7.3. Сушка материалов и изделий. Выбор оптимальных режимов сушки.
Сушка глиняных изделий может производиться в естественных условиях, однако она мало управляема (т.к. зависит от побочных условий) и идёт очень медленно (7-20 суток в зависимости от влажности и габаритов изделий). Поэтому в основном используется искусственная сушка. Сушильным агентом, как правило, служит воздух, нагреваемый до определённой температуры в зоне охлаждения обжиговых агрегатов или в специальных нагревательных устройствах, установленных в непосредственной близости от сушилок или в самих сушилках. Часто в качестве сушильного агента используют дымовые газы от обжиговых печей. Возможны и другие способы сушки.
При радиационном методе сушки сушильным агентом также является воздух, а нагрев изделий и выделение влаги происходит за счёт радиационного нагрева от теплоизлучателей. газовых беспламенных горелок, электроламп инфракрасного излучения и прочее.
Высокочастотная сушка основана на превращении энергии электрического тока высокой частоты (1-6 МГц) в тепловую энергию при прохождении его через влажное тело. В этом случае изделие сушится не только с поверхности, но и по всему объёму, что приводит к существенному снижению времени сушки.
Режим сушки подбирается опытным путём и должен обеспечивать получение высококачественных бездефектных изделий с заданной влажностью за короткий срок и с наименьшими затратами теплоты и энергии.
Выбор оптимального режима сушки характеризуется допустимой скоростью сушки, которая определяется рядом факторов:
1. Степенью пластичности высушиваемого материала.
Чем пластичнее материал, тем больше он сможет удерживать влаги в межчастичном пространстве, следовательно, тем больше её потери при сушке и тем выше усадка. Линейная усадка при сушке составляет обычно от 6 до 10%. Что соответствует уменьшению объёма материала (сужение) на 17-26%. Объём тела уменьшается при сближении глиняных частиц по мере удаления расположенных между ними водных прослоек, а также за счёт ???? собственного объёма частиц тех глинистых минералов, которые могут содержать межплоскостную воду. На начальных стадиях сушки уменьшение объёма изделия вполне соответствует удалению влаги. На заключительных стадиях сушки обычно начинается с влажностью 8-13% — удаляется только вода, находящаяся в порах и капиллярах, и объёмные изменения отсутствует. На промежуточной стадии удаляется как «водопар», так и «усадочная вода», Усадка уменьшается при отощении (разбавлении) глин пластичными материалами.
2. Влажностью формуемых масс, т.е. способом их формования.
Проще и быстрее можно высушить изделия, спрессованные из полусухих порошков, отличающихся малой влажностью (до 8-10%),и следовательно, отсутствием существенных объёмных изменений при сушке.
3. Безопасная скорость сушки, которая должна достигаться по возможности минимальную продолжительность этого процесса.
Установлено, что общая длительность безопасной сушки приблизительно пропорциональна квадрату толщены (наименьшего линейного размера) изделия. При выборе режима используют так называемый «определяющий размер» - отношение объёма изделия к его поверхности:
δ = V/S
Например: при сушке шамотных изделий до 5кг (δ=2) длительность сушки составляла примерно 20ч, изделий массой 10-12кг (δ=2-3) длительность составляла 40-60часов, изделий массой 15-20кг (δ=3-4) 80-100часов.
4 Габаритные размеры изделий.
При сушке тонкостенных изделий внутренняя диффузия влаги (влагопроводность) 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 всё шире применяют радиационную сушку.
Когда требуется высушить массивные изделия, сформованные из пластичных масс, то применяют мягкие режимы, т.е. вести сушку при невысокой температуре и повышенной влажности теплоносителя. Ускорение процесса сушки и уменьшение брака может быть достигнуто:
уменьшением скорости внутренней диффузии до скорости внешней диффузии;
тщательной обработкой массы;
уменьшением начальной влажности изделия;
уменьшением воздушной усадки изделия за счёт введения отощающих добавок;
повышение капиллярности массы за счёт введения электролитов.
Увеличение скорости внутренней диффузии – является предварительный подогрев массы, например при затворении её не водой, а паром, при этом сокращается время, требуемое для прогрева сырца при сушке. Кроме того, в подогретой массе облегчается движение влаги по капиллярам за счёт снижения вязкости воды. Например, при повышении температуры от 10 до 100С вязкость воды снижается на 95%, а поверхностное натяжение на 20%.
Выбор типа сушилки определяется видом высушиваемого материала или полуфабриката и его влажностью.
