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

Перед проведением опыта по визуальному наблюде­ нию поверхность образца тщательно выравнивали и за­ глаживали. В результате наблюдения установлено: при температуре в автоклаве около 95—100°С начинается местный барботаж паровоздушной смеси вдоль стенок н в углах форм. При повышении температуры перегрето­ го пара интенсивность барботажа возрастает. Малейшее

набирает некоторую прочность, которая распределяется неравномерно; в наиболее слабых местах за счет интен­ сивного парообразования наблюдается отрыв верхней корочки п выход пара через образовавшиеся при этом трещины. Дальнейший подъем давления в автоклаве не приводит к каким-либо изменениям поверхности образ­ ца. Таким образом, наличие нерелакспруемого давления в образце при тепловой обработке в паровой среде под давлением является очевидным. Из сравнения кривых рис. 93 следует, что построение кривой сушки по резуль­ татам взвешивания конденсата дает относительную по­ грешность замера в период постоянной скорости сушки до 8%, а в период падающей скорости до 30%.

Первую серию опытов по установлению кинетики

(кривая /), с самого начала процесса происходит сушка

материала около 100% давление в автоклаве сбрасыва­ ется до атмосферного, в этот период также происходит интенсивная сушка материала.

Материал в автоклаве быстро нагревается до темпе­

времени остается на одном уровне. Температура поверх­ ности материала начинает подниматься только во вто­ ром периоде процесса по достижении материалом крити­ ческой влажности. Таким образом, при совмещенном методе запаривания и сушки обеспечивается изотерми­ ческая выдержка, необходимая для протекания процес­

171

сов структурообразования в изделиях автоклавного твердения, и сушка изделий.

Значительный интерес представляет сравнение кри­ вой сушки 5, иллюстрирующей процесс обычной конвек­ тивной сушки, с кривой 1, характеризующей совмещен-

ной сушке изделий от влажности 360% до 25% продол­ жительность процесса равна 8 ч, то при совмещенном методе при таком же перепаде влажности —4,5 ч. В про­

выше, его продолжительность составляет 24 ч.

При проведении опытов по сушке известково-кремне­ земистых изделий при разных давлениях критерий Гухмана, характеризующий отношение потенциала сушки к потенциалу переноса тепла, поддерживали посто­ янным:

172

сушки при повышении давления содействуют повышение коэффициентов тепло- и влагообмена, снижение вяз­ кости и уменьшение поверхностного натяжения. При уве­ личении температуры материала в связи с повышением давления происходит смещение среднего значения кри­ тического влагосодержания материала. Так, при увели­ чении давления с 3 до 6 ат среднее критическое влагосодержание уменьшается с 360 до 325%, а при увеличении давления с 6 до 9 ат оно уменьшается с 325 до 305%.

Таким образом, при проведении совмещенного про­ цесса тепловой обработки известково-кремнеземистых

173

изделий в производственных условиях необходимо стре­ миться к максимальному повышению давления и темпе­ ратуры перегрева пара в автоклаве. Однако в связи с конструктивными решениями стандартных автоклавов Госгортехнадзор ограничил эти параметры в следую­ щих пределах: давление 7 ат, температура перегрева пара 270° С. Следовательно, единственным параметром режима, не имеющим контрольных ограничений и обес­ печивающим равномерность сушки изделий в рабочем пространстве автоклава, является скорость движения паровой среды. Были проведены опыты по установлению влияния скорости пара на скорость сушки плит толщи­ ной 50 мм, из результатов которых видно (рис. 96), что увеличение скорости пара от I до 8 м/сек приводит к увеличению скорости сушки в первом периоде в 2,4 ра­ за. Продолжительность сушки изделий до влажности 70% при этом сокращается с 8 до 5 ч.

Приведенные данные применительно к первому пе­

чем при обычной конвективной сушке. Однако такой вы­ вод нуждается в дальнейших исследованиях. Вместе с тем, поскольку скорость движения пара в автоклаве оказывает основное влияние на равномерность тепловой обработки изделий по сечениям автоклава, следует ее поддерживать в пределах 3—4 м/сек.

Полупроизводственные исследования. В качестве полупроизводственного агрегата использовали автоклав, изготовленный на опытном заводе ЦНИИСК диаметром 600 мм, длиной 1800 мм, рабочим давлением до 12 ат. Для исследования совмещенного процесса тепловой об­ работки изделий этот автоклав переоборудован следую­ щим образом (рис. 97). Установлен внутренний теплооб­ менник, состоящий из кварцевых трубок, обмотанных нихромовой спиралью. Мощность электрокалорифера 15 кет. Чтобы исключить непосредственное облучение изделий нагревателями, перед калорифером установле­ на камера, образованная двумя щитами с взаимоперекрытыми отверстиями. Для создания циркуляции паро­ вой среды в автоклаве установлена турбинка от центробежного вентилятора среднего давления № 3.

174

Турбинка вентилятора насажена на вал, привод которо­ го вынесен наружу.

Уплотнение вала вентилятора представляет собой стакан, вваренный в днище автоклава. В пространство, образованное стенкой стакана и валом, закладывают асбографитовую набивку, которую поджимают грунд-

буксой торцового сальникового уплотнения. Такая кон­ струкция уплотнения позволяет свести утечки пара к минимуму. Температура применения асбографитового уплотнения не превышает 50—60° С, поэтому преду­ смотрено охлаждение вала вентилятора и стакана саль­ ника водой. Под воздействием вентилятора паровая среда направляется в зазор между стенками внутренней камеры и стенкой автоклава; перед крышкой автоклава пар поворачивается в рабочую камеру, отдает тепло из­ делиям, проходя через калорифер, нагревается, и затем цикл повторяется. При проведении опытов по сушке из­ делий температуру перегретого пара в автоклаве под­ держивают постоянной путем изменения количества тепла, отдаваемого электрокалорнферамп.

При сушке под давлением в полупроизводственном

175

автоклаве первостепенное значение имело решение во­ проса по взвешиванию образцов в процессе сушки. При­ менить способ, принятый в лабораторном автоклаве (со струной), не представлялось возможном, поскольку над автоклавом смонтирован парогенератор. В связи с этим были разработаны автоматические весы, устанавливае­

К другому плечу коромысла одним концом прикрепляют трос с набором грузов. Второй конец троса закрепляют на валу электродвигателя, установленного над авто­ клавом.

Весы работают следующим образом. При изменении веса образца нарушается равновесие весов, ведущее к замыканию контактов, включающих электродвигатель. Ротор электродвигателя начинает вращаться и подтяги­ вает трос с грузами до тех пор, пока не восстановится равновесие весов. Таким образом, зная величину пере­ мещения троса, можно определить вес образца. Для оп­ ределения величины перемещения троса применен рео­ статный преобразователь, состоящий из каркаса, выпол­ ненного из изоляционного материала, на который намотана манганиновая проволока диаметром 0,15 мм\ по проволоке скользят щитки токосъемника. Величина тока, снимаемого с преобразователя, пропорциональна перемещению токосъемника, жестко связанного с тро­ сом. В измерительную цепь кроме реостатного преобра­ зователя включены источник регулируемого напряжения и потенциометр ЭПП-09.

Изменение давления также записывают при помощи реостатного преобразователя п измерительной аппара­ туры. Температуру перегретого пара и материала заме­ ряют хромель-копелевыми термопарами диаметром 0,2 мм, подсоединенными к потенциометру ЭПП-09. При проведении опытов по сушке изделий температуру пере­ гретого пара в автоклаве поддерживают постоянной. Температуру перегретого пара регулируют следующим образом. Э. д. с. термопары поступает на вход потенцио­ метра, ■ снабженного реостатным выходом, который в комплекте с программным задатчиком выполняет роль регулятора. В качестве исполнительного механизма ус­ тановлен регулятор напряжения.

На рис. 98 приведены результаты сушки известково­

176

кремнеземистых изделий в полупроизводственном авто­ клаве (толщина образцов 75 мм, температура перегре­ того пара 200° С, давление 9 ат, скорость паровой среды

давлении 9 ат, скорости пара 4,5 м/сек и температуре перегретого пара 200° С показано на рис. 99. Как видно, скорость сушки пропорциональна отношению смоченно­ го периметра образца П к его поверхности теплообмена F. Так, изменение отношения с 2 до 2,25 приводит к уве­ личению скорости сушки на 56%/ч, а изменение отноше­ ния с 1,75 до 2,25 — с 88 до 200%/ч. Из рис. 99 также видно, что с увеличением гидравлического радиуса ско­ рость сушки резко падает. Так, при R v = 8 скорость суш­

са ведет к повышению среднего критического влагосодержания, что и доказывается кривой 3: увеличение гидравлического радиуса с 8 до 12 приводит к измене­ нию среднего критического влагосодержания с 234 до

310%.

