Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сушка, обжиг, плавление в технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
21
точки а’ называют первым периодом сушки. Он очень
кратковременный, его продолжительность показана линией,
отсекающей на оси времени отрезок, обозначенный 1. От точки а
влагосодержание начинает уменьшаться с одинаковой скоростью до
точки б, при этом температура поверхности материала не меняется,
что объясняется испарением влаги с поверхности, а такой процесс
идет с расходом теплоты на парообразование. В этот период
температура в центре материала постепенно повышается до
температуры поверхности. Этот период, который показан на кривой 1
от точки а до точки б, называют периодом постоянной скорости
сушки.
Точка б, характеризующая окончание периода постоянной
скорости сушки, как показали исследования, одновременно
соответствует критическому влагосодержанию материала. Под ним
понимают такое состояние материала, когда заканчивается его
усадка, а следовательно, практически завершаются и процессы
структурообразования. Продолжительность периода обозначена на
оси времени отрезком 2 - 1. От точки б на кривой 1 до среднего
конечного влагосодержания Uк, которое характерно для
выгружаемого из установки материала, процесс удаления влаги
замедляется, и кривая 1 асимптотически приближается к Uр равновесному влагосодержанию. Это так называемый период
падающей скорости сушки, третий по порядку и самый
продолжительный. И чем ближе влагосодержание U к равновесному,
тем продолжительнее он становится. Начало периода падающей
скорости сушки (точка б на кривой 1) на кривой температуры
материала 2 характеризуется точкой б. В этой точке начинает резко
возрастать температура поверхности материала tп, которая в третьем
периоде асимптотически приближается к температуре сушильного
агента по сухому термометру. Одновременно за счет
теплопроводности начинает прогреваться и центр материала, его
температура также возрастает. Продолжительность периода
обозначена отрезком [3-(2 + 1)].
Физический смысл повышения температуры поверхности
материала, начиная с точки б’, заключается в следующем. К этому
времени общее влагосодержание материала уменьшается, влага к
поверхности для испарения подается медленно, поверхности
испарения «передвигаются» внутрь материала. Пар образуется уже не
на поверхности, а на каком-то расстоянии от нее, в глубине материала
22
и, диффундируя через слой в окружающую среду, покидает материал
и ассимилируется сушильным агентом. Поэтому из-за отсутствия
испарения на поверхности ее температура начинает резко возрастать.
Повышение температуры поверхности tп влечет за собой прогрев
центральных слоев материала и температура в центре tц также
возрастает.
Обычно процесс не ведут до Uк и материал выгружают раньше,
чем закончится третий период 3. Например, проведем через рис. 3
линию KN, перпендикулярную оси , и будем считать всю
продолжительность сушки равной к. Тогда выгружаемый из
установки материал будет иметь среднее влагосодержание Uв,
температуру на поверхности tпв и температуру в центре tцв.
Следовательно, зная необходимое конечное среднее влагосодержание
материала по снятому с натуры графику изменения влагосодержания
и температур, можно судить о продолжительности и характере
реального процесса сушки.
Материалам с различным характером связи влаги
соответствуют и свои кривые сушки, однако общий характер кривой
и ее деление на три периода характерно для всех коллоиднокапиллярнопористых материалов, к каким относятся строительные
изделия. Кроме кривой сушки иногда строят и кривую скорости
сушки во времени du/dr = f(). Ее получают путем графического
дифференцирования кривой сушки. Кривую скорости сушки можно
определить и другим способом. Для этого кривую сушки делят на
равные участки и находят убыль влаги u на каждом из этих участков
по отношению к выбранной продолжительности сушки на участках
.
Вопросы к тексту 5
1. Какие процессы характерны для периода нагрева материала?
2. Что представляет собой критическое влагосодержание материала?
3. От чего зависит продолжительность периода падающей скорости
сушки?
4. Какие изменения происходят при повышениитемпературы
поверхности материала?
23
Задания к тексту 5
В научном стиле речи активно используются так называемые
безличные предложениях, в которых действующее лицо не
определено, что позволяет сосредоточить всё внимание на действии и
его обстоятельствах: Можно установить подобную закономерность.
Это значение выражается сочетанием слов категории состояния
можно, нельзя, надо с инфинитивом глагола. Как известно,
инфинитив – это неопределенная форма глагола, только называющая
действие, но неспособная передавать грамматические значения, в том
числе значение лица.
1. Замените безличные предложения из текста 4 неопределенноличными предложениями с формой 3 лица мн. ч. глаг. по модели
Можно описать подобную закономерность так > Описывают
подобную закономерность так: 1. Процесс сушки можно разделить
на три периода. 2. Зная необходимое конечное среднее
влагосодержание материала по снятому с натуры графику изменения
влагосодержания и температур можно судить о продолжительности и
характере реального процесса сушки. 3. Кривую скорости сушки
можно определить и другим способом.
