Uprawniony z patentu: International Standard Electric Corporation, Nowy Jork (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób mikrofalowego suszenia wstepnego ksztaltek ceramicznych i urzadzenie do mikrofalowego suszenia wstepnego ksztaltek ceramicznych Przedmiotem wynalazku jest sposób mikrofalowe¬ go suszenia wstepnego ksztaltek ceramicznych i urzadzenie do stosowania tego sposobu. Sposób ten dotyczy, przede wszystkim, suszenia wstepnego masy ceramicznej przy wyrobie porcelany stolowej, jak na przyklad talerzy, pólmisków, uksztaltowa¬ nych na wypuklej formie. Zródlem energii mikro¬ falowej jest magnetron lub klistron, wytwarzajacy fale o czestotliwosci w pasmie przeznaczonym na nagrzewanie mikrofalowe, na przyklad 2 450 MHz.W procesie wytwarzania porcelany stolowej waznym elementem jest wstepne suszenie masy ceramicznej. W starych wytwórniach operacja ta zajmowala wiele czasu. W nowoczesnych wytwór¬ niach, które wytwarzaja duze ilosci porcelany pro¬ wadzenie procesu suszenia wedlug znanych spo¬ sobów mogloby doprowadzic do tego, ze operacja ta stalaby sie waskim gardlem produkcji.Sposób wytwarzania przedmiotów porcelanowych polega na ksztaltowaniu przedmiotu przez wytla¬ czanie i formowanie w gipsowej formie, której ksztalt odpowiada ksztaltowi gotowego przedmiotu.Formowanie przedmiotu odbywa sie w specjalnej maszynie formujacej.Nastepna operacja jest suszenie masy ceramicz¬ nej. Podczas pierwszej fazy suszenia z masy zo¬ staje odprowadzona woda, a jednoczesnie masa kurczy sie. Jezeli pewna ilosc wody zostala juz odprowadzona, to masa schnie dalej, ale nie to¬ warzyszy temu kurczenie sie masy. 15 30 Ta pierwsza faza jest nazywana suszeniem wste¬ pnym i stanowi bardzo wazny element procesu, któremu wytwórcy poswiecaja wiele uwagi. W czasie suszenia wstepnego nie powinny bowiem powstawac deformacje przedmiotu, ani pekniecia.Najprosciej jest przeprowadzic suszenie wstepne na swiezym powietrzu, przy czym woda zawarta w masie wsiaka w pory formy, a takze powoli od¬ parowuje. Suszenie wstepne zostaje zakonczone, gdy przedmiot mozna wyjac bez wysilku z formy i gdy jest on juz dostatecznie sztywny, aby mozna go bylo umiescic na odpowiedniej formie w celu ostatecznego wysuszenia.Dotychczas suszenie wstepne bylo operacja po¬ chlaniajaca wiele czasu iv wymagajaca licznych czynnosci, duzych magazynów z wieloma pólkami, licznych form, które stosunkowo czesto wymagaly wymiany, ze wzgledu na postepujace zabrudzenie oraz na rozklad gipsu spowodowany absorpcja wil¬ goci. ' Producenci porcelany próbowali skrócic czas suszenia wstepnego poddajac formy umieszczone w tunelu dzialaniu goracego, suchego powietrza, e- wentualnie dodatkowo poddawano formy dzialaniu promieniowania podczerwonego. Poniewaz jednak odparowanie wody jest zjawiskiem powierzchnio¬ wym, wiec przy takim suszeniu wytwarzaly sie pekniecia powierzchniowe zanim odparowala woda z glebszych warstw masy. Kurczenie przedmiotu 76 95076 950 3 4 nie przebiegalo prawidlowo i powstawaly odksztal¬ cenia i pekniecia.Analiza procesu suszenia wstepnego wykazuje, ze w celu unikniecia pekniec i deformacji nalezy w ten sposób prowadzic proces suszenia wstepnego, aby masa ceramiczna niezaleznie od tego, w którym miejscu przedmiotu sie znajduje i niezaleznie od tego, jak gruby jest w tym miejscu przedmiot byla poddana odwodnieniu w sposób jednorodny. Inny¬ mi slowy ilosc wilgoci w jednostce objetosci przed¬ miotu, która po uformowaniu przedmiotu jest w zasadzie jednakowa w calym przedmiocie podczas calego procesu suszenia powinna sie zmniejszac, ale pozostawac taka sama w róznych czesciach przedmiotu.Wiekszosc ze znanych sposobów suszenia nie pozwala na zachowanie jednoczesnie dwóch wa¬ runków, którym powinien odpowiadac dobry spo¬ sób suszenia wstepnego, to jest: duzej szybkosci su¬ szenia i jednorodnosci rozkladu wilgoci.Tak wiec na przyklad, jak to juz powiedziano zwykly sposób suszenia na swiezym powietrzu i bez wentylacji wymaga duzo czasu, okolo 12 do 24 godzin, ale powolnosc tego procesu poprawia jednorodny rozklad wilgotnosci masy.Nowoczesniejszy sposób suszenia wstepnego w tunelu przy pomocy przeplywajacego suchego po¬ wietrza jest.szybki, ale odwodnienie, które naste¬ puje przede wszystkim przez stopniowe odparo¬ wanie od srodka na zewnatrz, a 'ponadto przez wsiakanie wody w pory