Применение СВЧ-технологий

Были проведены эксперименты, которые проходили в несколько этапов обработки смеси из каучука со стеариновой кислотой. Использовался смеситель типа Z, смешивание происходило при температуре больше 150 градусов по Цельсию. После чего происходила обработка с помощью валов. Эксперименты позволили выяснить, что девулканизация в наибольшей степени достижима при использовании валкового оборудования, а обработка на смесителе типа Z затрачивает больше всего энергии.

После проведения эксперимента смесь подвергали ацетоно-хлороформенной эктракции, чтобы определить степень девулканизации. Результаты можно увидеть в Таблице 2.

Таблица 2 Результаты эксперимента

Из вышеописанного пункта главы можно сделать вывод о том, что данный процесс отличается применением минимального количества химических компонентов, энергоэффективностью и малогабаритностью. Кроме того, подобная технология благотворно сказывается на экологии и экономической составляющей производства.

3. Экспериментальная оценка возможностей микроволнового нагрева для переработки резиновой крошки

3.1 Описание эксперимента

В лаборатории было проведено исследование, которое позволило оценить возможности нагрева резиновой крошки с помощью СВЧ излучения. Целью проведения данного экспериментального исследования являлась предварительная оценка эффективности применения нагрева СВЧ излучением для вторичного использования резиновой крошки, которая получается в результате переработки утилизированных автомобильных шин. Основным критерием достижения цели исследования была выбрана температура материала 170°С, которая получена с помощью микроволнового воздействия.

Для проведения исследования была выбрана резиновая крошки фракции от 2 до 4 мм. Было использовано СВЧ устройство камерного типа с поворотным столом, который располагается на дне камеры. Непрерывная мощность генератора СВЧ излучения составила 600 Вт. Температура измерялась термопарным цифровым термометром в составе комбинированного измерительного прибора MASTECH MY-64, который обладает дискретностью отсчёта при измерении температур в данном диапазоне +/- 1°С. Масса образца, который подвергся испытаниям, измерялась цифровыми весами с дискретностью отсчёта в данном диапазоне масс 1 грамм.

После того, как была проведена предварительная проработка, был определён диапазон пределов продолжительности и мощности излучения типа СВЧ. Был выбран режим, который наиболее полно отвечает решению поставленной задачи: 100% мощность генератора и период воздействия на образец 15 секунд. Данный режим был выбран потому, что он обеспечивает наивысший темп нагрева, который необходим для того, чтобы быстрее достигнуть заданной как цель температуры 170°С, и для того, чтобы оценить потребовавшиеся на это затраты энергии. Более того, данный период воздействия позволяет наиболее точно контролировать температуру материала в перерывах между циклами нагрева.

Резиновая крошка массой 115 г была помещена в тонкостенный лабораторный стакан, который весит 95 г. Начальная температура этой системы была 17°С.

После этого стакан с резиновой крошкой был установлен в микроволновой камере так, чтобы достичь максимальной равномерности распределения температуры внутри образца. Данный стакан с резиновой крошкой был помещён в середину поворотного стола, потому что, исходя из особенностей распределения микроволновой энергии внутри камеры -- это целесообразно. Для того, чтобы нивелировать потери тепла через дно стакана и через его верхнюю часть, стакан был отделён от поворотного стола пористой радиопрозрачной подкладкой и накрыт тонкой фторопластовой пластиной.

Итак, в ходе эксперимента образец резиновой крошки изучался периодически через каждые 15 секунд при стопроцентной мощности генератора. Через этот же промежуток времени было проведено измерение температуры образца с помощью датчика, помещённого в центр исследуемого материала в геометрическом смысле. В Таблице 3 представлены результаты измерений:

Таблица 3 Результаты эксперимента

Если данные, представленные в таблице перевести в более удобный для глаза графический вид, то можно получить следующую картину, которая представлена на Рис. 3.1.

Рис. 3.1 Зависимость роста температуры резиновой крошки от времени воздействия на неё микроволнового излучения.

