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

потом не менее резко поднимали до 200° С; при этом из­ делия досушивали до нормативной влажности. Общую продолжительность процесса сушки плит толщиной 50 мм рекомендовалось принять в пределах 10—12 ч.

Известно, что для поточного производства наиболее рациональными являются непрерывно действующие су­ шилки. Практика эксплуатации конвейерных сушилок, установленных па заводе перлитоцементных изделий треста «Центроэнерготеплоизоляция» в г. Дмитрове, по­ казала, что, несмотря на сложность выполненной конст-

рукции сушилки, ступенчатый режим в ней может быть осуществлен только частично, при этом продолжитель­ ность процесса составляет не менее 18 ч. Поэтому целью дальнейших исследований было изыскание возможнос­ тей упрощения режима сушки изделий, а следовательно, и конструкции сушилки.

Первые опыты этой серии проводили при постоян­ ном режиме ( ^о=150°С; о = 5 м/сек). Типичная карти­ на процесса сушки перлитоцементных изделий при та­ ких условиях показана на рис. 13. Кривая сушки носит

41

обычный для постоянного режима характер, но из-за вы­ сокого начального влагосодержания период постоянной скорости сушки продолжителен. Обращает внимание также и то обстоятельство, что температура на поверх­ ности образца ниже, чем'в глубинных слоях. Очевидно, здесь сказывается влияние сплошного поддона. Подо­ грев образца снизу идет без испарения влаги в сторону поддона, поэтому все тепло расходуется на подогрев ма­ териала. На поверхности же образца влага бурно испа­ ряется, что и вызывает понижение температуры в этих участках изделия. Вместе с тем первые же опыты под­ твердили, что режимы с постоянными параметрами яв­ ляются вполне допустимыми: при сушке в таких услови­ ях изделий объемным весом около 350 кг/м3 продолжи­ тельность процесса не превышает 8 ч при прочности из­ делий не ниже 4 кгс/см- (по МРТУ 21-4-64 при у— = 350 кгс/м3 предел прочности при изгибе должен быть не менее 2,5 кгс/см2), а конечная влажность изделий — 20%. Постоянные режимы сушки следует применять или в камерных сушилках, которые можно устанавливать в цехах малой производительности, или в многозоиных туннельных сушилках, схема работы которых, как извест­ но, не является простой.

В последующих исследованиях устанавливали воз­ можность дальнейшего сокращения продолжительности сушки за счет укладки изделий на перфорированные поддоны. Данные рис. 14 свидетельствуют о том, что суш­ ка на перфорированных поддонах, действительно, проис­ ходит быстрее. Однако прочность изделий при этом рез­ ко падает. Анализ температурных кривых, приведенных на рис. 14, объясняет это явление. При сушке на сплош­ ном поддоне скорость сушки понижена, что при данной интенсивности теплообмена приводит к повышению тем­ пературы материала в период постоянной скорости суш­ ки в среднем до 85° С. Наличие высокой температуры в материале в свою очередь приводит к интенсивному ро­ сту прочности изделий. При сушке на перфорированном

шилках применяют переменные режимы сушки. В резуль­ тате проведенных опытов подобраны такие режимы суш­ ки (рис. 15).

42

В соответствии с технологическими особенностями перлитоцементных изделий оказались оптимальными прямоточные или прямоточношротивоточные режимы сушки. Эти режимы обеспечивают быстрый нагрев изде­ лий до повышенной температуры, сохранение ее на дли­ тельном по времени участке, создают необходимые усло­ вия для формирования прочности изделий. Отличитель­ ной особенностью их яв­ ляется высокая экономич­ ность с точки зрения за­ трат тепла на сушку. Это достигается за счет высо­ кой (175—200° С) темпе­ ратуры подаваемого в су­ шилку теплоносителя и

В качестве теплоносителя при сушке перлитоцементиых изделий применяют смесь воздуха и топочных га­ зов. При прямоточном режиме теплоноситель подают с

43

Рис. 16. Тепловая схема работы туннельных сушилок

одного конца туннельных сушилок, в связи с чем выби­ вание газов в цех является неизбежным. Поэтому в про­ изводственных условиях противоточно-прямоточные су­ шилки более прогрессивны.

