Сушка в туннельных сушилках

    Введение

    При изготовлении многих керамических изделий  сушка оказывает решающее влияние  на качество готовой продукции. Так  трещины, появляющиеся при сушке  многих керамических изделий, выводят  изделия в брак, а трещины в  кирпиче существенно снижают  его качество. В ряде случаев деформация изделий при сушке даже при отсутствии трещин также выводит их в брак либо обусловливает снижение сортности.

    Процесс сушки заметно влияет на экономику  производства, поскольку его осуществление  требует значительных расходов топлива  и электроэнергии, а денежные затраты  на этот процесс составляют 10-20% обшей  себестоимости готовых изделий. Значительны также капиталовложения на сооружение сушильных установок, которые растут в прямой зависимости  от продолжительности процесса сушки.

    Во  многих случаях размеры сушильных  установок и интенсивность процесса сушки лимитируют общий выпуск продукции, являясь так называемым «узким местом», и от возможности увеличения производительности сушильного цеха зависит рост общей  производительной мощности завода. Поэтому  нужно стремиться к такой организации  процесса сушки, в котором сочетались бы получение полуфабриката высокого качества, минимальная продолжительность  процесса и возможно малые расходы  тепла и электроэнергии. 

 

    

     2 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО СПОСОБА  ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ

    Сушка полуфабрикатов может быть естественной и искусственной. Естественная протекает на открытом воздухе или под навесом за счет свободного взаимодействия материала с окружающим воздухом. Данный вид сушки не отвечает требованиям по производительности заводов керамического кирпича и необходимому качеству полуфабриката.

    Искусственная сушка осуществляется в специальных устройствах и аппаратах под воздействием нагретого воздуха, дымовых газов тепловых лучей, направленных на материал от излучающих твердых тел (нагревателей), электрического тока при непосредственном контакте материала с нагревателями, а также токами высокой частоты.

    Для сушки керамического кирпича  рационально использовать конвективные сушилки. Контактная электросушка, как и сушка токами высокой частоты имеет сложное аппаратурное оформление процесса в условиях массового поточного производства, а также оказывается дороже конвективной.

    При конвективном методе сушки влага  испаряется вследствие теплового и массообмена между теплоносителем и изделием. В качестве теплоносителя используют нагретый воздух или дымовые газы, получаемые от сжигания топлива. Эти теплоносители являются одновременно и влагопоглотителями, так как передают сырцу тепло и поглощают его влагу.

  Процесс испарения и удаления влаги с поверхности изделия называют внешней диффузией.                                                                                                Скорость внешней диффузии зависит от параметров теплоносителя—температуры и влажности, а также от скорости его движения относительно высушиваемого изделия.

  В результате испарения влаги с поверхности  изделия влага из глубинных слоев  перемещается на его поверхность. Этот процесс называют внутренней диффузией.

  Скорость  внутренней диффузии зависит от влагопроводности сырца и возникающего перепада влагосодержания или градиента влажности. Внутренняя диффузия протекает медленнее внешней.

  Наилучшие условия сушки создаются при  одинаковой скорости внешней и внутренней диффузий. Такие условия возможно создать при правильном выборе режима сушки.

  Т.о выбираем конвективную сушильную установку.  

 

    

    3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

    3.1 Характеристика выпускаемой продукции, технология ее изготовления

    Камень лицевой нормального формата 2,1НФ

    КЛ 2,1НФ/250/1.0/50

    Номинальные размеры

      

    Характеристики:

    Марка                                                                              М 250

    Класс средней плотности                                                   1,4

    Средняя плотность, кг/см³                                                                           1200-1400

    Группа  по теплотехнической характеристике    условно-эффективные

    Предел  прочности при сжатии МПа

        Средний для 5 образцов                                                25,0

         Наименьший для отдельного образца                             20,0

              при изгибе

       Средний для 5 образцов                                                  3,9

       Наименьший для отдельного образца                             2,0

    Марка по морозостойкости                                                F50

                                                  

      Рисунок 1. Камень формата 2,1 НФ  с 18 квадратными отверстиями и  отверстием для захвата

К лицевым  изделиям в соответствии с ГОСТ 530-2007 предъявляются особые требования:

• Изделие должно иметь не менее двух лицевых граней – ложковую и тычковую.
• Не допускаются отколы, вызванные включениями.
• Не допускаются высолы.
• Не допускаются отбитости углов глубиной более 15 мм.
• Не допускаются отбитости рёбер глубиной более 3 мм и длиной более 15 мм.
• Не допускаются трещины.
• В партии не допускается половняк более 5% объема партии.

    Характеристика  сырьевой смеси.

