книги / Тепломассообменные процессы в производстве гипсовых и гипсобетонных строительных материалов
..pdfРнс. !01. Схема распределения теплоносителя но нысоте сушильных камер в зави симости от расположения точек полоода и выброса ( • — место установки термопар),
Рнс. 102. Изменение температуры теплоносителя по высоте и длине сушильной ка меры в зависимости от расположения точек подвода и выброса.
изводительность прокатных станов, на 6,4 % снизить себестоимость изделий в среднем по отрасли и получить годовой экономический эф фект порядка 3 млн руб.
3. Опытно-промышленная проверка способов фильтрационного обезвоживания гипсовых плит
Опытно-промышленная проверка нового способа обезвоживания гипсовых изделий, позволяющего осуществить процесс сушки за 35— 40 мин посредством фильтрационного удаления влаги под действием градиента избыточного давления, возникающего в материале при на греве плиты электрическим током промышленной частоты [142], и суш ки гипсовых и гипсобетонных изделий (плит, панелей, сантехкабии), основанных на вытеснении сжатым воздухом свободной влаги пор в жидком состоянии [115], проведена на Киевском заводе строительных материалов и Новомосковском гипсовом комбинате.
На Опытном производстве ИТТФ АН УССР изготовлена установка для сушки промышленных гипсовых плит размерами 800 х 400 X X 80 мм, испытанная в производственных условиях на Новомосков ском гипсовом комбинате. Испытания подтвердили высокую эффек тивность разработанного метода сушки гипсовых изделий. Установка представляет собой размещенную на раме ячейку для двух симметрич но расположенных плит. Плиты вкатываются внутрь ячейки, после чего в нее подается сжатый воздух под давлением 0,4—0,7 МПа, при жимающий резиновые уплотнения к боковым поверхностям плит с об разованием герметичных камер и создающий градиент давления, на правленный к свободным частям поверхности изделий. Под действием этого градиента свободная влага, находящаяся в пористом объеме гипсового материала, перемещается к поверхностям изделия и сте кает в поддон и мерные цилиндры. После окончания стекания воды из ячейки давление отключается, уплотнения отходят от стенок плит и освобожденные плиты выкатываются из ячейки на раму.
Результаты испытаний установки по сушке гипсовых плит пред ставлены в табл. 21.
Разработанный метод сушки легко вписывается в линию произ водства гипсовых плит, так как позволяет сушить плиты в карусель ной машине, что упрощает конструкцию сушильного агрегата и со здает предпосылки для автоматизации процесса.
Проведенные исследования позволили разработать и опробовать в опытно-промышленных условиях метод удаления влаги из гипсовых материалов за счет внутрипорового давления при нагревании электрическим током низкого напряжения. Опытно-промышленная проверка метода осуществлена на Киевском заводе строительных ма териалов. Испытанию подвергались плиты размером 800 х 400 х X 80 мм на сооруженной для этой цели опытно-промышленной уста новке.
В ходе испытаний при подаче тока к электродам наблюдалось уве личение температуры в центральных слоях плит и интенсивное выде ление жидкости при достижении температуры 100—130 СС.
12 3—3393
173
|
Т а б л и ц а 21 |
Наименование параметров |
Численные значения |
Рабочее давление воздуха, МПа |
0,45—0,6 |
Давление уплотнения, МПа |
0,5—0,65 |
Время сушки плит, мин |
6—9 |
Количество выдавливаемой из плиты воды, кг |
3,5—5 |
Влажность плит (абсолютная) %: |
26—32 |
начальная |
|
после фильтрационной сушки |
14—18 |
Температура плит после фильтрационной сушки, °С |
60—70 |
Конечная влажность после досушки с использованием аккуму |
11—12 |
лированной теплоты (абсолютная), % |
|
Время досушки при температуре теплоносителя 70 °С, ч |
0,5—1 |
Повышение прочности плит после фильтрационной сушки по |
15—20 |
сравнению с конвективной сушкой, % |
|
Расход воздуха на сушку двух плит, м:,/мин |
0,25—0,3 |
Экономия газа при фильтрационной сушке * при производи |
520 |
тельности 900 плнт/ч, ма/мин |
|
Количество оборотной воды, % |
30 |
Экономия электроэнергии при производительности 900 плит/ч, |
80 |
кВт |
|
Ожидаемый экономический эффект при объеме производства |
180 |
2 000 000 м2/год плит, тыс. руб/год |
* В пересчете на выдавленную воду.
