Загальні відомості про сушіння

Процес сушіння має дуже велике значення в технології силікатів.

Сушінням зветься процес видалення із твердих матеріалів вологи за рахунок її випаровування. Іншими словами сушіння – це процес переходу вологи тіла із зв’язаного стану у вільний газоподібний і видалення парів з поверхні тіла в навколишнє середовище.

Необхідними умовами для протікання процесу сушіння є одночасне підведення та відведення теплоносія, а також, щоб парціальний тиск водяних парів над поверхнею матеріалу був більшим ніж парціальний тиск водяних парів в самому теплоносії.

Тепло до тіла в основному підводиться конвекцією від нагрітого повітря, димових газів чи їх суміші, перегрітого пару, випромінюванням від нагрітих поверхонь, а також за рахунок проходження крізь тіло електричного струму та іншими способами.

В силікатній промисловості висушують сировинні матеріали (вапняк, пісок, глину, шлак, доломіт і т.п.), тверде паливо, керамічні вироби, вироби із в’яжучих матеріалів, різного роду покриття. Сировину сушать, щоб підготувати її до наступних технологічних операцій: подрібнення, просіювання, змішування. Керамічні вироби та вироби із в’яжучих матеріалів сушать, щоб придати їм механічну міцність потрібну для укладання на полички, вагонетки або штабелі для послідуючої теплової обробки.

Пісок можна сушити при будь-якій температурі та швидкості видалення вологи. Грудкову глину та паливо сушать при будь-якій швидкості видалення вологи, але температура сушіння для глини не повинна перевищувати 400⁰С, інакше вона може втратити пластичність; в паливі при температурах вище 150- 200⁰С починається виділення летючих горючих компонентів.

Сушіння керамічних матеріалів також потребує визначеного режиму у відношенні швидкості сушіння і температури нагріву виробів. Це обумовлено властивістю глин давати усадку при сушінні, що призводить до усадочних напруг, які можуть викликати деформацію і появу тріщин. Допустима максимально безпечна швидкість сушіння залежить від товщини і конфігурації виробів, а також від ступеню чутливості глини до сушіння.

Сушіння буває природним і штучним. Природне сушіння – це сушіння на відкритому повітрі, яке і є сушильним агентом. Штучне сушіння проводять в спеціальних пристроях – сушарках, в яких джерелом теплової енергії є гаряче повітря, димові гази або електроенергія. Насичений парами води сушильний агент відводиться за допомогою вентиляторів або інших витяжних пристроїв, що підвищує продуктивність сушарок і покращує умови сушіння виробів та роботи сушильного обладнання.

Вологі матеріали уявляють собою капілярно – поруваті тіла, в яких пори частково або повністю заповнені водою. В процесі сушіння вміст вологи в матеріалі зменшується і при температурі вище 100^оС у порах знаходяться лише водяна пара та повітря. При сушінні видаляється лише фізична волога, яка складається із гігроскопічної та вільної. Гігроскопічна – це волога, яку тіло (матеріал) отримує, якщо його помістити на тривалий термін у середовище з відносною вологістю φ = 100% при даній температурі (іншими словами – це волога, яка осіла в матеріалі при тривалому його збереженні в умовах з постійними параметрами повітря). Вільна волога – це волога добавлена штучно при формуванні виробів або в процесі переробки сировини, матеріалів. У процесі сушіння видаляється вільна і частина гігроскопічної вологи. У матеріалі залишається рівноважна і хімічно зв’язана волога. Рівноважна – це волога, парціальний тиск водяної пари якої на поверхні матеріалу дорівнює парціальному тиску водяної пари навколишнього середовища при заданих умовах сушіння або – це волога, яка зберігається в матеріалі в кінці процесу сушіння.

Вага вологого матеріалу дорівнює добутку ваги сухого матеріалу і вологи:

G_вол = G_сух+ w, (5.1)

де G_вол – маса вологого матеріалу, кг;

G_сух – маса абсолютно сухого матеріалу, кг;

w – маса вологи, що втримується в матеріалі, кг.

Розрізнюють абсолютну та відносну вологості, які виражають у відсотках.