formy gipsowej nie poz¬ wala na osiagniecie równomiernego rozkladu wil¬ gotnosci masy w suszonym przedmiocie podczas calego procesu suszenia wstepnego.Nowszy sposób, w którym stosuje sie suszenie przez absorpcje energii mikrofalowej, wystepuja,- ca wskutek strat dielektrycznych w czastkach wody zwiazanej w masie suszonego przedmiotu, pozwala w wiekszosci przypadków na jednoczesne spelnie¬ nie obu wspomnianych warunków.Znany jest sposób suszenia wstepnego, który po¬ lega w zasadzie na selektywnym nagrzewaniu wo¬ dy zwiazanej, przez promieniowanie mikrofalowe przy jednoczesnym odprowadzaniu wody z powie¬ rzchni suszonego przedmiotu za pomoca przeply¬ wajacego suchego powietrza.Jezeli rozklad energii mikrofalowej jest jedno¬ rodny, to caly przedmiot szybko osiaga pewna u- stalona temperature. Woda zwiazana przenosi sie w kierunku powierzchni, skad odparowuje pod wplywem wentylacji. Przez odpowiedni dobór roz¬ kladu energii mikrofalowej i wielkosci przeplywu suchego powietrza mozna w wiekszosci przypad¬ ków osiagnac jednorodne odprowadzenie wilgoci z masy. Doswiadczenie wykazuje, ze przedmioty o prostych ksztaltach, a zwlaszcza przedmioty o jednakowej grubosci moga byc w tym procesie suszone w zadowalajacy sposób.Sposób ten jest czesciowo nieskuteczny w przy¬ padku, gdy suszone przedmioty maja bardziej skom¬ plikowany ksztalt. Jest to wlasnie przypadek ta¬ lerzy i pólmisków, których grubosc jest wieksza w stopce dolnej czesci miski, niz na obrzezu. Ze wzgledu na fakt, ze szybkosc przemieszczania sie wody zalezy od temperatury powierzchni przed¬ miotu i od wlasnosci powietrza, które oplywa su¬ szony przedmiot, sprzyja to uszkadzaniu przedmio¬ tów podczas suszenia.Przy stosowaniu znanych sposobów suszenia przedmiotu w calej masie bardzo czesto mozna bylo zaobserwowac, ze grubsze czesci suszonego przed¬ miotu dluzej pozostaja wilgotne niz czesci o mniej¬ szej grubosci.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wste¬ pnego suszenia przedmiotów ceramicznych przy u- zyciu zródla energii mikrofalowej i przy takich warunkach odprowadzania wilgoci, które zapew¬ nialyby jednorodny rozklad wilgotnosci w calym suszonym przedmiocie podczas trwania calego pro¬ cesu.Zgodnie z wynalazkiem podczas wiekszej czesci czasu trwania procesu suszenia suszony przedmiot znajduje sie w atmosferze wypelnionej wlasna wilgocia, która wydobywa sie z niego w postaci pary pod dzialaniem nagrzewacza mikrofalowego.Przedmioty do wysuszenia umieszcza sie w komo¬ rze o metalowych sciankach i poddaje dzialaniu promieniowania mikrofalowego. Jak wiadomo pod¬ stawowa wlasnoscia nagrzewania mikrofalowego jest jego selektywnosc. Mianowicie nagrzewa sie tylko te elementy, które umieszczone sa w komo¬ rze, i które sa wykonane z materialów o duzej stratnosci dielektrycznej. Na przyklad, suszone przedmioty bardzo silnie absorbuja energie mikro¬ falowa i nagrzewaja sie. W przeciwienstwie do tego sciany metalowe, a takze podpory i sciany wyko¬ nane z materialu o malej stratnosci odbijaja, wzglednie przepuszczaja energie mikrofalowa przy bardzo malej absorpcji. Z tego powodu nie na¬ grzewaja sie, jezeli sa izolowane termicznie.W szczególnosci plyty dielektryczne o stosun¬ kowo niewielkiej grubosci i malej wzglednej prze- nikalnosci elektrycznej umieszczone w komorze, w której dziala promieniowanie mikrofalowe, prawie nie zmieniaja rozkladu pola elektromagnetycznego i warunków absorpcji promieniowania przez su¬ szone przedmioty.Wlasciwosc ta zostala wykorzystana w niniej¬ szym wynalazku.Zgodnie z wynalazkiem komora glówna, w któ¬ rej dziala promieniowanie elektromagnetyczne mikrofalowe posiada plyte z materialu dielektrycz¬ nego o stosunkowo niewielkiej przenikalnosci elek¬ trycznej i o malych stratach. Plyta ta jest umiesz¬ czona pomiedzy zródlem promieniowania mikro¬ falowego i przedmiotami suszonymi. Tak wiec wspomniana plyta djfelektryczna wydziela w ko¬ morze glównej druga komore, szczelna dla cieczy, i która ogranicza objetosc, do której odparowuje woda.Zgodnie z wynalazkiem z jednej strony rozmia¬ ry tej drugiej komory, to jest polozenie plyty die¬ lektrycznej, a z drugiej strony doprowadzona ener¬ gia mikrofalowa sa dobrane w ten sposób, aby w pierwszej fazie suszenia wstepnego temperatura suszonego przedmiotu podniosla sie do tempera¬ tury, która odpowiada nasyceniu