Особенности процессов сушки строительных материалов и изделий

При подготовке к дальнейшему использованию сыпучих и кусковых строительных материалов широкое распространение получили шахтные сушилки с неподвижным, кипящим, виброкипящим и взвешенным слоем.

Шахтные сушилки с неподвижным слоем используются для обработки больших объемов материала. В механизированных вариантах использован принцип противотока: материал пересыпается по наклонным лопастям или подается вниз навстречу потоку горячих газов, предварительно прошедших через слой материала, лежащего на подовых решетках. Газы фильтруются по пустотам и каналам между кусками материала, проходя там, где толщина слоя и его сопротивление меньше. Более интенсивная и равномерная сушка происходит в установках кипящего слоя.

При повышении скорости движения сушильного агента динамическое давление потока газа возрастает, приближаясь по значению к давлению слоя материала. Частицы материала при этом начинают перемещаться в пределах слоя. Объем, занимаемый материалом, увеличивается, а слой становится псевдоожиженнъш. Частицы материала практически теряют контакт друг с другом и свободно перемещаются под давлением потока газа в пределах слоя. При этом частицы материала, потерявшие влагу, становятся легче, захватываются потоком газа и уносятся, причем расстояние транспортирования зависит от размеров частицы. Схема сушильной установки для сушки материалов в ки­пящем слое представлена на рис. 12.7. Сжигая топливо в топке и смешивая дымовые газы с воздухом, получают сушильный агент, подаваемый вентилятором под решетку с материалом.

Газы, проходя через решетку и слой материала, захватывают высушенные мелкие фракции и транспортируют их в пылеоса-дительные камеры и циклоны, в которых фракции обеспылива­ются, а газы выбрасываются в атмосферу.

Рис. 12.7 Схема сушилки в кипящем слое

Сушилки для текучих материалов

Сушку шликера производят в распылительных сушилках (рис. 12.8)

Сушильный агент, получаемый смешением дымовых газов из топки с наружным воздухом, подают по центру в верхнюю часть башни, откуда он вместе с материалом опускается вниз, что ис­ключает укрупнение распыленных частиц. Затем сушильный агент с помощью вытяжного вентилятора просасывают через систему обеспыливающих устройств и удаляют в атмосферу.

Для сушки сыпучих и мелкокусковых строительных материалов применяют экономичные и надежные в эксплуатации барабанные сушильные установки (рис. 12.9). В топку 2 подают топливо, а дутьевым вентилятором - необходимый для горения воздух. Топочные газы в камере смешения 3 разбавляют наружным воздухом и подают в сушильную установку. При вращении барабана материал из загрузочного бункера / перемещается в кольцевую камеру 7, где попадает на конвейер 8.

Подъемно-лопастные насадки (рис. 12.10, а) различных конфигураций применяют при сушке склонных к слипанию материалов. Секторные или ячейковые насадки (рис. 12.10, б) уста­навливают для сушки очень мелких материалов, склонных к пылению. Цепные насадки позволяют в сушильном агрегате со­вмещать помол и сушку (рис. 12.10, в). Процесс сушки в бара­банных сушилках проходит, в основном, за счет конвективного теплообмена: некоторая часть теплоты передается излучением и теплопроводностью от стенок барабана. В связи с этим одним из главных показателей является степень загрузки барабана материалом. Рекомендованная степень загрузки барабана составляет 0,15...0,2.

Рис. 12.10. Насадки для сушильных барабанов:

a – подъемно-лопастная; б - секторная; в - цепная.

По основной конструктивной схеме в барабанной сушилке предусмотрен принцип прямотока, т. е. материал и сушильный агент двигаются в одном направлении. Однако возможен и другой вариант - противоток, когда сушильный агент движется навстречу материалу.

При обработке материала, снижающего свои качества при непосредственном контакте с сушильным агентом, применяют контактные сушилки, в которых теплоноситель отделен поверхностью нагрева от высушиваемого материала. Процесс сушки проходит при движении материала самотеком или с помощью механических устройств (шнеков, скребков). Под действием собственного веса материал движется во вращающихся сушильных барабанах, обогреваемых снаружи дымовыми газами, или в сушилках с вращающимся пучком труб, обогреваемых паром. Механическое передвижение материала обеспечивается тарельчатыми, скребковыми или трубчатыми шнековыми установками.

Сыпучие, кусковые и гранулированные материалы могут высушиваться в сушилках непрерывного действия, представляющих собой горизонтальный ленточный или вертикальный ковшовый конвейер. На ленточном конвейере слой материала толщиной 100...300 мм перемещается вместе с металлической сеткой, прикрепленной к несущим звеньям конвейера. Сушильный агент подается под несущую сетку конвейера. При просасывании газа через слой материала достигается высокая интенсивность сушки. При подаче сушильного агента со скоростью псевдоожижения под слой материала, лежащего на ленте, сушилка может работать с кипящим слоем при непрерывном удалении высушенного материала.

В пневматических сушилках совмещена интенсивность сушки материала при равномерном его высушивании и пневмотранспортирование к месту использования готового продукта. Источником теплоты в таких установках является топка, из которой дымовые газы, полученные при сжигании топлива, поступают в камеру смешения, где их разбавляют наружным воздухом до нужных параметров. Затем сушильный агент подают в рабочую камеру сушилки. Материал подается непрерывно и совместно с потоком сушильного агента, поступающим из смесительной камеры.

Частицы высушенного материала отделяются от газов в циклонах и подаются на склад готового продукта.

Камерные сушилки являются установками периодического действия и применяются для сушки кирпича-сырца. Под полом сушилки, по всей длине камеры, проходят 3 продольных канала: два боковых подводят в камеру теплоноситель; средний - отводит его из камеры. Температура газов в подводящих каналах камерных сушилок 100... 150 °С, в отводящем - 30...50 °С. Под действием естественных аэродинамических сил нагретый су­шильный агент из боковых каналов поднимается вверх по пристенным участкам и скапливается вверху камеры; в результате эти зоны являются наиболее нагретыми. Скорость движения газов 2,5...3,5 м/с, расход теплоты 6400...7000 кДж/кг испаренной влаги, длительность сушки 3...5 суток. Сушильные установки непрерывного действия, выполненные в виде различных туннелей, получили широкое распространение в ПСМ. В качестве сушильного агента применяют дымовые газы печных установок в смеси с воздухом, а также воздух, нагретый калориферами. Движение сушильного агента и материала может быть организовано по следующим схемам: прямоточной, противоточной, комбинированной, струйной, поперечной. Существуют многочисленные схемы привода сушильного агента и отвода отработавших газов, среди которых наиболее распространены нижний сосредоточенный подвод и нижний сосредоточенный отвод соответственно нагнетающим и отсасывающим вентилятором.

Рис. 12.11. Сушилки для штучных изделий:

а - туннельная с применением вагонеточного конвейера; б - туннельная вагонеточная для гипсовых блоков и архитектурных деталей.

 

В зависимости от способа транспортировки изделий туннельные сушилки подразделяются на вагонеточные, монорельсовые и конвейерные.

В работе большинства вагонеточных туннельных сушилок, предназначенных для сушки кирпича-сырца, использована противоточная схема (рис. 12.11).

Туннельная сушилка с печными вагонетками имеет надпотолочный распределительный клапан и принудительную систему рециркуляции. Вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха как вдоль туннеля, так и по его высоте. В качестве теплоносителя используют горячий воздух температурой 150 °С, отбираемый из зоны остывания печи для обжига изделий.

Прямоточные туннельные вагонеточные сушилки представляют собой блок из нескольких туннелей с общим фронтом загрузки и выгрузки, паровым или поточным калорифером. Сушильный агент через распределительные каналы, расположенные под полом, подают вдоль камеры (по ходу движения изделий) в загрузочные зоны туннелей. В зоне выгрузки через вытяжные каналы с помощью отсасывающего вентилятора удаляют отработанные газы.

 

Основы расчёта процессов сушки.

 

40. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБЖИГА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Обжиг - это нагрев и выдержка при высокой температуре различных материалов с целью придания им необходимых свойств. С помощью обжига получают кирпич, керамические, фарфоровые, фаянсовые изделия, заполнители, вяжущие вещества и др. Обжиг осуществляется в обжиговых печах. Во время обжига сырье подвергается сложным физическим, химическим и физико-химическим изменениям. Суммарные затраты на обжиг составляют 35...40 % себестоимости готовой продукции. Режим обжига включает такие параметры, как температура, время и характер газовой среды. Процесс обжига состоит из следующих периодов: подогрев до температуры обжига, выдержка при этой температуре и охлаждение. Длительность подогрева зависит от влажности полуфабриката, поступающего на обжиг. При определении возможной длительности периодов нагрева и охлаждения необходимо учитывать внутренние напряжения, возникающие в материале при изменении его температуры. В связи с этим длительность периодов обжига зависит от механических свойств обжигаемого материала, т. е. от его способности выдерживать внутренние напряжения.

Химизация (модификация) материала проводится с целью придания конечному продукту специальных или улучшенных физико-механических свойств. Модификация материалов основана на физико-химическом соединении их с активным веществом, которое можно производить в любом периоде процесса обжига. Во вращающейся печи при температуре 120 °С...1400 °С кварцевый песок обжигают с небольшими присадками оксидов щелочных металлов, которые служат минерализаторами для быстрого структурного перерождения кварца в тридимит и кристобалит. Так получают вяжущее для химически стойкого и жаропрочного бетона.

 

Процессы обжига вяжущих и керамических материалов.

По происхождению строительные вяжущие вещества бывают природными и искусственными, а по составу - минеральными (цементы, гипс, известь) и органическими (битум, смола, клей). В ПСМ применяют в основном искусственные минеральные вяжущие вещества. Вяжущие делят на 2 группы: воздушные, т. е. твердеющие на воздухе (известь, гипс) и гидравлические - твердеющие на воздухе и в воде.

Цемент — один из важнейших строительных материалов. Производство его включает приготовление, обжиг сырьевой смеси и размол обожженного продукта в порошок. Самый важный процесс - обжиг сырьевой смеси. Цель его - удаление механически связанной влаги и протекание химических превращений: дегидратации, кальцинирования и клинкерообразования. Обжиг сопровождается сложными физическими, химическими и физико-химическими процессами, в результате которых образуется клинкер - спекшиеся зерна размером до 3 см.

На характер этих процессов большое влияние оказывает режим работы печи: скорость перемещения материала по печи; температура пылегазового потока; характер газовой среды; длина подготовительных зон и наличие в них теплообменных устройств; длина зоны спекания в печи.

В зависимости от назначения зон температура материала изменяется от 20 °С до 1450°С. В зоне сушки при нагревании смеси до 100 °С из нее испаряется химически не связанная вода. Значительная часть кристаллизационной воды удаляется при 400...700 °С, а остатки ее (2...3 %) - при 900... 1000 °С. В зоне подогрева температура материала достигает 700...800 °С. Участок печи, где интенсивно разлагаются карбонаты (t =900... 1100 °С) называется зоной кальцинирования. Оптимальная температура спекания определяется свойствами исходного сырья, наличием в нем различных примесей, тонкостью измельчения и од­нородностью смеси, в этой зоне материал нагревается от 1300 °С до 1450 °С.

Клинкер охлаждается воздухом и с температурой 1000... 1100 °С выходит из печи. Этот участок печи называется зоной охлаждения.

Известь получают из карбонатных пород СаСО₃ и MgCO₃. При обжиге они декарбонизируются, диссоциируя с выделением углекислого газа. В производственных условиях температура обжига известняка составляет 1000... 1200 °С и зависит от его плотности, химического состава, содержания примесей, типа печи и др. факторов. Обычно в шахтную печь загружают известняк с размерами кусков 60...200 мм, а топливо - 40...60 мм. Чем больше куски, тем дольше они должны обжигаться. Поэтому режим обжига назначается по времени обжига кусков средних размеров. Чем однороднее размер кусков известняка и топлива, тем равномернее обжиг и выше производительность печи.

Гипс - это полуводный сульфат кальция, получаемый при тепловой обработке двуводного сульфата кальция: CaSO₄·2H₂O→CaSO₄·0,5H₂O. CaSO₄·2H₂O начинает дегидратировать уже при нагреве до 60 °С, наиболее интенсивно процесс происходит при 107... 115 °С.

В промышленных условиях гипс варят в варочных котлах и сушильных барабанах при 170... 180 °С, получая в результате строительный гипс.

Выбор аппарата тепловой обработки зависит от свойств исходного сырья, производительности завода и требований к каче­ству готовой продукции.

Высокопрочный гипс получают в автоклавах при давлении 0,12...0,13МПа и температуре 120...125°С.

Все гипсовые вяжущие вещества делятся на 2 группы:

· материалы из полуводного гипса, которые обжигаются при низкой температуре и быстро твердеют;

· материалы из безводного гипса, обжигаемые при высоких температурах и медленно твердеющие.