Основные сведения о процессе сушки
Сушку кирпича производят только конвективным методом, т. е. методом, при котором влага испаряется вследствие теплового обмена между изделием и теплоносителем. 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 сушки характеризуется следующими основными факторами: скоростью перемещения влаги внутри материала, скоростью влагоотдачи с поверхности материала в окружающую среду и усадочными напряжениями; обусловленными неравномерным распределением влажности внутри материала. 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.
Способность теплоносителя поглощать то или иное количество влаги зависит от его относительной влажности, т. е. количества содержащейся в нем влаги. Чем меньше относительная влажность теплоносителя, тем большее количество влаги в виде водяного пара может он поглотить. В результате испарения влаги с поверхности изделия влага из глубинных слоев перемещается на его поверхность. Этот процесс называют внутренней диффузией.
Если в результате быстрого испарения влаги с поверхности сырца разница в количестве ее на поверхности и внутри будет превышать допустимый предел, то сырец будет растрескиваться. Этот предел называют критическим перепадом влагосодержания или критическим градиентом влажности. Условия сушки кирпича должны быть такими, при которых образующийся в нем перепад влажности не превышал бы критического значения. Скорость внутренней диффузии зависит от влагоироводности сырца и возникающего перепада влагосодержания или градиента влажности.
Внутренняя диффузия протекает медленнее внешней. Наилучшие условия сушки керамического кирпича М-125 создаются при одинаковой скорости внешней и внутренней диффузий. Сушка может происходить только при условии подвода тепла, необходимого для испарения влаги, и при наличии разницы давлений паров воды на поверхности испарения и паров воды теплоносителя. Чем больше эта разница, тем быстрее скорость испарения.
Теплоноситель поглощает влагу из кирпича до тех пор, пока парциальные 1 давления его паров и паров на поверхности испарения не сравняются.
Насыщенность теплоносителя не должна превышать определенного предела. Добавление к насыщенному теплоносителю некоторого количества пара вызывает конденсацию его на поверхности изделия в виде капель воды.
Чем выше температура воздуха, тем большее количество паров воды он может впитать до насыщения. В практике степень насыщения воздуха характеризуют его относительной влажностью, т. е. отношением количества водяного пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, к количеству пара, которое насыщает воздух при данной температуре. Чем выше температура и ниже относительная влажность воздуха, тем быстрее протекает процесс сушки изделия и тем меньшее количество воздуха необходимо для удаления влаги из изделия.
Скоростью сушки называется количество воды, которое удаляется с единицы поверхности изделия в единицу времени. Скорость сушки можно регулировать температурой, относительной влажностью и скоростью движения теплоносителя.
Процесс сушки полнотелого кирпича М-100 делится на три периода: нагрева изделий, постоянной скорости сушки и замедленной скорости сушки. В период нагрева тепло, подводимое к материалу теплоносителем, расходуется на подогрев изделия от начальной температуры до температуры теплоносителя. Влажность изделий за этот период уменьшается незначительно. В первый период сушки удаление влаги происходит с постоянной интенсивностью W, где W — количество испаренной влаги в кг; F — поверхность испарения в м2; х — длительность испарения в г. В этот период температура изделия постоянна и равна температуре мокрого термометра.
В период постоянной скорости сушки влага, поступающая из внутренних слоев изделий, испаряется с поверхности изделий. Скорость сушки в этот период остается постоянной до тех пор, пока влажность на поверхности изделий начнет уменьшаться. Этот период сушки характеризуется примерно постоянным уменьшением веса изделия в единицу времени, т. е. количества влаги, испаряемой с единицы поверхности высушиваемого изделия.
В период замедленной скорости сушки постепенно уменьшается влажность изделия до минимального остаточного количества. После этого сушка изделий прекращается. Этот период характеризуется непрерывным снижением скорости сушки и сопровождается снижением величины усадки изделий, которая чаще всего прекращается до окончания этого периода.
Влажность, которую имеет масса изделия в момент прекращения усадки, называется критической влажностью.
Конец третьего периода характеризуется равновесной влажностью, т. е. влажностью, при которой изделие прекращает уменьшаться в весе и скорость сушки равна нулю.
Равновесная влажность высушиваемого материала зависит от относительной влажности и температуры теплоносителя. Чем меньше относительная влажность теплоносителя и выше его температура, тем меньше равновесная влажность высушиваемого изделия.
Для уменьшения возможности образования трещин в заводской практике обычно стремятся увеличить скорость продвижения влаги от внутренних слоев изделия к наружным настолько, чтобы эта скорость соответствовала скорости испарения с поверхности изделия. При этих условиях влажность сырца по всей толщине выравнивается и воздействие напряжений уменьшается или устраняется.
Увеличение скорости капиллярного движения воды в основном зависит от ее вязкости, которая понижается с увеличением температуры воды. Вода при температуре 60° имеет вязкость на 25% меньше, чем при температуре 0°.
Практически нагрев глиняной массы до указанной температуры или несколько ниже достигают пароувлажнением. Чтобы ускорить сушку, особенно в начальный период, применяют паропрогрев глиняной массы перед формованием до
Однако возможности прогрева глиняной массы ограничиваются указанными пределами температуры
Сырец, нагретый за счет пароувлажнения, можно высушить быстрее и с меньшим количеством трещин. Чтобы уменьшить величину усадки, ускорить продвижение влаги из внутренних слоев к поверхности и тем самым уменьшить перепады влажности по сечению изделия, в шихту вводят различные отощители, увеличивающие влагопроводность и уменьшающие усадку изделий.
Чтобы избежать появления трещин в изделиях из чувствительного к сушке сырья, повышают относительную влажность теплоносителя, снижают его температуру при одновременном увеличении объема, а следовательно, и скорости. С этой целью обычно повторно используют часть отработанного теплоносителя, т. е. осуществляют его рециркуляцию путем смешивания с теплоносителем, поступающим от источников тепла. Это делают либо в общей смесительной камере перед поступлением в сушилку или же рециркулирующий влажный теплоноситель подают в наиболее опасные зоны сушки, и здесь он смешивается с проходящим более сухим теплоносителем.
При сушке изделий стремятся создать оптимальный режим, т. е. режим, при котором получают качественные изделия без трещин в минимальные сроки и при возможно меньших затратах тепла и электроэнергии.
Оптимальный режим сушки обычно устанавливают экспериментальным путем и из нескольких режимов выбирают наиболее эффективный. Этот путь дорогой, трудоемкий и длительный, а главное, не всегда дает лучшие результаты. Поэтому применяют расчетно-экспериментальные методы.
Одним из них является метод установления критического градиента влажности. По его величине можно устанавливать оптимальный режим сушки.
Если критический градиент влажности для определенной керамической массы имеет величину более 3, то кирпич следует подвергать сушке в начальный период при температуре теплоносителя
При величине критического градиента влажности сырца менее 1,8 начальная температура теплоносителя должна быть примерно 32°, относительная влажность 82—85%, а срок сушки