УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ИСПАРЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ИСПАРЕНИЯ РАСТВОРИТЕЛЕЙ ("ПСИХРО-ЭВАПОРОМЕТР") Российский патент 2005 года по МПК G01N25/62 

Изобретение относится к сушильной технике и предназначено для измерения скорости испарения и температуры испарения растворителей в широком диапазоне изменения температур и скоростей различных обдувающих сушильных агентов в процессах конвективной сушки.

Абсолютная скорость испарения (например, в кг/м²·^{с), а также легко вычисляемая отсюда относительная скорость испарения растворителей (относительная летучесть), является одной из основных технологических характеристик растворителей, применяемых во многих производствах, например, лакокрасочных и клеевых материалов, покрытий различного назначения, носителей информации, полимерных композиций (см. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов. - Л.: Химия, 1986. - с.208; Archer W.E. Industrial Solvents Handbook, New York: Dekker, 1996. - 328 p.; Коновалов В.И., Коваль А.М. Пропиточно-сушильное и клеепромазочное оборудование. - М.: Химия, 1989. - 224 с.).}

Для более полной характеристики процесса и для расчета времени сушки необходимо также знать движущую силу процесса, так называемый температурный потенциал сушки (см. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, с.623), который представляет собой разность между температурой обдувающего сушильного агента (температурой сухого термометра) и температурой увлажненной поверхности испарения (при воздушной сушке - т.н. температурой мокрого термометра). Измерение температуры мокрого термометра широко используется в технике психрометрии (см., напр. Воронец Д., Козич Д. Влажный воздух. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.79). Однако существующие психрометры предназначены для работы в среде воздуха, в то время как для сушки материалов от органических растворителей применяются и являются весьма перспективными также безкислородные или малокислородные сушильные агенты: перегретый водяной пар, инертные газы (углекислый газ, азот), продукты сгорания топлив (см. Коновалов В.И., Коваль А.М. Пропиточно-сушильное и клеепромазочное оборудование. - М.: Химия, 1989, с.96, 141, 166, 195). Скорость испарения в психрометрах не измеряется.

Известны устройства для измерения относительной скорости испарения растворителей, чаще всего по сравнению со скоростью испарения бутилацетата, например, эвапорометр фирмы “Шеврон” (Chevron Research Company, USA) (см., Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов. - Л.: Химия, 1986. - С.99; Archer W.E. Industrial Solvents Handbook, New York: Dekker, 1996. - P.121). Недостатком таких устройств является проведение измерений в стандартных условиях, например, определяется время испарения 90% навески 1 г растворителя при температуре около 25° С и при скорости обдувающего воздуха около 0,15 м/с (см. Saary Z., Goff P.L. "New Instrument to Measure Solvent Evaporation" in Journal of Paint Technology, 1975, Vol.45, No.583, p.45-55). В промышленных же режимах сушки температуры и скорости сушильных агентов изменяются в широких диапазонах. Кроме того, измерения производятся в неустановившемся режиме сушки, что снижает их точность и может приводить к несопоставимости результатов для разных растворителей.

Технические решения, позволяющие одновременно измерять температуру увлажненной поверхности испарения и скорость испарения растворителя, не известны.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в следующем:

1) одновременное измерение температуры увлажненной поверхности испарения (мокрого термометра) и скорости испарения растворителей;

2) возможность работы в среде различных сушильных агентов: воздух, перегретый водяной пар, инертные газы (углекислый газ, азот), топочные газы;

3) широкий диапазон температур и скоростей обдувающего сушильного агента;

4) обеспечение надежности благодаря измерениям в установившемся режиме;

5) обеспечение сопоставимости результатов с любыми вариантами как эвапорометров, так и психрометров различных фирм-производителей благодаря результатам по пп.1, 3 и 4.

Поставленный технический результат достигается в предлагаемом устройстве (см. чертеж), включающем систему измерения и регистрации количества испаряющихся растворителей в единицу времени (скорости испарения) и систему измерения температуры увлажненной поверхности испарения (температуры мокрого термометра).

Устройство содержит сухой (1) и мокрый (2) термометры, установленные в трубках (3), нижние концы которых заглублены в термостат (4) с подаваемым в него сушильным агентом, микровентилятор с регулируемым числом оборотов (5) для просасывания сушильного агента, представляющего собой парогазовую смесь, через трубки термометров (3), внешний напорный резервуар для подачи исследуемого растворителя (6) на поверхность испарения. Элементы (2)-(6) образуют систему измерения температуры увлажненной поверхности испарения растворителя и подвешены на весоизмерительном устройстве (7), которое в совокупности с резервуаром для растворителя (6) и с образцом увлажненного материала (8), образуют также систему измерения количества испаряющегося растворителя во времени. Для исключения подсосов внешнего воздуха в устройстве используется микровентилятор с регулируемым числом оборотов (9), причем его производительность поддерживается несколько меньшей, чем количество подаваемого в термостат сушильного агента. Для подготовки сушильного агента с заданной температурой и влагосодержанием на входе в термостат может быть установлен осушитель или брызгоуловитель (10), а внутри - увлажнители сушильного агента (11). Кроме того, в устройстве установлены термопары (12) с возможностью подключения к вторичному измерительному прибору или компьютеру для регистрации результатов измерений.

