книги из ГПНТБ / Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий

бавками, при помощи которых корректируют вязкость рабочей массы. Рабочую массу формуют в виде плит 500X500X50 мм, которые направляют в сушилки на под­ донах. После сушки изделия обжигают. Влажность изде­ лий перед сушкой до 180%, после сушки до 5%, объем­ ный вес их после обжига 350 кг/м3.

Рис. 51. Процесс сушки вермикулитокерамиче­ ских плит (у — 4 м/сек, t = 90° С, ф =45% )

Процесс сушки исследовали на образцах 500Х250Х Х50 мм. Как следует из рис. 51, дающего общую карти­ ну процесса сушки вермикулитокерамических изделий, усадка их по длине и ширине, несмотря на высокую на­ чальную влажность, невелика, поэтому следует считать, что изделия имеют ограниченную чувствительность к сушке. Семейство кривых сушки (рис. 52) показывает результаты опытов по установлению максимально допу­ стимой начальной температуры теплоносителя при суш­ ке и вместе с тем позволяет установить влияние темпе­ ратуры теплоносителя на продолжительность процесса. Из данных, приведенных в табл. 11, следует, что при на-

91

со to

/ — кривая сушки; 2 — температура тепло­ носителя; 3 — относительная влажность теплоносителя

чальной температуре теплоносителя до 90° С изделия сохраняют высокое качество. Зависимость продолжи­ тельности сушки от температуры и скорости теплоноси­ теля носит такой же характер, как и в предыдущих опы­ тах.

Т а б л и ц а 11. Качество изделии при различных температурах теплоносителя

Далее был проведен ряд опытов по подбору перемен­ ного режима сушки. Высокое качество изделий было по­ лучено при режимах, ограничивающих срок сушки в пре­ делах 16 ч. Учитывая неизбежную неравномерность суш­ ки в производственных условиях и трудности, связанные с подачей теплоносителя в сушилку с температурой вы­ ше 200° С, считаем целесообразным рекомендовать для производства режим сушки, параметры которого приве­ дены на рис. 53. Такой режим сушки легко может быть реализован в противоточных туннельных сушилках.

Легковесные перлитошамотные изделия

При производстве легковесных огнеупорных изделий по способу, разработанному в Теплопроекте, в шликер (высокопластичная глина — мертель—-вода) вводили стабилизирующие и воздухововлекающие добавки и стойкий порообразователь — перлитовый песок (66% ПО' объему). Наличие таких составляющих в рабочей массе обусловило физико-механические свойства изделий и: особый характер протекания процесса сушки. Физиче­ ские свойства легковесных перлитошамотных изделий,, влияющие на процесс сушки, приведены в табл. 12. Для сравнения даны также аналогичные свойства легковес­ ных огнеупоров, изготовляемых пенным способом.

Гигроскопические свойства перлитошамотных изде­ лий показаны на рис. 54, m которого видно, что при ат­ мосферных условиях равновесная влажность изделий не

93

превышает 5%. Однако для обеспечения прочности из­ делий, допускающей их обжиг в садке, конечную влаж­ ность требуется понижать при сушке до 1%. Характер процесса сушки легковесного перлитошамотного кирпи­ ча при постоянном режиме показан на рис. 55. Как вид­ но из рисунка, начальная влажность кирпича несколько

превышает 100%. На кривой сушки достаточно четко вы­ ражен период постоянной скорости сушки до критиче­ ской влажности шк=55% . Затем наступает период па­ дающей скорости. Температура на поверхности образца близка к температуре мокрого термометра. Температу­ ра в слоях кирпича, прилегающих ко дну формы, выше температуры в поверхностных слоях кирпича. Объемная усадка его равна 14%.

Параметры оптимального режима должны обеспечить сушку изделий без опасных усадочных деформаций, ко­ торые зависят от интенсивности усадки иа 1% испаряе­

где б у — относительная объемная усадка, выраженная в долях; ач —

начальная влажность изделий в %; w2— влажность изделий по окончании усадки в %.

Согласно приведенным данным, имеем; Ш[= 100%, 1^2=25%, 6у —0,14. После подстановки этих значений в формулу получим р= 0,0023%- Для сравнения найдем этот показатель для легковесных огнеупоров, изготов­ ляемых пенным способом: ш1= 194%, 102=25%, = 0,5, тогда р= 0,0069%- Таким образом, начальная влажность легковесных перлитошамотных изделий в два раза ни­ же, а коэффициент объемной усадки в три раза меньше,

94

чем у легковесных огнеупоров, приготовленных по пен­ ному способу. Следовательно, перлитошамотные изделия можно сушить по более форсированному режиму, чем пенные легковесы.

Влияние температуры теплоносителя на процесс суш­ ки легковесного перлитошамотного кирпича видно из

рис. 56. Известно, что скорость сушки в первом периоде равна:

Скорость сушки перлитошамотиого кирпича не под­ чиняется уравнению (50) и имеет степенную зависимость от tс— /м- Как уже указывалось, температура в слоях кирпича, прилегающих к дну формы, выше температуры поверхности кирпича, поэтому скорость сушки возраста­ ет за счет термовлагопроводностп. Наличие в рабочей массе воздухововлекающих добавок способствует повы-

95

шеншо скорости сушки за счет градиента давления ПО толщине кирпича. При анализе кривых скорости сушки на рис. 56 можно установить, что влияние температуры на скорость сушки во втором периоде процесса ие ослабе­

вает.