objetosci drugiej komory para wodna tak, ze w drugiej fazie tempe- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6076 950 5 6 ratura jest utrzymywana stala, podczas gdy para wodna stopniowo skrapla sie na kazdej chlodnej powierzchni w drugiej komorze. Dalej zgodnie z wynalazkiem w pierwszej fazie suszenia wstepne¬ go doprowadzana moc mikrofalowa jest wieksza, niz moc mikrofalowa w czasie drugiej fazy susze¬ nia wstepnego, a to w celu zmniejszenia czasu na¬ grzewania przedmiotu do temperatury suszenia i w celu przedluzenia czasu, w którym para nasy¬ cona otacza suszony przedmiot.Dalej zgodnie z wynalazkiem polozenie plyty dielektrycznej mozna regulowac, nawet podczas suszenia wstepnego za pomoca pretów, albo giet¬ kich lin, które sluza jako elementy podtrzymujace wykonane z materialu o okreslonej wzglednej przenikalnosci elektrycznej. Te prety lub liny sa umieszczone suwliwie w metalowych rurach o okreslonej wewnetrznej srednicy, które umieszczone sa na zewnatrz komory glównej, przy czym wielkosc bedaca iloczynem tej srednicy i pierwiastka z wielkosci liczbowej przenikalnosci elektrycznej jest znacznie mniejsza od dlugosci fali promieniowania mikrofalowego.Nalezy podkreslic, ze w sposobie wedlug wyna¬ lazku nie ma wymuszonej cyrkulacji powietrza.Jedynym rodzajem doprowadzanej energii jest energia mikrofalowa, która powoduje szybkie pod¬ niesienie sie temperatury masy ceramicznej bez podniesienia temperatury scian komory glównej, plyty dielektrycznej, temperatury róznych dielek¬ trycznych elementów podtrzymujacych, ani tez form gipsowych pod warunkiem, ze sa suszone po¬ miedzy dwoma kolejno po sobie nastepujacymi cyklami produkcyjnymi.Woda paruje z powierzchni przedmiotu suszone¬ go wstepnie, zaczyna nasycac powietrze w drugiej komorze, a po przekroczeniu punktu nasycenia zaczyna skraplac sie z jednej strony na zbyt su¬ chych czesciach przedmiotu, a z drugiej strony na scianach drugiej komory, które pozostaja zimne na swobodnych powierzchniach formy i na plycie dielektrycznej.Para nasycona i woda, które zbieraja sie w ko¬ morze pod koniec suszenia wstepnego sa odprowa¬ dzane za pomoca odpowiednich urzadzen,, jak na przyklad za pomoca odpowiednio rozmieszczo¬ nych kanalików, albo przez wydmuchiwanie za po¬ moca suchego powietrza, przy czym suche powie¬ trze wprowadzane jest dopiero po zakonczeniu operacji suszenia wstepnego.Dzieki zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku para nasycona przy powierzchni suszonego przed¬ miotu i wilgoc w masie znajduja sie w równowa¬ dze tak, ze czesci bardziej suche maja tendencje zawilgacania sie, podczas gdy czesci bardziej wil¬ gotne traca wilgoc w sposób nieprzerwany. Tak wiec rozklad wilgotnosci w przedmiocie szybko staje sie równomierny.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia talerz porcelanowy na formie przed procesem suszenia wstepnego, w przekroju, fig. 2 — schematycznie, piecowe urzadzenie mikrofalowe, fig. 3 — wykres cisnienia pary nasyconej i masy wody w jednostce objetosci pary nasyconej w za¬ leznosci od temperatury, fig. 4 — element urzadze¬ nia do regulowania polozenia plyty izolacyjnej, w przekroju.Przedstawiony na fig. 1 talerz porcelanowy 1 5 ma jeszcze konsystencje masy. Jest on nalozony na gipsowa forme 2 i przylega do niej strona wewne¬ trzna. Talerz informowany zostal przez wytlacza¬ nie za pomoca specjalnej maszyny, zwanej wytla¬ czarka. Do zarobienia suchego proszku ceramiczne¬ go na mase stosowana jest woda. Do suchego prosz¬ ku trzeba dodac okolo* 25% wagowych wody. Su¬ szenie wstepne prowadzi sie tak dlugo, az przed¬ miot jest dostatecznie sztywny tak, ze mozna go zdjac z formy bez wysilku. Odpowiada to odpro¬ wadzeniu okolo 16% dodanej wody.Jezeli na przyklad talerz przed suszeniem wste¬ pnym, to jest majacy konsystencje masy, wazy 0,6 kg, to w masie jest 0,12 kg wody. Suszenie wstepne powinno doprowadzic do odparowania okolo 0,02 kg wody.Podczas suszenia wstepnego przedmiot kurczy sie. Wskutek tego w jego swobodnych czesciach wystepuja duze naprezenia lokalne, a w czesciach przylegajacych do formy przybiera on ksztalt, któ¬ ry nie pozwala mu sie skurczyc.Fig. 1 pozwala zorientowac sie w naprezeniach mechanicznych, które wystepuja w róznych czes¬ ciach przedmiotu. Na obrzezu 3 masa stopniowo oddziela sie od formy wzdluz linii aa* i nie