Лексико-грамматические модели
ЧТО перемещается К ЧЕМУ ЧТО ассимилируется ЧЕМ
ЧТО влечет за собой ЧТО ЧТО получают ПУТЕМ ЧЕГО
6. Критическое влагосодержание
Остановимся на понятии критическое влагосодержание.
Известно, что материал, отдавая влагу, сокращается в размерах. В это
время формируется структура многих материалов, образуя поры и
капилляры. Усадка (сокращение размеров) идет только до какого-то
определенного влагосодержания. Дальнейшее его снижение усадки
не вызывает. Поэтому обычно устанавливали влагосодержание, при
котором усадочные явления в материале заканчивались. Это
влагосодержание для каждого конкретного материала свое и было
названо критическим. Существовало мнение, что после достижения
24
критического влагосодержания материал можно сушить как угодно
U
быстро. При этом из-за отсутствия усадки материал не должен был
растрескиваться. Однако, как показала действительность, в
некоторых случаях он все-таки растрескивается.
С развитием теории сушки было установлено, что критическое
влагосодержание непостоянно даже для одного и того же материала,
оно зависит от режимов сушки. Если считать исходным определенное
критическое влагосодержание
оказывается, что при более быстрой сушке критическое
влагосодержание будет иным - U’кр (для данного опыта), станет
выше, т.е. U’кр> Uкр. И, наоборот, при более медленной сушке
критическое влагосодержание для этого же материала U’’кр станет
меньше Uкр, т.е. U’’кр < Uкр. Эту зависимость необходимо
помнить и пользоваться ею, определяя режимы сушки изделий.
При сушке изменяется соотношение между жидкой и твердой
фазами. При этом растет концентрация твердой фазы и,
соответственно, число контактов частиц, суммарная площадь
контактов и их прочность, формируя в результате дисперсносвязанную коагуляционную структуру с определенной прочностью.
Процесс сушки неизбежно сопровождается усадкой материала:
при удалении влаги частицы материала сближаются, и общие
размеры материала сокращаются. Если скорость диффузии воды из
внутренних слоев сырца будет равной или несколько выше скорости
внешней диффузии влаги с его поверхности, то усадка будет
происходить равномерно без возникновения больших напряжений
внутри изделия. Если же скорость диффузии влаги с поверхности
изделия будет больше скорости диффузии из внутренних слоев
(например, при большой скорости и температуре теплоносителя),
поверхностные слои его сохнут заметно быстрее внутренних. При
этом величины усадок различных слоев будут разные (у наружных
больше, чем у внутренних), что приводит к короблению, деформации
и растрескиванию изделий. Особенно опасно явление усадки при
сушке пластичных глиняных масс. Даже микроскопические трещины,
невидимые глазом, могут привести в ходе последующего обжига к
существенному ухудшению качества и даже к разрушению изделий.
кр, полученное из опыта, то
25
Для подавляющего большинства материалов объемная усадка
подчиняется линейному закону. Зависимость между объемом тела V и
его влагосодержанием U описывается формулой
V = Vo(1 +
где
= d/
v
U),
v
dU - коэффициент объемной усадки.
o
В капиллярно-пористых коллоидных телах, т.е. в строительных
материалах, и линейная усадка происходит по аналогичному закону
l = lo(l +
В этом случае
U).
l
= dl /lodU - коэффициент линейной усадки,
l
характеризующий интенсивность изменения линейных размеров
материала.
Интенсивность влагоотдачи высушиваемых материалов зависит
от их физических свойств, гранулометрического состава, начальной и
конечной влажности. Жидкие шламы и шликеры можно высушивать
с любой скоростью, а сформованные изделия требуют осторожных
режимов сушки, выбираемых с учетом размеров изделий и свойств
материала. Особое значение приобретают процессы сушки при
получении керамического полуфабриката. Он содержит влагу или
другую временную связку в количествах, которые чаще всего не
позволяют совместить ее удаление и окончательный обжиг в одном
тепловом агрегате. Поэтому в процессе сушки полуфабриката
удаляют заранее часть связующей жидкости, что позволяет
обеспечить:
-- необходимую прочность полуфабриката, позволяющую
рационально размещать его в обжигательных печах;
-- завершение объемных изменений материала, связанных с
удалением жидкости;
-- предотвращение дефектов (трещин, разрывов, вздутий и пр.),
которые могут возникать из-за интенсивного газовыделения при
испарении воды или разложении органических соединений в теле
обжигаемого изделия.