После обработки током плита извлекалась из установки и досуши валась аккумуляторным теплом в атмосфере цеха.
В ходе испытаний зафиксированы параметры и результаты, приве денные в табл. 22.
Проведенные заводской лабораторией анализы показали, что де гидратация гипса в процессе сушки не происходит. Таким образом, применение разработанного способа сушки плит позволяет в 25— 30 раз интенсифицировать их сушку и автоматизировать процесс про изводства. Затраты электроэнергии на сушку одной плиты при непре-
Т а б л и ц а 22
Наименование параметров |
Численные значения |
|
Начальный вес плиты, |
кг |
|
Начальная влажность (абсолютная), % |
40 |
|
Конечная влажность (относительная) % |
8 |
|
Количество влаги, кг: |
|
|
в плите |
|
8,9 |
вытекшей |
|
4.4 |
испаренной |
|
4.5 |
Длительность, мин: |
|
10 |
обработки током |
|
|
досушки |
А |
30 |
Среднее значение тока, |
94 |
|
Напряжение, В |
|
210 |
Максимальная температура в плите, °С |
130 |
|
Электроэнергия, затраченная на сушку кВт • ч |
3,28 |
174
рывной работе составляют 3 кВт ♦ ч. Экономические расчеты показали возможность и целесообразность использования электрического тока для сушки гипсовых плит. Эти работы открывают широкие перспек тивы по созданию автоматических линий производства гипсовых плит.
Применение новых способов сушки гипсобетонных и гипсовых из делий позволяет в 25—30 раз интенсифицировать процесс сушки и со здать непрерывную автоматическую линию их производства, умень шить энергетические затраты, улучшить качество изделий. В ОКТБ ИТТФ АН УССР разработаны установки для Новомосковского гипсо вого комбината и Кишиневского завода строительных материалов.
4. Выбор режимов скоростной сушки гипсобетонных и гипсовых изделий
В процессе разработки и проектирования сушильных установок наиболее ответственным этапом является выбор параметров теплоно сителя, обеспечивающих интенсификацию процесса и высокое качест во высушиваемых изделий. Общая длительность сушки слагается из времени сушки материала в первом и втором периодах: х = Tj + тц. Продолжительность сушки в первом периоде может быть определена по формуле Tj = {W„ — WKp,)IN. Для определения тц в сушильной технике обычно заменяют действительную кривую скорости сушки, имеющую сложный вид, прямой или несколькими прямыми, и опре деляют значения коэффициентов сушки [21, 101, 1431. В случае сушки гипсовых и гипсобетонных изделий этот метод можно применить толь ко при низких температурах теплоносителя, когда скорость сушки при достижении материалом равновесной влажности равна нулю. При температурах теплоносителя выше 70—80 °С после удаления из ма териала избыточной (химически не связанной) влаги скорость сушки при W = 0 отлична от нуля, так как при этом из гипса продолжает удаляться химически связанная влага. Это обстоятельство не позво ляет воспользоваться известными методами для определения длитель ности сушки гипсовых изделий во втором периоде, в связи с чем вы ведена формула для определения тц, учитывающая особенности сушки изделий при высоких температурах.
Для определения Тц примем с небольшой погрешностью, что изме нение скорости сушки от Гкр. до W*р, происходит по линейному зако ну, т. е. по прямой, соединяющей первую и вторую критические точки на кривой скорости сушки. Тогда выражение для скорости сушки во
втором периоде между WKPt и |
WKPt примет вид |
|
- dWIdx = |
WKP,) + Nlt |
(11.1) |
где Ki — коэффициент пропорциональности во втором периоде сушки, = (N - ВДИРкр,— №кР1); — скорость^ сушки при достиже нии материалом W«p„ W — влажность материала на участке от пер
вой до второй критических влажностей.
Интегрируя выражение (11.1), получаем формулу для определе-
тп = - i - - 2,3 !п Ni_ Ki (^ р>_ ^кр>) • |
( 11.2) |
175
При проведении расчетов по формуле (11.2) важно правильно опреде лить пределы возможного воздействия на гипс высоких температур теплоносителя и влажности материала. Сушка изделий после наступ ления второй критической влажности может протекать при t ^ 70 СС. Вторая критическая влажность И?кр, для гипсовых изделий толщиной 80 мм определяется по эмпирической формуле
WKPt = 0,38W V 1'. |
(11.3) |
Для изделий другой толщины в пределах от 8 до 100 мм справедлива
зависимость |
___ |
(11.4) |
|
(WKPi)h = W K]hVh/80. |
где h — толщина изделий. Коэффициент пропорциональности для гип совых и гипсобетонных изделий толщиной 8—100 мм может быть оп ределен по эмпирической формуле
Кг = 0,85 (1 -f 0.69//100) гЛ6/ / ’67/*1,25. |
(11.5) |
На рис. 105 приведены кривые сушки и скорости сушки гипсовых изделий на двухступенчатом режиме обезвоживания. Видно, что при высоких температурах теплоносителя процесс сушки идет во втором периоде. Участок ab характеризует прогрев материала. Далее сушка протекает,[по кривой Ьс до Если продолжать процесс сушки при такой же температуре, процесс пойдет по кривой сс', характеризую щей полное обезвоживание и дегидратацию материала. Чтобы не до пустить этого, необходимо резко снизить температуру теплоносителя, перейти на кривую сушки и скорости сушки cd и сушить материал до конечной влажности WK при низких температурах. Время сушки ма териала на этом этапе определяем по известной формуле
= |
р)’ |
(И.6) |
в которой к находится из соотношения
x = l / [ ( ^ KPt) i - ^ p , |
(11.7) |
Рис. 105. Кинетика сушки гипсовых изделий на двухступенчатом режиме:
а — кривая сушки при высоких температурах (!) н при / = 80 ®С (И )- 6 — крниая скорости
СУШКИ.
176
где (UPKPt)i — влажность, до которой был досушен материал в первой
стадии процесса сушки. Она может быть больше или равна |
на |
принятом в первой стадии режиме сушки. |
|
Скорость сушки N' для второй стадии процесса находим, задава ясь параметрами теплоносителя. Окончательно получаем формулу для определения длительности процесса сушки гипсобетонных и гипсовых изделий при двухступенчатом режиме обезвоживания во втором пе
риоде сушки: |
|
T ll= ~7<7ln N — Kj (U7pi — W) |
— W',,). (11.8) |
При наличии первого периода сушки общая длительность процесса определяется по формуле
Т = |
N КР' + |
ln N — |
(tF„Pi — W) |
хЛГ 1п * |
~ |
||
Величина |
U7KPl определяется по уравнению |
|
|
(П.9) |
|||
|
|
|
|||||
|
0.01Г.Р, - |
й „ , = |
+ - ^ - ( l |
+ |
|
(11.10) |
|
где |
((/KPl)noii — критическое влагосодержание |
на |
поверхности пласти |
||||
ны; |
е — критерий |
фазового превращения. Как |
показали |
исследова |
|||
ния (см. первую главу), UKV, для гипса колеблется в пределах 0,17— |
|||||||
0,2 кг/кг, что позволяет принять для расчета |
(U«р.)„ов = 0,18 кг/кг. |
Критерий е по данным [21, 145] равен 0,045. Ц7КР| для СГШ толщиной 8 мм в зависимости от температуры теплоносителя можно определить по формулам
г нр, = |
1 » - т £ - |
”р" ( < |
200 'С; |
(п -п ) |
« V - |
6 0 0 - ^ s - |
при О |
200 X, |
(11.12) |
Для вычисления- WKPl гипсовых досок другой толщины можно восполь зоваться соотношением
(Г ,Р1)а - Г те, + - ^ - № - « . |
(1113) |
где д» _ характерный размер гипсовой доски толщиной 8 мм; Rh —
то же, для гипсовой доски другой толщины.