Абсолютна вологість – це відношення ваги вологи до ваги абсолютно сухого матеріалу виражене у відсотках:

w_абс= ·100% (5.2)

Відносна вологість – це відношення ваги вологи до ваги вологого матеріалу виражене у відсотках:

w_відн= ·100% (5.3)

Зв’язок між відносною та абсолютною вологостями виражається рівняннями:

w_абс= w_відн· , %; w_відн= w_абс· , % (5.4)

Процес сушіння матеріалів в часу розподіляється на три періоди: підігріву, коли швидкість сушіння росте, період постійної швидкості сушіння та період, швидкість сушіння в якому падає. В першій період температура матеріалу підвищується, волога з його поверхні видаляється, що призводить до збільшення різниці концентрації вологи в середині і на поверхні тіла, внаслідок чого волога переміщується до поверхні. З підвищенням температури швидкість переміщення вологи та швидкість випаровування зростає. У другий період температура поверхні матеріалу і швидкість сушіння залишаються постійними за рахунок того, що на поверхні утворюється шар вологи і випаровування іде із вільної поверхні води (тепло витрачається лише на нагрівання та випаровування вологи). Тиск водяних парів над поверхнею матеріалу дорівнює парціальному тиску насичених водяних парів при температурі поверхні і не залежить від вологості матеріалу. Це найбільш небезпечний період, тому що починається усадка матеріалу, яка продовжується весь цей період і може призвести до утворення тріщин. Швидкість сушіння залишається постійною до тих пір, поки вміст вологи у матеріалі не знизиться до критичного, а на поверхні не стане рівним гігроскопічній вологості (w_кр). Критична вологість – середня по всьому об’єму вологість, яка залежить від режиму сушіння, товщини виробу та коефіцієнта вологопровідності матеріалу. При досягненні критичної вологості усадка поверхневих шарів припиняється і подальше сушіння викликає лише збільшення пористості. У третій період швидкість сушіння зменшується. Межа випаровування переміщується з поверхні усередину, різниця температур сушильного агенту і поверхні матеріалу зменшується. При досягненні рівноважної вологості швидкість сушіння наближається до нуля, видалення вологи із матеріалу припиняється.

Важливим є поняття швидкості сушіння, яка характеризується кількістю вологи, що видаляється з одиниці поверхні випаровування за одиницю часу, кг/м²·год:

ν = , (5.5)

де F – поверхня випаровування, м²;

τ – час випаровування, години

Існує максимально допустима безпечна для виробів різниця концентрацій вологи усередині (с_усер) та на поверхні (с _пов) матеріалу:

∆с_мах = с_усер - с _пов, кг/м³

Якщо швидкість сушіння буде великою (с _пов різко зменшиться), то це може призвести до розтріскування виробів. Тому і існує максимально допустима, безпечна для утворення тріщин швидкість сушіння, яка залежить від властивостей матеріалу, форми та розмірів виробів.

Існують різні способи сушіння сировинних матеріалів та сирих виробів (напівфабрикатів, сирцю), які в залежності від умов мають різний ступінь поширення. Наприклад, конвекційний спосіб при якому випаровування здійснюється за рахунок теплоти, що передається матеріалу теплоносієм, який рухається в сушарці (нагріте повітря, димові гази) є універсальним та широко розповсюджений завдяки простоті і легкості регулювання процесу при сушінні виробів любої форми і розмірів. Радіаційний, при якому випаровування здійснюється за рахунок теплоти, що передається матеріалу від нагрітих поверхонь випромінюванням, найбільш придатний для сушіння тонкостінних виробів простої форми тому, що при цьому способі виникає великий перепад вологості і температури на поверхні і усередині матеріалу. При сушінні виробів струмом високої частоти, тепло надходить із середини і тіло прогрівається по всій масі. Швидкість сушіння збільшується з ростом частоти поля і вологості виробів. Тому цей спосіб доцільно використовувати для сушіння виробів різної товщини та складної форми. При контактному електросушінні випаровування відбувається за рахунок теплоти, яка виділяється в тілі матеріалу, що володіє електропровідністю, внаслідок пропускання крізь нього перемінного електричного струму. Міняючи параметри струму можна регулювати величину температурного перепаду в потрібній межі, а отже і інтенсивність переміщення вологи в різних частинах тіла. За рахунок цього можна сушити складні вироби із різною товщиною стінок.

Поиск по сайту: