Лекции-1. Процесси материалы и сущки инструменты. Сушка в технологии строительных материлов Сушка – процесс удаления влаги из твёрдых материалов, главным образом путём её испарения. Процесс сушки является одной из наиболее распространенных операций в производстве строительных материалов. Сушка может использоваться как на заключительных стадиях производства, когда готовые изделия проходят стадию кондиционирования свойств, так и на стадии подготовки сырья, в том числе с целью подогрева сырья или модификации его свойств. Удаление влаги из твёрдых и пастообразных материалов позволяет удешевить их транспортировку, придать им необходимые свойства, а также уменьшить их коррозию аппаратов и трубопроводов при хранении или последующей обработке этих материалов. Сушка влажных материалов представляет собой сложный физический и технологический процесс, или, точнее, совокупность процессов переноса тепла и влаги, в котором главная роль отводится сушильному агенту – горячему воздуху. В сушильных установках его роль сводится к передаче материалу теплоты для испарения влаги, поглощению испарившейся влаги и удалению её из сушилки. Переход влаги из жидкого состояния является фазовым переходом и сопровождается поглощением тепла. Таким образом, на испарение влаги расходуется тепло, поэтому скорость сушки зависит от количества подводимого тепла и от температуры сушки. Существует множество механических способов удаления влаги из материалов: отжим, отстаивание, фильтрование, центрифугирование. Но наиболее качественное удаление влаги осуществляется в процессе сушки и отвода образующихся паров вместе с дымовыми газами. Кроме того, в процессе сушки осуществляется подогрев сырья, который положительно сказывается на дальнейших химических реакциях, связанных с технологическим процессом производства готовой продукции.Сушильные установки, применяемые в промышленности строительных материалов, классифицируются по следующим основным признакам: по режиму работы – периодического и непрерывного действия; по виду высушиваемого материала – для кусковых, сыпучих, вязкотекучих материалов, штучных и листовых изделий; по конструкциям – барабанные, распылительные, пневматические, со взвешенным (кипящим) слоем, камерные, конвейерные, туннельные и др. По способу подвода теплоты сушильные установки делятся на конвективные, контактные, рекуперативно–контактные, радиационные, высокочастотные, комбинированные;по схеме движения тепловых потоков и материала – прямо– и противоточные, с рециркуляцией, одно и многозонные. Для сушки кусковых и сыпучих сырьевых материалов широко используются сушильные барабаны. При производстве керамических изделий в них сушат глину, в технологии производства асфальтобетона – песчано–гравийную смесь, в производстве стекла – песок и соду. Сушильные барабаны используются также для низкотемпературного обжига гипсового камня, для термоподготовки перлитового сырья в производстве искусственных пористых заполнителей для бетона. Для сушки мелкодисперсных материалов получили распространение сушильные установки со взвешенным слоем, в том числе многозонные, где сушка является подготовительной стадией перед обжигом или вспучиванием сырья. С этими же целями возможно применение пневматических сушилок вертикального и аэрофонтанного типов. В промышленности строительных материалов также находят применение установки совмещенного помола и сушки материалов, например, при подготовке порошкового угля для обжиговых печей в производстве цемента – это, например, шахтные мельницы. В технологии тонкой керамики подготовку сырья производят шликерным способом с обезвоживанием керамической суспензии в сушилках распылительного типа. Модификации этих сушилок могут отличаться по месту подачи суспензии (с верхней или нижней подачей) и по способу ее распыления (пневматическим, механическим или центробежным). Для сушки штучных изделий используются конвейерные и туннельные установки. Например, для сушки керамической плитки используются одно– или многоярусные сушильные установки с ленточными конвейерами. В производстве кирпича методом пластического формования кирпич–сырец размещают на транспортных вагонетках и направляют на сушку в туннельные сушилки. Параметры влажного воздуха. Горячий воздух, поступающий в сушилку, отдает свое тепло высушиваемому материалу и поглощает испаренную влагу. Так как плотность влажного воздуха непостоянна ввиду колебаний температуры и содержащихся в нем водяных паров, удобнее всего относить параметры влажного воздуха не к единице объема, а к одному килограмму сухой массы воздуха. Различают три параметра, характеризующих влажность воздуха. Абсолютная влажность – количество водяного пара в единице объема влажного воздуха. Если считать, что воздух подчиняется законам идеальных газов, то абсолютная влажность равна массе одного кубического метра пара, или соответствует плотности водяного пара ? п (кг/м3). Относительная влажность ? – показатель, характеризующий степень насыщения воздуха водяными парами, представляет собой отношение абсолютной влажности при данной температуре и давлении к максимально возможному при тех же условиях, измеряется в процентах? = ( ?п / ?нас )·100 где ?нас – плотность насыщенного пара, кг/м3.Относительную влажность можно также выразить как соотношение парциальных давлений пара при данных условиях и в состоянии насыщения при заданной температуре? = ( рп / рнас )·100 где – рп парциальное давление пара в воздухе, Па; рнас – давление насыщенных паров, Па.Влагосодержание x, кг/кг – отношение массы водяного пара, находящегося во влажном воздухе, к массе абсолютно сухого воздуха в том же объемеx = ?п/?воздгде – ?возд плотность сухого воздуха, кг/м3. Теплосодержание (энтальпия) I, кДж/кг – количество тепла, содержащегося во влажном воздухе, в расчете на 1 кг сухого воздуха, представляет собой сумму энтальпий абсолютно сухого воздуха и водяного пара I = 1,01·t + 0,001·x·(2500+1,96·t) где – энтальпия влажного воздуха, Дж/кг; t – температура влажного воздуха; x– влагосодержание воздуха, кг/кг. Коэффициенты при t – соответственно теплоемкость сухого воздуха и водяных паров в кДж/(кг·К). Основы расчета сушильных установок. В производстве большинства строительных материалов используется конвективный способ сушки в потоке горячего воздуха, который в данном случае играет роль сушильного агента. Это может быть воздух, нагретый в паровом калорифере или рекуперационном теплообменнике, либо продукты сгорания топлива, разбавленные воздухом до необходимой температуры. Для каждого материала или изделия необходимо создавать свой режим сушки, характеризуемый оптимальными для данного материала параметрами теплоносителя – температурой, влажностью, скоростью движения. Эти параметры должны соответствовать оптимальным условиям, при которых материал высыхает в наиболее короткие сроки с сохранением всех требуемых свойств. Теплотехнический расчет сушильных установок включает следующие этапы: – расчет горения топлива и определение параметров сушильного агента на входе в сушильную установку; – определение параметров отработанных газов на выходе из сушилки; – расчет расхода воздуха и топлива на сушку при заданной производительности установки; – конструктивный расчет установки, определение ее размеров; –подбор вспомогательного оборудования; – разработка схемы–задания для автоматического управления процессом сушки. Литература 1. Теплотехника: Учебн. для вузов /А.П.Баскаков, Б.В.Берг, О.К.Витт и др.; Под ред. А.П.Баскакова.- 2-е изд., перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1991.- 224 с.: ил. 2. Панкратов Г.Н. Сборник задач по теплотехнике.- М.: Высш.шк., 1986.- 248 с., ил. 3. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. М., Машиностроение. 1991,- 376 с. 4. Краснощёков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче: Учеб. Пособие для вузов – 4-е изд., перераб. -М.: Энергия, 1991. 288 с., ил. 5. Сафонов.А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 232 с., ил. 6. Ляшков В. И. Теоретические основы теплотехники: Учеб. пособие. 2-е изд., стер. М.: Изд-во Машиностроение-1, 2005. 260 с.