В зависимости от температуры воздуха wKPl гипсовой штукатурки
рассчитывается по формулам |
|
|
|
|
„0,7/1.3 |
при /< 1 9 0 СС; |
(11.14) |
|
|
||
„о |
ioV” |
при / ^ 190 СС. |
(11.15) |
~ 68 |
e0.^1.75 |
177
Величина второй критической влажности гипсовых досок при повы шении толщины материала от 8 до 20 мм изменяется по линейному за кону и определяется по формуле
(WKPt)h = WKPtRb/R. |
( 11. 16) |
Указанные формулы позволили рассчитать скоростные режимы суш ки гипсобетонных и гипсовых изделий и широко внедрить в промыш ленности скоростные сушильные установки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. |
Боженов П. И. Высокопрочный гипс: Л. : Лениэдат, 1945 — 100 с. |
2. |
Будников^П. П. Гипс, его исследование и применение,— М.; Л. : Стройиздат, |
3. |
Вихтер Я. И., Мак И. Л., ШвагиревМ. П. Производство гипса и гипсовых стро |
4. |
ительных деталей.— М. : Промстройиздат, 1954,— 142 с. |
Волженский А. В., Коган Г. С., Арбузов Н. Г. Гипсобетонные панели для пере |
|
|
городок и внутренней облицовки наружных стен,— М .: Промстройиздат, 1955.— |
5. |
186 с. |
Воробьев X . С. Гипсовые вяжущие и изделия,— М. : Стройиздат, 1983,— 200 с. |
6. Мак И. Л., Ратинов В. Г., Силенок С. Г. Производство гипса и гипсовых изде лий,— М. : Госстройиздат, 1961.— 200 с.
7.Иваницкий В. В., КлыковаЛ. Я-, Плетнев В. П., Бобков Е. А. Производство и применение высокопрочных гипсовых вяжущих в СССР и за рубежом,— М. : Стройиздат, 1982,— 52 с.
8.Печуро С. С. Производство гипсовых и гнпсобетонных изделий и конструкций.—
М.: Высш. шк., 1971,— 224 с.
9.Печуро С. С. Новое в производстве гипсовых вяжущих в СССР и за рубежом.—
М.: Стройиздат, 1970.— 48 с.
10.Печуро С. С. Производство гипсовых плит, блоков и панелей.— М .: Профтехиздат, 1966.— 231 с.
11.Frische Н. Fertigungsaniage zur Herstellung van Sanitarzellen in Glockenguiverfahren aus Gipsbaustoffen // Bauinform. Wissenschaft und Technick.— 1977.— № 3.— S. 3 -6 .
12.Moseh H. P . Herstellung raumwandgroper Gipstrennwandpletten // Bauinform. Wissenschaft und Technik.— 1977.— N 2.— S. 27—29.
13.Волженский А. В., Ферронская А. В. Гипсовые вяжущие и изделия.— М. : Стройиздат, 1974,— 328 с.
14.Волженский А. В., Роговой М . И.. Стамбулко В. И. Гипсоцементные и гипсошлаковые вяжущие изделия.— М. : Госстройиздат, 1960.— 168 с.
15.Волженский А. В., Стамбулко В. И., Ферронская А. В. Гипсоцементопуццолаиовые вяжущие, бетоны и изделия.— М. : Стройиздат, 1971.— 318 с.
16.Аппельтауэр Е. Обработка гипсового камня и получение из него различных
полуводных модификаций/ / Zem.-Kalk-Gips.— 1958.— № 6.— С. 264—272.—
№ 7 . - С. 304-316.
17.Белянкин Д. С., Берг Л. Г . Гипс ипродукты его обезвоживания. // Местные ма
териалы.— М., 1949.— № 11.— С. 11—15.
18.Белянкин Д. С. Вант-Гофф и дегидратация гипса // Природа.— 1933.— № 34.— С. 133—135.
19.Будников П. П., Котов В. И. Гидротермальный процесс кристаллизации полуводного гипса // Тр. Московского ордена Ленина химико-технологического ин-та им. Д. И. Менделеева.— 1956.— № 21.— С. 113—119.
20.Kelley К.. Southard Т., Anderson С. Thermodynamics Properties of Gypsum and its Dehydration Products/ / Techn. Pap. Bur. Min.— Washington, 1941.— 625 p.
21.Лыков А . В. Теория сушки.— M. : Энергия, 1968.— 471 с.
22.Красников В. В. Кондуктивная сушка.— М. : Энергия, 1973.— 288 с.
23.Кремнев О. А.. Боровский В. Р., Долинский А. А. Скоростная сушка.— Киев : Гостехиздат, УССР, 1963,-252 с.
179
24.Лыков А. В. Теоретические основы строительной теплофизики.— Минск : Издво АН БССР, 1961.— 519 с.
25.Пиевский И. М ., Печуро С. С. Скоростная сушка гипсовых и гипсобетонных изделий.— М. : Строниздат, 1965.— 128 с.
26.Корольков И. И., Крупнова А . В. О превращении водных модификаций суль фата кальция/ / Журнприкл. химии.— 1953.— 26, № 9.— С. 907—911.