towa¬ rzysza temu wieksze naprezenia. W obszarze stopki 4 na dnie przedmiot obejmuje forme i moze skur¬ czyc sie tylko w tym przypadku, jezeli podniesie sie w góre slizgajac sie wzdluz powierzchni formy od b do V.Na dnie 5 talerza 1, podnoszeniu sie przedmio¬ tu towarzyszy powstanie naprezen skrecajacych, które wywolane sa przez trzy jednoczesnie wy¬ stepujace zjawiska, to jest kurczenie sie przedmio¬ tu w czesci bb', które nastepuje szybciej, niz kur¬ czenie sie dna talerza, zacisniecie sie talerza na formie wzdluz bb', co przeciwdzialac moze dostepo¬ wi powietrza pomiedzy forme i dno talerza i w ten sposób powoduje przyssanie, oraz ciezar masy, który wynosi okolo 6 N, i który przeciwdziala pel¬ zaniu talerza w góre po powierzchni formy.Zjawiska te wystepuja we wszystkich znanych sposobach suszenia wstepnego. Skutki ich sa mniej widoczne przy zastosowaniu zwyklego, • powolnego sposobu, niz w przypadku nowoczesnych, szybkich sposobów. Jasne jest, ze mozna zmniejszyc skutki tych zjawisk, jezeli podczas calego procesu su¬ szenia wstepnego wilgotnosc przedmiotu jest jedna¬ kowa w calym przedmiocie. Zastosowanie sposo¬ bów, w których szybkosc odprowadzania wilgoci ze srodka na powierzchnie jest stala powoduje^ ze strefy grubsze (w przypadku talerza z fig. 1 — stopka 4) beda schly znacznie wolniej, niz ciensze strefy, jak na przyklad obrzeze 3. Sposób wedlug wynalazku pozwala na uzyskanie równomiernego rozkladu wilgotnosci w suszonym przedmiocie pod¬ czas calej operacji suszenia wstepnego.Urzadzenie do mikrofalowego suszenia wstepne¬ go ksztaltek ceramicznych wedlug wynalazku, przedstawione na fig. 2, pracuje sposobem skoko- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6076 95Ó 7 8 wym, stosowanym przy produkcji talerzy porcela¬ nowych.:. Uklad mechaniczny sklada sie z ramy metalowej 6, która w dolnej czesci ma przenosnik 6a, z silnika 7, który sluzy do napedzania skrzynki przek¬ ladniowej 8 i z tasmy przenosnika 9, która jest wykonana z nierdzewnej stali, i która jest nalozo¬ na na walki 10 i 10f. W górnej czesci 6b rama 6 posiada urzadzenie podnosnikowe, na przyklad, podnosnik hydrauliczny lla, który przymocowany jest do zestawu belek stropowych llb, dzieki czemu sily nacisku moga byc rozlozone równomiernie. Pod¬ nosnik jest polaczony z hydraulicznym urzadzeniem napedowym.W czesci 6b znajduje sie ponadto magnetrono- we urzadzenie zasilajace 13 i urzadzenie sterowania programowego 14, w którym nastawiane sa rozkazy sterujace dla wszystkich elementów urzadzenia.Wewnatrz czesci 6b ograniczonej przez belki llb znajduje sie komora mikrofalowa o ksztalcie pro¬ stopadloscianu, zwana komora glówna 15. Sciany tej komory wykonane sa z duraluminium lub z jakiegokolwiek innego dobrego przewodnika.Wysokosc komory jest równa, na przyklad, szescio- do osmiokrotnej wysokosci przedmiotów, które wklada sie do komory, to jesit wysokosci ta¬ lerzy z formami. Inne wymiary zaleza od tego, ile jednoczesnie talerzy suszy sie wstepnie w jed¬ nym wsadzie.Na stropie komory glównej 15 znajduja sie zró¬ dla 16 promieniowania mikrofalowego, kazde z nich sklada sie z magnetronu polaczonego z obwodem mikrofalowym, który jest sprzezony za pomoca szczelin z wnetrzem komory 15.Komora 15 i znajdujace sie w niej przedmioty moga byc unoszone za pomoca podnosnika lla i ukladu belek stropowych. Kazde zródlo zasilajace 13 jest polaczone z magnetronem 16 przy pomocy gietkiego kabla 17.Wewnatrz komory 15 znajduje sie plyta 18, wy¬ konana z materialu izolacyjnego o niewielkiej prze- nikalnosci elektrycznej e i o malym kacie stratnosci dla mikrofal. Jest ona utrzymywana w polozeniu równoleglym do stropu komory 15 za pomoca pod¬ pór 19 wykonanych takze z izolatora, które w za¬ leznosci od potrzeby moga byc umieszczane na róznych wysokosciach. Plyta w zasadzie oddziela górna czesc'komory 15 od jej dolnej czesci, ponie¬ waz dyfuzja pary wokól krawedzi plyty 18 i pio¬ nowych scian komory 15 jest mala.Podczas dzialania promieniowania mikrofalowe¬ go komora 15 jest opuszczona i styka sie z meta¬ lowa tasma 9 za posrednictwem metalowego oplo¬ tu 20, przyspawanego do krawedzi otwartej komo¬ ry 15. Nacisk komory 15 na tasme 9 jest regulo¬ wany za pomoca podnosnika lla i mierzony, na przyklad, przy pomocy dynamometru, który nie jest przedstawiony na rysunku.Komora 15 i tasma 9 