Основные закономерности кинетики контактно-диффузной сушки керамических изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КИНЕТИКИ КОНТАКТНО-ДИФФУЗИОННОЙ СУШКИ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Усачёв A.M., аспирант,

Шмитько Е.И., д-р техн. наук, профессор,

Суслов А.А., канд. техн. наук, доцент

В связи с развитием и становлением индивидуального жилищного строительства сборные железобетонные конструкции все чаще уступают место штучным стеновым материалам, к которым в первую очередь относится лицевой керамический кирпич.

Это обстоятельство объясняется несколькими причинами: кладка стен из мелкоштучных изделий производится вручную, поэтому для возведения стен не требуется мощное грузоподъемное оборудование; малый размер кирпича дает широкий простор проектировщику при выборе архитектурного решения; здание из кирпича отличается хорошими экологическими показателями микроклимата помещений.

Современное строительство невозможно представить без керамического кирпича. Его вклад в организацию архитектурного облика здания настолько велик, что не сопоставим ни с каким другим стеновым материалом.

Однако получить качественный лицевой кирпич не просто. При его производстве возникает множество технологических проблем, из которых наиболее острой является проблема растрескивания сырца в процессе сушки. На сегодняшний день в практике керамических производств накоплен богатый опыт использования высокочувствительного к сушке сырья, но проблему трещинообразования эти методы не всегда успешно могут решить.

В связи с изложенным, актуальной является проблема повышения качества сушильных процессов, которая в данной работе решается за счет использования принципиально нового способа сушки [1]. Сущность нового способа сушки заключается в следующем: отформованный сырец помещается на подложку из пористого материала с высокой влагоемкостью и накрывается сверху влагонепроницаемым колпаком. Подложка с тыльной стороны подвергается высушиванию теплоносителем. Тем самым осуществляется диффузия влаги из сырца в подложку, а за счет подачи и отбора сушильного агента происходит конвективное испарение влаги с поверхности подложки.

Контактно-диффузионная сушка изделий позволяет обеспечить управляемое протекание процесса, сократить время сушки, а также исключить образование сушильных трещин.

Управление процессом сушки в нашем варианте может осуществляться через многие факторы, в том числе и через влагоемкостные характеристики посредника.

Центральным местом в понимании и количественной оценке интенсивности диффузионного влагопереноса от одного материала к другому является представление о потенциале переноса и, который измеряется в массообменных градусах (°М).

Потенциал переноса влаги непосредственно связан с удельной изотермической влагоемкостью материала С_m. Понятие удельной изотермической влагоемкости аналогично понятию удельной теплоемкости и ее можно представить как:

С_m =(dU/dи)_T (1)

где (dU/dи)_T - частная производная от удельного влагосодержания по потенциалу влагопереноса при постоянной температуре.

Влагообмен между соприкасающимися телами будет происходить до состояния термодинамического равновесия. Тогда по аналогии с тепловым равновесием соприкасающихся тел, когда наступает равенство температур, можно считать, что в состоянии влажностного равновесия будет соблюдаться равенство:

и¹= и^2, или ⁼ (2)

В плане достижения общей цели весьма важным этапом для нас является определение удельной влагосоемкости и потенциала переноса влаги наиболее вероятных в нашей постановке задачи посредников

В наши экспериментальные исследования были включены материалы, которые обладают довольно большими показателями открытой пористости и могут использоваться в качестве влагоемкой «подложки» при контактно-диффузионном способе сушки, В качестве таковых использовались: пеношамот со средней плотностью p_m=300 кг/м³ и цементный камень с В/Ц 0,4. В качестве объекта сушки использовался образец-сырец пластического формования, изготовленный из высокочувствительной глины Семилукского месторождения.

Рассчитанные по методике А.В. Лыкова значения потенциала переноса и изотермической влагоемкости представлены в таблице 1.

Таблица 1

Значения потенциалов переноса и удельной изотермической влагоемкости материалов подложек

Полученные показатели удельной изотермической влагоемкости, на наш взгляд, достаточно объективно отражают особенности структуры исследуемых материалов. Цементный камень, в котором объем пор целиком состоит из мезо-капиллярной пористости, обладает наибольшей влагоемкостъю. Несколько меньшую способность поглощать влагу имеет пеношамот, что свидетельствует о преобладании в его структуре макропор. Сырец по величине удельной влагоемкости занимает промежуточное положение.

Полученные результаты потенциала переноса влаги материалов-подложек и глиняного сырца показывают, что при контакте этих материалов влага будет перетекать из изделия с большим потенциалом к телу с меньшим потенциалом, т.е. из сырца в подложку.

На рисунках 1 и 2 представлены экспериментальные данные по высушиванию глиняного сырца контактно-диффузионным способом на подложках из пеношамота и цементного камня с В/Ц=0,4, Сушка осуществлялась при температуре теплоносителя t=20⁰C и относительной влажности воздуха ф=80%. диффузный сушильный контактный влагоперенос

В ходе эксперимента непрерывно фиксировалось изменение влажности сырца, а также влажность подложек

Полученные кривые изменения влажности подложек (рис. 1 и 2 б) соотносятся с ранее определенными значениями удельной изотермической влагоемкости С_m и потенциала переноса в. Как говорилось выше, неравенство потенциалов влаги соприкасающихся материалов предопределяет направление влагопереноса - сырец, обладающий большим потенциалом, высыхает, теряя влагу (рис. 1 и 2 а), а подложка увлажняется, причем количество поглощенной влаги пропорционально величине удельной изотермической влагоемкости (рис. 1 и 2 б).

Рисунок 1 Кривая сушки сырца а) и кривая изменения влажности подложки из пеношамота с р=300 кг/м³ б) при параметрах теплоносителя t=20°C, ф=80%

Рисунок 2 Кривая сушки сырца а) и кривая изменения влажности подложки из цементного камня с В/Ц=0,4 б) при параметрах теплоносителя t=20°C, ф=80%

Обладая самым большим значением удельной влагоемкости цементный камень в начальный срок интенсивно забирает влагу. Но через некоторое время устанавливается новый, более высокий уровень влажности (рис, 2 б), который свидетельствует о насыщении подложки влагой. При этом скорость диффузии влаги из сырца замедляется, процесс контактно-диффузионной сушки ослабевает и в дальнейшем идет, но очень медленными темпами. В отличие от цементного камня пеношамот в начальный период так же интенсивно поглощают влагу, но в то же время он сравнительно легко отдает ее. О чем свидетельствует почти одинаковый уровень влажности в начале и в конце процесса сушки (рис. 1 б). В этом случае процесс высушивания идет сравнительно быстро.

Таким образом, установлено, что при тесном контакте посредника из рассмотренных материалов и глиняного сырца влага будет перетекать из тела с большим потенциалом к телу с меньшим потенциалом, т.е. из сырца к посреднику, что позволит обеспечить контактно-диффузионную сушку сырца; скорость контактно-диффузионной сушки зависит не только от пористости посредника и, как следствие, поглощающей способности, но от того с какой легкостью этот материал может отдавать поглощенную влагу в окружающую среду; сходя из полученных результатов, пеношамот возможно использовать для жестких режимов сушки, цементный камень необходимо применять для мягких режимов сушки для крупногабаритных изделий или изделий сложной конфигурации.

Список литературы

1. Заявка 017355 РФ, МПК С 04ВЗЗ/30. Способ сушки отформованного кирпича-сырца / Е.И. Шмитько, А.А. Суслов, А. М. Усачев, Р.А. Важинский (РФ). № 2004116165/03, дата подачи заявки 27.05.2004. Приоритет 27,05,2004.

Размещено на Allbest.ru