27.УльяновА. А ., Тихонов В. А ., Ведь В. И., ЛитвиноваЗ. С. Формовочный гипс.— Киев : Буд^вельник, 1970.— 128 с.
28.Cissewski М. Produkcja prefabrikatow gipsowych i jej kontrola// Cement. Wapno. G ip s.- 1958.- № 2 . - S. 33-38.
29.Григорьев В. А ., Зорин В. M. Тепло- и массообмен — теплотехнический экспери мент.— М. : Энергоиздат, 1982.— 510 с.
30.Кутателадзе С. С., Леонтьев А. И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое.— М. : Энергия, 1972.— 344 с.
31.Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена.— Новосибирск : Наука, 1970.— 659 с.
32.Гухман А. А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепломас сообмена,— М. : Высш. шк., 1967.— 303 с.
33.Лыков А. В., Михайлов Ю. А. Теория тепло- и массопереноса.— М. : Госэнергоиздат, 1963.— 535 с.
34.Михайлов IO. А. Тепло- и массообмен при сбросе давления // Инж.-физ. журн.—
1961, 4, N 2.— С. 33—43.
35. Михайлов Ю. А . Сушка перегретым паром.— М. : Энергия, 1967.— 200 с.
36.Богословский В. Н. Строительная теплофизика.— М. : Высш. шк., 1982.— 415 с.
37.Кришер О. Научные основы техники сушки / Пер. с нем.— М. Изд-во нностр. лит., 1961.— 539 с.
38.Лебедев П. Д . Сушка инфракрасными лучами.— М. ; Л. : Госэиергоиздат, 1955.— 232 с.
39.Будников П. П„ Котов В. И. Гидротермальный процесс кристаллизации полуводного гипса//Тр. Московского ордена Ленина химико-технологического ин-та им. Д. И. Менделеева.— 1956.— Вып. 21.— 113 с.
40.Ратинов В. Б., Забежинская Я- Л., Розенберг Т. И. I О кристаллизационном механизме гипсовых вяжущих // Докл. АН СССР.— 1956,— № 108.— С. 1137— 1141.
41.Белянкин Д. С., Федотьев К ■М. К вопросу о дегидратации гипса // Тр. Петро графического нн-та АН СССР.— 1934.— Т. 6.— С. 453—461.
42.Берг Л. Г., Свсжников В. Н. О модификациях полугидрата сульфата кальция // Изв. АН СССР. От-ние хим. наук.— 1946.— № 1,— С. 19—23.
43.Юнг В. И. Введение в технологию цемента.— М. ; Л. : Госстрониздат, 1938.— 368 с.
44.Турцев А. А. К вопросу о дегидратации гипса//Изв. АН УССР. Серия геоло гическая.— 1939.— № 4.— С. 110—115.
45.Игнатьев В. А. Исследование термохимических процессов при нагревании дву водного сернокислого кальция и их влияние на физико-механические свойства варочного гипса : Автореф. дне. ... канд. техн. наук.— Киев, I960.— 14 с.
46.Пат. 3307915 США, МКИ2 23—277. Apparatus for continuous calcination of
gupsum /J. E. Conroy (США) // Открытия. Изобретения.— 1967.— № 3.
47.Лат. 4113836 США, МКИ2 С04В 11/02. Continuous gupsum calcination pro cess and kettle therefor/F. J. O’Connor. (США) // Открытия. Изобретения.— 1970.— № 8.
48.А . с. 303299 СССР, МКИ3 С 04 в 1/04. Способ варки гипса в гипсоварочном кот л е /О . А. Кремнев, И. М. Пиевский, М. А. Хозяинов и др. Опубл. 13.05.71. Бюл. № 16.
49.А. с. 339518 СССР, МКИs С 04 в 11/00. Способ получения строительного гипса /
О. А. Кремнев, И. М. Пиевский, М. А. Хозяинов и др.— Опубл. 24.05.72, Бюл. № 17.
50.Передерий И. А . Высокопрочный гипс.— Куйбышев : Промстройиздат. I960.— 185 с.
51.Шкляр А . С. Высокопрочный гипс.— М. : Стройиздат, 1943.— 60 с.
52.Скрамтаев Б. Г., Булычев Г. Г. Производство высокопрочного гипса методом «самозапаривания» // Высокопрочный гипс,— М., 1945,— 48 с,
180