Устройство работает следующим образом. Осушенный (или увлажненный в зависимости от вида сушильного агента и исследуемого технологического режима) сушильный агент с заданной температурой просасывается из термостатированной камеры микровентилятором через трубки с сухим и мокрым термометрами.

Подача сушильного агента на подготовку в термостат осуществляется с небольшим избытком по сравнению с количеством отсасываемого воздуха.

В устройстве предусмотрены сменные системы подготовки различных сушильных агентов. Воздух подается непосредственно из помещения и подвергается осушке, увлажнению и термостатированию, как показано на чертеже (см. а). При использовании водяного пара применяется, например, парогенератор-кипятильник; тогда детали психрометра, соприкасающиеся с паром, обогреваются во избежание конденсации в них пара. Осушитель при этом служит для улавливания брызг. При использовании инертных газов их подача осуществляется, например, из баллона, при использовании топочных газов - из миниатюрного газогенератора (например, с газовой или керосиновой горелкой). Осушитель в этих случаях не используется.

Чувствительный элемент мокрого термометра обернут материалом (фильтровальной бумагой с известной площадью поверхности), который смачивается растворителем, непрерывно подаваемым из внешнего напорного резервуара (в отличие от обычных психрометров с внутренним резервуаром для воды, не позволяющим фиксировать поверхность испарения). В резервуар заливается определенное количество растворителя, необходимое для достаточной продолжительности стационарного режима испарения. Применяется крайнее нижнее размещение резервуара во избежание избыточного напора растворителя. Для полного увлажнения всей фиксированной поверхности смачиваемого материала, но без избытка жидкости, который может приводить к образованию капель, растворитель из резервуара подается по капиллярной трубке, заполненной при необходимости фитилем. Проверка осуществляется предварительно визуально.

Число оборотов микровентилятора обеспечивает задаваемую скорость сушильного агента в трубках, которая предварительно тарируется по термоанемометру. Одновременно снимаются показания весоизмерительной системы, а также показания сухого и мокрого термометров. Скорость испарения растворителей рассчитывается как измеренное количество испаряющегося растворителя (например, кг) в единицу времени (с), отнесенное к известной площади поверхности испарения (м²); температура испарения растворителей определяется показаниями мокрого термометра. Кроме того, рассчитывается температурный потенциал сушки по разности показаний сухого и мокрого термометров.

Предлагаемое устройство позволяет одновременно измерять основные параметры конвективной сушки: температуру и скорость испарения различных растворителей в широком диапазоне изменения температур и скоростей разнообразных сушильных агентов с различным начальным влагосодержанием.

Использование: в сушильной технике. Сущность изобретения: устройство содержит систему измерения веса (скорости испарения) испаряющихся растворителей, систему измерения температуры мокрого термометра при испарении, термостатированную емкость с микровентилятором, осушителем и увлажнителем сушильного агента. Технический результат: одновременное измерение основных параметров конвективной сушки в широком диапазоне изменения температур и скоростей разнообразных обдувающих сушильных агентов с различным начальным влагосодержанием. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для измерения скорости испарения и температуры испарения растворителей (“психро-эвапорометр”), включающее систему измерения количества испаряющихся растворителей в единицу времени и систему измерения температуры увлажненной поверхности испарения (мокрого термометра), отличающееся тем, что сухой и мокрый термометры вместе с внешним напорным резервуаром, из которого исследуемый растворитель в процессе измерения непрерывно подводится к смоченной поверхности испарения, подвешены на весоизмерительном устройстве.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит микровентилятор с регулируемым числом оборотов, расположенный на весоизмерительном устройстве и непрерывно просасывающий в процессе измерения сушильный агент, омывающий сухой и мокрый термометры.3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что содержит термостат для подготовки омывающего сухой и мокрый термометры сушильного агента с заданной температурой и влагосодержанием, микровентилятор с регулируемым числом оборотов или другой паро-газогенератор для подачи сушильного агента в количестве, обеспечивающем отсутствие подсосов внешнего воздуха в сушильный агент, омывающий термометры, а также при необходимости осушители сушильного агента на входе в термостат и увлажнители сушильного агента внутри термостата.4. Устройство по пп.1, 2 и 3, отличающееся тем, что содержит сменные системы подготовки различных сушильных агентов, включающие воздух, перегретый водяной пар, инертные газы (например, углекислый газ, азот), топочные газы.