RU2705504C2 - HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY - Google Patents

HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY Download PDF

Info

Publication number
RU2705504C2
RU2705504C2 RU2018116786A RU2018116786A RU2705504C2 RU 2705504 C2 RU2705504 C2 RU 2705504C2 RU 2018116786 A RU2018116786 A RU 2018116786A RU 2018116786 A RU2018116786 A RU 2018116786A RU 2705504 C2 RU2705504 C2 RU 2705504C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
paper
drying
evaporation
moisture
speed
Prior art date
Application number
RU2018116786A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018116786A3 (en
RU2018116786A (en
Inventor
Анатолий Кузьмич Соломаха
Original Assignee
Анатолий Кузьмич Соломаха
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Кузьмич Соломаха filed Critical Анатолий Кузьмич Соломаха
Priority to RU2018116786A priority Critical patent/RU2705504C2/en
Publication of RU2018116786A3 publication Critical patent/RU2018116786A3/ru
Publication of RU2018116786A publication Critical patent/RU2018116786A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2705504C2 publication Critical patent/RU2705504C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: pulp industry.
SUBSTANCE: invention relates to pulp and paper industry and concerns a drying device for drying household paper, as well as newsprint drying, on paper machines by means of energy of infrared rays of certain length by a contactless method at speed of 2,000 m/min and higher. On the proposed drying device by means of infrared rays it is possible to transfer to the dried paper a greater amount of heat per unit of time and to achieve rates of evaporation of moisture and evaporation vapors many times exceeding rates of evaporation at traditional contact drying, which will allow to carry out drying of any types of paper with weight from 10 to 500 g/m2, as well as all types of cellulose fibers with weight of up to 700 g/m2.
EFFECT: disclosed is a device for drying household purpose paper with weight from 10 to 40 g/m2, as well as newsprint weight 51 g/m2, on a paper making machine at speed of 2,000 m/min and higher by a contactless method using energy of infrared rays.
1 cl, 1 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для сушки всех видов бумаги промышленного назначения массой 1 м2 до 400 г, всех видов картона массой до 500 г/м2, а также сушки всех видов целлюлозных волокон, отливаемых на пресспате, массой до 700 г/м2.The invention relates to the field of the pulp and paper industry and can be used for drying all types of industrial paper weighing 1 m 2 up to 400 g, all types of cardboard weighing up to 500 g / m 2 , as well as drying all types of cellulose fibers cast on press weighing up to 700 g / m 2 .

Изобретение не имеет аналогов скоростной сушки пористых материалов как в отечественной, так и в зарубежной промышленности.The invention has no analogues of high-speed drying of porous materials in both domestic and foreign industries.

В настоящее время все большее внимание уделяется производству изделий из тонких видов бумаги массой от 10 до 40 г/м2. В связи с этим вопросы повышения производительности бумагоделательных машин и роста скорости сушки бумаги являются чрезвычайно актуальными для удовлетворения растущего спроса на подобные изделия.Currently, more and more attention is paid to the production of products from thin types of paper weighing from 10 to 40 g / m 2 . In this regard, issues of increasing the productivity of paper machines and increasing the speed of drying paper are extremely relevant to meet the growing demand for such products.

Главным тормозом повышения производительности на бумагоделательной машине является сушильная часть. Поэтому, как правило, в настоящее время на скоростных машинах бумага изготавливается с минимальной массой 1 м2: салфеточная - 16-22 г/м2, фруктовая - 16-20 г/м2, бумага для полотенец - 18-22 г/м2, туалетная - 15-20 г/м2 и т.д.The main brake on increasing productivity on a paper machine is the drying section. Therefore, as a rule, at present, paper is manufactured on high-speed machines with a minimum weight of 1 m 2 : tissue paper - 16-22 g / m 2 , fruit paper - 16-20 g / m 2 , paper for towels - 18-22 g / m 2 , toilet - 15-20 g / m 2 , etc.

В то же время изделия в товарном виде из таких видов бумаги изготавливаются из двух, трех, четырех и более слоев бумаги, так как с повышением массы на бумагоделательной машине на 10 г/м2 скорость сушки снижается на 15-20% и более.At the same time, products in marketable form from these types of paper are made of two, three, four or more layers of paper, since with an increase in mass on a paper machine by 10 g / m 2, the drying speed decreases by 15-20% or more.

На самосъемочных машинах отечественных предприятий тонкие виды бумаги вырабатываются массой 1 м2 от 16 до 45 грамм при скорости до 1000 м/мин.On self-shooting machines of domestic enterprises, thin types of paper are produced with a weight of 1 m 2 from 16 to 45 grams at a speed of up to 1000 m / min.

Достигнутые скорости при производстве туалетной бумаги массой 17-35 г/м2 с колпаком скоростной сушки составляют от 500 до 915 м/мин. При замене колпака скоростной сушки на модернизированный колпак с теплоносителем для подогрева сушильного воздуха, что позволило поддерживать температуру сушильного воздуха до 450°С, рабочая скорость сушильной части превысила 1000 м/мин. Повышение скорости свыше 1300 м/мин стало возможным благодаря появлению двухсеточных бумагоделательных машин.The achieved speeds in the production of toilet paper weighing 17-35 g / m 2 with a speed drying hood are from 500 to 915 m / min. When replacing the high-speed drying hood with a modernized hood with a coolant for heating the drying air, which allowed maintaining the temperature of the drying air to 450 ° C, the working speed of the drying part exceeded 1000 m / min. The increase in speed over 1300 m / min was made possible thanks to the advent of double-mesh paper machines.

За рубежом в конце 20 века рабочая скорость бумагоделательных машин была достигнута 2000 м/мин. Причем, масса элементарного слоя бумаги на сеточной части машины составляла 16-19 г/м2.Abroad, at the end of the 20th century, the working speed of paper machines was reached 2000 m / min. Moreover, the mass of the elementary layer of paper on the net of the machine was 16-19 g / m 2 .

Скорость сушки бумаги контактным способом с колпаком скоростной сушки бумаги во многом зависит не только от температуры контактной поверхности сушильного цилиндра, но и от параметров сушильного воздуха, а также от скорости удаления паровоздушной смеси из-под колпака.The speed of drying paper in a contact way with a cap of high-speed drying of paper largely depends not only on the temperature of the contact surface of the drying cylinder, but also on the parameters of the drying air, as well as on the rate of removal of the vapor-air mixture from under the hood.

Паровоздушная смесь под колпаком скоростной сушки, над сушильным цилиндром, представляет собой насыщенный пар, при удалении которого путем обдува горячим воздухом - разлетается во все стороны, что представляет высокую пожароопасность от бумажной пыли, образуемой при обдуве. Кроме того при таком способе удаления паровоздушной смеси образуется большой процент «выбивания» паровоздушной смеси из-под колпака из-за нерегулируемой разницы между подачей горячего воздуха и удалением смеси из-под колпака.The steam-air mixture under the hood of high-speed drying, above the drying cylinder, is saturated steam, when removed by blowing with hot air it scatters in all directions, which represents a high fire hazard from paper dust generated by blowing. In addition, with this method of removing the vapor-air mixture, a large percentage of "knocking out" the vapor-air mixture from under the hood is formed due to the unregulated difference between the supply of hot air and the removal of the mixture from under the hood.

В чем это сказывается на влиянии скоростной сушки?What is the effect of speed drying?

Из молекулярной физики известно, что при насыщенном паре каждую секунду - сколько испарилось с 1 м2 поверхности испарения, столько же молекул пара возвращается обратно из насыщенного пара на поверхность испарения, т.е. в жидкость.From molecular physics it is known that with saturated vapor every second - how much it evaporated from 1 m 2 of the evaporation surface, the same number of vapor molecules returns back from saturated vapor to the evaporation surface, i.e. into the liquid.

При сушке удаляющийся пар должен заменяться непрерывно новым, а вода все время должна превращаться в пар. Только тогда будет происходить непрерывный процесс сушки бумажного полотна.When drying, the steam to be removed must be replaced continuously by new, and the water must be turned into steam all the time. Only then will there be a continuous process of drying the paper web.

Важнейшим моментом скоростной сушки является своевременное и непрерывное удаление паров испарения влаги каждую долю секунды, т.к. испарившаяся молекула может находиться над поверхностью в среднем 10-7 секунды и если ее не удалять - она возвратится обратно [1, с. 395].The most important point of high-speed drying is the timely and continuous removal of moisture vapor every fraction of a second, because an evaporated molecule can be above the surface for an average of 10 -7 seconds and if it is not removed, it will return back [1, p. 395].

Расчеты показывают, что с 1 м2 открытой поверхности при нагревании воды при t=200°С за 1 секунду можно испарить 449,7⋅1023 молекул, что соответствует массе воды 1349 г/с (см. расчет, с. 12).Calculations show that with 1 m 2 of the open surface when water is heated at t = 200 ° C in 1 second, 449.7⋅10 23 molecules can be evaporated, which corresponds to a water mass of 1349 g / s (see calculation, p. 12).

Что имеем на практике при сушке бумаги:What we have in practice when drying paper:

- испарительная способность воды с 1 м2 греющей поверхности на сушильном цилиндре контактным способом при выработке туалетной бумаги с применением пара высокого давления достигает 100 кг/час = 27,8 г/с [2, с. 641].- the evaporative capacity of water with 1 m 2 of heating surface on the drying cylinder by the contact method when producing toilet paper using high-pressure steam reaches 100 kg / h = 27.8 g / s [2, p. 641].

- количество воды, испаренной за 1 час с 1 м2 поверхности 28 сушильных цилиндров при изготовлении газетной бумаги составляет 163,332 кг/час = 45,4 г/с [3, с. 143].- the amount of water evaporated in 1 hour from 1 m 2 of the surface of 28 drying cylinders in the manufacture of newsprint is 163.332 kg / hour = 45.4 g / s [3, p. 143].

Это говорит о том, что механизм сушки бумаги на машине контактным способом изучен очень слабо. «До сих пор остается неясным даже вопрос о соотношении количества влаги, испаряемой на отдельных участках пути полотна бумаги» [3, с. 88].This suggests that the mechanism of drying paper on the machine by the contact method has been studied very poorly. “Until now, even the question of the ratio of the amount of moisture evaporated in individual sections of the paper web path remains unclear” [3, p. 88].

При изготовлении бумаги повышенной массы 1 м2 процесс сушки ее контактным способом на вращающихся сушильных цилиндрах с обогревом их изнутри водяным паром является одним из самых сложных процессов в целлюлозно-бумажном производстве и до сих пор мало изучен.In the manufacture of paper of increased weight 1 m 2, the process of drying it by the contact method on rotating drying cylinders with heating them from the inside with water vapor is one of the most complex processes in the pulp and paper industry and is still poorly understood.