Сушка глиняных изделий может производиться в естественных
условиях, однако в этом случае она зависит от атмосферных условий
(атмосферного давления, скорости ветра, естественной влажности
воздуха), поэтому мало управляема и идет очень медленно (7-20
суток в зависимости от начальной влажности и габаритов изделия). В
основном используют искусственную сушку, что значительно
сокращает продолжительность производственного цикла.
26
Сушильным агентом, как правило, служит воздух, нагреваемый до
определенной температуры в зоне охлаждения обжиговых агрегатов
или в специальных нагревательных устройствах (паровых
калориферах и др.), устанавливаемых в непосредственной близости
от сушилок или в самих сушилках. Очень часто в качестве
сушильного агента используют дымовые газы от обжиговых печей.
Вопросы к тексту 6
1. Какое влагосодержание называется критическим?
2. От чего зависит критическое влагосодержание?
3. Что представляет собой усадка материала?
4. Какой формулой описывается объемная усадка материала?
5. Что влияет на интенсивность влагоотдачи материалов?
6. С какой целью из полуфабриката заранее удаляют часть жидкости?
7. Что можно использовать в качестве сушильного агента?
Задания к тексту 6
В научном стиле речи шире, чем в разговорной речи,
употребляются деепричастия – неизменяемые слова, называющие
добавочное действие и поясняющие глагол-сказуемое. Деепричастия
могут передавать значения причины, следствия, условия, образа
действия: они экономят речевые средства, заменяя соответствующие
придаточные предложения: Зная свойства материала, мы можем
определить скорость сушки = Если мы знаем свойства материала,
мы можем определить скорость сушки; Пар, диффундируя в
окружающую среду, покидает материал = Пар покидает материал,
при этом он диффундирует в окружающую среду.
1. Образуйте деепр. от НСВ вычислять, управлять, освещать,
кричать, признавать, приводить. Помните, что деепр. образуются
при помощи суффикса -а/-я от основы наст. вр. (работают >
работая, лежат > лежа) или основы инфинитива (глаг. с
суффиксом -ва-: давать > давая) НСВ.
2. Найдите в тексте деепр., определите, какое обстоятельственное
значение они выражают.
27
Лексико-грамматические модели
ЧТО вызывает ЧТО ЧТО приводит К ЧЕМУ
ЧТО подчиняется ЧЕМУ ЧТО обеспечивает ЧТО
ЧТО размещают В ЧЕМ
7. Оптимальный режим сушки
Оптимальный режим сушки должен обеспечивать получение
высококачественных бездефектных изделий с заданной влажностью в
возможно короткие сроки с наименьшими затратами теплоты и
энергии. Оптимальный режим характеризуется допустимой
скоростью сушки, которая определяется рядом факторов.
Рис. 4. Схема изменения объема изделий из глины (V %) в зависимости
от времени сушки
Во-первых, степенью пластичности высушиваемого материала.
Чем пластичнее материал, тем больше он сможет удерживать влаги в
межчастичном пространстве, следовательно, тем больше ее потери
при сушке и тем выше усадка. Значения линейной усадки при сушке
составляют обычно от 6 до 10%, что соответствует уменьшению
объема материала (изделия) на 17-26% (рис. 4). Объем тела
уменьшается при сближении глиняных частиц по мере удаления
расположенных между ними водных прослоек, а также за счет
снижения собственного объема частиц тех глинистых минералов,
которые могут содержать межплоскостную воду. Не всегда удаление
28
воды сопровождается усадкой. Как правило, только на начальных
стадиях сушки уменьшение объема изделия вполне соответствует
удалению влаги. На заключительных стадиях сушки - обычно
начиная с влажности 8-13% - удаляется только вода, находящаяся в
порах и капиллярах, и объемные изменения отсутствуют. На
промежуточной стадии удаляется как «вода пор», так и «усадочная
вода». Усадка уменьшается при отношении (разбавлении) глин
непластичными материалами.
В основном периоде сушки, начинающемся после прогрева
массы до заданной температуры, влага удаляется с постоянной
скоростью. В этом периоде постоянной скорости сушки
распределение влаги в теле изделия подчиняется определенному
закону. Так как удаление влаги сопровождается уменьшением
объема, то наружные слои должны давать усадку больше, чем
внутренние. Однако внутренние слои препятствуют усадке
наружных. В результате создается сложное напряженное состояние,
характеризуемое растяжением наружных и сжатием внутренних
слоев. Опасные напряжения данного типа, зависящие от
максимального перепада влажности, появляются только в те периоды
сушки, когда происходят объемные изменения в материале. После
удаления воды пор эти явления не возникают. Поэтому даже
интенсивная сушка полуфабриката с низкой начальной влажностью
достаточно безопасна.
Во-вторых, поскольку конкретный способ формования изделий
определяет влажность формуемых масс, выбор режима сушки
полуфабриката тесно связан со способом его формования. Проще и
быстрее можно высушивать изделия, спрессованные из полусухих
порошков, отличающихся малой влажностью (до 8-10%) и,
следовательно, отсутствием существенных объемных изменений при
сушке. Допустимая скорость сушки растет обратно пропорционально
толщине изделия S. В то же время общее количество влаги, которое
необходимо удалить через единицу поверхности за весь период
сушки, пропорционально объему массы, т.е. также толщине S. Таким
образом, общая длительность безопасной сушки приблизительно
пропорциональна квадрату толщины (наименьшего линейного
размера) изделия. При выборе режима используют так называемый
«определяющий размер» - отношение объема изделия к его
поверхности: =V/S. Например, при сушке шамотных изделий массой
29
до 5 кг (=2) длительность сушки составляет примерно 20 ч, изделий
с =3-4 длительность сушки 80-100 ч.
При сушке тонкостенных изделий внутренняя диффузия влаги
и величина возникающих перепадов практически не лимитируют
скорости процесса сушки. Основным условием ускорения сушки
является интенсивность подвода тепла к изделию. Для таких изделий
в последнее время все шире применяют радиационную сушку с
использованием различных типов нагревателей.
Когда требуется высушить массивные и в то же время
малочувствительные к сушке изделия (например, огнеупоры,
спрессованные из порошков), обогрев удобнее всего осуществлять
при помощи больших количеств относительно сухого и горячего
теплоносителя.
При сушке сравнительно массивных изделий, сформованных из
пластичных масс, которые отличаются существенной усадкой и
невысокой влагопроводностью, приходится применять наиболее
мягкие режимы, т.е. вести сушку при невысокой температуре и
повышенной влажности теплоносителя. Однако и в этом случае
можно существенно снизить общую длительность процесса сушки
путем подачи вначале горячего теплоносителя с максимальной
влажностью (около 100%); при этом изделие быстро нагревается, но
влага из него практически не испаряется, т.е. не происходит резких
перепадов влажности в объеме самого изделия при интенсивном
нагреве. После прогрева коэффициент влагопроводности материала
увеличивается, что позволяет на второй стадии подавать сухой
теплоноситель и интенсифицировать сушку.
Ускорение процесса сушки и уменьшение брака может быть
достигнуто увеличением скорости внутренней диффузии до скорости
внешней диффузии, тщательной обработкой массы, уменьшением
начальной влажности изделия, уменьшением воздушной усадки
изделия за счет введения отощающих добавок, повышением
капиллярности массы за счет введения электролитов.
Наиболее действенным и экономичным способом увеличения
скорости внутренней диффузии является предварительный подогрев
массы, например, при затворении ее не водой, а паром, что сокращает
время, требуемое для прогрева сырца при сушке. Кроме того, в
подогретой массе облегчается движение влаги по капиллярам за счет
снижения вязкости воды. Например, при повышении температуры от
30
10 до 100оС вязкость воды снижается на 85%, а поверхностное
натяжение - на 20%.
Вопросы к тексту 7
1. Как пластичность материала влияет на скорость сушки?
2. Как связана сушка полуфабриката со способом его формирования?
3. Каково соотношение длительности безопасной сушки и размеров
изделия?
4. Что представляет собой определяющий размер изделия?
5. Чем отличается сушка тонкостенных и сушка массивных изделий?
6. Какие технологические процессы ускоряют сушку и уменьшают
брак сушки?
Задания к тексту 7
В научном стиле речи широко употребляются
сложноподчиненные предложения, вторая часть которых содержит
дополнительную информацию. Она вводится союзным словом что
(=и это): Величины усадок различных слоев будут разные, что
приводит к деформации и растрескиванию изделий = Величины
усадок различных слоев будут разные, и это приводит к деформации
и растрескиванию изделий.
1. Найдите в тексте предложения описанного выше типа, замените
в них союзное слово что сочетанием «и это». Какое
обстоятельственное значение они выражают?
2. Замените причастные обороты конструкциями «который +
форма глагола» по модели человек, читающий книгу = человек,
который читает книгу. Обратите внимание на род, число и падеж
слова «который»:
1. На заключительных стадиях сушки - обычно начиная с влажности
8-13% - удаляется только вода, находящаяся в порах и капиллярах.
2. В основном периоде сушки, начинающемся после прогрева массы
до заданной температуры, влага удаляется с постоянной скоростью.
3. Опасные напряжения данного типа, зависящие от максимального
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]