Температура перегретого пара при постоянном его давлении и скорости движения также влияет на ско­ рость сушки и критическое влагосодержание (рис. 100). Повышение температуры перегретого пара со 190 до 210° С ведет к увеличению скорости сушки с 50,4 до 124%/ч, т. е. повышение температуры перегретого пара

й - т

диуса на критическое влагосодержапне

на 20° вызывает увеличение скорости сушки на 74,4•%/<«. С ростом температуры перегретого пара длительность периода постоянной скорости сушки сокращается и кри­ тическое влагосодержание образца увеличивается. Так, повышение температуры перегретого пара па 20° приво­ дит к увеличению критического влагосодержания на

25%.

175

Все предыдущие исследования проведены с исполь­ зованием в качестве кремнеземистого материала диато­ мита. Вместе с тем для ряда новых заводов экономиче­ ски целесообразно организовать изготовление изделий на базе местных кварцевых песков. Основное отличие такой технологии заключается в том, что кварцевый пе­ сок следует измельчать в вибромельницах до удельной поверхности 4,5 тыс. см2/г. На рис. 101 приведены дан­ ные, характеризующие варианты режима тепловой об­ работки известково-песчаных изделий. Как видно из рисунка (кривая 2), при совмещенном процессе с самого начала происходит сушка материала. В начале процесса она замедлена, затем становится интенсивной. В этот период температура поверхности, центра и низа образца равна температуре насыщения пара при данном давле­ нии. В конце этого периода по мере уменьшения свобод­ ной влаги материала температура поверхности начинает расти, приближаясь к температуре перегретого пара.

Сравнение кривых сушки известково-песчаных и из­ вестково-диатомовых изделий показывает, что скорость удаления влаги из известково-песчаных изделий больше, чем из известково-диатомовых. Угол наклона кривой 2 к оси абсцисс больше угла, образованного кривой 3. Од­ нако известково-песчаные изделия, прошедшие сушку по такому режиму, имели внутренние трещины и низкую прочность. Эти недостатки объясняются тем, что интен­ сивная сушка приводит к возникновению в материале значительных напряжений, вызванных перепадом''влагосодержания и, возможно, давления по толщине материа­ ла. Но так как материал не имеет еще жесткого скелета, способного воспрепятствовать развитию деформаций, то и происходит его растрескивание. Очевидно, что для устранения растрескивания известково-песчаных изде­ лий необходимо при совмещенном процессе создать ус­ ловия для их предварительного запаривания. На кривой сушки 1, соответствующей такому режиму, виден период запаривания, во время которого влажность изделий со­ храняется на уровне 450%.

Были проведены опыты с разной длительностью за­ паривания и последующей сушки перегретым паром, температуру и скорость которого изменяли соответст­ венно в диапазонах 185—200° С и 1,24—4,5 м/сек. Уста­ новлено, что продолжительность запаривания зависела от параметров паровой среды. При сушке перегретым

паром температурой 185—190° С и скоростью 1,24 м/сек наличие стадии запаривания исключает трещины, одна­ ко для достижения конечной влажности не более 30% требуется более длительная сушка. Интенсификация же

Рис. 101. Процесс сушки пзвесткоио-крем- иеземистых изделий (р— 8 от, / п = =200° С, о = 4 ,9 м/сек, 6 = 50 мм)

I — известково-песчаные изделия с запарива­ нием; 2 — известково-песчаные изделия без з а ­ паривания; 3—известково-диатомовые изделия; «Л 5, 6 — температура поверхности, центра и ни­ за известково-песчаного образца

процесса сушки (^П=200°С, п= 4,5 м/сек) при сохране­ нии длительности запаривания 2 ч обеспечивает доста­ точную прочность и конечную влажность изделий не бо­ лее 30 %• Результаты таких опытов с изделиями толщи­ ной 100 мм приведены в табл. 17.

Из табл. 17 видно, что запаривание — сушка способ­ ствовали выравниванию неравномерности сушки по дли­ не автоклава. Так, влажность изделий после сушки коле­

180