Составление энергетического баланса ленточной машины и определение количества азота, необходимого для высушивания плёнки

Рис.5. Схема фильеры  с валиком: 
1-неподавижная стенка, 2-валик, 3-нож, 4-кронштейн с винтом и пружиной, 5-подвижная стенка.

 Рассмотренные выше конструктивные принципы устройства оборудования для изготовления пленок, непрерывно получают дальнейшее развитие.

Это развитие идет по следующим направлениям: увеличение производительности агрегатов для  получения пленки;

Более экономическое расположение отдельных узлов агрегата для сокращения занимаемой ими площади;

Улучшение физико-механических свойств пленки путем отдельны технологических усовершенствований;

Совершенствование поверхностной  обработки пленки;

Увеличение длины  бесконечных лент и скорости формования пленки приводит к необходимости  удлинения досушек, вследствие чего общая длина агрегатов достигает 40-50 м. чтобы более экономично использовать производственную площадь, в некоторых случаях создают двухэтажные шкафы досушки.

 Одно из возможных  решений задачи о рациональном  использовании площадей заключается  в расположении ленточной машины  над шкафами досушки. это позволяет наряду с экономией площади получить также некоторую экономию тепла за счет теплообмена между нижним сушильным каналом машины и верхней частью досушки. При этом возникают некоторые затруднения, обусловленные тем, что вибрация машины передается досушке и усложняет или вообще исключает совмещенную с окончательным высушиванием пленки поверхностную обработку.

   Еще один  путь увеличения производительности  оборудования связан с улучшением  физико-механических свойств получаемых  пленок.

 Неравномерность в структуре пленки возрастает с увеличением толщины . Если для пленок толщиной 0.1 мм она мало ощутима, то для пленок толщиной 0.2 мм, применяемых в качестве основы рентгеновских материалов, она весьма значительна и вызывает повышенную скручиваемость их. Такой эффект может быть частично устранен двухслойным нанесением пленкообразующего раствора. При помощи первой фильеры на зеркальную поверхность ленты наносят такое количество раствора, которое соответствует только примерно 60 % толщины готовой пленки. В таком относительно тонком слое раствора процессы пленкообразования протекают более равномерно и образующаяся пленка приобретает структуру, мало различающуюся по микрослоям. На расстоянии 1-2 м от ведомого барабана располагают вторую фильеру, при помощи которой наносят второй слой пленкообразующего раствора того же состава. Количество раствора, наносимого вторично, рассчитывают так, чтобы образуемая им пленка дополняла толщину нижней.

   Такой способ  формования пленки позволяет  увеличить скорость движения  ленты машины ( до 6-8 м/мин), не изменяя ее размеров.

Одним из технологических  затруднений двухслойного формования пленки является возникновение подсохшей  корки на задней стенке второй фильеры. Со временем части этой корки отрываются от стенки и попадая на свеженанесенный слой раствора, приводит к браку. Наиболее действенными методами против этого явления служит небольшое увеличении ширины нанесения верхнее слоя, обогрева ведомого барабана и, наконец, размещение на задней стенке второй фильеры полосы политетрафторэтиленовой пленки, нанесенного первой фильерой.

           Увеличению производительности  ленточной машины обязательно  должно соответствовать  повышение  производительности досушки. Основным принципом здесь является размещение в сушильных шкафах большого количества пленки, так как повышение температуры выше 140 градусов недопустимо вследствие миграции пластификаторов и деформирования пленки.

      Наряду  с конструктивными элементами  ленточной машины на процессы  пленкообразования и высушивания  пленок большое влияние оказывают  такие факторы, как параметры  теплоносителя, поступающего в  сушильные каналы машины, а также  число точек подачи т отвода  теплоносителя и их расположение  в каналах. В качестве теплоносителя  обычно используют нагретый до  соответствующей температуры азот  или, значительно реже, воздух. В  соответствии с этим в технологической практике применяют два типа циркуляции теплоносителя : по открытому или замкнутому циклу. 

