Загрузка ... Загрузка ...

Сушка наряду с обжигом является наиболее продолжительным и ответственным процессом во многих отраслях производства строительных материалов.

В производстве стекла и вяжущих материалов сушат сырьевые компоненты шихты: песок, шлак, глину, известняк, гидравлические добавки и прочие материалы. Большое количество времени отведено на процесс сушки в производстве керамики, где сушат глину, глиняный шликер, различные виды формованных изделий. В процессе сушки из материала влага испаряется. Материал при сушке не должен терять присущих ему свойств, необходимых на последующих стадиях производства. Например, глина после сушки должна сохранить свойство пластичности, топливо не должно терять свою летучую горючую часть, гипсовые изделия после сушки должны сохранять свою прочность.

На основе многочисленных работ, проведенных А. В. Лыковым и многими другими советскими учеными, создана теория сушки капиллярно-пористых коллоидных тел. В основу ее положена интенсивность связи влаги с материалом. Тела, подлежащие сушке, делят на три вида: капиллярно-пористые, коллоидные и капиллярно-пористые коллоидные. Влага связана с этими телами тремя видами: химическим, физико-химическим и физико-механическим.

Химический. Влага входит в состав молекул вещества. При сушке не удаляется, так как с ее удалением материал изменяет свои свойства. Например, при разрушении глинообразующего минерала каолинита Al20s-2Si02-2H20 глина теряет пластичность, при удалении химически связанной влаги из гипсовых изделий, состоящих из CaS04-2H20, гипс теряет свою прочность.

Физико-химический. Влага имеет с материалом физико-химическую связь. Она содержится в капиллярно-пористых коллоидных системах, представителем которых является глина. Это влага, адсорбированная мельчайшими коллоидными частицами, и влага набухания, для которой характерна осмотическая форма связи с материалом. Физико-химическая влага обладает средней интенсивностью связи с материалом.

Физико-механический. Влага характеризуется самым непрочным видом связи, она имеет с материалом структурную связь при образовании геля, а также удерживается в капиллярах капиллярными силами смачивания и поверхностного натяжения.

Материалы, удерживающие влагу только капиллярными силами, называются капиллярно-пористыми. Они легко сушатся без существенного изменения объема. К таким материалам относят шлак, песок.

В чисто коллоидных системах преобладают осмотическая и структурная формы связи с материалом, в капиллярно-пористых коллоидных — как осмотическая, так и капиллярная.

Всякий пористый материал пронизан капиллярами, выходящими своими окончаниями к его поверхности, с которой и происходит испарение влаги, если парциальное давление пара в окружающей среде ниже, чем на поверхности материала. Влага из материала переходит в окружающую среду — воздух или газ в виде пара.

В капиллярах влага образует вогнутые мениски и удерживается силами поверхностного натяжения. По мере удаления влаги из поверхностных слоев материала между внутренними и наружными слоями возникает перепад влагосодержания. Отношение влагосодержания к толщине изделия называют градиентом влагосодержания. С увеличением его увеличивается поступление влаги из внутренних слоев к поверхностным, благодаря чему поверхность материала не пересыхает. Это явление носит название внутренней диффузии влаги.

Переход влаги в виде пара с поверхности материала в окружающий воздух называют внешней диффузией влаги.

При удалении свободной влаги некоторые материалы, в том числе и глина, уменьшаются в объеме — дают усадку. Явление усадки объясняют тем, что по мере освобождения капилляров от влаги начинают возрастать силы поверхностного натяжения, стягивающие стенки капилляров до их сближения, что и вызывает сокращение материала в объеме. При соприкосновении поверхностей капиллярных сосудов между частицами материала возникают силы трения. Усадка заканчивается, когда силы трения превзойдут силы поверхностного натяжения.

Изменение влажности материала во времени называют скоростью сушки. Скорость сушки в разных частях материала неодинакова. При сушке формованных изделий быстрее сохнут углы и поверхность изделия, если скорость внутренней диффузии меньше, чем внешней. В результате неравномерной усадки в разных частях изделия, вызванной разной скоростью сушки, в материале могут возникнуть напряжения, приводящие к появлению трещин.

По виду и месту образования трещин в глиняном изделии (краевых, плоскостных, срединных, тотальных, приводящих к полному разрушению изделия, или волосяных) можно, выявив причину их возникновения, устранить ее тем или иным способом. Для устранения усадочных напряжений вокруг высушиваемого изделия создают наиболее благоприятные условия окружающей среды для равномерной сушки. В целях замедления внешней диффузии повышают парциальное давление пара в окружающей среде, увеличивая относительную влажность и понижая температуру сушильного агента.

Другим более распространенным и эффективным приемом, не замедляющим весь цикл сушки в целом, является ускорение внутренней диффузии пароподогревом формовочной массы или добавлением в массу отошителей, менее прочно связывающих влагу и облегчающих процесс ее удаления. При пароподогреве понижается вязкость влаги в капиллярах, что способствует более быстрому ее продвижению к поверхности изделия.

Весь цикл сушки принято делить на отдельные периоды, протекающие с разной скоростью. К первому относят период прогрева, протекающий без удаления влаги. Так как скорость сушки определяется формой связи влаги с материалом, то во втором периоде из материала удаляется влага, имеющая с ним непрочную связь, т. е. физико-механическую. В последний период происходит удаление влаги, связанной с материалом физико-химически. По характеру скорости удаления влаги называют: первый — периодом прогрева, второй — периодом постоянной скорости сушки, третий — периодом падающей скорости сушки (рис. 6.4).

По истечении периода прогрева достигают равномерной во всех слоях изделия температуры. Этот период особенно необходим для массивных изделий, сформованных из неподогретой формовочной массы. Если изделия поступают на сушку подогретыми, то необходимость в периоде прогрева отпадает, но температура в начальный период сушки не должна быть ниже температуры самих изделий во избежание их остывания. Наиболее опасным для качества изделия является второй период постоянной скорости сушки, когда удаляется свободная влага и изделие дает усадку. Как уже указывалось, неравномерность ее приводит к появлению трещин.

Испарение влаги происходит с поверхности изделия, которая в течение этого периода сушки остается влажной, питаясь влагой, поступающей по капиллярам из внутренних слоев. Температура материала также остается постоянной ввиду существующего теплового равновесия между количеством теплоты, воспринимаемой материалом и отданной на испарение влаги. Температура поверхности приближается к температуре мокрого термометра. Парциальное давление пара у поверхности равно парциальному давлению насыщенного водяного пара при температуре мокрого термометра. По окончании усадки влажность материала достигает так называемого критического значения (точка критической влажности К), после чего начинается период падающей скорости сушки. Непрерывное падение скорости сушки объясняют снижением парциального давления водяного пара на поверхности материала из-за понижения его влажности. Так как при этом уменьшается н расход теплоты на испарение влаги, температура материала начинает возрастать. Когда влажность материала достигнет равновесной с окружающей средой, сушку прекращают. Процесс полного удаления влаги осуществляют в печи при обжиге изделий.

Отдельные периоды сушки наглядно изображают графически кривой влагоотдачи.

Комментарии запрещены.

Полезное
Добро пожаловать
На наш новый форум газовиков!

Галерея

images_8 images_14 images_10 images_3