При выборе типа сушила необходимо учитывать ряд требований:
Сушилка должна вписываться в непрерывную техническую линию.
Процесс сушки должен быть по возможности механизирован и автоматизирован.
Сушка должна быть равномерной по всему рабочему объёму сушилки.
Длительность сушки и расход энергии на испарение 1кг влаги должен быть минимальным.
Сушка шламов и шликеров
При высушивании цементных сырьевых шламов и глиняных шликеров меняется агрегатное состояние материала - из водяной суспензии он переходит в сухое зернистое состояние определенной гранулометрии, а свободнодисперсная структура переходит в дисперсионно-связанную структуру.
Сушка цементных сырьевых шламов происходит в зоне сушки вращающихся печей, работающих по мокрому способу, которая составляет 30-35% общей длины печи. При нагревании шлама диффузионные оболочки вокруг минеральных частиц сжимаются и отделяют часть свободной воды, что приводит вначале к повышению текучести шлама. При длительном нагревании свободная влага испаряется, вязкость растёт, шлам структурируется и становится пластичным. Это приводит к образованию мягких, легко дробящихся на отдельные гранулы комьев. По мере дальнейшего высушивания количество влаги падает и гранулы упрочняются и вследствие постоянного вращения печи обкатываются, приобретая сферическую форму и уменьшаясь в размерах, т.е. происходит грануляция шлама. Гранулометрия высушенного сырьевого шлама существенно влияет на ход технологического процесса и качество получаемого клинкера.
Для интенсификации процесса сушки и улучшения грануляции зону сушки оборудуют теплообменными устройствами, основной задачей которых является повышение суммарной поверхности теплообмена материала с топочными газами. Наиболее распространенными теплообменниками во вращающихся печах в зоне сушки являются металлические цепкие завесы. При этом цепи подвешивают либо гирляндным способом на участке длинной 25-30 м от холодного конца печи.
При сушке керамических шликеров используют чаще всего – распылительные сушилки, позволяющие получить тонкозернистый порошок, который далее формуется методом прессования. Пресс-порошок имеет стабильный и однородный гранулометрический состав и шарообразную форму гранул (основной диаметр частиц 0,24-0,32 мм). Такой порошок хорошо прессуется, так как равномерно заполняет форму, кроме того, минимально выделена пыли при его формовании и транспортировке.
Распылительная сушилка представляет собой металлический цилиндр, имеющий конусообразное днище, служащее для сбора готового продукта. Шликер разбрызгивается на капли, которые оседают в равномерном потоке горячих газов и во время свободного падения в рабочей камере высушиваются до заданной остаточной влажности. Сушка осуществляется достаточно быстро (3с) вследствие большой поверхности теплообмена распыляемых капель.
Характерной особенностью представленной БРС является то, что в сушке распыляется один фонтан шликера большой мощности и высоты, чтобы шликер не попадал на стенки и крышку башни, необходимы большие размеры последней. Отличие состоит также в том, что 6 топок для сгорания газа расположены вертикально. В конусной части сушилки трубопровод для удаления из неё отработанных газов и испаренной влаги, который присоединил к циклону для очистки отработанных газов и, который подключён к центробежному вентилятору. Распылительная сушилка позволяет заменить целый комплекс технологических операций: предварительное обезвоживание, фильтрацию, окончательную сушку и огламерацию. Поэтому БРС при получении пресс-порошка упрощает технологическую схему производства. Изделия при этом имеют высокое качество (гладкие поверхности, четкие грани, повышенную механическую прочность), а отсутствие пыления улучшает условия труда.
Влажность порошка регулируется температурой дымовых газов. Хранение пресс-порошка целесообразно в течение 7-8 часов с целью его охлаждения, так как горячий порошок налипает на пресс-формы. При нижней подаче шликера и верхней подаче теплоносителя капли высушиваемого материала попадают в зону движения охлаждённых газов, что предотвращает образование крупных пустот в зёрнах твёрдой наружной корочки. В верхней части башни зерна омываются ещё горячим теплоносителем (360С). Подсохшие гранулы падают в нижнюю часть сушилки и забираются шнековым конвейером.
Схема распылительной сушилки
1. воздуховод горячего воздуха;
2. рабочая камера;
3. трубопровод отработанных отходящих газов;
4. газоход;
5. циклоны;
6. транспортер шнековый;
7. топки;
8. штанга с шликерной форсункой;
9. разгрузочный патрубок.
* Диаметр башни сушилки — 9,5 метров, высота — 18 метров.