Застосування НВЧ установок для спучення зернистих теплоiзоляцiйних матеріалів на основі рідинного скла

Abstract

В роботі проводиться дослідження процесу отримання спучених зернистих матеріалів на основі рідинного скла під дією НВЧ випромінювання та порівняння його з процесом отримання цих матеріалів при традиційному конвективному нагріванні. Встановлено, що під дією НВЧ випромінювання за однакових температур з конвективним нагрівом вдвічі інтенсивніше відбувається спучення зернистого матеріалу. Так, при потужності 650 Вт (Т = 115–120 0С) коефіцієнт спучення досягає свого постійного значення 2,86 вже на 6-й хв процесу, тоді як при спученні зерен при конвективному нагріві за тієї самої температури найвище значення коефіцієнта спучення – 1,534 і досягається воно через 11 хв, що свідчить про складність спучення зерен за цих умов через перебіг конкуруючих процесів поризації та дегідратації. Прискорення процесу спучення і можливість його проведення за більш низьких температур пов’язані з тим, що під дією НВЧ випромінювання за рахунок збудження мікрохвильовим полем іонних токів значно інтенсифікуються дифузійні процеси речовин з іонною провідністю, до яких відноситься рідинне скло. Для підтвердження ефективності використання НВЧ-установок було розраховано енергоспоживання і ККД установок та визначено, що ККД НВЧ установки майже вдвічі перевищує ККД сушарної установки. Наведено види промислових НВЧ-установок, в яких можна здійснити процес спучення рідинноскляних зерен.

The paper studies the process of obtaining swelled granular materials based on liquid glass under the action of microwave radiation and compares it with the process of obtaining these materials with traditional convective heating. It has been established that under the action of microwave radiation at the same temperatures with convective heating, swelling of granular material occurs twice as intensively. Thus, at a power of 650 W (T=115-120 °C), the swelling coefficient reaches its constant value of 2.86 already at the 6th minute of the process, while when grains swell during convective heating at the same temperature, the highest value of the swelling coefficient is 1.534, and it is reached after 11 minutes, which indicates the complexity of grain swelling under these conditions, due to the occurrence of competing processes of porization and dehydration. The acceleration of the swelling process and the possibility of carrying it out at lower temperatures are due to the fact that under the action of microwave radiation due to the excitation of ionic currents by the microwave field, diffusion processes of substances with ionic conductivity, which include liquid glass, are significantly intensified. The impossibility of carrying out the process at given temperatures during convective heating is explained by the fact that the main condition which ensures swelling during heat treatment is the coincidence in time of the pyroplastic state of the material with the most intense gas evolution. The pyroplastic properties of alkali soluble silicates are manifested in the temperature range of 120-250 °C, which corresponds to the maximum water removal, that is, at the temperatures of 115-120 °C, the process is just beginning. To confirm the effectiveness of the use of microwave installations, the energy consumption and efficiency ratio of the installations have been calculated and it is determined that the efficiency ratio of the microwave installation is almost twice the efficiency ratio of the drying installation. The paper also presents the types of industrial microwave installations in which it is possible to carry out the process of swelling of liquid glass grains.