru.
Получено 18.08.2010 р.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №192
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования тепло- и массообмена
в процессе обжига: 1, 2 – дифференциальные термопары (один спай), которые
установлены на поверхности и в центре модельного образца; 3 – термопара,
предназначенная для замера температуры среды в печи; 4 – электронный потенциометр;
5 – командный электрический прибор (КЭП-12У); 6 – потенциометр постоянного тока
(ПП-63); 7, 8 – автотрансформаторы; 9 – технические весы; 10 – стакан с водой;
11, 12 – тигельные электрические печи; 13 – металлическая коробка для водного
охлаждения; 14 – корзинка из термостойкой проволоки.
В этих случаях количественная сторона
термических явлений по дифференциальной
кривой изучается путем сравнения площади
его термограммы с подобной площадью, харак-
теризующей известный тепловой эффект дру-
гого вещества, принятого в качестве эталона и
подвергающегося одинаковой термической об-
работке в одинаковых условиях с испытуемым
образцом. В качестве эталона эксперимента ча-
сто принимают кварц, что обусловлено хорошо
изученными его характеристиками.
В процессе исследования на специальной
установке (рис. 1) велись записи дифференци-
альных кривых (температурного поля) нагрева
модельных образцов из глин и их смесей, кри-
вые кинетики их потери массы [1, 2].
В установку входят две однотипные элек-
трические тигельные печи (11 и 12) с вну-
тренним диаметром 100 мм и глубиной тигля
200 мм с открытой электрической спиралью
мощностью 2,5 кВт. Для выравнивания темпе-
ратуры как по высоте, так и по сечению рабо-
чей камеры в печь вставлены огнеупорные ста-
каны.
Печи снабжены автоматическими про-
граммными регуляторами скорости подъема
температуры, состоящими из электронного по-
тенциометра (электронного терморегулятора)
с платино-платинородиевой термопарой, ко-
мандного электрического прибора (КЭП-12У),
сблокированного с автотрансформатором.
Печь, питается через автотрансформатор (7) по
заданному режиму с помощью КЭП-12У (5). В
начале работы вручную по автотрансформатору
на выход дается Uнач, величина которого зави-
сит от выбранного режима. Это контролирует-
ся по вольтметру (V2). Затем в связи с выбирае-
мым режимом, например 3-х часовым, 4-х ча-
совым и т. д., настраиваются скоростные диски
КЭП, которые вращают ручку автотрансфор-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №1 93
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
матора через нитки (проволоки), увеличивая
напряжение питающей печи, и создают линей-
ный подъем температуры среды в печи – ква-
зистационарный режим. Выбор такого режима
основан на решении задач нагрева тела в среде,
температура которой изменяется по линейному
закону нагревания с постоянной скоростью [3].
При нагреве тела при квазистационарном
режиме, начиная с определенного значения
времени, температура любой точки тела стано-
вится линейной функцией времени, а распре-
деление температуры в одномерных задачах
описывается законом параболы при отсутствии
какого-либо физико-химического процесса
(тепловые эффекты) в материале.
Поэтому при таком режиме нагрева все
происходящие в глиняных образцах темпера-
турные изменения, отличные от линейного, мо-
гут быть обоснованно отнесены к действиям
физико-химических превращений (тепловых
эффектов). Кроме того, в этом случае решение
дифференциального уравнения переноса теп-
ла имеет достаточно простой вид, позволяю-
щий получить удобные расчетные формулы
для определения термических характеристик
материала. Широкий диапазон скоростей вра-
щения вала командного электрического прибо-
ра (КЭП-12У) обеспечивает нужную скорость
подъема температуры в пределах технической
возможности электрической печи.
В процессе эксперимента выбор скорости
нагрева и размера исследуемых образцов про-
изводился с учетом теплофизических свойств
материалов при условиях близких к промыш-
ленным, и в то же время позволяющего вести
лабораторные эксперименты.
Изотермическая выдержка в печах осущест-
вляется с помощью электронного потенцио-
метра (4). Для устранения влияния колебаний
напряжения в сети на режим работы установ-
ки питание, поступающее в регулирующий
автотрансформатор (7), подается из сети через
трансформатор (8) и его постоянство контро-
лируется с помощью вольтметра. Для изучения
кинетики потери массы исследуемых модель-
ных образцов применено специально сконстру-
ированное устройство на основе технических
весов (9).