ograniczaja objetosc, ina¬ czej mówiac ograniczaja komore glówna dla pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez mikro¬ falowe zródla 16. Dolna czesc komory 15, metalo¬ wa tasma 9 i plyta 18 wydzielaja w niej druga komore 22 o objetosci V, która jest w zasadzie szczelna dla pary wodnej unoszacej sie z przed¬ miotów ceramicznych, które podczas suszenia wstep¬ nego umieszczone sa na tasmie 9.W celu uzyskania dobrego rozkladu energii mikrofalowej w celu unikniecia wystepowania fal stojacych wewnatrz suszonych wstepnie przed¬ miotów, wymiary pierwszej komory 21 sa duzo wieksze od dlugosci fali \t zródla 16 sa mozliwie liczne i sa niezalezne jedno od drugiego, dzieki czemu pola elektromagnetyczne sumuja sie ze soba, przy czym fazy ich nie sa wzgledem siebie stale, a ponadto z kazdym zródlem 16 polaczony jest znany mieszacz pola, który znajduje sie w poblizu stropu komory 15, w poblizu szczelin, które sprze¬ gaja zródlo 16 z pierwsza komora 21.Plyta 18 o malej grubosci i malej przenikalnosci elektrycznej e prawie nie zmienia rozkladu po¬ la elektromagnetycznego i jezeli grubosc plyty wy¬ nosi e, to wstawienie jej jest równowazne powie¬ kszeniu wysokosci komory o wielkosc równa e (l/e—1). Urzadzenia nosne dla talerzy i form wsadu sa wykonane, na przyklad, w postaci tac plastykowych z materialu o malej stratnosci, na przyklad z polipropylenu.W procesie produkcji podczas suszenia wsadu n, po wstawieniu talerzy z formami do komory 15 opuszcza sie ja na tasme 9 i wsad jest ^poddawa- ny dzialaniu promieniowania mikrofalowego zgod¬ nie z wynalazkiem. Jednoczesnie wsad n+1 wy¬ chodzi z wytlaczarki i jest umieszczony na tasmie 9 na lewo od komory 15, podczas gdy talerze wsa¬ du n—1 znajduja sie z prawej strony komory 15 i sa oddzielane od swoich form, za pomoca odpowie¬ dnich elementów i sa wprowadzone do pieców su¬ szacych wybielajacych, które moga byc zwyklymi piecami mikrofalowymi. Po zakonczeniu suszenia wsadu n komora 15 jest unoszona za pomoca pod¬ nosnika lla po zatrzymaniu pracy zródel mikrofa¬ lowych 16. Odpowiednia wentylacja pozwala na usuniecie powietrza nasyconego para, która zebrala sie w komorze 15, a takze jezeli jest — konden¬ satu ze scian komory. Tasma 9 przesuwa sie w prawo tak, ze wsad n+1 zostaje wstawiony do ko¬ mory. Wsad n przesuwa sie w prawo i moze byc zdjety z form. Z kolei opuszcza sie komore 15 i po stwierdzeniu, ze nacisk metalowego oplotu 20 na tasme 9 jest dostateczny, nastepuje wlaczenie zródel mikrofalowych 16, co powoduje napromieniowanie wsadu n+1, a nastepnie opisany cykl operacji po¬ wtarza sie.Cale sterowanie jest wykonywane przez skrzynke sterowania programowego 14.Sposób suszenia wedlug wynalazku zostanie do¬ kladniej opisany z powolaniem sie na fig. 2, przy czym podkreslone zostana pewne zwiazki ilosciowe, które uwydatnia zalety wynalazku.Przyjeto, ze nalezy wstepnie wysuszyc trzysta talerzy w czasie 3,6 x 108 sekund.Talerze wychodzace z maszyny do formowania masy ceramicznej maja mase 0,6 kg, w tym 0,48 kg suchej masy i 0,12 kg wody.Suszenie wstepne jest zakonczone, jezeli talerz jest dostatecznie sztywny i moze byc bez wysilku oddzielony od formy, na której spoczywa. Odpo¬ wiada to odparowaniu 0,02 kg wody na sztuke.Masa formy gipsowej wynosi okolo 1,5 kg. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6076 950 9 W celu doprowadzenia do szybkiego odprowadze¬ nia wody konieczne jest podniesienie temperatury masy od temperatury na przyklad 29ft°K do tem¬ peratury X°K, przy czym temperatura X jest nizsza od temperatury krytycznej odpowiadajacej fizyko- -chemicznym zmianom w formie gipsowej, styka¬ jacej sie z suszonym przedmiotem. Przypuscmy, ze X jest równe 328°K. Przy jakimkolwiek sposobie suszenia na kazdy talerz nalezy dostarczyc tyle energii, aby podniesc temperature 0,12 kg wody o 303°K i aby odparowac 0,02 kg wody, to jest jak mozna latwo obliczyc, potrzeba 63 x 108J.Suszenie wstepne trzystu talerzy wymaga zatem dostarczenia energii w ilosci okolo 18900 x 108J.Skladniki stale masy ceramicznej takze musza byc ogrzane o 303°K, a poniewaz ich cieplo wlas¬ ciwe wynosi okolo dwie dziesiate ciepla wlasciwe¬ go wody, wiec dodatkowa energia na- talerz wy¬ nosi 12xl08J, to jest 3600x108J na trzysta talerzy.W wiekszosci znanych sposobów gips formy i liczne elementy podtrzymujace takze zostaja pod¬ grzane, co powieksza energie, której trzeba dostar¬ czyc w procesie suszenia. W tym przypadku ujaw¬ niaja sie zalety nagrzewania mikrofalowego, a mianowicie jego selektywnosc. Poniewaz formy po¬ chlaniaja bardzo male ilosci wody w czasie trwania procesu suszenia, straty dielektryczne w suchym gipsie sa bardzo niskie i formy w zasadzie nie na¬ grzewaja sie.W wyniku zastosowania nagrzewania mikrofalo¬ wego, energia mikrofalowa niezbedna do wysusze¬ nia trzystu talerzy w czasie 3,6xl08 sekund wynosi okolo 21.900xl08J, w tym okolo 7.300xl08J na na¬ grzanie masy i 14.600xl08J .na odparowanie 0,02 kg wody na sztuke, to jest 6 kg wody na trzysta sztuk.Przy zastosowaniu znanego sposobu energia dla nagrzewania jest dostarczana glównie ze zródel mikrofalowych, podczas gdy energia dla odparo¬ wania wody jest glównie dostarczana przez silny p^ad suchego powietrza.Przy zastosowaniu sposobu wedlug wynalazku cala energia niezbedna dla suszenia wstepnego jest dostarczana ze zródel mikrofalowych, nie ma bo¬ wiem zadnej wentylacji.Przyjmujac, ze podczas kazdej operacji susze¬ nia wstepnego talerz jest przez 90 sekund podda¬ wany promieniowaniu mikrofalowemu, w pierwszej komorze 21 i," ze 30 sekund na wsad trzeba po¬ swiecic na rózne czynnosci pomocnicze, moc zródel mikrofalowych 16 powinna byc równa 6x4 —^— =8xl08W.-Liczba wsadów w czasie 3,6xl08 sekund wyno¬ si trzydziesci, a kazdy wsad sklada sie z dziesieciu talerzy.Minimalne wymiary komory 15 okresla sie z jednej strony na podstawie dlugosci tasmy 9, na której nalezy umiescic dziesiec talerzy z formami, a z drugiej strony tak, aby rozklad energii mikro¬ falowej byl równomierny. Rozklad ten jest jak wiadomo tym bardziej równomierny, im wieksza jest komora 21.W opisanym przypadku komora 21 ma nastepuja- 10 ce wymiary wewnetrzne: dlugosc 1,5 m, szerokosc Im, wysokosc 1,20 m, to jest ma objetosc 1,8 m8.Moc 8x108W moze byc dostarczana za pomoca czterech zródel, z których kazde dysponuje magne- 5 tronem o mocy nominalnej 2,5xl08W. Zródla sa odpowiednio rozmieszczone na stropie komory 15.Z kolei podane zostanie, jak nalezy umieszczac plyte izolacyjna 18, która w komorze 15 wydziela druga komore 22, która jest dostatecznie szczelna, io i która wydziela w ten sposób objetosc dla niena¬ syconej lub nasyconej pary wodnej.Jak wiadomo w stanie równowagi pon^izy ciecza i jej para nasycona w temperaturze tg, cis¬ nienie pary pg i jej masa wlasciwa Mg zaleza je- u dynie od temperatury tg.Krzywe z fig. 3 przedstawiaja cisnienie Ps w barach i gestosc^Mg w g/cm8 w funkcji tempera¬ tury tg. 20 Zalozono uprzednio, ze rozmiary komory 22 sa takie, ze dla urzadzenia z fig. 2 przy kazdym su¬ szeniu wsadu cala komora 22 i to co sie w niej znajduje, ogrzane sa do wybranej temperatury 328ÓK.- Odprowadzona woda w ilosci 0,2 kg musi 25 zajmowac objetosc 4 m8 zgodnie z krzywa z fig. 3.Nalezy podkreslic, ze objetosc ta jest duza i wy¬ maga duzej komory glównej, znacznie wiekszej, niz dla dobrego nagrzewania mikrofalowego (1,8 m8).Ponadto para bylaby nasycona dopiero pod koniec 3(J procesu, a równomierny rozklad wilgotnosci nie mialby kiedy sie zrealizowac. Wreszcie za pomoca samego tylko nagrzewania mikrofalowego nie mofcna nagrzac calej drugiej komory 22 i wszystkiego, co sie w niej znajduje do temperatury 328°K, ponie- 35 waz nagrzewanie mikrofalowe jest selektywne* a takze ze wzgledu na slaba przewodnosc cieplna elementów.Praktyczniej, a takze korzystniej jest stosowac taki sposób suszenia wstepnego, w którym zgodnie 40 z wynalazkiem nasycenie pary w temperaturze 328°K wystepuje, gdy odparowana woda tw»rzy nasycona pare jedynie w drugiej komorze. Obje¬ tosc komory jest ograniczona w przyblizeniu larzez wysokosc, na której jest umieszczona plyta 18 nad 45 tasma 9.Przykladowo jezeli objetosc komory glównej wy¬ nosi 1,8 m8 i plyta 18 jest umieszczona w polowie wysokosci komory glównej, to komora druga ma objetosc 0,9 m8. 