Как известно, обезвозживание бумажного полотна в сушильной части бумагоделательной машины в 10-12 раз дороже, чем в прессовой, металлоемкость сушильной части составляет более 70% от всей регулируемой части машины, потери тепла в окружающую среду составляют более 50% от всех потерь в сушильной части машины, сушильная часть расходует 25-30% всей электроэнергии, потребляемой на привод машины. (3. с. 76)As you know, decontamination of the paper web in the drying part of the paper machine is 10-12 times more expensive than in the press, metal consumption of the drying part is more than 70% of the entire adjustable part of the machine, heat loss to the environment is more than 50% of all losses in the drying part machines, the drying part consumes 25-30% of all electricity consumed to drive the machine. (3. p. 76)

И это неудивительно. Бумага - это сложный многокомпонентный структурный материал, характеризуемый разнообразным композиционным составом целлюлозных волокон различного происхождения, а также наполняющих, проклеивающих и окрашивающих веществ с различной степенью дисперсности. Кроме того, бумага содержит более 60% пор различных по величине и форме. Размер пор колеблется от 0,005 мкм до 0,5 мкм. По форме они представляют ячейки открытых и закрытых сосудиков, содержащих влагу, которая прочно удерживается во множестве капилляров бумажного листа (около 1,5% влаги) и которую можно удалить только путем превращения этой влаги в пар. (8. с 285-288)And this is not surprising. Paper is a complex multicomponent structural material, characterized by a diverse composition of cellulose fibers of various origins, as well as filling, sizing and dyeing substances with varying degrees of dispersion. In addition, paper contains more than 60% of pores of various sizes and shapes. The pore size ranges from 0.005 μm to 0.5 μm. In shape, they represent cells of open and closed vessels containing moisture, which is firmly held in many capillaries of the paper sheet (about 1.5% moisture) and which can only be removed by converting this moisture into steam. (8. s 285-288)

Сложность сушки бумаги состоит еще и в том, что превращенную в пар влагу необходимо удалить из толщи бумажного полотна через лабиринт мельчайших пор, проходя через которые молекулы пара, охлаждаясь, вновь превращаются во влагу, на которую повторно требуется тепло для превращения ее в пар. Такой цикл превращения может повторяться несколько раз, пока молекулы испаренной влаги не выйдут из бумаги в свободное пространство с последующим удалением при помощи вытяжной вентиляции и обдува горячим воздухом.The difficulty of drying the paper also lies in the fact that moisture converted into steam must be removed from the thickness of the paper web through a labyrinth of tiny pores, passing through which the steam molecules, when cooled, are again converted into moisture, which requires heat again to turn it into steam. This conversion cycle can be repeated several times until the molecules of evaporated moisture come out of the paper into the free space, followed by removal by exhaust ventilation and blowing with hot air.

Механизм контактной сушки бумагиContact Dryer

Сушильная часть бумагоделательной машины с контактной сушкой состоит из двух рядов сушильных цилиндров, которые скомпонованы из отдельных групп. В каждую группу входит определенное количество бумагосушильных цилиндров, обогреваемых изнутри водяным паром. В каждой группе контактную поверхность цилиндров охватывает сушильное сукно, плотно прилегая к поверхности цилиндров.The drying part of the contact-drying paper machine consists of two rows of drying cylinders, which are arranged in separate groups. Each group includes a certain number of paper drying cylinders heated from the inside with water vapor. In each group, the contact surface of the cylinders covers the drying cloth, closely fitting to the surface of the cylinders.

После прессовой части влажное бумажное полотно, проходя между горячей поверхностью цилиндра и сукном, плотно прижимается сукном к поверхности цилиндра на дуге обхвата около 50-60%. Температура контактной поверхности при сушке бумаги на скоростных машинах составляет до 170° и выше. На контактной поверхности влага в бумажном полотне мгновенно вскипает, выход в свободное пространство парам испарения закрыт.Около 2/3 паров испарения проникает вглубь бумажного полотна, конденсируясь на пути прохождения в бумаге, часть пробивается в сукно и остается в сукне.After the press part, the wet paper web, passing between the hot surface of the cylinder and the cloth, is tightly pressed by the cloth to the surface of the cylinder on an arc of girth of about 50-60%. The temperature of the contact surface when drying paper on high-speed machines is up to 170 ° and above. On the contact surface, moisture in the paper web instantly boils, the exit to the free space of evaporation vapors is closed. About 2/3 of the vapor vapor penetrates deep into the paper web, condensing along the path through the paper, some breaks into the cloth and remains in the cloth.

Из молекулярной физики известно, что температура кипения равна температуре конденсации. Таким образом на дуге обхвата сукном над контактной поверхностью сушильного цилиндра образуется насыщенный пар. Через какое то мгновение наступает динамическое равновесие: это значит, сколько молекул испарилось, столько же за такое время возвращается обратно в жидкость. При дальнейшем нагревании давление насыщенного пара растет, превышает давление натяжения сушильного сукна к поверхности цилиндра, сукно с бумагой приподнимается над цилиндром, при этом нарушается контакт сукна с цилиндром. Наступает кризис сушки - энергия расходуется, эффективность сушки падает. Завершается первый цикл сушки. Таких циклов сушильного процесса при контактной сушке бумаги на многоцилиндровой сушильной части бумагоделательной машине столько, сколько сушильных цилиндров. Используемый прием сдувания паров испарения в промежутках между цилиндрами горячим воздухом с высокой температурой существенного повышения скорости сушки бумаги не дает.From molecular physics it is known that the boiling point is equal to the condensation temperature. Thus, saturated steam is formed on the arc of felting over the contact surface of the drying cylinder. After a moment, a dynamic equilibrium sets in: this means how many molecules have evaporated, the same amount in such a time returns to the liquid. With further heating, the pressure of saturated steam increases, exceeds the pressure of the drying cloth to the surface of the cylinder, the cloth with paper rises above the cylinder, and the contact of the cloth with the cylinder is broken. A drying crisis sets in - energy is wasted, drying efficiency drops. The first drying cycle ends. There are as many such cycles of the drying process in contact drying of paper on a multi-cylinder drying part of a paper machine as there are drying cylinders. The used technique of blowing off vapor vapor in the spaces between the cylinders with hot air with a high temperature does not significantly increase the drying speed of the paper.

По закону молекулярной физики известно, что при повышении температуры испарения скорость испарения жидкости существенно повышается. Но это не значит, что скорость сушки бумажного полотна растет пропорционально скорости испарения.According to the law of molecular physics, it is known that with increasing temperature of evaporation, the rate of evaporation of a liquid increases significantly. But this does not mean that the drying speed of the paper web grows in proportion to the rate of evaporation.

Расчет (см. приложение) показывает, что с 1 м2 свободной поверхности при нагревании воды при t=200°С можно испарить 1349 г воды в секунду. (Л. 12)The calculation (see the appendix) shows that from 1 m 2 of the free surface when heating water at t = 200 ° C, 1349 g of water per second can be evaporated. (L. 12)

В то же время скорость съема влаги с 1 м2 греющей поверхности сушильного цилиндра при сушке туалетной бумаги массой 15-20 г/м2 на скорости бумагоделательной машины до 2000 м/мин при температуре сушки 170-190°С составляет 30-40 г/сек (на самосъемочной машине).At the same time, the rate of moisture removal from 1 m 2 of the heating surface of the drying cylinder when drying toilet paper weighing 15-20 g / m 2 at a speed of a paper machine up to 2000 m / min at a drying temperature of 170-190 ° C is 30-40 g / sec (on a self-filming machine).

Как известно, с увеличением массы 1 м2 бумаги на 10 грамм скорость сушки бумаги падает на 10-15% и более [2, с. 466].As you know, with an increase in the mass of 1 m 2 of paper by 10 grams, the drying speed of paper decreases by 10-15% or more [2, p. 466].

При сушке газетной бумаги массой 51 г/м2 при скорости 600-700 м/мин съем влаги с 1 м2 греющей поверхности цилиндра при контактной сушке составляет 50-70 г/сек. Поэтому, чтобы высушить бумажное полотно требуется 50 сушильных цилиндров. (13. с. 15)When drying newsprint with a mass of 51 g / m 2 at a speed of 600-700 m / min, I take moisture from 1 m 2 of the heating surface of the cylinder during contact drying is 50-70 g / s. Therefore, 50 drying cylinders are required to dry the paper web. (13. p. 15)

Причины низкого съема влаги с 1 м2 греющей поверхности цилиндра при сушке газетной бумаги в том, что:The reasons for the low moisture removal from 1 m 2 of the heating surface of the cylinder when drying newsprint is that:

1) масса 1 м2 бумаги выше, чем масса туалетной бумаги,1) the mass of 1 m 2 of paper is higher than the mass of toilet paper,

2) при сушке газетной бумаги используются сушильные прижимные сукна, в которых возникает значительное сопротивление парам влаги, которые удаляются преимущественно в промежутках между цилиндрами. Сушка туалетной бумаги массой до 30 г/м2 производится, как правило, без сушильного сукна: она свободно прилегает к греющей поверхности сушильного цилиндра за счет большей влажности полотна, в котором образуется больше пор, чем в газетной бумаге, и испарившаяся влага в виде пара свободно проходит через бумагу и удаляется в процессе сушки. При таком процессе сушки съем влаги с 1 м2 выше, но производительность бумагоделательной машины падает.2) when drying newsprint, drying press cloths are used, in which there is significant resistance to moisture vapor, which is removed mainly in the spaces between the cylinders. Drying of toilet paper weighing up to 30 g / m 2 is carried out, as a rule, without drying cloth: it adheres freely to the heating surface of the drying cylinder due to the higher moisture content of the sheet, in which more pores are formed than in newsprint, and the evaporated moisture in the form of steam passes freely through the paper and is removed during the drying process. With this drying process, I will take moisture from 1 m 2 higher, but the performance of the paper machine decreases.

Низкий съем влаги с греющей поверхности сушильных цилиндров при контактной сушке бумаги объясняется не только этими причинами.The low moisture removal from the heating surface of the drying cylinders during contact drying of the paper is due not only to these reasons.

Из физики известно, что количество испарившейся воды пропорционально количеству подводимой энергии.From physics it is known that the amount of evaporated water is proportional to the amount of energy supplied.

На современных скоростных высокопроизводительных машинах этот принцип широко используется.On modern high-speed high-performance machines, this principle is widely used.

Для достижения наибольшей скорости сушки стали поднимать температуру греющей поверхности сушильных цилиндров до 200°С и выше. Давление пара в цилиндрах достигает 12 атм и более.To achieve the highest drying speed, they began to raise the temperature of the heating surface of the drying cylinders to 200 ° C and above. The vapor pressure in the cylinders reaches 12 atm or more.

И что же получается?And what is it?

С повышением температуры греющих поверхностей сушильных цилиндров количество испарившейся влаги растет, но растет и количество самих цилиндров в сушильной части, а съем влаги с 1 м2 греющей поверхности остается почти на прежнем уровне.With increasing temperature of the heating surfaces of the drying cylinders, the amount of evaporated moisture increases, but the number of cylinders in the drying part also increases, and the removal of moisture from 1 m 2 of the heating surface remains almost at the same level.

В чем сущность проблемы?What is the essence of the problem?

Приведенные расчеты (см.приложение) показывают, что при температуре воды 200°C с 1 м2 открытой поверхности испарения улетучивается 449,7⋅1023 молекул влаги за 1 сек, что в переводе на массу воды составляет 1349 г/сек (см. расчет). (Л. 12) Скорость молекул пара при испарении влаги с открытой поверхности испарения при t=200°С составляет v=774 м/с.The above calculations (see the appendix) show that at a water temperature of 200 ° C from 1 m 2 of the open evaporation surface, 449.7⋅10 23 moisture molecules evaporate in 1 second, which, in terms of the mass of water, is 1349 g / s (see payment). (L. 12) The velocity of vapor molecules during evaporation of moisture from an open evaporation surface at t = 200 ° C is v = 774 m / s.