Если проанализировать полученные экспериментальные данные, то можно увидеть почти линейную зависимость роста температуры резиновой крошки от времени воздействия на неё микроволнового излучения от 17°С до 175°С. После этого отрезка наблюдаем резкий скачок температуры материала до 260°С, который сопровождался выделением дыма и запаха горелой резины. На этом моменте нагрев был прекращён.

После того, как материал обработали микроволновым излучением, его пересыпали из лабораторного стакана в керамическую чашу. Оказалось, что в геометрическом центре материала образовался шар из спёкшейся между собой резиновой крошки.

В ходе исследования было сделано несколько весомых выводов. Подтверждена возможность использования энергии СВЧ излучения при нагреве резиновой крошки для вторичного её использования. Кроме того, такая технология нагрева материала обладает повышенной энергоэффективностью по сравнению с традиционной технологией нагрева при изготовлении резиновой плитки. Данный метод имеет перспективы для прикладного применения в промышленности, так как темп нагрева исследуемого образца был высок. Кроме того, свойство микроволнового излучения нагревать «изнутри» позволяет создавать равномерную карту температур материала в разрезе. Это благоприятно скажется на качестве выпускаемой продукции. Тот факт, что данная технология энергоэффективная по сравнению с традиционной, даёт ей шанс занять место самой дешёвой технологии изготовления резиновой плитки в смысле себестоимости продукции. Это позволит вывести данную сферу промышленности на новый уровень экологичности, эффективности в плане энергии и конечной цены получаемого материала.

Заключение

В современном мире технология СВЧ используется во многих областях промышленности: при сушке материалов, при дезинфекции медицинских отходов, при получении инновационных строительных материалов и т.п. Часто используются СВЧ устройства конвейерного и периодического типа. Явные преимущества использования технологии СВЧ в производстве: равномерное нагревание по всему объёму, экономическая эффективность, энергоэффективность и экологичность. Имеется также и ряд недостатков этой технологии: зависимость экономических показателей от цен на электроэнергию, не все материалы целесообразно нагревать в СВЧ установках из-за различной радиопрозрачности. В производстве плитки из резиновой крошки нагревание её с помощью технологии СВЧ возможно. Как показало исследование, применение данной технологии при нагревании резиновой крошки целесообразно. Нагревание образца происходит «изнутри», то есть тепловая карта материала равномерна. Кроме того, данная технология отличается энергоэффективностью по сравнению с традиционной технологией нагрева резиновой крошки. Это позволит снизить себестоимость конечной продукции. Применение СВЧ технологии в области нагрева резиновой крошки при изготовлении резиновой плитки позволит вывести данную отрасль на новый уровень в плане экологичности, энергоэффективности и конечной цены продукта.

Список использованных источников

1. Окресс Э. СВЧ - энергетика. М.: Мир, 1971.

2. Ф.Шилл. Пеностекло (производство и применение) М.: Стройиздат, 1965. - 308 с.

3. Сапунов Г.С. Ремонт микроволновых печей, Солон, Москва 1998 г.

4. Журнал «Технологии ЭМС 2013» Статья А.В. Мамонтова, С.В. Резникова, В.Н. Нефедова, Т.А. Гузевой «Методы снижения побочных излучений от СВЧ установок лучевого типа для термообработки материалов».

5. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, М.: Высшая школа, 1970 г.

6. Анчишкин А. И. Наука. Техника. Экономика. - М.: Экономика, 1986. - 215с.

7. Дворцин М. Д. Основы теорий научно-технического развития производства. М.: Изд. МИНХим.Г.В.Плеханова,1988. -- 251с.

8. Мамонтов А.В. Разработка и исследование СВЧ устройств для термообработки диэлектрических материалов. - МИЭМ, Москва, 2005.

9. Патент России «Способ сушки пиломатериала» (RU 2403514) от 2006.

Размещено на Allbest.ru