 4. Зеркальные слои для ленточных машин

Одним из основных требований, предъявляемых к основе светочувствительных  материалов и магнитных лент, является чистота и глянцевитость ее обеих  сторон.Воздушная сторона пленки почти всегда имеет высокоглянцевую, гладкую поверхность. Сторона же, соприкасающаяся с бесконечной лентой, принимает в процессе образования пленки форму поверхности ленты, повторяя ее в малейших деталях. Поэтому пленкообразующий раствор следует наносить на безупречно гладкую зеркальную поверхность. На большей части предприятий используют машины с медной лентой, покрытой специальным зеркальным слоем из полимера, предохраняющим ленту от корродирующего действия компонентов пленкообразующего раствора.

К зеркальному слою предъявляют ряд требований:

- безупречная глянцевость поверхности, отсутствие местных дефектов, загрязнений и пузырей;

- достаточная адгезия  зеркального слоя к поверхности  медной ленты;

- высокая устойчивость  поверхности зеркального слоя  к воздействию органических растворителей;

- доступность исходных  материалов для изготовления  зеркального слоя;

- простота технологии  изготовления раствора зеркального  слоя и нанесения его на  медную ленту;

- возможность длительного  хранения запасных растворов  зеркального слоя;

- возможность легкого  удаления пришедшего в негодность  зеркального слоя с ленты машины  для замены его новым.

Первым полимером, применявшимся для изготовления зеркальных слоев, был желатин. Однако сложность изготовления и малый  срок службы послужили причиной отказа от них. Позже использовали зеркальные слои из ацетатов целлюлозы, содержащих 42-52% связанной уксусной кислоты. Для  повышения устойчивости таких слоев  к воздействию компонентов пленкообразующего  раствора их поверхность омыляют  раствором щелочи в метиловом  спирте.

Оказалось, однако, что  тонкий поверхностный слой омыленного ацетата целлюлозы не является надежной защитой от действия агрессивных  растворителей. Увеличение же глубины  омыления поверхности не всегда приводит к желаемым результатам. Малейшие неравномерности  в глубине омыления приводят к проникновению растворителей в глубину зеркального слоя, что делает его непригодным к использованию.

Существенно упрощает и в то же время повышает эффективность  омыления метод, предусматривающий  глубокое по толщине зеркального  слоя течение реакции. В этом случае в качестве омыляющей жидкости применяют  раствор едкого натра в смеси  метилового спирта, воды и высококипящего спирта (этиленгликоля или глицерина). Этот раствор, нанесенный на поверхность  зеркального слоя, не высыхает и  обеспечивает равномерное смачивание слоя, облегчая скольжение по его поверхности  ткани, при помощи которой проводят омыление. Вода, содержащаяся в растворе, облегчает его диффузию через  уже омыленную поверхность, увеличивая глубину омыления. После окончания  омыления щелочной слой глицерина смывают  смесью воды с метиловым спиртом  и завершают промывку чистым метиловым  спиртом. Срок службы такого зеркального  слоя – 3-4 месяца.

Задачу об удалении с медной ленты пришедшего в негодность зеркального слоя решают тремя способами.

Первый – обработка  использованного зеркального слоя острым паром с последующим удалением  его с ленты вручную по частям.

Второй способ заключается  в удалении использованного зеркального  слоя при помощи нанесения на его  поверхность раствора ацетата целлюлозы  в диметилформамиде, который легко диффундирует через омыленную поверхность, вызывает набухание слоя по всей толщине и облегчает удаление его с ленты.

Третий способ –  разрушение адгезионной связи между зеркальным слоем и медной лентой химическим путем. В качестве скрепляющего слоя почти всегда применяют раствор нитрата целлюлозы, содержащий уксусную кислоту. В этом случае удаляемый зеркальный слой омыляют водным раствором щелочи, содержащим глицерин или этиленгликоль, до тех пор, пока щелочь продиффундирует до скрепляющего слоя и нейтрализует его, после чего зеркальный слой легко отделяется от медной ленты.