    В качестве основного компонента используется глина Кыштырлинского месторождения.

    Данная  глина является среднепластичной, среднечувствительной к сушке, среднедисперсной, тугоплавкой (плавящейся при температуре от 1350 до 1582˚С)

    Число пластичности                                                         15

    Коэфициент чувствительности к сушке                    1,55

    Общая усадка                                                                 11,4%

    Воздушная усадка                                 7%

    Т.к. глина является среднепластичной и среднечувствительной к сушке в сырьевую смесь вводят корректирующие добавки.

    В качестве отощающей добавки используется шамот, в количестве 5% от массы глины.

    Полуфабрикаты получают методом пластического  формования в горизонтальном вакуумном ленточном прессе. Для ускорения последующей сушки сырца применяется формовка сырца из горячей глины; подогрев глины до 45—50° осуществляется паром.

    Подготовленный  кирпич-сырец имеет влажность 20%.

    Обоснование режима тепловой обработки.

Основными параметрами, определяющими режим  сушки являются: наибольшая температура нагрева материала, продолжительность сушки, температура, относительная влажность и скорость движения сушильного агента, а также изменение этих параметров в различные периоды сушки.

Данная  сырьевая смесь относится к капиллярнопористой коллоидной группе. В таких материалах превалирует капиллярная и осмотически связанная вода.

 Первый  период сушки (период подогрева)  характеризуется повышением температуры  материала, при этом испарения  влаги практически не происходит.

В этот период важно не допустить конденсации  влаги теплоносителя на изделие. Это может произойти если температура полуфабриката ниже температуры точки росы сушильного агента. Для устранения этого явления предусмотрен нагрев сырьевой смеси перед формованием до температуры 50˚С. В этот период влажность теплоносителя максимальна, около 90%, а температура минимальна около 60 ˚С

Второй  период – период постоянной скорости сушки характеризуется постоянством скорости испарения влаги с открытой поверхности материала. В этот период происходит испарение влаги с  поверхности материала (внешняя  диффузия), и поверхность остается влажной за счет поступления влаги  из внутренних слоев изделия (внутренняя диффузия). Большая разница между скоростями внешней и внутренней диффузии может привести к неравномерной усадке различных слоев изделия. Высушиваемые ранее наружные слои стремятся уменьшить свои размеры, а внутренние слои , сохраняя первоначальный размер препятствуют усадке поверхностых. В  следствие этого на поверхности возникают растягивающие, а внутри тела сжимающие усилия, которые могут вызывать опасные деформации. Величина возникающих напряжений пропорциональна разности влагосодержаний ω_сер = ω_сер - ω_пов

Т.о критерием, определяющим допустимый режи сушки является максимально допускаемый перепад влажности между средней влажностью тела и влажностью на его поверхности.

Учитывая  параметры данной сырьевой смеси устанавливаем начальные параметры периода постоянной скорости сушки:

Температура сушильного агента: 100˚С

Относительная влажность сушильного агента 85%

Скорость  сушильного агента  2 м/с

Интенсивность сушки   0,85% час

По мере сушки в следствии уменьшения влажности изделия и увеличения его прочности можно увеличивать интенсивность сушки на 25-30%, за счет увеличения скорости сушильного агента и его температуры.

Продолжительность этого периода составляет около 65% от всей длительности сушильного процесса. Заканчивается период, когда среднее  содержание влаги понизится до критического ω_{кр (}определяющей прекращение усадки), а на поверхности изделия станет равным максимальной гигроскопической влажности ω_г. При этом частицы твердой фазы приходят в непосредственный контакт (твердая фаза становится непрерывной), и дальнейшее испарение воды происходит только с поверхности капилляров. С этого момента начинается период падающей скорости сушки.

Период  ниспадающей скорости сушки.

Этот  период характеризуется тем, что  при уменьшении влажности (ниже максимальной гигроскопической) материала скорость сушки непрерывно замедляется. Это  объясняется уменьшением внешней  диффузии влаги вследствие понижения  парциального давления водяных паров  у поверхности материала по мере уменьшения влажности последнего. Заканчивается  период при достижении поверхностью материала равновесной влажности, когда скорость сушки становится равной нулю и удаление влаги из материала прекращается.

Учитывая что в этот период скорость сушки не лимитируется усадочными напряжениями, можно допустить более жесткий режим, т.е. повышать температуру, скорость сушильного агента и уменьшать его влажность.

Температура сушильного агента 100˚С;

Относительная влажность сушильного агента 85%;

Скорость  сушильного агента 2,5 м/c;

Максимальная  температура поверхности изделия 100˚С.

Таким образом:

Общее время сушки:                                                                                 20 часов