В то же время, в реальных условиях скорость молекул при тех же параметрах испарения составляет vp=1,59 м/с (см. таблицу скорости испарения №1).At the same time, under real conditions, the speed of molecules at the same evaporation parameters is v p = 1.59 m / s (see table of evaporation rate No. 1).

В таблице 1 приведены данные расчета скорости улетучивания молекул пара со свободной поверхности и прохождения их через бумажный лист при испарении влаги при температуре нагрева от 100 до 260°С (см. приложение):Table 1 shows the calculation data of the rate of vaporization of vapor molecules from a free surface and their passage through a paper sheet during the evaporation of moisture at a heating temperature from 100 to 260 ° C (see Appendix):

Figure 00000001
Figure 00000001

Как уже отмечено выше, с повышением температуры нагрева бумаги при сушке в порах бумажного листа пропорционально растет концентрация испарившихся молекул влаги. Поэтому выход пара в свободное пространство через многочисленные бумажные поры затруднен из-за хаотического движения его молекул в бумажном листе, соответственно быстро растет и давление пара. К тому же, пар, пробиваясь и соприкасаясь с неиспарившейся влагой, становится насыщенным. Значительная часть молекул пара из-за беспорядочного движения застревает в бумаге и, охлаждаясь, превращается во влагу.As already noted above, with increasing temperature of heating the paper during drying, the concentration of evaporated moisture molecules proportionally increases in the pores of the paper sheet. Therefore, the exit of steam into the free space through numerous paper pores is difficult due to the random movement of its molecules in the paper sheet, and accordingly, the vapor pressure also increases rapidly. In addition, steam, breaking through and in contact with non-evaporated moisture, becomes saturated. A significant part of the vapor molecules due to irregular motion gets stuck in the paper and, cooling, turns into moisture.

При дальнейшем нагревании скорость образования испарившихся молекул влаги опережает скорость их выхода в свободное пространство. С ростом давления растет плотность пара (см.таблицу 1), повышается его вязкость, при этом значительно снижается коэффициент кинематической вязкости, из-за чего резко падает скорость молекул влаги, испаряющейся через толщу бумажного листа. Соответственно значительно снижается скорость сушки бумаги.With further heating, the rate of formation of evaporated moisture molecules outstrips the rate of their release into free space. With increasing pressure, the vapor density increases (see table 1), its viscosity increases, and the coefficient of kinematic viscosity decreases significantly, due to which the rate of moisture molecules evaporating through the thickness of the paper sheet decreases sharply. Accordingly, the paper drying speed is significantly reduced.

Исходя из вышесказанного, необходимо отметить и признать, что при контактной сушке бумаги на сушильных цилиндрах, обогреваемых изнутри водяным паром, не существует альтернативы для повышения скорости удаления паров влаги через толщу бумажного листа, а значит и повышения скорости сушки бумаги.Based on the foregoing, it should be noted and recognized that when contact drying paper on drying cylinders heated from the inside with steam, there is no alternative to increase the rate of removal of moisture vapor through the thickness of the paper sheet, and therefore increase the speed of drying paper.

Поэтому современные бумагоделательные машины имеют такое множество сушильных цилиндров.Therefore, modern paper machines have so many drying cylinders.

В то же время уже широко известно, что сушку пористых материалов экономичнее производить при помощи инфракрасных лучей.At the same time, it is already widely known that drying of porous materials is more economical to produce using infrared rays.

Лучистая энергия представляет собой энергию электромагнитных колебаний с различной длиной волн. При воздействии лучистой энергии на пористое тело значительная часть ее глубоко проникает внутрь тела. Эти лучи поглощаются телами, причем при поглощении лучистая энергия снова переходит в тепло, в результате чего тело быстрее нагревается, чем при контактной сушке, что подтверждается опытным путем: «… уже при температуре инфракрасного излучения 100°С волны этой длины проникают на наибольшую глубину высушиваемого материала, тепло распространяется равномерно и проникает глубоко внутрь его» [4].Radiant energy is the energy of electromagnetic waves with different wavelengths. When radiant energy acts on a porous body, a significant part of it penetrates deep into the body. These rays are absorbed by bodies, and when absorbed, the radiant energy again turns into heat, as a result of which the body heats up faster than by contact drying, which is confirmed experimentally: “... already at an infrared temperature of 100 ° C, waves of this length penetrate to the greatest depth of the dried material, heat spreads evenly and penetrates deep into it ”[4].

Отечественные исследователи утверждают: «… при помощи инфракрасных лучей с длиной волны 8-10 мкм можно передать высушиваемому пористому материалу большее количество тепла и достигнуть скорости испарения влаги во много раз превышающей скорость ее испарения при контактной или конвективной сушке» [5, с. 797]. Однако, такой способ сушки бумаги на бумагоделательной машине до сих пор широко не используется.Domestic researchers say: “... using infrared rays with a wavelength of 8-10 microns, it is possible to transfer more heat to the dried porous material and achieve a moisture evaporation rate many times higher than its evaporation rate by contact or convective drying” [5, p. 797]. However, this method of drying paper on a paper machine is still not widely used.

Целью предлагаемого изобретения является создание компактного, малогабаритного, высокопроизводительного сушильного устройства для изготовления кондиционной бумаги на бумагоделательной машине при помощи инфракрасных лучей с длиной волны 8-10 мкм бесконтактным способом со значительным снижением металлоемкости сушильной части, экономии энергозатрат, одежды сушильной части и другого вспомогательного оборудования.The aim of the invention is the creation of a compact, small-sized, high-performance drying device for the manufacture of conditioned paper on a paper machine using infrared rays with a wavelength of 8-10 μm in a non-contact way with a significant reduction in the metal consumption of the drying part, saving energy, clothes, drying part and other auxiliary equipment.

Сущность сушильного устройства - использование энергии инфракрасного излучения, как наиболее эффективной для сушки пористых материалов за один цикличный период сушки.The essence of the drying device is the use of infrared radiation energy, as the most effective for drying porous materials in one cyclic drying period.

Сушильное устройство состоит из двух основных частей, на которых одновременно происходит нагревание обеих поверхностей бумажного полотна при помощи тепла, генерируемого излучением (Рис. 1). (Л. 20)The drying device consists of two main parts, on which both surfaces of the paper web are heated simultaneously with the heat generated by radiation (Fig. 1). (L. 20)

Первая часть состоит из стационарного невращающегося чугунного цилиндра с ровной внутренней цилиндрической поверхностью, обогреваемой открытым газовым пламенем или продуктами сгорания горючих газов до температуры приблизительно 650°C с целью регенерации тепловой энергии газов в энергию инфракрасных лучей определенной длины волны в зависимости от массы 1 м2 высушиваемой бумаги. С наружной стороны устройства поверхность имеет вид граненого стакана, состоящего из 6-8 плоских граней.The first part consists of a stationary non-rotating cast-iron cylinder with a smooth inner cylindrical surface heated by an open gas flame or combustion products of combustible gases to a temperature of approximately 650 ° C in order to regenerate the thermal energy of gases into the energy of infrared rays of a certain wavelength depending on the mass of 1 m 2 dried paper. On the outside of the device, the surface has the appearance of a faceted glass, consisting of 6-8 flat faces.

Вторая часть устройства состоит из отдельных плоских полых чугунных, стальных или керамических панелей с размерами, соответствующими размерам плоских граней первой части устройства. Панели устанавливаются над поверхностью плоских граней первой части устройства по непрерывной дуге на определенном расстоянии от поверхности плоскостей цилиндра. Обогревание панелей до необходимой температуры производится изнутри продуктами сгорания горючих газов.The second part of the device consists of separate flat hollow cast iron, steel or ceramic panels with dimensions corresponding to the dimensions of the flat faces of the first part of the device. The panels are installed above the surface of the flat faces of the first part of the device in a continuous arc at a certain distance from the surface of the planes of the cylinder. The panels are heated to the required temperature from the inside by the products of combustion of combustible gases.

В свободном пространстве между поверхностями цилиндра и панелей размещаются сетковедущие валики, по которым прокатывается бумажное полотно, зажатое между двух металлических сеток, которые, в свою очередь, прокатываются по валикам при помощи тягового сетковедущего барабана.In the free space between the surfaces of the cylinder and the panels, mesh-guiding rollers are placed along which a paper web is rolled, sandwiched between two metal grids, which, in turn, are rolled along the rollers using a traction mesh-guiding drum.

Отличительной особенностью сушильного устройства является то, что процесс скоростной сушки бумаги происходит инфракрасными лучами с длиной волн 8-10 мкм, с помощью которых можно передать осушаемой бумаге наибольшее количество тепла в единицу времени и достигнуть скорости испарения влаги, во много раз превышающей скорость ее испарения при контактной сушке.A distinctive feature of the drying device is that the process of rapid drying of the paper occurs with infrared rays with a wavelength of 8-10 microns, with which you can transfer the greatest amount of heat per unit time to the dried paper and achieve a moisture evaporation rate many times higher than its evaporation rate contact drying.

Рис. 1 - Нагревание сушильного цилиндра производится изнутри открытым газовым пламенем, движущимся внутри цилиндра по спирали. Нагревание полых панелей происходит продуктами сгорания газов, движущихся внутри панелей (рис. 2).Fig. 1 - The drying cylinder is heated from the inside by an open gas flame moving in a spiral spiral inside the cylinder. The hollow panels are heated by the combustion products of gases moving inside the panels (Fig. 2).

Важнейшей особенностью устройства является то, что образующийся из осушаемой бумаги пар мгновенно удаляется при помощи вакуумотсасывающих валиков (рис. 1). Для ускорения выхода пара из самой бумаги в зону вакуума отсасывающих валиков подается горячий воздух: быстролетящие атомы горячего воздуха, врезаясь в бумажные поры и захватывая молекулы пара, переводят их из хаотического движения в направленное, при помощи вакуумотсасывающих валиков пар выбрасывается в наружное пространство. Кроме того, для ускорения вывода молекул испарившейся влаги из мельчайших пор бумажного полотна использован способ упругих поперечных вынужденных колебаний на бегущих сетках (5, 6) с осушаемой бумагой при помощи вибрационных валиков (11), установленных под несущими сетками в помежутках между отсасывающими валиками (9, 10). Вибровалики снабжены жесткими ребрами высотой до 3 мм на всю длину валиков. Количество ребер определяется в зависимости от массы бумаги.The most important feature of the device is that the vapor generated from the dried paper is instantly removed by means of vacuum-suction rollers (Fig. 1). To accelerate the escape of steam from the paper itself, hot air is fed into the vacuum zone of the suction rollers: fast-flying atoms of hot air, crashing into the paper pores and capturing the vapor molecules, transfer them from the chaotic movement to the directed one, using the vacuum-suction rollers, the steam is released into the outer space. In addition, to accelerate the removal of molecules of evaporated moisture from the smallest pores of the paper web, a method of elastic transverse forced vibrations on traveling nets (5, 6) with drying paper using vibration rollers (11) installed under the supporting nets in the spaces between the suction rollers (9) was used , 10). Vibrators are equipped with rigid ribs up to 3 mm high for the entire length of the rollers. The number of edges is determined by the weight of the paper.

Из исследовательских работ известно [1, с. 250-251], что при колебаниях движущегося участка перфорированной сетки вместе с ней колеблется слой воздушного пространства на границе с сеткой под действием гидродинамических сил, отклоняясь туда и обратно. Такое возможно при вращении виброваликов в контакте с бегущей сеткой, когда во время соударения ребер с сеткой последняя мгновенно «взлетает» вверх на определенную высоту, и на границах верхней и нижней сеток с воздухом возникает разность давлений (рис. 3).From research works it is known [1, p. 250-251], that when the moving section of the perforated mesh oscillates, the layer of air space at the border with the mesh vibrates with it under the influence of hydrodynamic forces, deviating back and forth. This is possible when the vibrators rotate in contact with the traveling grid, when during the collision of the ribs with the grid, the latter instantly “flies up” to a certain height, and a pressure difference arises at the boundaries of the upper and lower grids with air (Fig. 3).

При повороте валиков на небольшой угол сетка мгновенно падает с ребер на гладкую поверхность валиков, образуется удар. При таком соударении снова возникает разность давлений над и под сетками, только с противоположным знаком.When the rollers are rotated by a small angle, the grid instantly falls from the ribs onto the smooth surface of the rollers, and a shock is formed. With such a collision, the pressure difference again appears above and below the grids, only with the opposite sign.

Эта разница (p1-p) и (р2-р) давлений возрастает на постоянную величину во времени, поскольку газ, колеблясь в обе стороны, неизбежно создает пограничный слой; и чем быстрее газ течет туда и обратно вне пограничного слоя, давление в пограничном слое достигает постоянной величины - до 0,1 мм водяного столба, что способствует отталкиванию молекул и атомов газа от поверхности бумаги и выталкиванию молекул испарившейся влаги из толщи пористой поверхности в наружное пространство, откуда вытяжной вентиляцией они выбрасываются из-под колпака в атмосферу [1, с. 250-251].This difference (p 1 -p) and (p 2 -p) pressures increases by a constant value in time, since the gas, oscillating in both directions, inevitably creates a boundary layer; and the faster the gas flows back and forth outside the boundary layer, the pressure in the boundary layer reaches a constant value - up to 0.1 mm water column, which helps repel molecules and gas atoms from the surface of the paper and push molecules of evaporated moisture from the thickness of the porous surface to the outer space , from where exhaust ventilation they are emitted from under the hood into the atmosphere [1, p. 250-251].

Одной из важнейших особенностей скоростной сушки бумаги на предлагаемом сушильном устройстве является использование скоростного способа нагревания излучающей поверхности сушильного цилиндра (1), открытым газовым пламенем, который используется в пирометаллургической промышленности при «переработке в шахтных печах колчеданных руд в смеси с кварцевым песком без добавки кокса» [6, с. 358].One of the most important features of high-speed drying of paper on the proposed drying device is the use of a high-speed method of heating the radiating surface of the drying cylinder (1), with an open gas flame, which is used in the pyrometallurgical industry for “processing pyrite ores mixed with silica sand without coke additives in shaft furnaces” [6, p. 358].

Дело в том, что при нагревании любого металлического предмета открытым факелом пламени, пламя горящего факела «лижет» только ту часть поверхности, с которой оно соприкасается. При таком взаимодействии пламени с материалом процесс передачи тепла затрагивает только часть суммарной поверхности материала.The fact is that when any metal object is heated by an open flame, the flame of the burning torch "licks" only that part of the surface with which it is in contact. With this interaction of the flame with the material, the heat transfer process affects only part of the total surface of the material.

Устранить недостатки существующих процессов пытались давго многие исследователи. И только в 70-е годы прошлого столетия отечественные исследователи установили, что процесс нагревания при плавке колчеданных руд в распыленном состоянии с добавкой кварцевого песка высокой дисперсности (с размером частиц до 0,1 мм) в цветной металлургии - это один из основных путей технического прогресса.Many researchers have tried to eliminate the shortcomings of existing processes. And only in the 70s of the last century, domestic researchers found that the heating process during smelting of pyrite ores in an atomized state with the addition of high dispersion quartz sand (with particle sizes up to 0.1 mm) in non-ferrous metallurgy is one of the main ways of technological progress .

Успех в данном процессе связан с созданием аэродинамической структуры потока в распыленном состоянии огненных струй газового или другого вида топлива, соответствующей формы рабочего пространства с добавлением кварцевого песка с развитой поверхностью частиц.Success in this process is associated with the creation of the aerodynamic structure of the stream in the sprayed state of fire jets of gas or other type of fuel, the corresponding shape of the working space with the addition of quartz sand with a developed surface of particles.

Исследования привели к созданию циклонного агрегата, прототипом которого послужили циклонные топки, предназначенные для интенсификации процесса сжигания топлива.Research led to the creation of a cyclone unit, the prototype of which was cyclone furnaces designed to intensify the process of burning fuel.

Циклонная плавка происходит следующим образом. В цилиндрическую камеру через сопло, расположенное к ней по касательной, вдувается воздух со скоростью до 100 м/с. Подхватывая частички газового или жидкого топлива, воздушная струя образует вращающийся огненный вихрь. Этот вихрь прожорливее любой форсунки, так как образует непревзойденную по эффективности структуру пламени. В таком вихре сгорает вдесятеро больше топлива и, соответственно, удесятеряется выделение тепла в единице топочного пространства [7, с. 37].Cyclone smelting is as follows. Air is blown into the cylindrical chamber through a nozzle located tangentially to it at a speed of up to 100 m / s. Picking up particles of gas or liquid fuel, the air stream forms a rotating fiery vortex. This vortex is more voracious than any nozzle, since it forms a flame structure unsurpassed in efficiency. In such a vortex, ten times more fuel burns and, accordingly, the heat generation per unit of the furnace space is quadrupled [7, p. 37].

Подобный способ нагревания излучающей поверхности сушильного цилиндра использован в прелагаемом изобретении для сушки бумажного полотна на быстроходной бумагоделательной машине.A similar method of heating the radiating surface of the drying cylinder is used in the proposed invention for drying a paper web on a high-speed paper machine.

Процесс нагревания излучающей поверхности сушильного цилиндра (рис. 2) открытым газовым пламенем происходит следующим образом. В смесительную камеру (В) реактивной установки [24, 25] поступает газовое топливо и подогретый природный воздух при избыточном давлении, после чего продвигаемая смесь воспламеняется от зажигательных свечей (С) и продавливается к реактивному соплу (Е), где в горящую смесь из центриклинера (29) дозируется кварцевый песок размером частиц не более 0,1 мм. Количество дозированного кварцевого песка определяется практически в зависимости от требуемой температуры нагревания и расхода топлива, а также размеров и формы рабочего пространства камеры сгорания.The process of heating the radiating surface of the drying cylinder (Fig. 2) with an open gas flame proceeds as follows. Gaseous fuel and heated natural air enters the mixing chamber (B) of the reactive installation [24, 25] at an overpressure, after which the propelled mixture is ignited by incendiary candles (C) and forced to the jet nozzle (E), where the burning mixture is made of centricliner (29) quartz sand is dosed with a particle size of not more than 0.1 mm. The amount of dosed quartz sand is determined practically depending on the required heating temperature and fuel consumption, as well as the size and shape of the working space of the combustion chamber.

Далее смесь горящего пламени через реактивное сопло (Е), расположенное по касательной к обогреваемой поверхности сушильного цилиндра вдувается в цилиндр со скоростью до 100 м/с. Ударяясь о неподвижную обогреваемую поверхность цилиндра, огненно-воздушная струя образует вращающийся огненный вихрь. Подхваченные раскаленные частички кварцевой пыли совместно с активно горящим пламенем приводятся во вращение по всей длине поверхности сушильного цилиндра и под действием центробежных сил начинают описывать спирали, прижимаясь к обогреваемой поверхности цилиндра, активно отдавая ей свое тепло.Next, the mixture of the burning flame through the jet nozzle (E) located tangentially to the heated surface of the drying cylinder is blown into the cylinder at a speed of up to 100 m / s. Hitting the stationary heated surface of the cylinder, the fiery-air stream forms a rotating fiery vortex. Picked up red-hot particles of quartz dust together with an actively burning flame are brought into rotation along the entire length of the surface of the drying cylinder and, under the action of centrifugal forces, begin to describe spirals, pressing against the heated surface of the cylinder, actively giving off their heat to it.

Таким образом, роль кварцевой пыли, по заключению исследователей, состоит не только в том, что она активнее отдает тепло стенке цилиндра, но и способствует наиболее активному горению, при котором горящий факел пламени дробится на множество отдельных горящих мелких шариков пламени, которые передают большее количество тепла, чем один большой факел, и интенсифицирует процесс массообмена в единице обогреваемого пространства.Thus, the role of quartz dust, according to the researchers, consists not only in the fact that it more actively gives off heat to the cylinder wall, but also contributes to the most active burning, in which a burning flame torch is crushed into many separate burning small balls of flame, which transmit a larger amount heat than one large torch, and intensifies the process of mass transfer in a unit of the heated space.

Отработанный газ подается на центриклинер (29) где кварцевая пыль отделяется от воздуха и снова подается в сопло (Е) реактивной установки (24, 25)The exhaust gas is fed to the centricliner (29) where quartz dust is separated from the air and again fed to the nozzle (E) of the reactive installation (24, 25)

Для повышения коэффициента теплоотдачи от сгораемых газов, отходящий от цилиндра газ используется для подогрева воздуха, поступающего в реактивную установку.To increase the heat transfer coefficient from combustible gases, the gas leaving the cylinder is used to heat the air entering the reactive installation.

Таким образом, при нагревании поверхности сушильного цилиндра до температуры 650-700°С открытым газовым пламенем в смеси с распыленным кварцевым песком высокой дисперсности эта поверхность испускает инфракрасные лучи с длиной волн 8-10 мкм, при помощи которых можно передать осушаемой бумаге большее количество тепла в единицу времени, во много раз превышающее скорость испарения влаги при контактной сушке.Thus, when the surface of the drying cylinder is heated to a temperature of 650-700 ° C with an open gas flame mixed with high dispersion quartz sand, this surface emits infrared rays with a wavelength of 8-10 μm, with which it is possible to transfer more heat to the drying paper unit of time, many times higher than the rate of moisture evaporation during contact drying.

Приведенные расчеты показывают, что предлагаемое сушильное устройство с площадью обогреваемой поверхности порядка 14-15 м2 может заменить 50-60 сушильных цилиндров, используемых на современных быстроходных бумагоделательных машинах для выработки газетной бумаги.The above calculations show that the proposed drying device with a heated surface area of about 14-15 m 2 can replace 50-60 drying cylinders used on modern high-speed paper machines for producing newsprint.

ПРИЛОЖЕНИЕAPPENDIX

Расчет производительности сушильного устройства для сушки бумаги бытового назначеия массой 10-40 г/м2 и газетной бумаги массой 51 г/м2 на скорости бумагоделательной машины 2000 м/минCalculation of the productivity of a drying device for drying household paper weighing 10-40 g / m 2 and newsprint weighing 51 g / m 2 at a speed of a paper machine 2000 m / min

Данный расчет производительности сушильного устройства производится по показателям газетной бумаги массой 51 м2 потому, что в специальной литературе имеются наиболее полные данные по газетной бумаге, на основании которых можно убедиться в справедливости расчетов производительности сушки на скорости бумагоделательной машины 2000 м/мин [8, с. 285].This calculation of the productivity of the drying device is carried out according to the indicators of newsprint with a mass of 51 m 2 because the specialized literature contains the most complete data on newsprint, on the basis of which one can verify the validity of the calculations of the drying performance at a speed of a paper machine 2000 m / min [8, p. . 285].

Исходные данные для расчетаThe initial data for the calculation

Основные характеристики газетной бумаги:The main characteristics of newsprint:

- масса 1 м2 - 51 г,- weight 1 m 2 - 51 g,

- толщина - 85 мкм,- thickness - 85 microns,

- объем 1 м2 - 85 см3,- volume 1 m 2 - 85 cm 3 ,

- объем пор 1 м2 - 49,64 см3,- pore volume 1 m 2 - 49.64 cm 3 ,

- средний радиус пор - 3,9 мкм,- average pore radius of 3.9 μm,

- влажность бумажного полотна, поступившего в сушку 50%,- humidity of the paper web received in the drying of 50%,

- влажность бумаги на накате 5%.- humidity of the paper on the coast 5%.

Основные характеристики бумагоделательной машины:The main characteristics of the paper machine:

- ширина бумажного полотна 2,5 м,- the width of the paper web 2.5 m,

- рабочая скорость 2000 м/мин,- working speed 2000 m / min,

- коэффициент чистого времени работы (без холостых ходов) 0,95.- coefficient of net working time (without idling) 0.95.

Расчет производительности бумагоделательной машины производится по формуле:The calculation of the performance of a paper machine is made according to the formula:

Q=k⋅0,06⋅v⋅b⋅m⋅t кг/час, гдеQ = k⋅0.06⋅v⋅b⋅m⋅t kg / h, where

Q - часовая выработка бумаги, кг/час,Q - hourly paper production, kg / hour,

v - рабочая скорость машины, м/мин,v - operating speed of the machine, m / min,

b - ширина бумажного полотна, м,b is the width of the paper web, m,

m - масса 1 м2 бумаги, г/м2,m is the mass of 1 m 2 of paper, g / m 2 ,

t - 1 час,t - 1 hour

k - коэффициент чистого времени работы машины,k is the coefficient of net operating time of the machine,

0,06 - переводной коэффициент.[2, с. 598]0.06 is a conversion factor. [2, p. 598]

1. Q=0,95⋅0,06⋅2000⋅2,5⋅51=14535 кг/час (при 5% влажности)1. Q = 0.95⋅0.06⋅2000⋅2.5⋅51 = 14535 kg / h (at 5% humidity)

2. Секундная выработка: 14535:3600=4,0375 кг/сек (при 5% влажности)2. Second output: 14535: 3600 = 4.0375 kg / s (at 5% humidity)

3. Секундная выработка по а.с. волокну: 4,0375⋅0,95=3,835 кг/сек.3. Second generation by a.s. fiber: 4.0375-0.95 = 3.835 kg / s.

4. Количество волокна (с влажностью 50%) поступило в сушку: Q1=7,670 кг/сек.4. The amount of fiber (with a moisture content of 50%) entered the dryer: Q 1 = 7.670 kg / s.

5. Количество влаги испарилось в сушильной части:5. The amount of moisture evaporated in the drying part:

Q1-Q2=7,670-4,037=3,633 кг/сек.Q 1 -Q 2 = 7.670-4.037 = 3.633 kg / s.

6. Количество влаги, которую необходимо испарить в сушке, обозначим через «массу влаги» - m=3,633 кг и переведем в объем пара.6. The amount of moisture that needs to be evaporated in the dryer is denoted by “mass of moisture” - m = 3.633 kg and transferred to the volume of steam.

Известно, что при температуре 200°С объем пара из 1 кг воды составляет 0,1272 м3 [9, с. 111, таблица].It is known that at a temperature of 200 ° C the volume of steam from 1 kg of water is 0.1272 m 3 [9, p. 111, table].

Тогда объем пара составит: 3,633⋅0,1273=0,462 м3 - эта цифра потребуется для дальнейших расчетов.Then the volume of steam will be: 3.633⋅0.1273 = 0.462 m 3 - this figure will be required for further calculations.

Известно, что количество молекул воды, улетучивающихся с 1 м2 открытой поверхности испарения за 1 секунду при температуре испарения 200°С можно рассчитать по формуле:It is known that the number of water molecules escaping from 1 m 2 of the open evaporation surface in 1 second at an evaporation temperature of 200 ° C can be calculated by the formula:

Figure 00000002
[1, с. 394], где
Figure 00000002
[1, p. 394] where

N - количество улетучиваемых молекул испарившейся с открытой поверхности влаги с 1 м2 в секунду при температуре испарения 200°С (м/с),N is the number of volatiles evaporated from an open surface of moisture from 1 m 2 per second at an evaporation temperature of 200 ° C (m / s),

F - площадь испарения (м2),F is the evaporation area (m 2 ),

t - время улетучивания (1 с),t is the volatilization time (1 s),

0,4 - термический коэффициент испарения,0.4 - thermal coefficient of evaporation,

Ратм - давление насыщенного пара на линии насыщения при температуре 200°С (Ратм=15,5 атм) [8, с. 111, таблица],P atm is the saturated vapor pressure on the saturation line at a temperature of 200 ° C (P atm = 15.5 atm) [8, p. 111, table],

NA - удельное число молекул (6,02⋅1023) [1, с. 394],N A is the specific number of molecules (6.02⋅10 23 ) [1, p. 394],

R - газовая постоянная (8,31⋅103 Вт⋅с/кмоль⋅град. [1, с. 362],R is the gas constant (8.31⋅10 3 W⋅s / kmol⋅grad. [1, p. 362],

Табс.=273°К+200°С=473°.T abs. = 273 ° K + 200 ° C = 473 °.

Для удобства расчетов произведем следующие преобразования:For the convenience of calculations, we perform the following transformations:

Р=15,55 атм⋅760 мм рт.ст.⋅133 кг/м⋅с=1571895 кг/м⋅с [1, с. 471],P = 15.55 atm⋅760 mm Hg ⋅133 kg / m⋅s = 1571895 kg / m⋅s [1, p. 471],

R=8,31⋅103:18 (молекулярный вес воды) = 4,616⋅102 м2/с⋅град.R = 8.31-10 3 : 18 (molecular weight of water) = 4.616-10 2 m 2 / s

NA=6,02⋅1023:18 (молекулярный вес воды) = 0,334⋅1023 кг.N A = 6,02⋅10 23: 18 (molecular weight of water) = 0,334⋅10 23 kg.

Тогда:Then:

Figure 00000003
Figure 00000003

Количество испарившихся молекул влаги переведем в массу воды, испарившейся с 1 м2 за 1 секунду по формуле: [1, с. 340]The number of evaporated moisture molecules will be transferred to the mass of water that has evaporated from 1 m 2 in 1 second according to the formula: [1, p. 340]

Figure 00000004
где
Figure 00000004
Where

М - молекулярный вес воды.M is the molecular weight of water.

ТогдаThen

Figure 00000005
Figure 00000005

Далее, массу воды переведем в объем пара:Next, we transfer the mass of water to the volume of steam:

1 кг испарившейся воды занимает объем 0,1272 м3,1 kg of evaporated water occupies a volume of 0.1272 m 3 ,

1,349 кг испарившейся воды занимает объем х.1.349 kg of evaporated water occupies a volume x.

Тогда х=1,349⋅0,1272=0,1716 м3 (пара) [9, c. 111].Then x = 1.349⋅0.1272 = 0.1716 m 3 (pair) [9, p. 111].

7. Для дальнейшего расчета переведем массу воды (m=3,633 кг) в количество испарившихся молекул по формуле:7. For further calculation, we transfer the mass of water (m = 3.633 kg) to the number of evaporated molecules according to the formula:

Figure 00000006
где
Figure 00000006
Where

m - масса воды, гm is the mass of water, g

NA - удельное число молекул (6,02⋅1023)N A - specific number of molecules (6.02,010 23 )

М - молекулярный вес воды (18 г) [10, с. 49].M is the molecular weight of water (18 g) [10, p. 49].

Figure 00000007
(примерный результат).
Figure 00000007
(approximate result).

8. Таким образом, если бы не было сопротивлений при испарении и улетучивании молекул влаги (кроме силы земного притяжения и сопротивления воздушного пространства), то для испарения влаги при температуре 200°С потребовалась бы общая площадь испарения:8. Thus, if there were no resistance during the evaporation and volatilization of moisture molecules (except for the force of gravity and air space resistance), then for the evaporation of moisture at a temperature of 200 ° C, the total evaporation area would be required:

Figure 00000008
Figure 00000008

9. Определим реальную площадь свободного испарения в 1 м2 бумажного листа.9. Determine the actual free evaporation area in 1 m 2 of paper sheet.

Из молекулярной физики известно, что испарение влаги происходит с поверхности. Испарение происходит при любой температуре, даже ниже нуля. Наиболее интенсивное испарение происходит при высокой температуре.From molecular physics it is known that evaporation of moisture occurs from the surface. Evaporation occurs at any temperature, even below zero. The most intense evaporation occurs at high temperature.

Но понятия «испарение» и «улетучивание» молекул испарившейся влаги не равнозначны. При кипении воды в закрытом сосуде никакого улетучивания молекул влаги не произойдет. Для улетучивания необходима свободная поверхность, через которую испарившиеся молекулы влаги должны покинуть жидкость.But the concepts of “evaporation” and “volatilization” of molecules of evaporated moisture are not equivalent. When boiling water in a closed vessel, no volatilization of moisture molecules will occur. To escape, a free surface is required through which the evaporated moisture molecules must leave the liquid.

Пористый материал, как бумага, представляет собой фильтр, через поры которого газы проходят в открытое пространство. Количество «отфильтрованных» газов будет зависеть от площади свободных пор на выходе молекул пара из бумажного «фильтра».A porous material, like paper, is a filter through which pores gases pass into the open. The amount of “filtered” gases will depend on the area of free pores at the exit of the vapor molecules from the paper “filter”.

Поэтому скорость сушки бумажного полотна будет зависеть от скорости роста концентрации молекул испаряющейся влаги, от скорости продвижения их через многочисленные поры в толщине бумажного листа, от наличия площади свободного улетучивания и скорости улетучивания через эту поверхность.Therefore, the drying speed of the paper web will depend on the growth rate of the concentration of molecules of evaporating moisture, on the speed of their movement through numerous pores in the thickness of the paper sheet, on the presence of the area of free volatilization and the speed of volatilization through this surface.

