СУшка. Сушка. При сушке керамических материалов и изделий используют следующие методы (по способу подвода тепла к высушиваемому материалу) конвективный, радиационный, кондуктивный и в электромагнитном поле

• Название: При сушке керамических материалов и изделий используют следующие методы (по способу подвода тепла к высушиваемому материалу) конвективный, радиационный, кондуктивный и в электромагнитном поле
• Анкор: СУшка
• Дата: 17.08.2022
• Размер: 1.43 Mb.
• Имя файла: Сушка .docx
• Тип: Документы; #647564
• страница: 1 из 8

1. Общие сведения

При сушке керамических материалов и изделий используют сле­дующие методы (по способу подвода тепла к высушиваемому мате­риалу): конвективный, радиационный, кондуктивный и в электромаг­нитном поле. Часто используют комбинированные методы сушки: конвективно-радиационный, конвективно-кондуктивный и т. п. Наи­большее распространение в керамической промышленности получили конвективная и конвективно-радиационная сушка.

При характеристике сушильной установки отмечают следующие признаки: режим работы (периодического или непрерывного дейст­вия); вид сушильного агента (воздух, дымовые газы, перегретый пар); направление движения сушильного агента относительно мате­риала (прямоток, противоток, перекрестный ток, реверсивный ток); характер циркуляции сушильного агента (естественная, искусствен­ная); способ нагрева агента сушки (калориферный, регенераторный, смешением дымовых газов с воздухом); способ подачи и отбора аген­та сушки (сосредоточенный, рассредоточенный); вид высушиваемого материала (кусковой, пылевидный, в виде суспензии, формованный); состояние материала по отношению к агенту сушки (неподвижное, взвешенное, полувзвешенное); конструкция сушильного пространства (камерная, туннельная, барабанная, трубчатая, башенная и т. д.); режим сушки.

Под режимом сушки обычно понимают термодинамические, аэро­динамические и другие условия (в зависимости от метода сушки), от­вечающие данной кривой сушки.

Предельно-безопасная кривая сушки обеспечивает сушку изделий (материалов) при минимально возможном сроке и удовлетворении технологических требований. Основными технологическими требова­ниями при сушке сырья (материалов) являются его конечная влаж­ность, максимальная температура и гранулометрический состав, при сушке изделий — отсутствие трещин, коробления и деформации. Для каждого вида изделий предельно-безопасная кривая сушки зависит от свойств массы, габаритов изделия и метода сушки. Режим, кото­рый обеспечивает осуществление предельно-безопасной кривой суш­ки при минимальных энергетических затратах, называют опти­мальным.

Предельно-безопасная кривая сушки и соответствующие ей режи­мы обычно определяют или проверяют на лабораторных установках. Сушка в промышленных сушилках требует корректировки оптималь­ного режима. Скорректированный режим сушки называют рацио­нальным.

Для каждого вида изделий (материалов) метод сушки и кон­струкцию сушильного аппарата выбирают исходя из условий получе­

ния высококачественных изделий с минимальными затратами при высоком уровне механизации и автоматизации процесса сушки.

Для любого варианта сушильного процесса следует соблюдать материальный и тепловой балансы. На основе данных этих балансов определяют количество испаренной влаги, расходы теплоносителя и топлива, подбирают соответствующие источники тепла, вентиляци­онные агрегаты и т. п.:

а) количество испаренной влаги, кг/ч



где Ui и U₂— абсолютная влажность материала до и после сушки, %; ITi и W₂— относительная влажность материала до и после сушки, %; О_а._с, (?1 и G₂ — производительность сушилки по абсолютно сухому, сырому и высушенному материалу, кг/ч;



б) удельный расход абсолютно сухого теплоносителя на 1 кг ис­паренной влаги, кг/кг



где d\ и d₂— влагосодержание теплоносителя в начале и конце процесса суш­ки, г/кг;

в) удельное количество тепла на 1 кг испаренной влаги, кДж/кг:



где <71, <72, <7_М» <7_Т, <7s — соответственно удельные количества тепла на испаре­

ние влаги, с уходящими газами, на нагрев материала с остаточной влагой, на нагрев транспортных устройств, в окружающую среду: t₀, t₂,t и t

Mi м₂ ⁷ tnt— соответственно температуры наружного воздуха, отработав- ^ТР1 ^тРг

шего теплоносителя, материала (начальная и конечная), транспортных уст­ройств (начальная и конечная), °C; с ,с и с , с и
^F ’ В₂ Mi М₂ ТР1 тр₂

ственно средние теплоемкости (табл. 1, 2) абсолютно сухого теплоносителя на выходе из сушилки, материала и транспортных устройств при темпера­турах на входе и выходе из сушилки, кДж/(кг -°С); G_Tp —масса транс­портных устройств, кг/ч; К — средний коэффициент теплопередачи через стенку сушилки, Вт/(м² - °C); К — выбирают из расчета, чтобы температура наружной стенки сушилки не превышала 40° С; 5 — площадь наружной поверхности сушилки, м²; /_ср — средняя температура в сушилке, °C.

Таблица 1. Средние теплоемкости некоторых глин и материалов, кДж/(кг • °C)
Материал		Температура, *С
		0	I 50		1 100	1 150 1		200 |	300 |	400 |		500
Алюминий		0,895	0,905		0,914	0,925		0,937	0,955	0,98		0,995
Сталь		0,43	—		0,46	—		0,48	—	0,524		—
Шамот		—	0,825		0,838	0,854		0,871	0,9	0,935		0,963
Древесина		—	1,67- 2,52		—	—		—	—	—		—
Каолин прося-		—	0,854		0,88	0,963		0,985	0,985	1,005		1,118
новский Глина часов-яр- ская		-	0,816		0,885	1,372		1,28	1,135	1,025		1,047
Бентонит ©глав- линский			0,88		1,72	2,41		2,39	1,84	1,55		1,425
Таблица 2. Средние теплоемкости сухого воздуха
/, °C	сср’ кДж/(кг °C)			t, °C			сср’ кДж/(кг-°С)
0	1,005			900			1,083
100	1,005			1000			1,092
200	1,013			1100			1,102
300	1,018			1200			1,11
400	1,03			1300			1,119
500	1,04			1400			1,128
600	1,05			1500			1,13
700	1,063			2000			1,162
800	1,071			2500			1,185

Аналитический расчет статики процесса сушки сводится к со­вместному решению уравнений (3) и (4). В случае расчетов процес­са сушки с помощью I—d-диаграммы действительную линию про­цесса определяют по значениям удельных теплопотерь, кДж/кг:



Удельные расходы топлива, пара или электроэнергии устанавли­вают в зависимости от способа нагрева теплоносителя.

Удельный расход электроэнергии при использовании электрокало­риферов, кВт-ч/кг



Удельный расход пара при использовании паровых электрокало­риферов, кг/кг



где /_п и 7_R— соответственно энтальпия пара и конденсата, кДж/кг.

Расход топлива при использовании огневых калориферов или в случае смешения дымовых газов с воздухом, кг/кг, или м³/кг



т)_т — КПД генератора тепла; для огневых калориферов т]_т *=0,6—-0,7, для встро­енных горелок T)_T=1, для встроенных топок п_т=0,95 и для выносных то­пок т) =0,9; QP—низшая рабочая теплота сгорания топлива, кДж/кг, или т н

кДж/м³.

В настоящее время на керамических заводах в качестве топлива в основном используют природный газ и мазут (табл. 3).

Таблица 3. Средние теплотехнические характеристики природного газа (при нормальных условиях) и мазута
Топливо		qP, чн* кДж/кг или кДж/м3	Ор, VB’ кДж/кг или кДж/м3	go, кг/кг или кг/м3	Vo, М3/кг или м3/м3		^с.п.г* кг/кг или кг/м3
Мазут Природный газ		39 000 34 500	42 500 39 500	13,2 12,15	10,2 9,4		13,1 11,3
					Продолжение табл. 3
Топливо		у vс.п.г’ м3/кг или м3/м3	^п.в.г’ кДж/кг или кДж/м3	у vП.В.Г’ м3/кг или м3/м3	Рт» кг/м3	*Г’ м3/кг		рг, кг/м3
Мазут Природный газ		9,7 8,4	1,12 1,61	1,4 2	990 0,76	0,848 0,921		1,28 1,24

Обозначения: QP — высшая рабочая теплота сгорания топлива;

go и Vo —- соответственно теоретические массовый и объемный расходы воздуха на горение; g_c._n.r ^и ^с.п.г—соответственно масса и объем сухих продуктов горения при теоретическом расходе воздуха; £_{П в г} и У_{п в г}—соответственно масса и объем паров воды, образовавшихся в процессе сжигания топлива; Р_г —плотность влажных продуктов сгорания (на весь объем); Р_т—плотность топлива; о_г—удельный объем влажных продуктов горения на 1 кг сухих продуктов горения.

Основные параметры теплоносителя перед входом в сушилку при заданной температуре tv

21—256

1. Коэффициент избытка воздуха а перед входом в сушилку удобно определять по формулам ВНИИГ:



где х — отношение количества избыточного воздуха (не участвовавшего в го­рении, на разбавление, присосы) к количеству сухих продуктов горения при а = 1.

2. Максимальная энтальпия продуктов горения, кДж/кг:



здесь /о —энтальпия воздуха, идущего на горение, кДж/кг.

3. Энтальпия воздуха при любой температуре, кДж/кг:



где с_ср — средняя теплоемкость сухого воздуха при данной температуре, кДж/(кг • °C).

4. Максимальное влагосодержание продуктов горения, г/кг:



5. При заданной температуре /ь



здесь do— влагосодержание воздуха, идущего на горение.

6. Удельный объем смеси дымовых газов с воздухом, отнесенный к 1 кг сухих газов при нормальных условиях (/ = 0, барометрическое давление В = 1,013-10⁵ Па), м³/кг:



Оо — удельный объем влажного воздуха по отношению к 1 кг сухого при нор­мальных условиях, м³/кг



7. Объем смеси дымовых газов с воздухом, поступающей в су­шилку, м³/ч:



8. Плотность смеси влажных дымовых газов, кг/м³:



Для влажного воздуха при нормальных условиях, кг/м³:



При х>4 формулами (18) и (21) можно пользоваться также для смеси дымовых газов с воздухом.

9. Количество отсасываемого из сушилки теплоносителя, м³/ч:



где 0,804 кг/м³ — плотность водяного пара при нормальных условиях.

В большинстве справочных пособий приводят данные, позволя­ющие определять относительную влажность и влагосодержание воз­духа (дымовых газов) до температуры сухого термометра, равной lOOfC. В связи с интенсификацией процессов сушки приходится экс­периментально определять эти данные для теплоносителя с темпера­турой выше 100° С.

1. Парциальное давление паров воды в воздухе, Па:



где В— барометрическое давление, Па; t_c и /_м — температуры сухого и мок* рого термометров, °C; Р_н — давление насыщенного пара при температуре мокрого термометра, Па;



2. Относительная влажность воздуха, %:



3. Влагосодержание воздуха, г/кг:

4. Плотность влажного воздуха, кг/м³:



5. Удельный объем влажного воздуха, отнесенный к 1 кг сухого воздуха, м³/кг:



2. Сушилки для сырьевых материалов

а) Распылительные сушилки

В керамической промышленности распылительные сушилки ис­пользуют для обезвоживания (сушки) керамических или глиняных суспензий при мокром способе приготовления масс или обогаще­ния глин.





Рис. 1. Принципиальные схемы распылительных сушилок отечествен­ных конструкций

а—г — НИИСтройкерамики; д — Минского комбината строительных материа­лов (МКСМ); е — Гипростройматериалов; 1 — сушильная камера; 2 — конусное днище; 3 — шликеропровод; 4 — форсунки; 5 — встроенные горелки; 6 — вынос­ная топка; 7 — газоход; 8 — отсасывающий патрубок; 9 — циклон; 10 — венти­лятор; 11 — шибер (заслонка); /2 — «мигалка»; 13 —защитный зонт; 14 — цик- лон-промыватель; /5 — встряхивающие устройства; /6 — встроенная топка;

17 — конвейер

Распылительная сушилка — аппарат непрерывного действия, в котором каплеобразный материал подвергается конвективной сушке во взвешенном состоянии.

Сушилка состоит из сушильной камеры (цилиндрической, прямо­угольной) и конусного днища, служащего для сбора и выгрузки высушенного материала. Через отверстие конусного днища выгружа­ется около 95% материала. Сушилка оборудована системами подачи и распыления суспензии, теплоснабжения, отбора и очистки отрабо­танного теплоносителя, КИП и автоматики.

В сушилках отечественных конструкций (табл. 4) суспензии рас­пыляют механическими форсунками при давлении до 3 МПа. Подают

суспензии мембранными или поршневыми насосами. Для очистки суспензий от посторонних и крупных включений используют гидро­циклоны или вибросита. В качестве теплоносителя и агента сушки применяют продукты сгорания природного газа или жидкого топли­ва (мазута, керосина, сланцевого масла и т. п.).



Рис. 2. Форсунка НИИ- Стройкерамики

1 — сопло из твердого спла­ва; 2— вставка из твердого сплава; 3 — корпус форсун­ки; 4 —- штуцер с вихревой камерой



Природный газ сжигают во встроенных топках или горелках при рассредоточенной подаче теплоносителя, жидкое топливо — в вынос­ных топках при сосредоточенной подаче теплоносителя.

Отработанный теплоноситель отбирают или сосредоточенно в центре конусного днища специальным трубопроводом или рассредо­точение через кольцевой канал на стыке конуса и цилиндрической части.

В качестве пылеосадительных устройств используют сухие и мо­крые циклоны-промыватели. В случае применения сухих циклонов уловленную пыль (до 3%) направляют совместно с основной массой материала в производство. После мокрых циклонов слабоконцентри­рованную суспензию целесообразно направлять на роспуск глины.

Контролируемыми параметрами являются температура теплоно­сителя на входе и выходе из камеры, температура, разрежение (дав­ление) в верхней и нижней частях камеры, давление суспензии и топлива. Регистрируют расходы суспензии и топлива.

В сушилках НИИСтройкерамики и Гипростройматериалов ис­пользуют механические тангенциальные форсунки, разработанные в НИИСтройкерамике (рис. 2). В табл. 5 приведены примерные тех­

нические характеристики форсунок НИИСтройкерамики, рассчитанных для случая, когда вязкость суспензии Д1 = 0,05 Па-с, заданный сред­ний размер частиц d₃.2 = 0,23—0,25 мм.

Таблица 5. Характеристики форсунок НИИСтройкерамики
Диаметр сопла dc, мм	Число входных канавок, п	Высота камеры hK, мм	Ширина и высота входных каналов , мм	Диаметр камеры dK, мм	Угол распыления <р, ° . . .	Коэффициент расхода фор­сунки ц	Рекомендуемое давление распыления Р, Мпа	Производитель­ность форсунки при рекомендуе­мом давлении распыления, м3/ч
								р=1,44 г/см3	р=1,55 г/см3
2,1 2.7 3.7 4.7	2 2 2 2	4,25 5.3 6.4 7,1	4,25 5.3 6.4 7,1	18 18 18 18	50 50 50 50	0,555 0,555 0,555 0,555	1,3 1,5 1,7 2	0,29 0,52 1,03 1,81	0,28 0,5 1 1,74

Угол раскрытия факела распыленной струи ф и коэффициент рас­хода форсунки ц зависят от геометрических характеристик форсунки (d_c, п, /1к, d_BX) и вязкости распыляемой суспензии t]i. Для танген­циальных форсунок с круглыми и прямоугольными входными канав­ками



где h_к» ^_вх,— в мм; т]1 — в Па-с; К — постоянный коэффициент: для сопел с острыми входными кромками /<=0,058, для сопел с плавным входом /<=0,108.

„ , 4S_Bx

В случае прямоугольных канавок d_BX = —

,

где 5 _вх — площадь входной канавки; П — периметр входной канавки.

При ц <0,9 угол раскрытия факела, ...°



Формулой (29) рекомендуется пользоваться при изменении харак­терных параметров в следующих пределах: d_BX=2—8 MM;^d_c = l,4— 4,5 мм; /i_K=2—16 мм; п=1—4; d_K = 16—22 мм; -у^Х - ^1,5;

“вх г)₁=(1—500)10"“³ Па-с (Z_BX — длина входной канавки).

На рис. 3 приведена номограмма, с помощью которой для двух- заходных форсунок при d_Bx—h_K по заданным d_c, d_BX, t]i можно оп­ределить р, и ф. Эта номограмма позволяет решать обратные задачи,

например, определять параметры вихревой камеры для заданных d_c, ф, ц, T]i и т. п.