Производственные исследования. Для реализации указанных выше режимов на Апрелевском опытном за­ воде теплоизоляционных изделий были построены тун­ нельные сушилки, схема работы которых приведена на рис. 16. Сушилки конструктивно объединены в один блок, который обслуживают одна, топка и один подаю­ щий дымосос. Каждая из сушилок представляет собой туннель длиной 18, шириной 1,22 и высотой 2,2 м. Через туннели проходят вагонетки длиной 1,37, шириной 1,06, высотой 2,01 м. На каждой вагонетке располагают 64 плитных изделия размером 500X500X50 мм или 64 изде­ лия в форме полуцилиндра длиной 500 мм и диаметрами rfn=210 и dBn= 110 мм.

Жидкое топливо (мазут) сгорает в топочном устрой­ стве. В’ верхней части этого устройства к топочным га­ зам подмешивается свежий воздух. Полученная смесь идет в камеру смешения, куда при помощи рециркуля­ ционных вентиляторов подается рециркулируемый теп­ лоноситель. Теплоноситель из камеры смешения дымо­ сосом направляется в распределительные короба, распо­ ложенные в средней части сушилок. Отсюда он через щелевую решетку поступает в туннели. Отсасывают теп­ лоноситель с концов туннелей, что создает противоточ-

44

Т а б л и ц а 2. Характеристики тягодутьевого оборудований

но-прямоточный режим сушки изделий. Из загрузочной части теплоноситель сбрасывают в атмосферу, а из раз­ грузочной он поступает на рециркуляцию.

Характеристики тягодутьевого оборудования сушил­ ки приведены в табл. 2.

Для установления технико-экономических показате­ лей работы сушилок были проведены их испытания. Как видно из рис. 17, при противоточно-прямоточной схеме работы сушилок повышенная температура в материале обеспечивается почти на всем протяжении процесса. Та­ кие условия интенсифицируют процесс роста новообра-

Рис. 17. Температура газов tc и материала tMв средней части вагонетки в процессе сушки изделий

45

зований в материале и обеспечивают необходимую проч­ ность изделий в конце процесса сушки. Основные пока­ затели работы сушилок приведены в табл. 3.

Та б л и ц а 3. Основные показатели работы туннельных сушилок для перлитоцементных изделий Апрелевского опытного завода

Следует отметить, что ранее на этом предприятии из­ делия сушили в камерных сушилках в условиях пример­ но постоянного режима при температуре теплоносителя, подаваемого в камеры, около 250° С. При этом продол­ жительность сушки составляла 18 ч и наблюдалась сильная загазованность цеха, что создавало тяжелые условия труда. С пуском туннельных сушилок эти недо­ статки были устранены и, кроме того, расход топлива на сушку сократился в два раза, а расход электроэнер­ гии — на 25%.

Жесткие минераловатные изделия

Лабораторные исследования. Образцы для исследо­ ваний размером 250X125 мм при толщине 30 и 50 мм изготовляли из рабочей массы следующих составов: 1) минеральная вата 80%; битумная паста 20%; 2) ми­ неральная вата 89%; бентонитовая глина 8%; крахмал 3%- Формовочная влажность первого состава 230— 250%, второго — 175—200%. Образцы формовали без вакуумирования и укладывали для сушки на сплошные металлические поддоны.

Данные рис. 18, характеризующие сорбционные свойства минераловатных изделий, свидетельствуют о том, что равновесная влажность их не превышает 1,5% и что, следовательно, такие изделия не потеряют тепло­ защитные свойства и во влажной среде. Вместе с тем

46

эти данные доказывают, что влага, удаляемая при суш­ ке минераловатных изделий, является в основном ка­ пиллярной. Однако сушат такие изделия до влажности

Рис. 18. Сорбционные свойства мииераловатных изделий

0,5—1,5%, и, следовательно, в процессе сушки удаляет­ ся также некоторое количество и связанной влаги.

Очертания кривых сушки и кривых скорости сушки минераловатных изделий, изготовленных на битумной связке (рис. 19), наглядно показывают наличие резкого разграничения периодов постоянной и падающей скоро­ сти сушки при проведении процесса с постоянными па­ раметрами воздуха, несмотря на то что скорость сушки значительна и достигает 25%/ч. Характер температур­ ных кривых в изделии находится в полном соответствии с классическим примером испарения влаги из материа­ лов при постоянном режиме; в период постоянной скоро­ сти сушки температура материала достаточное время

к%

/50

М

50

0 0 0 8 Т,ч

Рис. 19. Процесс сушки минераловатных изделий

(fc = 75° С, ф=26% , о= 4,1 м/сек)

1 — кривая сушки; 2, 3 и 4 — температура изделий соот­ ветственно в центре, в углу н на поверхности; 5 — тем­ пература воздуха; 6 — кривая скорости сушки

47

равна.температуре мокрого термометра; температура в образце начинает подниматься при достижении матери­ алом первой критической влажности, находящейся в пределах 60—65%. Такой вид всех этих кривых объяс­ няется высокой начальной влажностью изделий (до 240%), их значительной пористостью и слабой связью влаги с материалом. Температура поверхности материа­ ла ниже температуры в его глубинных точках. Это яв­ ление, как и в предыдущем опыте, объясняется влияни­ ем металлического влагонепроницаемого поддона.