50 Zgodnie z krzywa z fig. 3 nasycenie pary w~ko- morze drugiej nastepuje po odparowaniu *0,09 ilcg wody do drugiej komory.Tak wiec przy odprowadzaniu ciepla do masy —-gza pomoca energii mikrofalowej zgodnie ze spo- '55 sobem wedlug wynalazku wytwarzana zostaje - równowaga pomiedzy parami nasyconymi i wilgo¬ cia w suszonym wstepnie przedmiocie, przy czym .przedmioty, które sa bardziej wysuszone, a takze te czesci przedmiotu, które sa bardziej wysuszone, 60 maja tendencje do odbierania wUgoci od tych czesci, które sa mniej wysuszone. Jednoczesnie poniewaz objetosc dla pary nasyconej jest ogra¬ niczona, nadmiar wody moze byc odprowadzony jedynie przez kondensacje na powierzchniach w 05 komorze drugiej, które pozostaja zimne, to jest* 11 na metalowych scianach, na plycie 18, a zwlaszcza na odkrytych powierzchniach form gipsowych. W rzeczywistosci zjawiska sa nieco bardziej zlozone, poniewaz z jednej strony druga komora 22 nie jest zupelnie szczelna dla pary wodnej, czesc pary wodnej uchodzi do pozostalej czesci komory glów¬ nej, a z drugiej strony kondensacja pary wyste¬ puje juz czesciowo zanim cala komora druga zos¬ tanie wypelniona przez nasycona pare przy tem- .iperaturze 328°K. Jednakze jezeli proces przebiega dostatecznie szybko, to dyfuzja pary jest mala i przebieg procesu jest okreslony przez wymiary drugiej komory 22 i przez temperature scian i form, która mozna uwazac za równa 298°K.Szybkosc kondensacji jest tym wieksza, im wieksza jest róznica temperatur pomiedzy suszonymi wstepnie przedmiotami z jednej strony, a scianami metalowymi, plyta 18 i odkrytymi powierzchniami form z drugiej strony. Z tego powodu interesujace byloby powiekszenie temperatury masy, na przy¬ klad do 343°K, co odpowiada maksymalnej dopu¬ szczalnej bezpiecznej, temperaturze. W tych warun¬ kach, jak to wynika z krzywej z fig. 3 • masa nasyconej pary wodnej w komorze drugiej 22 wy¬ nosi 0,18 kg. Wynik ten osiaga sie jednak kosztem dostarczenia nieco wiekszej energii mikrofalowej, a ponadto, przynajmniej w.pierwszej fazie procesu* wymaga to doprowadzenia znacznie wiekszej mocy * rtiikrofalowej, niz w opisywanym uprzednio przy¬ padku.Jak, powiedziano moc mikrofalowa ze zródla nie musi byc stale taka sama podczas trwania pro¬ cesu. Mozna wyróznic, na przyklad, dwie fazy pro¬ cesu: w jednej doprowadza sie duza moc w celu podniesienia temperatury suszonego przedmiotu do wybranego poziomu, a w drugiej fazie przy zredu¬ kowanej mocy odparowuje sie wilgoc pozostala do przestrzeni wypelnionej nasycona para wodna.Zmiana mocy zródla moze byc latwo dokonana za pomoca sterowania zródla mocy 13 zasilajacej magnetron. Sterowanie to wykonywane ''moze byc recznie lub automatycznie za pomoca skrzynki ste¬ rujacej 14 przez odlaczenie w drugiej fazie jednego lub kilku magnetronów.Nalezy zaznaczyc, ze najkorzystniejszym rezy¬ mem pracy jest taki, w którym okreslona moc mikrofalowa pozwala na uzyskanie szybkiego wzrostu temperatury masy do temperatury ts niz¬ szej od granicznej bezpiecznej temperatury w fazie V [m»] 1,8 max) 1,2 1 0,8 0,6. 0,4 0,3 1 0,25 ts [°K] 310,5 315,5 318 320,5 325,5 330,5 338 343 Ms [kg/m«] 0,05 0,06 0,07 0,077 0,09 0,115 0,16 0,20 (950 12 pierwszej i na umiarkowanie szybkie oprowadzenie wilgoci w postaci nasyconej pary wodnej w drugiej fazie, w której masa styka sie z nasycajaca sie para wodna, "przy czym ta para wodna nie dopuszcza 5 do zbyt szybkiego odprowadzania wilgoci.Mozliwe jest podanie ogólnej reguly, która po¬ zwala okreslic przyblizona energie mikrofalowa i jej rozklad na obie fazy procesu suszenia wstepne¬ go, jezeli znana jest objetosc V komory drugiej 10 22, masa A wody/ która nalezy odprowadzic, masa B wody o cieple wlasciwym b, która pozostaje w masie, oraz masa D i cieplo wlasciwe d, substancji stalej zawartej w masie. Innymi danymi beda: temperatura tg pary nasyconej i jej gestosc Mg, 15 która zalezy bezposrednio od tg (patrz krzywa z fig. 3), cieplo parowania 1 wody, które jest w za¬ sadzie stale oraz poczatkowa temperatura tQ su¬ szonych przedmiotów, przy czym mozna zalozyc, ze jest ona równa temperaturze otoczenia. Ponadto 20 korzysta sie ze stalej Joule'a zamiany energii na cieplo 1 caloria = J jouli (J=4,2).Energia mikrofalowa, której nalezy dostarczyc w pierwszej fazie procesu, równa Et i energia E2, której nalezy dostarczyc w drugiej fazie wynosi 25 odpowiednio: Ex = J (bB+dD) (tg—to) + JIAMsV (1) E2 = J(A—V^V) (2) Jezeli zródla mikrofalowe dostarczaja stalej mocy so przez caly czas trwania obu faz, a gestosc rozpro¬ szonej energii w suszonych przedmiotach jest taka sama, to EL jest równe E2. Stad wynika zaleznosc pomiedzy tg i Mg z jednej strony, a wielkosciami A, B, D i V z drugiej strony: 35 (bB+dD) (tg—to) + 2 IMgV = IA. (3) Ze wzoru ^(3) wynika, ze zmniejszenie objetosci V powoduje powiekszenie tg i Mg.Przyjmujac, jak w podanym przykladzie, ze 40 A = 0,2 kg, B = 1,2 kg, D = 4,8 kg, d = 840 J/kg.deg, . ¦ t = 298°K i stale b = 4200 J/kg.deg oraz I = 2436X108 J/kg, mozna zestawic tablice 1, która przedstawia tg, Mg, mase pary nasyconej VMg, która odpowiada masie wody odparowanej w pierwszej 45 fazie, mase A — VMg wody odparowanej w dru¬ giej fazie i wreszcie calkowita energie mikrofalo¬ wa niezbedna dla wstepnego wysuszenia trzystu talerzy w zaleznosci od objetosci V komory dru¬ giej.VMg [kg] 0,090 0,072 0,070 0,062 0,054 0,046 0,048 0,050 A-VMg [kg] 0,110 0,128 0,130 0,138 0,146 0,154 0,152 0,150 E[J] 18,25X108 19,35 X106 20,45X106 20,80X106 22,25X106 23,70X106 25,55X106 26,65 X10613 76 950 14 Z tablicy tej wynika, ze najkorzystniejsza tem¬ peratura jest temperatura okolo 328°K, która odpowiada objetosci V = 0,4 m8, to jest gdy plyta 18 umieszczona jest okolo 0,33 m ponad metalowa tasma 9.Jezeli plyta 18 bylaby wyjeta, (V = 1,8 m8), to niezbedna energia bylaby jeszcze mniejsza, ale odpowiadajaca temu temperatura 310°K jest tak niska, ze szybkosc kondensacji pary wodnej w drugiej fazie nie pozwolilaby na wysuszenie wsadu w okreslonym z góry czasie.Z drugiej strony przy temperaturze 343°K obje¬ tosc V jest zbyt mala, aby plyte 18 mozna bylo za¬ mocowac na odpowiedniej wysokosci.W praktyce wystarcza Mika pr6b, aby biorac pod uwage zaleznosc (3) okreslic metoda kolejnych przyblizen najkorzystniejsza objetosc V komory drugiej oraz moc mikrofalowa dla zadanej ilosci talerzy na godzine, to jest dla zadanej ilosci pary, która nalezy odprowadzic w ciagu 3,6 X108 sekund, a takze dla okreslonej temperatury, której nie po¬ winno sie przekraczac .Polozenie plyty 18 na podpórkach 19 okreslane jest na poczatku kazdej serii procesów w zaleznosci od rodzaju suszonych wstepnie przedmiotów.Wygodnie jest jednakze móc zmieniac z zewnatrz polozenie plyty w komorze nawet podczas trwania operacji suszenia wstepnego. W tym przypadku korzystna moze byc zmiana objetosci komory pier¬ wszej 21 w zaleznosci od czasu, albo w zaleznosci od temperatury, która osiagnela masa i korzystne moze byc sterowanie polozenia plyty 18 zgodnie z programem zadanym dla skrzynki 14 sterowania programowego.Fig. 4 przedstawia bardzo uproszczony przyklad wykonania "ruchomych elementów podtrzymuja¬ cych plyte 18, które pozwalaja na latwe przesu¬ wanie plyty 18 nawet podczas trwania suszenia wstepnego, które jednak nie dopuszczaja do rozpra¬ szania energii mikrofalowej poza komora 21.Strop 15—1 komory glównej 15 posiada pewna liczbe okraglych otworów, które umieszczone sa wzdluz linii zamknietej. Z otworów tych wystaja, na zewnatrz urzadzenia, metalowe rury cylindry¬ czne 24, które sa przyspawane w podstawie do stropu 15—1 komory glównej. Kazda rura ma dlu¬ gosc L i promien wewnetrzny r. W kazdej z tych rur umieszczony jest suwliwie pret lub lina 25 z dielektryka, przy czym jest to dielektryk o malej stratnosci i o niskiej wzglednej przenikalnosci elektrycznej eu która moze byc inna, niz przeni- kalnosc elektryczna e plyty 18.Kazdy pret lub lina 25 jest w dolnej czesci polaczony z plyta 18 w dowolny sposób, ale bez u- zycia ozesci metalowych.W górnej czesci prety lub liny sa polaczone ra¬ zem za pomoca jakichkolwiek elementów, na przy¬ klad za pomoca bloczka w przypadku lin, co poz¬ wala na regulowanie ich ruchu w rurach 24, a wskutek tego na regulowanie polozenia plyty 18 w komorze 15.Kazda z rur 24 wypelniona dielektrykiem o prze¬ nikalnosci elektrycznej 8L stanowi tlumik falowo¬ dowy o dlugosci elektrycznej Lj/e^ o srednicy elektrycznej 2rVe1 i jest elementem odcinajacym dla wszystkich czestotliwosci, których dlugosc fali X jest dluzsza niz X c=3,4*1/8!.Falowód odcinajacy wprowadza tlumienie a, któ¬ re jest wyznaczone nastepujacym wzorem: 5 „_M^h^_^ [decybeli] 10 a = 55-^*/l— — )J decybeli] 3,4r \ X2/ r Jezeli ex = 3, r = 0,02 m, to Xc = 0,12 m. Wynika stad, ze dla dlugosci fali 0,12 m, a takze dla Jkfe odpowiadajacych drugiej i trzeciej harmonicznej; 15 dla których takze nalezy uniknac wypromieniowy- wania z komory, wyrazenie w nawiasie jest bliskie jednosci i tlumienie wynosi: L y a =55 [decybeli] 20 / 3,4r Przy L = 0,04 m tlumienie w kazdej z rur 24 jest duze i wynosi trzysta decybeli. 25 PL