消失模模样的冷冻干燥技术.ppt
1,消失模模样的冷冻干燥技术,2,内容,消失模模样干燥的现状模样干燥机理冷冻除湿干燥技术应用实例结束语,3,一、消失模模样干燥的现状 消失模铸造主要采用水基涂料，模样涂挂涂料后必须充分干燥才能浇注。干燥模样是一个耗能耗时的过程。常用的方法是建立干燥室（房），采用烘干干燥的方法，如燃料燃烧、电发热、管道加热、热风等，目的都是加热模样周围空气介质，使干燥室的温度保持在不高于50,使模样的水分得以挥发，最后将热湿空气作为废气排出干燥室。但这些干燥方法存在的缺点较多。,4,烘干的方法能源利用率低，为使模样充分干燥必须通风换气，热能值极高的大量热湿气体作为废气排入大气，能量没有被充分利用。由于消失模模样的软化温度在80左右，所以一般只能采用低温烘干，干燥效率不高。模样干燥时形成不利的温度梯度，通常水分迁移的方向是按照从高温向低温方向进行的，在干燥前期模样的心部总是聚集了大量的水分，厚大件需要较长时间干燥才能除尽水分，延长了干燥时间。,5,必须建立行之有效的温控系统，否则低温达不到干燥的目的，高温很容易让白模变形萎缩。易燃品泡沫塑料与加热器的高温构成了严重的火灾隐患，所以干燥室或热源必须进行特殊防火安全处理。为减少热量的损失，干燥室通常设置密封隔热防火层，增加建造成本。工作人员必须在高温高湿的环境下进行操作，工作环境恶劣。设备复杂，加大了投资和维护成本。,6,二、模样干燥机理1.模样的干燥实现的两个条件水分在模样表面的蒸气分压必须高过干燥介质空气中的蒸气分压，模样表面水分才能蒸发。水的饱和蒸汽压随温度的增加而增大，一定的空气介质温度有利于模样表面水分的蒸发。,7,2.影响模样的干燥速度的因素模样表面水分的汽化速度。蒸发量可用下式表示：式中 蒸发出的水量 模样蒸发表面积 饱和水蒸气压 空气中水蒸汽压 蒸发时当地大气压 蒸发时水随空气速度的蒸发系数,8,模样表面积F和大气压Pm是固定的，所以在模样干燥过程中适当的温度（可以保证P1）、降低空气中的湿度即降低水蒸汽压P2或增加空气的流动速度C，均可加快模样的干燥。水分由模样内部向表面扩散的速度。,9,式中 水分扩散密度 绝对干燥材料的容积重量 湿度和温度不同变化的等温系数 热湿度传导系数 湿度梯度 温度梯度t前面的正负号：当湿度梯度与温度梯度方向一致时取正值，相反时取负值。在烘干干燥过程中温度梯度和湿度梯度作用相反，因此增加湿度梯度或降低温度梯度均利于烘干干燥的进行。,10,3.相对湿度对干燥的影响 相对湿度是指某一温度下，空气中水蒸汽的饱和程度。公式表示如下：式中 空气的相对湿度 饱和水蒸气压 空气中水蒸汽压,11,空气的相对湿度与温度、水蒸汽压和大气压有关。相对湿度越低，越有利于干燥的进行，当 100%时模样的干燥将停止。实际生产中，常采用烘干干燥技术。温度只能保证饱和水蒸气压P1有较大值，随着干燥的进行，干燥室的相对湿度逐步升高接近100%，即P2接近P1时，干燥速度将显著下降。常用的办法是对干燥室进行通风换气以,12,降低干燥室的湿度亦即P2，使干燥过程得以继续进行。由于水的汽化热值很高，水蒸气携带的最主要热量被作为废气排出到室外，能源浪费很大。冷冻除湿的方法，能始终使空气的相对湿度 保持在相对较低值，也就是降低空气中的水蒸汽压P2，模样干燥得以顺利进行。,13,三、冷冻除湿干燥技术1.冷冻式除湿机工作原理 现代科技的发展使冷冻式除湿机技术已比较成熟，机械一般由制冷系统、送风系统、自动控制器等组成（见图1），其除湿工作原理如下。,14,1.压缩机 2.蒸发器 3.过滤器 4.膨胀阀 5.通风机 6.冷凝器图1 普通型除湿机原理图Fig.1 Schematic general dehumidifier,15,制冷系统（内循环）：由压缩机1压缩出来的高温高压制冷剂气体进入冷凝器6，将热量传给冷干空气后，冷凝成低温高压液体，经膨胀阀4节流后变成低温低压的液体进入蒸发器2，汽化后吸收通过蒸发器的高湿空气中的热量，变成低温低压气体，被吸入压缩机1进行压缩，如此往复循环。送风系统（外循环）：湿空气被通风机5从过滤器3吸入后，在蒸发器2被冷却到露点温度以下，析出凝,16,结水，绝对含湿量下降，再进入冷凝器6，吸收制冷剂的热量而升温，相对湿度降低，变为干热空气，由通风机5送入干燥室。消失模模样干燥，采用普通型除湿机工作原理是：由通风机将潮湿空气吸入机内，蒸发器将水蒸气凝结成水，系统将水排出室外，冷凝器把冷干空气加热，生产出干燥热空气排入室内，加热因模样水分蒸发而降温的空气，如此循环使室内湿度降低，,17,潮湿空间逐步达到干爽的效果。