9.1 Для этого вначале определим толщину свободных пор в 1 м2 газетной бумаги:9.1 To do this, first determine the free pore thickness in 1 m 2 newsprint:

- объем пор в 1 м2 бумаги Vп=49,64 см3 (см. лист),- pore volume in 1 m 2 of paper Vп = 49.64 cm 3 (see sheet),

- площадь 1 м2 в см2 F=104 см2,- area 1 m 2 in cm 2 F = 10 4 cm 2 ,

Тогда толщина пор составитThen the pore thickness will be

Figure 00000009
Figure 00000009

9.2 Расчет площади свободных пор в наружном слое 1 м2 листа газетной бумаги9.2 Calculation of the area of free pores in the outer layer of 1 m 2 a sheet of newsprint

Исходные данные:Initial data:

- толщина бумаги 85 мкм,- paper thickness 85 μm,

- объем свободных пор в 1 м2 бумаги Vп=49,64 см3=49,64⋅10-6 м3,- the volume of free pores in 1 m 2 of paper Vп = 49.64 cm 3 = 49.64⋅10 -6 m 3 ,

- радиус пор r=3,9 мкм.- pore radius r = 3.9 μm.

Условно разделим толщину бумаги на радиус поры, чтобы определить количество слоев: 85:3,9=22 (слоя).Conventionally, we divide the thickness of the paper by the radius of the pore to determine the number of layers: 85: 3.9 = 22 (layers).

Определим объем свободных пор в каждом условном слое в 1 м2 бумаги:Determine the amount of free pores in each conditional layer in 1 m 2 of paper:

Vп=49,64:22=2,256 (см3).Vp = 49.64: 22 = 2.256 (cm 3 ).

Предположим, для удобства расчета, что каждая пора представляет собой маленький шарик с радиусом 3,9 мкм. Тогда объем одной поры составит:Suppose, for convenience of calculation, that each pore is a small ball with a radius of 3.9 μm. Then the volume of one pore will be:

V'п=4/3 πr3 (см3)V'n = 4/3 πr 3 (cm 3 )

V'п=4/3⋅3,14⋅(3,9⋅10-4)3=4/3⋅3,14⋅59,32⋅10-12=248,35⋅10-12(см3)V'n = 4 / 3⋅3,14⋅ (3,9⋅10 -4 ) 3 = 4 / 3⋅3,14⋅59,32⋅10 -12 = 248,35⋅10 -12 (cm 3 )

Определим количество пор в одном наружном слое на 1 м2 бумаги:Determine the number of pores in one outer layer per 1 m 2 of paper:

2,256 см3:248,35⋅10-12 см3=9,1⋅109 (пор).2.256 cm 3 : 248.35 × 10 -12 cm 3 = 9.1 × 10 9 (pore).

Определим площадь одной поры:Define the area of one pore:

S'п=πr2=3,14⋅(3,9⋅10-4)2=3,14⋅15,2⋅10-8=47,76⋅10-8 (см2)S'n = πr 2 = 3.14⋅ (3.9⋅10 -4 ) 2 = 3.14⋅15.2⋅10 -8 = 47.76⋅10 -8 (cm 2 )

Площадь свободных пор в наружном слое 1 м2 бумаги составит:The area of free pores in the outer layer of 1 m 2 of paper will be:

ΣS см2=47,76⋅10-8⋅9,1⋅109=4346 см2 (0,4346 м2).ΣS cm 2 = 47.76⋅10 -8 ⋅9.1⋅10 9 = 4346 cm 2 (0.4346 m 2 ).

10. Расчет геометрического коэффициента «Г» фильтрующей способности сетки10. The calculation of the geometric coefficient "G" filtering ability of the grid

При сушке бумажного полотна на предлагаемом сушильном устройстве используются две металлические сетки в качестве носителей осушаемого бумажного полотна, находящегося между ними, которые выполняют и другую функцию: фильтрацию паров, испаряющихся из бумажного полотна.When drying the paper web on the proposed drying device, two metal nets are used as carriers of the drained paper web located between them, which also have another function: filtering the vapor evaporating from the paper web.

На предлагаемом сушильном устройстве скорость сушки бумажного листа зависит не только от пористости, толщины и свободной открытой площади наружной поверхности бумажного листа, но и от фильтрующей способности сетки.On the proposed drying device, the drying speed of the paper sheet depends not only on the porosity, thickness and free open area of the outer surface of the paper sheet, but also on the filtering ability of the mesh.

Количественное значение фильтрующей способности каждой сетки должно быть найдено экспериментальным путем, так как каждый номер сетки имеет свои и только свои характеристики.The quantitative value of the filtering ability of each grid should be found experimentally, since each grid number has its own and only its characteristics.

Мы предлагаем расчет фильтрующей способности сетки №26 со следующими характеристиками:We offer calculation of the filtering ability of mesh No. 26 with the following characteristics:

- по основе - количество нитей на 1 см2=26 (n0),- based - the number of threads per 1 cm 2 = 26 (n 0 ),

диаметр нитей = 0,23 мм (d0);thread diameter = 0.23 mm (d 0 );

- по утку - количество нитей на 1 см2=16 (ny),- for weft - the number of threads per 1 cm 2 = 16 (n y ),

- диаметр нитей = 0,25 мм (dy).- thread diameter = 0.25 mm (d y ).

Расчитываем по формуле:

Figure 00000010
гдеWe calculate by the formula:
Figure 00000010
Where

Г - геометрическая характеристика фильтрующей способности сетки,G is the geometric characteristic of the filtering ability of the grid,

Fжс - площадь живого сечения сетки (мм2). [11, с. 22]F W - the living area of the grid (mm 2 ). [11, p. 22]

Площадь живого сечения сетки вычисляем по формуле [11, с. 19]:The living cross-sectional area of the grid is calculated by the formula [11, p. 19]:

Figure 00000011
Figure 00000011

Тогда, геометрическая характеристика фильтрующей способности (коэффициент фильтрующей способности) сетки №26:Then, the geometric characteristic of the filtering ability (filtering coefficient) of mesh No. 26:

Figure 00000012
Figure 00000012

11. Расчет скорости улетучивания молекул влаги, испарившейся со свободной поверхности испарения при температуре 200°С11. Calculation of the rate of volatilization of moisture molecules evaporated from the free surface of evaporation at a temperature of 200 ° C

Известно, что молекулы пара при испарении жидкости свободно разлетаются над поверхностью. При хаотическом тепловом движении они движутся беспорядочно, сталкиваясь между собой. Каждое столкновение сообщает им импульсы силы.It is known that vapor molecules freely evaporate above the surface during liquid evaporation. With chaotic thermal motion, they move randomly, colliding with each other. Each collision gives them impulses of power.

Совокупность этих импульсов проявляется как давление.The combination of these impulses manifests itself as pressure.

Действующее давление можно выразить как уравнение кинематической теории газов:The current pressure can be expressed as the equation of the kinematic theory of gases:

P=1/3ρ⋅V2,гдеP = 1 / 3ρ⋅V 2 , where

Р - давление пара на линии насыщения при температуре 200°С (15,55 атм),P is the vapor pressure on the saturation line at a temperature of 200 ° C (15.55 atm),

ρ - плотность пара при температуре 200°С (7,86 кг/м3),ρ is the vapor density at a temperature of 200 ° C (7.86 kg / m 3 ),

V - среднее значение квадратичной скорости молекул (м/с).V is the average value of the quadratic velocity of the molecules (m / s).

[1, с. 184][1, p. 184]

Отсюда:

Figure 00000013
From here:
Figure 00000013

Давление Р=15,55 атм переведем в кг/м⋅с2:Pressure P = 15.55 atm translate in kg / m⋅s 2 :

1 мм рт.ст. = 1,33⋅102 кг/м⋅с2 (1, с. 471)1 mmHg = 1.33⋅10 2 kg / m⋅s 2 (1, p. 471)

1 атм = 760 мм рт.ст. = 760⋅1,33⋅102=101080 (кг/м⋅с2)1 atm = 760 mmHg = 760⋅1.33⋅10 2 = 101080 (kg / m⋅s 2 )

15,55⋅101080=1571794 (кг/м⋅с2)15.55⋅101080 = 1571794 (kg / m⋅s 2 )

Тогда:

Figure 00000014
Then:
Figure 00000014

Таким образом, скорость улетучивания молекул влаги со свободной поверхности равна 775 м/с.Thus, the rate of escape of moisture molecules from the free surface is 775 m / s.

12. Расчет кинематического коэффициента вязкости12. The calculation of the kinematic coefficient of viscosity

Из молекулярной физики известно, что при тепловом движении газовых молекул или атомов всегда возникает сопротивление, в результате которого движущиеся молекулы или атомы теряют свою скорость движения.From molecular physics it is known that with the thermal motion of gas molecules or atoms, resistance always arises, as a result of which moving molecules or atoms lose their speed of movement.

Таким сопротивлением при испарении жидкости является коэффициент кинематической вязкости, зависящий от вязкости и плотности пара при данной температуре испарения, который равен:Such resistance during liquid evaporation is the kinematic viscosity coefficient, which depends on the viscosity and density of the vapor at a given evaporation temperature, which is equal to:

Figure 00000015
где
Figure 00000015
Where

μ - вязкость пара на линии насыщения при температуре 200°С (0,0161 кг⋅с/м2)μ is the viscosity of the vapor in the saturation line at a temperature of 200 ° C (0.0161 kg⋅s / m 2 )

ρ - плотность пара при температуре 200°С (7,86 кг/м3)ρ - vapor density at a temperature of 200 ° C (7.86 kg / m 3 )

[4 с. 126, с. 822].[4 p. 126, p. 822].

Тогда

Figure 00000016
Then
Figure 00000016

Нам уже известна из расчетов скорость улетучивания молекул испарившейся влаги V=775 м/с, тогда скорость улетучивания с учетом других сопротивлений составит:We already know from the calculations the rate of volatilization of molecules of evaporated moisture V = 775 m / s, then the rate of volatilization, taking into account other resistances, will be:

V0=V⋅ν=775⋅0,002=1,55 (м/с).V 0 = V⋅ν = 775⋅0.002 = 1.55 (m / s).

Отсюда наглядно видно на сколько снижает коэффициент вязкости скорость улетучивания молекул при сушке бумажного полотна.From here it is clearly seen how much the viscosity coefficient decreases the rate of volatilization of the molecules during drying of the paper web.

Для испарения влаги с 1 м2 открытой поверхности при температуре испарения 200°С за 1 секунду по расчетам N=449,7⋅1023 молекул, что в переводе на объем пара Vп=0,1716 см3/с (см. расчет, л.).For evaporation of moisture from 1 m 2 of an open surface at an evaporation temperature of 200 ° C in 1 second, according to the calculations, N = 449.7⋅10 23 molecules, which in terms of the vapor volume V p = 0.1716 cm 3 / s (see calculation , l.).

При испарении влаги из пористого тела справедливо уравнение:With the evaporation of moisture from a porous body, the equation is true:

F⋅b=U⋅V, гдеF⋅b = U⋅V, where

F - площадь испарения за 1 с (м2/с),F is the evaporation area for 1 s (m 2 / s),

b - толщина пористого материала (м),b is the thickness of the porous material (m),

U - объем пор в 1 м2 площади (м3),U is the pore volume in 1 m 2 area (m 3 ),

V - объем испарившегося за 1 с пара (м3/с)V is the volume of vapor evaporated in 1 s (m 3 / s)

[4, с. 255].[4, p. 255].

