книги / Тепломассообменные процессы в производстве гипсовых и гипсобетонных строительных материалов

Рнс. !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