Как упоминалось выше, коэффициент влагопроводности материала резко возрастает с повышением темпе-

ратуры. Температура же поверхности материала равна температуре мокрого термометра. Поэтому при подборе производственного режима сушки легковесного перли­ тошамотного кирпича температуру теплоносителя и от­ носительную влажность следует поддерживать предель­ но высокими.

Влияние скорости теплоносителя на процесс сушки кирпича показано на рис. 57, из которого следует, что, несмотря на сушку кирпича в форме, скорость теплоно­ сителя значительно влияет на процесс сушки. Вместе с тем установлено, что во втором периоде это влияние сни­ жается. Однако учитывая, что при повышенной скорости теплоносителя устраняется неравномерность сушки по поперечному сечению сушилок и по длине изделий, сле­ дует применять скорость движения теплоносителя по всей длине сушилки 5—6 м/сек. Как следует из приве-

96

денных данных, наименьшая продолжительность сушки получена при режиме ^с = 80°С, tp=40%, v — 4 м/сек (см. рис. 56, кривая 2); она равна 23 ч.

Представляло интерес получить расчетную продол­ жительность сушки перлнтошамотного кирпича с приме­ нением методики, предложенной Г. К. Филоненко [см. формулы (36) — (42) ]. Согласно этой методике, приве­ денная скорость сушки (см. рис. 56, кривая 5) описывает­ ся уравнением (38)

Коэффициент т зависит от формы связи влаги с ма­ териалом п, как указывалось выше, может быть принят равным 1. Коэффициенты А и Б зависят от толщины ма­ териала, их подсчитывают по экспериментальным дан­ ным и уравнению (38) следующим образом. При т = 1 уравнение приведенной скорости сушки получит вид

Равновесная влажность, найденная эксперименталь­ но для условий, при которых проводились опыты, состав­ ляет 2%- Приняв любое значение wx из эксперименталь­ ной кривой, получим Л = 27,5, В= 0,45. Тогда имеем:

Подставив в это уравнение значение ip Из уравнения

(55), имеем уравнение кривой скорости сушки во втором периоде:

Интегрирование уравнения (56) дает:

где w изменяется в пределах w ^ w „.

Рис. 58. Процесс сушки легковесного перлитошамотного кирпича (з = = 6 м/сек)

I — к р и в а я с у ш к и ; 2, 3 — те м п е р а ту р а т е п ­

После интегрирования уравнения (57) получим:

И, наконец, суммируя уравнения (58) и (59), полу­

чим формулу для подсчета общей продолжительности сушки:

98

Подставляя в формулу (60) значения кривых 2, 3 на рис. 56 и значения wK, имеем:

что совпадает с экспериментальными данными. Используя результаты исследований влияния отдель­

ных параметров режима на процесс сушки кирпича, ус­ тановили производственный режим (рис. 58), обеспечи­ вающий наиболее короткий срок сушки и высокое каче­ ство продукции с оптимальными параметрами:

Указанные параметры режима сушки кирпича могут быть реализованы в противоточной туннельной сушилке. Повышенные скорость движения теплоносителя и тем­ пературу мокрого термометра обеспечивают рециркуля­ цией отработавшего теплоносителя в смесительные ка­ меры подтопков.

6. Теплообмен при сушке теплоизоляционных изделий

В задачу анализа процесса теплообмена при сушке изделий входят определение коэффициентов теплообме­ на в зависимости от гидродинамических условий обтека­ ния изделий теплоносителем и установление критериаль­ ной зависимости, описывающей этот процесс. Результа­ ты такого анализа в период постоянной скорости сушки теплоизоляционных изделий приводятся ниже.

Согласно уравнению (10), для периода постоянной скорости сушки коэффициент теплообмена

F(tc- t „ )

При обработке результатов исследований удобнее и

точнее произведение Vyo заменить весом сухого изделия G0> подсчитываемым по формуле (4):

G0 = ----- -— кг.

1+ -S -

г 100

Значения G\ н w\ известны до начала опыта. Заме­ няя также tc—iM= A t, получим окончательно

гJ L .

В турбулентном режиме газового потока обобщенная критериальная зависимость, описывающая теплообмен, согласно формуле (15), имеет вид: Nu = С Re". Критерии подобия определяем по формуле (12) и (13):

При анализе теплообмена использовали приведенные в предыдущих разделах результаты исследований раз­ личных теплоизоляционных изделий и величины G, F, N, to, 4ь v для расчетов брали по средним данным опытов. При этом за ic принимали температуру набегающего по­ тока и считали ее определяющей. Выше упоминалось, что при высокоинтенсивных режимах сушки температу­ ра изделий неодинакова по их толщине. Однако при за­ медленной интенсивности сушки, что имело место при ис­ следовании влияния отдельных параметров на кинетику процесса, температурный перепад по толщине плитных изделий при сушке их на поддонах был незначителен, поэтому за 41 принимали температуру мокрого термомет­ ра. При сушке же изделий в формах за принимали среднюю температуру поверхности изделия. За опреде­ ляющий размер / нами принята длина изделия в м (по направлению газового потока). Теплофизические кон­ станты Ло и v принимали при tc, согласно приложению 1. Для учета влияния относительной влажности теплоно­ сителя табличное значение Хо пересчитывали по форму­ ле (21):

Х = Я0 + 0,0041ф.

Результаты проведенных таким образом расчетов приводятся на рис. 59. Из этого рисунка следует, что

100