При сушке бумажного полотна на предлагаемом устроойстве для расчета объема пара, испарившегося за 1 c с учетом скорости движения молекул пара через бумажные поры, диаметра пор и их кривизны, сопротивлений в бумажном полотне, сопротивления при фильтрации через сетку, общей площади пор и их толщины в объеме 1 м3 бумажного полотна, силы сопротивления при движении пара через поры, вышеуказанное уравнение можно представить в следующем виде:When drying a paper web on the proposed device to calculate the volume of steam vaporized in 1 s taking into account the speed of movement of steam molecules through the paper pores, pore diameter and their curvature, resistances in the paper web, filtering resistance through the mesh, total pore area and their thickness in the volume of 1 m 3 of the paper web, the resistance forces when steam moves through the pores, the above equation can be represented as follows:

Figure 00000017
где
Figure 00000017
Where

F - площадь осушаемой бумаги (1 м2),F is the area of the dried paper (1 m 2 ),

b - толщина бумаги (м),b - paper thickness (m),

V - скорость улетучивания молекул пара с открытой поверхности испарения при температуре 200°С (по расчетам 775 м/с),V is the rate of vaporization of vapor molecules from the open evaporation surface at a temperature of 200 ° C (according to calculations of 775 m / s),

ν - кинематический коэффициент вязкости пара при температуре 200°С (0.002 м2/с),ν is the kinematic coefficient of vapor viscosity at a temperature of 200 ° C (0.002 m 2 / s),

μ - вязкость пара при температуре 200°С 0,0161 кг⋅с/м2 [4, с. 821],μ is the viscosity of the vapor at a temperature of 200 ° C 0.0161 kg⋅s / m 2 [4, p. 821],

ρ - плотность пара при температуре 200°С 7,86 кг/м3 [4, с. 822],ρ is the vapor density at a temperature of 200 ° C of 7.86 kg / m 3 [4, p. 822],

Figure 00000018
- площадь пор в 1 м2 бумажного полотна (0,435 м2 - см. расчет, л.),
Figure 00000018
- pore area in 1 m 2 of paper web (0.435 m 2 - see calculation, l.),

Г - коэффициент фильтрующей способности сетки (0,296 - см. расчет, л),G - coefficient of the filtering ability of the grid (0.296 - see calculation, l),

b1 - толщина пор в объеме 1 м2 бумаги (49,64⋅10-6 м),b 1 - pore thickness in a volume of 1 m 2 of paper (49.64⋅10 -6 m),

VI - объем пара при улетучивании молекул с 1 м2 открытой поверхности за 1 с в пересчете на пар (0,1716 м3/с - см. расчет, л. 13),V I - the volume of vapor during the volatilization of molecules with 1 m 2 open surface for 1 s in terms of steam (0.1716 m 3 / s - see calculation, l. 13),

R - сила сопротивления при движении пара внутри бумажного полотна (Н или кг⋅с/м2).R is the resistance force when steam moves inside the paper web (N or kg⋅s / m 2 ).

13. Расчет силы сопротивления R при движении молекул влаги, испарившейся из наружной поверхности бумажного листа.13. Calculation of the resistance force R during the movement of moisture molecules evaporated from the outer surface of the paper sheet.

При испарении влаги из бумажного полотна на сушильном устройстве улетучивание молекул пара происходит из наружной поверхности, где молекулы испытывают сопротивление при движении их через многочисленные капиллярные поры и каналы переменного сечения и различной кривизны.When moisture is evaporated from a paper web on a drying device, vapor molecules escape from the outer surface, where the molecules experience resistance when they move through numerous capillary pores and channels of variable cross section and of different curvatures.

Независимо от режима давления и формы пор молекулы испаряющейся влаги при движении испытывают силы местного сопротивления, силы трения, разность давлений и плотность пара, вес массы молекул в порах и преодолевают силу свободного притяжения.Regardless of the pressure regime and pore shape, molecules of evaporating moisture during movement experience local resistance forces, friction forces, pressure difference and vapor density, the weight of the molecules in the pores and overcome the force of free attraction.

При таком движении сила сопротивления R может быть выражена в общем виде законом Ньютона:With this movement, the resistance force R can be expressed in general terms by Newton's law:

R=r⋅S⋅H⋅p⋅g [12, с. 45],R = r⋅S⋅H⋅p⋅g [12, p. 45],

где:Where:

R - сопротивление среды (Н),R is the resistance of the medium (N),

r - коэффициент местного сопротивления (0,4 м⋅с) [4, с. 158],r is the coefficient of local resistance (0.4 m⋅s) [4, p. 158],

S - площадь пор в наружном слое бумаги (0,435 м2),S is the pore area in the outer layer of paper (0.435 m 2 ),

Н - высота пор в наружном слое бумаги (определяется делением значения толщины бумаги на количество условных слоевN - pore height in the outer layer of paper (determined by dividing the value of the paper thickness by the number of conditional layers

Н=85⋅10-6:22=3,86⋅10-6 м,N = 85⋅10 -6 : 22 = 3.86⋅10 -6 m,

ρ - плотность пара при температуре испарения 200°С (7,86 кг/м3),ρ is the vapor density at an evaporation temperature of 200 ° C (7.86 kg / m 3 ),

g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2).g - acceleration of gravity (9.81 m / s 2 ).

Отсюда величина силы сопротивления составит:Hence the value of the resistance force will be:

R=0,4⋅0,435⋅3,86⋅10-6⋅7,86⋅9,81=51,8⋅10-6 (Н)R = 0.4⋅0.435⋅3.86⋅10 -6 ⋅7.86⋅9.81 = 51.8⋅10 -6 (N)

Из общего уравнения, приведенного на л. 17, определим объем пара, проходящего через толщину бумажного полотна площадью 1 м2 за 1 секунду, при испарении влаги на предлагаемом сушильном устройстве:From the general equation given on l. 17, we determine the volume of steam passing through the thickness of the paper web with an area of 1 m 2 for 1 second, with evaporation of moisture on the proposed drying device:

Figure 00000019
Figure 00000019

Таким образом, на предлагаемом сушильном устройстве, по расчетам, с 1 м2 бумажного полотна возможно испарить влаги и удалить ее в виде пара 0,033 м3 за 1 секунду.Thus, on the proposed drying device, it is estimated that it is possible to evaporate moisture from 1 m 2 of paper paper and remove it in the form of steam 0.033 m 3 in 1 second.

Переведем объем пара в массу воды:We translate the volume of steam into a mass of water:

1 кг воды = 0,1272 м3 пара (8, с. 111, таблица), тогда 0,033 м3 пара соответствует 0,26 кг воды.1 kg of water = 0.1272 m 3 steam (8, p. 111, table), then 0.033 m 3 steam corresponds to 0.26 kg of water.

14. Определим общую требуемую обогреваемую поверхность испарения.14. Determine the total required heated surface evaporation.

Из условий известно: необходимо испарить и вывести из 1 м2 бумажного полотна за 1 секунду 3,633 кг влаги. Для этого нам потребуется нагреваемой площади на сушильном устройстве:From the conditions it is known: it is necessary to evaporate and remove from the 1 m 2 paper web in 1 second 3.633 kg of moisture. To do this, we need a heated area on a drying device:

F=3,633: 0,26=14 (м2). или 0,462:0,033=14 м2F = 3.633: 0.26 = 14 (m 2 ). or 0.462: 0.033 = 14 m 2 / s

где: 0,462 м3/с (расчет. л. 12)where: 0.462 m 3 / s (calculation. l. 12)

ВЫВОДOUTPUT

На предлагаемом сушильном устройстве для сушки бумажного полотна массой 51 г/м2 с влажностью 50%, установленном на бумагоделательной машине, работающей со скоростью 2000 м/мин, возможно испарить 3,633 кг влаги и высушить бумагу до стандартной влажности (5%) на 14 м2 обогреваемой поверхности сушильного устройства за 1 секунду.On the proposed dryer for drying a paper web weighing 51 g / m 2 with a humidity of 50%, installed on a paper machine operating at a speed of 2000 m / min, it is possible to evaporate 3,633 kg of moisture and dry the paper to a standard humidity (5%) of 14 m 2 heated surfaces of the drying device in 1 second.

Рис. 1Fig. one

Сушильное устройство радиационной сушки бумаги на БДМ бесконтактным способом:Drying device for radiation drying of paper on PM using a non-contact method:

1 - сушильный цилиндр, нагревание излучающей поверхности которого производится изнутри цилиндра открытым газовым пламенем для передачи энергии осушаемому бумажному полотну;1 - a drying cylinder, the radiating surface of which is heated from the inside of the cylinder by an open gas flame to transfer energy to the drained paper web;

2 - конусный цилиндр для поддержания турбулентного огненного вихря газового пламени вдоль конусной поверхности сушильного цилиндра;2 - conical cylinder for maintaining a turbulent fire vortex of a gas flame along the conical surface of the drying cylinder;

3 - выхлопная труба для удаления отработанных газов изнутри сушильного цилиндра;3 - exhaust pipe to remove exhaust gases from the inside of the drying cylinder;

4 - стальные жароупорные панели, обогреваемые продуктами сгорания горючих газов, движущихся внутри панелей;4 - steel heat-resistant panels, heated by the products of combustion of combustible gases moving inside the panels;

5, 6 - сушильные металлические сетки, несущие осушаемое бумажное полотно в зоне радиационной сушки;5, 6 — drying metal grids carrying a drained paper web in the radiation drying zone;

7, 8 - металлические сетки, несущие влажное бумажное полотно после прессовой части буммашины к сушильному устройству;7, 8 - metal mesh, carrying a wet paper web after the press part of the paper machine to the drying device;

9, 10 - сетковедущие вакуумотсасывающие валики для удаления паровоздушной смеси из осушаемого бумажного полотна;9, 10 - mesh-leading vacuum-suction rollers to remove the vapor-air mixture from the drained paper web;

11 - вибрационные вращающиеся валики, снабженные продольными жесткими ребрами по длине валиков, способствующие ускоренному выводу паров испарившейся влаги из осушаемой бумаги;11 - vibrating rotating rollers equipped with longitudinal rigid ribs along the length of the rollers, contributing to the accelerated removal of vaporized moisture from the dried paper;

12 - подача горячего воздуха в зону вакуума отсасывающих валиков;12 - supply of hot air to the vacuum zone of the suction rollers;

13 - сетковедущие валики несущие сушильные сетки на сушильном устройстве;13 - net-driven rollers bearing drying nets on the drying device;

14 - приводной тяговый цилиндр, приводящий в движение сушильные сетки (5, 6) с осушаемым бумажным полотном;14 - drive traction cylinder, which drives the drying nets (5, 6) with a drained paper web;

15 - прижимной вал тягового цилиндра;15 - clamping shaft of the traction cylinder;

16 - кондиционная бумага;16 - conditioner paper;

17 - несущий цилиндр наката;17 - a carrying cylinder;

18 - тамбурный вал для намотки бумаги;18 - tambour shaft for winding paper;

19, 20 - воздушные спрыски;19, 20 - air showers;

21 - вакуум-пересасывающие валики;21 - vacuum-resorption rollers;

22 - колпак сушильного устройства;22 - a cap of a drying device;

23 - вытяжка паровоздушной смеси из-под колпака.23 - exhaust steam-air mixture from under the hood.