Также был разработан комбинированный зеркальный слой, который  состоит из трех составляющих его  слоев. Непосредственно на медную ленту  наносят тонкий скрепляющий слой, состоящий из раствора нитрата целлюлозы  в этилацете, с добавкой 1,8% уксусной кислоты. На высохший скрепляющий слой наносят за 3-4 оборота ленты слой из вторичного ацетата целлюлозы. Чтобы создать максимальную адгезию ацетатцеллюлозного слоя к наносимому на него слою поливинилового спирта, его поверхность полно, но на небольшую глубину омыляют 10%-ным раствором едкого натра в смеси метиловый спирт – вода 14:1 и, наконец, нейтрализуют 3%-ным раствором уксусной кислоты в метиловом спирте до рН 6,5. Постоянство рН очень важно, так как при pH>6.5 водные растворы поливинилового спирта склонны к застудневанию.Затем на нейтральную омыленную поверхность ацетатцеллюлозного слоя наносят за 2-3 оборота ленты рабочий слой поливинилового спирта из 15%-ного водного раствора, содержащего добавку 1,5% борной кислоты. Готовый верхний слой сушат 6-7 часов и место стыка зачищают и полируют.Срок службы такого комбинированного слоя составляет 14 месяцев.

5.Энергетический баланс ленточной машины

Сразу же после нанесения  пленкообразующего раствора на зеркальный слой бесконечной ленты из раствора начинают интенсивно испаряться растворители. Пары растворителей удаляют из сушильных  каналов ленточной машины током  подогретого азота. Азот, обогащенный  парами растворителей, направляют через  теплообменник в конденсатор, где  часть растворителей конденсируется, после чего пароазотную смесь подогревают в калорифере и снова направляют в сушильные каналы машины.

Большое значение для правильного построения технологического процесса имеет влажность пленки, снимаемой с зеркального слоя ленты машины. Если эта влажность превышает определенную величину, пленка с трудом отстает от зеркального слоя. Кроме того, увеличиваются потери растворителей. Чрезмерное же понижение влажности пленки приводит к уменьшению производительности машины. Для триацетатцеллюлозной пленки оптимальной следует считать влажность 17-12% (до поступления пленки в досушку)

Составим материальный баланс ленточной машины на основании  ранее полученных расчетных данных, предполагая наличие в машине установившегося режима:

                                       Приход, км/ч

Пленкообразующий  раствор(с учетом потерь)…………………………..211,2

Азот……………………………………………………………………………..G_N2

Растворители, возвращающиеся в каналы машины с азотом………….А

                                      Расход, км/ч

Готовая пленка………………………………………………………………..31,0

Влага в пленке………………………………………………………………….0,8

Потери пленкообразующего  вещества……………………………………..0,5

Потери растворителей…………………………………………………………34,4

Кромка……………………………………………………………………………..2,5

Азот, насыщенный парами растворителей………………… G_N2 + А + 141,0

            Количество азота G_N2 , необходимое для высушивания пленки, определяют из энергетического баланса. При составлении энергетического баланса ленточной машины необходимо руководствоваться следующими соображениями. Температура теплоносителя, поступающего в сушильные каналы машины, не должна быть чрезмерно высокой во избежание появления пузырьков в образующейся пленке и возникновения неоднородности ее по толщине. Эта температура не должна быть ниже температуры кипения низкокипящего растворителя во избежание конденсации его паром. Далее, следует учесть, что поверхность сушильных каналов довольно значительна, что обусловливает большие потери теплоты, составляющие 15-20% от подводимой, даже при хорошей изоляции каналов.

6.Составление энергетического баланса ленточной машины и определение количества азота, необходимого для высушивания пленки 

Вариант 5.8.

Задание:

Необходимо описать процесс пленкообразования из раствора полимера и произвести расчет энергетического баланса.

Дано :

Температура раствора, поступающего на машину………..35 градусов

Температура входящего  теплоносителя……………………..80 градусов

Температура выходящего теплоносителя……………………52 градусов

Температура выходящей пленки……………………………….49 градусов

<