同时，模样表面的水分不断蒸发，模样内部水分不断向表面扩散，逐步完成模样的干燥。干燥前期模样水分大量蒸发，室温会略有降低，后期室温会略有升高，总体相对稳定。,18,2.用冷冻式除湿机干燥模样的优点节约能源。干燥室中空气会因模样水分蒸发而失去大量热量。水蒸气在通过除湿机蒸发器时被凝冷成水，所携带的热量以液化热（等于模样水分蒸发汽化热）的形式释放出来，加热冷空气后经过通风机返回干燥室。因此理想条件下（如完全密闭等）在“水（模样）水蒸气（空气）水（室外）”的循环过程中，除机器的消耗外，能量无额外的损耗。,19,实现常温工作。由于除湿机的工作可以使干燥室的相对湿度保持在较低值，即便适当降低饱和水蒸汽压P1值也就是降低干燥室工作温度到常温，模样的干燥过程仍可正常进行，以获得工作人员避免在高温高湿恶劣环境中工作的条件。常温的条件还可以使干燥室不必做特殊隔热防火层处理。,20,加快模样水分扩散速度，减少厚大件干燥时间。一方面由于干燥室和模样表面的湿度下降，湿度梯度必然增加；另一方面模样表面水分的蒸发使模样表面温度略微降低，温度梯度总为正值或较小的负值。现代冷冻式除湿机技术成功实现24 h无人自动控制。一种获国家专利的技术方法是采用冷冻除湿机的方法，通过控制降低干燥室的相对湿度，同时辅以简单的加热装置来实现常温下模样的干燥过程。,21,四、应用实例 2008年某公司拟利用一间约150 m3旧厂房改造成消失模模样干燥室，预计年产1000 t消失模铸件。当时形成两种设计方案。一种是采用传统烘干干燥方式。方案如下：电发热管102 kW，换气扇20.37 kW，自动温控系统一套，照明灯20.1 kW，房间四壁和顶做泡沫塑料隔热层和石棉布防火层，并密封装修。总功率约21 kW，投资约1.7 万元。干燥室控制温度4550，相对湿度55。,22,另一种是普通型除湿机辅以红外灯加热干燥方式。方案如下：除湿机12.82 kW，红外线灯（浴霸灯兼照明用）40.25 kW，房间做简易密封装修。总功率约4 kW，投资约0.75 万元。干燥室控制温度2030，除湿机设定相对湿度30。理论计算，相对方案一可节电80%。该公司采用了方案二，经过两年生产运行，完全满足年产1000 t铸件的要求。图2是该公司实施的方案示意图。,23,1.墙壁 2.浴霸灯 3.温度湿度计 4.天花板 5.除湿机排水管 6.除湿机 7.干燥中的模样 8.模样支撑架 9.自闭门图2 白模干燥房Fig.1 Mold drying room,24,该干燥室正常工作情况是：除湿机24 h采用连续除湿模式运行,当室内相对湿度30除湿机自动关闭，30%自动运行。红外线灯由人工在白天上班时掌握控制，室温20 开启，30 或下班时关闭。正常生产时图1中通风机5出风口温度40，红外线灯通常只在工作人员进入室内需要照明时使用。由于除湿机除湿量大、干燥速度快，干燥效果明显，20 kg左右的铸件模样，涂挂第一遍涂料的模样次日可涂挂第二遍涂料，再次干燥后，第三天即可造型。,25,图3是该公司选用的是型号为CFZ-7S的工业除湿机，其主要性能参数是：除湿量为168升水/天，电源为380 V、50 HZ，额定输入功率为2.82 kW，循环风量为2000 m3/h，控制方式为全湿度显示，微电脑自动控制除湿，自动化霜。由于其有较大的循环风量，选择合理的安放位置或稍加改造出风口，即可在干燥室内获得流动的空气以加速干燥过程。,26,图3 CFZ-7S的工业除湿机Fig.3 CFZ-7S industrial dehumidifier,27,五、结束语干燥模样的能耗是消失模铸造能耗的重要部分。在某一地域影响模样干燥的因素主要取决于干燥室的湿度、温度和干燥室内空气对流的速度。相对较低的湿度和适当的温度以及室内快的风速有利于模样的干燥。适用于中小铸造车间的干燥室采用冷冻除湿技术，实现了大部分能源的循环再利用，大大降低了能源消耗。干燥室常温低湿的工作环境极大改善了操作,28,者的工作条件。干燥室还具备投资少、自动控制、维修简单和生产安全等优点。冷冻除湿机体积小，移动安装灵活方便，既可以单独使用，也可与其他干燥设备组合使用，既适合新建车间的选用，也能用作老车间节能、改善工作环境等的技改设备。冷冻除湿干燥技术，作为一种先进成熟的工艺技术，铸造行业几乎未见应用，将是一种很有潜力的技术方法，对于原砂、铸型和型芯等的干燥也可以考虑应用该技术，或许是新的应用方向和低碳生产的一种思路。,