Техника эксперимента состояла в следую-
щем: для получения кинетических кривых на-
грева исследуемых веществ в образец цилиндри-
ческой формы помещались горячие спаи двух
дифференциальных платино-илатинородиевых
термопар (рис. 1).
Дифференциальной термопарой (1) измеря-
лась разность температур среды печи и поверх-
ности образца, дифференциальной термопарой
(2) – разность температур среды печи и центра
образца. Измерения температур среды в печи
производились с помощью термопары (3).
Нагрев подготовленного таким образом ци-
линдра с вмонтированными в него термопарами
производился в электрической печи экспери-
ментальной установки по строго квазистацио-
нарному тепловому режиму. Концы термопар
подключались к потенциометрам ПП-63 (6), и
их показания после начала нагрева образца за-
писывались через каждые пять минут.
Для получения кривых массообмена иссле-
дуемый образец после взвешивания подвеши-
вался к левой чашке весов с помощью прово-
лочной (нихромовой) корзинки и опускался в
рабочую камеру тигельной печи. Затем с помо-
щью разновесок весы уравновешивались.
Для демпфирования весов к правой чашке
подвешивалась погруженная в воду пластина
(10), а для устранения влияния теплового по-
тока между весами и печью установлена ме-
Рис. 2. Температурная кривая нагрева
образца из новоалексеевской глины.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №194
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
таллическая коробка с водяным охлаждением
(13). Изучение кинетики потери массы произ-
водилось в тех же тепловых режимах, в каких
снимались кривые нагрева образца.
После включения установки (рис. 1) с нача-
лом нагрева печи с разновески тарелки (правая
чаша) снимается определенная масса, напри-
мер 50 мг, и фиксируется интервал времени до
установления равновесия. После этого опять
снимается определенная разновеска и наблю-
дается время потери массы и т. д.
Полученные таким образом кривые нагре-
ва модельных образцов и кривые массопотери
явились объективным материалом при опреде-
лении коэффициентов, критериев тепло- и мас-
сопереноса и возникших диссипативных эф-
фектов при обжиге в исследуемых материалах.
Рис. 3. Кинетические характеристики
обжига образца из новоалексеевской глины.
Рис. 4. Температурная кривая нагрева образ-
ца из новостефановской глины.
Рис. 5. Кинетические характеристики
обжига образца из новостефановской глины.
Обработку экспериментальных кривых, полу-
ченных по такой методике, проводили при по-
мощи решения дифференциального уравнения
теплопроводности.
В экспериментах использовали образцы в
виде цилиндров диаметром 50 мм и высотой
10 мм, приготовленных методом пластическо-
го формования из новоалексеевской и новосте-
фановской глин. Аппроксимация полученных
значений проводилась по методу наименьших
квадратов. Расчетная погрешность эксперимен-
тальных данных составляет около 8 %. Анализ
полученных кривых нагрева и потери массы
показал, что исследуемый образец из новоалек-
сеевской глины (рис. 2, 3) имеет два эндотер-
мических и два экзотермических эффекта (вто-
рой слабо выражен); новостефановской глины
(рис. 4, 5) – два эндотермических и три экзотер-
мических эффекта (третий слабо выражен).
Выводы
Первый эндотермический эффект можно
объяснить удалением физически связанной
воды, второй соответствует отщеплению и уда-
лению из глины химически связанной (кри-
сталлогидратной) воды, а также возможным
разложением карбонатов. При этом возникает
аморфизация глинистого вещества.
При сравнении кривых нагрева и потери
массы глиняных образцов можно увидеть, что
температурные интервалы интенсивного мас-
сообмена лежат в пределах температур, где на-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2011, т. 33, №1 95
ИЗМЕРЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ
блюдаются эндотермические эффекты.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ралко А.В., Сайбулатов С.Ж., Кулбеков
М.К. Исследование некоторых процессов теп-
ло- и массообмена при термической обработке
зол, глин и их смесей. – Теплопроводность и
конвективный теплообмен. К: 1998. – 46 с.
2. Сайбулатов С.Ж. Тепловой баланс обжи-
га золокерамических изделий // С.Ж. Сайбула-
тов, М.К. Кулбеков / Строительные материалы,
конструкции и изделия, Алма-Аты, КазЦНТИС,
2004. – С. 21 – 27.
3. Лыков А.В. Теоретические основы строи-
тельной теплофизики. Минск, Изд-во АН БССР,
1961. – 519 с.
Получено 22.11.2010 г.
|