Файл: Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий.pdf

где / — энтальпия сухой газовой среды в ккал/кг\ х — время в ч; и — среднеиитегральное влагосодержапие сухого материала в кг/кг\ 1— средиеинтегральная температура влажного материала в °С.

.Уравнение (35) является основным уравнением кине­ тики сушки п справедливо для любого тела и при любом методе сушки.

Расчет продолжительности сушки

В экспериментальных исследованиях и инженерных расчетах процессов сушки и сушилок первоочередным является расчет продолжительности сушки в зависимос­ ти от параметров режима. В связи со сложностью решения теоретических уравнений по установлению продолжительности сушки представляет интерес по­ лучение приближенных, но достаточно надежных мето­ дик по установлению кривой сушки, а значит, и продол­ жительности процесса.

Одна из таких методик разработана Р. К. Филоненко для расчета продолжительности сушки изделий любой начальной влажности при постоянном режиме. При суш­ ке и тепловой обработке минераловатных изделий, в том числе и цилиндров, такой режим имеется: темпера­ туру теплоносителя ограничивают в связи со свойствами синтетического связующего и поддерживают постоянной на всем протяжении процесса; постоянной поддержива­ ют и скорость продувки теплоносителя через слой изде­ лия. При таких условиях на кривой сушки виден прямо­ линейный участок, т. е. период постоянной скорости суш­ ки. Уравнение кривой скорости сушки в этот период имеет вид

В период падающей скорости влага из материала убывает по более сложной закономерности. Однако, ес­ ли по первичным (опытным) кривым сушки, полученным при различных режимах сушки, построить кривые ско­ рости сушки и для каждой из них составить отношение

28

вые накладываются одна иа другую — получаем кривую так называемой приведенной скорости сушки.

На основании обобщения большого числа экспери­ ментальных данных при сушке различных материалов получено уравнение приведенной скорости сушки, кото­ рое имеет вид

данным А. Н. Муравьева, при сушке волокнистых материалов т = 1; /1 и В — коэффициенты, зависящие от толщины изделия. Их опреде­ ляют по экспериментальным данным.

Подставляя в уравнение (37) значение о|з из уравне­

И, наконец, суммируя уравнения (39) и (41), получаем формулу для расчета общей продолжительности сушки

Таким образом, чтобы подсчитать продолжитель­ ность сушки, необходимо знать начальную wh конечную w2, критическую док, равновесную дор влажность изделий и скорость сушки в первом периоде N. Последнюю мож­ но подсчитать как скорость испарения воды со свободной поверхности при заданных параметрах режима по фор­ мулам (8), (9) или графически по номограммам рис. 6.

29

Усадка и деформация изделий при сушке

Величина усадки зависит от количества и качества адсорбированных и свободных коллоидов в рабочей мас­ се и содержания твердых частиц. Коллоидные гели при высыхании уменьшаются в объеме в десятки и сотни раз. Таким образом, величина усадки в первую очередь характеризуется пластичностью и пористостью изделия.

Обычно механизм усадки изделия представляют как сжатие капиллярными силами. В этом случае предпола­ гают, что влага, заполняя поры изделия, образует по границе изделие — воздух вогнутые мениски в капилля­ рах. По мере испарения влаги поверхностное натяжение ее в капиллярах увеличивается и изделие сжимается. Такое объяснение надо считать правильным, так как многочисленными опытами установлено, что размеры из­ делий при сушке уменьшаются до известного предела (до док) в точном соответствии с количеством испарившейся влаги.

Сжатие изделия продолжается до тех пор, пока час­ тицы не придут во взаимное соприкосновение, вызываю­ щее трение между ними. Когда трение достигает такой величины, которая превосходит силы поверхностного на­ тяжения влаги, дальнейшее уменьшение размеров изде­ лий прекращается, хотя в них удерживается еще значи­ тельное количество влаги. Испарение влаги продолжа­ ется, но мениски начинают отступать по капиллярам внутрь материала, зона испарения заглубляется, воздух входит в капилляры и цвет изделия изменяется от тем­ ного к более светлому.

Абсолютная линейная усадка изделия А/ = 4 — /2 мм,

где /[ — начальный размер изделия в мм при влажности /2 — линейный размер изделия при влажности, равной w2 или меньше ее,

в мм.

Относительную линейную усадку определяют из со­

кк

Установлена следующая зависимость между линей­ ным размером изделия I и его влажностью до:

30

где а — коэффициент линейной усадки, показывающий относительное уменьшение линейного размера изделия при удалении 1% влаги; /о — постоянная линейная величина, равная отрезку, отсекаемому прямой усадки на оси ординат.

Коэффициент линейной усадки может быть подсчи­ тан по тангенсу угла наклона прямой усадки, т.е.

момент различна в наружных и внутренних слоях, сле­ довательно, различна и величина относительной усадки наружных и внутренних слоев. Сокращение размеров наружных слоев в большей мере, чем внутренних, вызы­ вает предельные напряжения в наружных слоях и вле­ чет за собой образование трещин на поверхности изде­ лия. Поверхностные трещины могут возникнуть в пер­ вом периоде сушки, а внутренние трещины — во втором периоде в результате действия остаточных напряжений. Граница указанных периодов — время достижения по­ верхностью изделия влажности, соответствующей концу усадки.

Таким образом, усадка изделий — основное препятст­ вие, ограничивающее быструю сушку; поэтому она явля­ ется объектом первоочередного анализа при установле­ нии оптимального режима сушки. Поскольку напряжен­ ное состояние в процессе сушки обусловливается нерав­ номерным распределением влажности в материале, то критерием трещинообразования должен быть некоторый

31

параметр, характеризующий поле влагосодержаний. В качестве такого критерия, как упоминалось выше, мо­ жет быть использован критерий Кирпичева.

3. Методика исследований процесса конвективной сушки изделий

О форме связи влаги с материалом, величинах рав­ новесной и гигроскопической влажности легче всего су­ дить по изотермам десорбции материалов. Для построе­ ния этих кривых величины равновесной влажности опре­ деляли тензиметрическим методом. Опыты по сушке теп­ лоизоляционных изделий в лабораторных условиях про­

Установка работает с замкнутой циркуляцией возду­ ха при помощи центробежного вентилятора № 5, обеспе­ чивающего скорость движения воздуха в рабочем кана­ ле до 8 м!сек. Воздух подогревают в электрокалорифере

ностью 6 кет, работающим в автоматическом режиме от мокрого термометра через контактный гальванометр и контактор, воздействующий на тэны парогенератора. Пи­ тание парогенератора водой автоматическое при помо­ щи поплавкового регулятора, установленного в питатель­ ном бачке. Температуру воздуха t0 регулируют транс­ форматором ТС-3 (типа «темнителя»), воздействующим на электрокалорифер от рычага ручного регулирования или через программный регулятор и датчик-термопару. Скорость движения воздуха в сушилке устанавливают при помощи шибера на всасывающей ветви вентилятора и замеряют пиевмометрической трубкой. Для измерения температур воздуха и изделий используют хромель-ко- пелевые термопары диаметром 0,2—0,4 мм и потенцио­ метр.

Последовательность операций при исследовании про­ цесса сушки изделий была принята следующей. Одно­ временно изготовляли три образца. Из первого образца брали пробу для определения средней влажности изде­ лий. Второй образец устанавливали в сушилку на метал­ лическую подставку. В этот образец закладывали термо­ пары и определяли температуры в образце. Третий об-

32