Рис. 2Fig. 2

Схема радиационной сушки бумаги на БДМ бесконтактным способомThe scheme of radiation drying paper on PM non-contact method

1 - сушильный цилиндр, обогреваемый открытым газовым пламенем;1 - drying cylinder, heated by an open gas flame;

2 - усеченный конусный цилиндр для концентрированного и равномерного распределения газового пламени, движущегося по спирали вдоль обогреваемой внутренней поверхности сушильного цилиндра;2 - a truncated conical cylinder for a concentrated and uniform distribution of a gas flame moving in a spiral along the heated inner surface of the drying cylinder;

3 - выхлопная труба для вывода отработанных газов из сушильного цилиндра;3 - exhaust pipe for exhaust gas from the drying cylinder;

4 - стальные жароупорные панели, обогреваемые продуктами сгорания горючих газов, движущихся внутри излучателей;4 - steel heat-resistant panels, heated by the combustion products of combustible gases moving inside the emitters;

5, 6 - сушильные металлические сетки, несущие бумажное полотно по сетковедущим вращающимся валикам вдоль излучающих поверхностей сушильного цилиндра и панелей;5, 6 — drying metal grids supporting a paper web along grid-guiding rotating rollers along the radiating surfaces of the drying cylinder and panels;

24, 25 - воздушно-реактивные установки, в которых для сжигания горючего топлива используется кислород воздуха, поступающий из окружающей среды от компрессорной станции:24, 25 - air-jet installations in which for the combustion of combustible fuel uses atmospheric oxygen from the environment from the compressor station:

А - подача воздуха под напором в реактивную установку,And - air supply under pressure to the jet installation,

К - подача горючих газов,K - the supply of combustible gases,

В - смесительная камера,B - mixing chamber,

С - свеча зажигания,C is the spark plug

Ф - форсунка,F - nozzle,

Е - реактивное сопло,E - jet nozzle,

Р - решетка.P is the lattice.

26, 27 - газовые теплообменники;26, 27 - gas heat exchangers;

28 - эжектор для подачи отработанных газов в центриклинер,28 - ejector for supplying exhaust gas to the centricliner,

29 - центриклинер для отделения песчаной пыли от воздушной массы,29 - centricliner for separating sand dust from the air mass,

30 - питатель с песком,30 - sand feeder,

31 - фильтр для очистки отработанных газов,31 - filter for cleaning exhaust gases,

32 - выхлопная труба.32 - exhaust pipe.

ЛитератураLiterature

1. Поль Р.В. Механика, акустика и учение о теплоте. - М.; Наука, 1971.1. Paul R.V. Mechanics, acoustics and the theory of heat. - M .; Science, 1971.

2. Иванов С.Н. Технология бумаги. - М.; Гослесбум, 1960.2. Ivanov S.N. Paper technology. - M .; Goslesbum, 1960.

3. Шухман Ф.Г. Бумагоделательные машины. - М.; Гослесбумиздат, 1957.3. Shukhman F.G. Paper machines. - M .; Goslesbumizdat, 1957.

4. Инфракрасное излучение. // Наука и жизнь, 1985. - №7. - с. 97.4. Infrared radiation. // Science and life, 1985. - No. 7. - from. 97.

5. Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - М.; Химия, 1968.5. Planovsky A.N., Ramm V.M., Kagan S.Z. Processes and devices of chemical technology. - M .; Chemistry, 1968.

6. Политехнический словарь. - М.; 1976. - с. 358.6. Polytechnical dictionary. - M .; 1976. - p. 358.

7. В огненном вихре. // Наука и жизнь, 1972. - №10, - с. 37.7. In a fiery whirlwind. // Science and life, 1972. - No. 10, - p. 37.

8. Фляте Д.М. Свойства бумаги. - М.; Лесная промышленность, 1976.8. Flate D.M. Paper properties. - M .; Timber industry, 1976.

9. Синявский Ю.В. Сборник задач по курсу Теплотехника. - СПб.; ГИОРД, 2010.9. Sinyavsky Yu.V. Collection of tasks on the course Heat Engineering. - SPb .; GIORD, 2010.

10. Немченко К.Э. Физика в схемах и таблицах. - М.; 2012.10. Nemchenko K.E. Physics in diagrams and tables. - M .; 2012.

11. Шухман Ф.Г. Сетки бумагоделательных машин. - М.; Лесная промышленность, 1988.11. Shukhman F.G. Grids of paper machines. - M .; Timber industry, 1988.

12. Трофимова Т.И. Курс физики. Классический учебник. - М.; 2010. - с. 45.12. Trofimova T.I. Physics course. The classic textbook. - M .; 2010. - p. 45.

13. Современные машины для выработки газетной бумаги И.Б.Т.И. 1958 г. Москва.13. Modern machines for the production of newsprint IBT.I. 1958 Moscow.

Claims (1)

Компактное сушильное устройство для сушки санитарно-гигиенических видов бумаги 50% влажности на бумагоделательной машине, содержащее жароупорный чугунный цилиндр и стальные панели, нагревание излучающих поверхностей которых производится открытым газовым пламенем или продуктами сгорания газов, движущихся внутри излучателей, отличающееся тем, что с целью снижения энергоемкости, металлоемкости сушильной части, эксплуатационных издержек и повышения скорости сушки бумаги, структурирование и сушка бумажного полотна, размещенного между двух металлических сеток, прокатываемых по вращающимся валикам при помощи тягового усилия приводного барабана, осуществляется бесконтактным способом при помощи энергии, излучаемой инфракрасными лучами длиной волн 8-10 мкм, при помощи которых можно передать осушаемой бумаге большие количества тепла и достигнуть скорости испарения влаги, во много раз превышающей скорости испарения при других способах сушки; исключительной особенностью повышения скорости сушки бумаги на сушильном устройстве является то, что скорость улетучивания молекул равна или может быть больше скорости испарения влаги за счет регулирования глубины вакуума на отсасывающих сетковедущих валиках во время сушки бумаги и возрастания скорости продвижения молекул пара из глубины бумажного полотна за счет подачи горячего воздуха избыточного давления в зону вакуума для перевода молекул испарившейся влаги летящими атомами горячего воздуха из хаотического в направленное движение, а также за счет механических колебаний движущейся сетки с бумажным полотном при помощи вибрационных валиков для увеличения количества испаряемых молекул пара с поверхности полотна бумаги за единицу времени, выброс которых производится вытяжной вентиляцией из-под колпака.A compact drying device for drying sanitary-hygienic types of paper 50% humidity on a paper machine, containing a heat-resistant cast iron cylinder and steel panels, the heating of the emitting surfaces of which is carried out by an open gas flame or by the combustion products of gases moving inside the emitters, characterized in that in order to reduce energy consumption , metal consumption of the drying part, operating costs and increase the speed of drying paper, structuring and drying of the paper web, placed between the lump of metal nets rolled on rotating rollers with the pulling force of the drive drum is carried out in a non-contact way using the energy emitted by infrared rays with a wavelength of 8-10 microns, with which it is possible to transfer large amounts of heat to the dried paper and achieve a moisture evaporation rate of many times the evaporation rate with other drying methods; An exceptional feature of increasing the speed of drying paper on a drying device is that the rate of evaporation of the molecules is equal to or may be greater than the rate of evaporation of moisture by adjusting the depth of vacuum on the suction net guiding rollers during drying of the paper and increasing the rate of advancement of steam molecules from the depth of the paper web by feeding overpressure hot air into the vacuum zone to transfer molecules of evaporated moisture by flying atoms of hot air from chaotic to directed motion as well as due to mechanical vibrations of a moving mesh with a paper web using vibrating rollers to increase the number of vaporized molecules of steam from the surface of the paper web per unit time, the emission of which is carried out by exhaust ventilation from under the hood.
RU2018116786A 2018-05-04 2018-05-04 HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY RU2705504C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116786A RU2705504C2 (en) 2018-05-04 2018-05-04 HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018116786A RU2705504C2 (en) 2018-05-04 2018-05-04 HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018116786A3 RU2018116786A3 (en) 2019-11-05
RU2018116786A RU2018116786A (en) 2019-11-05
RU2705504C2 true RU2705504C2 (en) 2019-11-07

Family

ID=68500241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018116786A RU2705504C2 (en) 2018-05-04 2018-05-04 HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2705504C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3694926A (en) * 1969-07-07 1972-10-03 Dominion Eng Works Ltd Sonic drying of webs
RU2335588C2 (en) * 2002-01-29 2008-10-10 Метсо Пейпер, Инк. Device for fiber fabric treatment with or without covering and operation principle
RU2639108C2 (en) * 2012-09-28 2017-12-19 Папирфабрик Аугуст Кёлер Се Drying section, way of drying web from fibre material and machine with drying section

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3694926A (en) * 1969-07-07 1972-10-03 Dominion Eng Works Ltd Sonic drying of webs
RU2335588C2 (en) * 2002-01-29 2008-10-10 Метсо Пейпер, Инк. Device for fiber fabric treatment with or without covering and operation principle
RU2639108C2 (en) * 2012-09-28 2017-12-19 Папирфабрик Аугуст Кёлер Се Drying section, way of drying web from fibre material and machine with drying section

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018116786A3 (en) 2019-11-05
RU2018116786A (en) 2019-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1143025C (en) Process for removing water from fibrous web using oscillatory flow-reversing impingement gas
US6613195B2 (en) Method for conditioning paper and paperboard webs
RU2705504C2 (en) HOUSEHOLD PURPOSE PAPER DRYING DEVICE WITH WEIGHT FROM 10 TO 40 g/m2, AS WELL AS NEWSPRINT WEIGHT 51 g/m2, ON A PAPER MAKING MACHINE AT A SPEED OF 2,000 m/min AND HIGHER BY A CONTACTLESS METHOD USING INFRARED ENERGY
US5619806A (en) Drying of fiber webs
DK158532B (en) TREATMENT DEVICE WORKING WITH FLUID BED AND RENT PLATE
Fogler et al. Spray drying
CN106968121A (en) Method for manufacturing fiber material web
US3720253A (en) Egg white spray drying apparatus and method
US2591188A (en) Apparatus for recovering the inorganic content of concentrated waste liquor
CN106498519A (en) A kind of carbon fibre precursor spinning compacting by drying device
FI78383B (en) FOERFARANDE FOER BEHANDLING AV PARTIKELFORMIGT MATERIAL.
US3549336A (en) Agglomerating pulverulent material by contacting with a film of jetted liquid
CN209493342U (en) A kind of flue gas distributor
CN210415887U (en) Humidifying device for pre-impregnated paper
RU186246U1 (en) EVAPORATOR
CN204298620U (en) Steam box
Tojiyev et al. Drying fine materials in the contact device
CN101371951A (en) Rotary type atomizing sprayer
Ramesh et al. Mathematical modeling of drying of black liquor droplets in recovery boilers
US1578298A (en) Process of and apparatus for drying fabric webs
CN106110692B (en) A kind of drier with sprayer unit
CN106178561B (en) A kind of dry materials device
Muralidhara et al. Acoustic dewatering and drying: state of the art review
CN116147008A (en) Passive flue gas recovery hydrothermal device and working method thereof
CN106039743A (en) Cyclone dryer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200505