Опытами установлено, что четкое разграничение пе­ риодов скорости сушки наблюдается и при большей ин­ тенсификации процесса. Например, при температуре теплоносителя 140°С скорость сушки достигает 145%/ч с повышением первой критической влажности до 90%. Однако здесь период постоянной скорости обусловлива­ ется, очевидно, постоянством градиента давления в ма­ териале, так как температурная площадка (см. рис. 19) наблюдается в области температур материала 95—98° С.

Рассматривая данные рис. 20, характеризующие вли­ яние температуры воздуха на процесс сушки минераловатных изделий, можно видеть, что при температурах воздуха до 100° С зависимость скорости сушки от темпе­

— = — = 1,45. Эта зависимость резко нарушается при

*с, 85

температуре воздуха выше 100° С: например, если соот­ ношение температур 140 и 80° С равно 1,75, то соотноше­ ние продолжительности сушки до влажности 50% при этих температурах 1,7 и 6,7 ч составит 3,9. Это обстоя­ тельство так же, как и характер температурных кривых в материале в области температур выше 100° С, можно объяснить, очевидно, тем, что при высоких температурах материала и сушке на поддоне значительное влияние на скорость сушки оказывает градиент давления.

Анализ кривых сушки (рис. 21), отображающих за­ висимость продолжительности сушки от скорости дви­ жения воздуха, показывает, что при скорости 0,7 м/сек продолжительность сушки до влажности изделия 50% составляет 12 ч, а при скорости 4,1 м/сек—7 ч. Аналити­ ческие зависимости, описывающие, влияние скорости воз-

48

духа на теплообмен при сушке мииераловатпых и дру­ гих теплоизоляционных изделий, приводятся ниже.

Для выявления характера протекания процесса суш­ ки представляет интерес сравнение скорости сушки теп­ лоизоляционных изделий в период постоянной скорости N' со скоростью испарения воды со свободной поверхно­ сти N . Обычно зависимость между этими величинами выражается соотношением

где (х — коэффициент пропорциональности.

Используя соотношения (8), (9), номограммы рис. 6 и данные опытов, приводим значения р для некоторых изделий (табл. 4).

Приведенные в таблице результаты показывают, что при сушке теплоизоляционных изделий влага испаряется

Т а б л и ц а 4. Коэффициент р, теплоизоляционных изделий

не с геометрической поверхности изделий, а с некоторой глубины и что поверхность испарения является, видимо, зоной испарения.

Учитывая, что в производственных условиях первый период сушки будет проводиться в туннельных сушилках,

Т а б л и ц а 5. Физико-механические свойства изделий (средние данные)

начальные параметры переменного режима сушки нами приняты из условий, обеспечивающих наименьшую поте­ рю тепла с уходящими газами и протекание процесса сушки с достаточно высокой скоростью с самого начала. Конечные параметры процесса обусловлены необходи­ мостью проведения термообработки изделий в конце су­ шки для обеспечения равномерного распределения би­ тума по всей массе изделий, а также эксплуатационны­ ми требованиями, вытекающими из бесперебойной рабо­ ты вентиляторов и транспортных средств.

Исходя из таких условий подобрали режим сушки минераловатных изделий на битумном связующем, ха­ рактеристика которого приведена на рис. 22. Из рисунка следует, что если начальные параметры процесса дер­ жать в пределах (= 4 5 —50° С, ср=75% и обеспечивать постепенный подъем температуры до 160—175° С с вы­ держкой при этой температуре в течение 1,5—2 ч при скорости воздуха 4,1 м/сек, то продолжительность суш­ ки до влажности 5% составит для плит толщиной 30 мм 5 ч, толщиной 50 мм 7 ч. Таким образом, продолжитель­ ность сушки примерно прямо пропорциональна толщине изделий. При физико-механических испытаниях высу­ шенных изделий были получены результаты, которые приведены в табл. 5. Они соответствуют требованиям, предъявляемым к таким изделиям.

Значительный практический и теоретический интерес представляют результаты опытов по сушке изделий в противотоке и прямотоке с одинаковыми переменными

50