книги / Скоростная сушка гипсовых и гипсобетонных изделий
..pdfОбычно тепло- и массообмен в процессах конвективной суш ки материалов при вынужденном движении влажного воздуха или газовоздушной смеси описывают критериальными уравне ниями вида
|
N u=/(Re,G u); |
|
|
(5) |
||||
|
Nu' = Ф (Re, Gu), |
|
|
(6) |
||||
где Nu и Nu' — критерии Нуссельта |
соответственно для тепло- |
|||||||
и массообмена. |
|
|
|
|
|
|
||
Иногда величину Nu называют тепловым, а величину Nu' — |
||||||||
гигрометрическим критериями Нуссельта. |
|
|
|
|||||
NT |
а/ |
«т |
/ |
= |
а'/ |
|
|
|
Nu = — ; Nu |
|
----. |
|
|
|
|||
|
К |
|
|
|
Dp |
|
|
|
Здесь а и а' — коэффициенты |
теплообмена |
и массообмена; |
в |
|||||
А— коэффициент |
теплопроводности |
воздуха |
||||||
ккал(м • ч • град; |
|
|
|
водяного |
пара |
в |
||
Dp — коэффициент |
диффузии |
|||||||
воздух в кг/м ♦ч *мм рт, ст.; |
|
|
||||||
I — определяющий размер тела в м. |
|
|
Тепловой и массообменный критерии Nu представляют отно шение плотности действительного потока тепла (пара), оп ределяемого через коэффициенты теплообмена а и массообмена а'} к плотности потока тепла (пара), который имел бы место в условиях чистой теплопроводности (диффузии) в слое тол
щиной /; Re= — — критерий Рейнольдса, определяющий ги-
V
дродинамический режим потока (в частности, турбулентность); критерий Re характеризует меру отношения сил инерции к си
лам трения; v — скорость движения теплоносителя в |
м/сек; |
v — коэффициент кинематической вязкости в м2 сек; |
Gu = |
*р __у*
— —-----— — параметрический критерий Гухмана, учитываю-
щий влияние массообмена на коэффициент теплообмена при конвективной сушке; Тс — температура среды в ° К; ТЬ1— тем пература мокрого термометра в 0 К.
Многими исследователями было установлено, что коэффици ент теплообмена при испарении жидкости со свободной поверх ности или в процессе конвективной сушки пористых тел боль ше коэффициента теплообмена при отсутствии испарения при одинаковых температурных и гидродинамических условиях. Не которые авторы полагают, что увеличение коэффициента тепло обмена при испарении происходит за счет турбулизации воз душного потока парами, образующимися у поверхности мате риала. А. В. Лыков, анализируя большое количество экспери ментальных данных, показал, что критерий Gu характеризует также затраты тепла на объемное испарение влаги в погранич
где |
а — коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности |
|||||||
|
материала в ккал/м2 • ч • град; |
|
и поверхности |
|||||
/в и /п — температура |
соответственно |
воздуха |
||||||
|
материала в ° С; |
|
|
|
в ккал(кг • град; |
|||
|
Со — теплоемкость сухого материала |
|||||||
|
W — средняя абсолютная влажность материала в %; |
|||||||
|
GCyx — вес абсолютно сухого материала в кг; |
|||||||
|
F — поверхность высушиваемого образца |
в м2; |
||||||
|
dt |
|
|
|
|
|
|
л, |
|
- ----- скорость нагревания материала в грао/ч; |
|||||||
|
ах |
|
|
|
|
|
|
|
|
q' — интенсивность испарения влаги в кг{м2; |
|||||||
|
г — удельная теплота парообразования в ккал!кг. |
|||||||
|
Уравнение |
(И) позволяет определять значения а для всего |
||||||
процесса сушки по формуле |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
а = |
?c03^ |
|
|
( 12) |
|
В первом периоде сушки, когда |
— =0, |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
dx |
|
|
|
|
|
( j — |
9 и с п |
_ |
r Qr |
|
|
( 13) |
|
|
|
^в— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определения а во втором периоде сушки использовалось |
|||||||
уравнение (11), включающее в себя: |
|
dt_ |
|
|||||
|
|
|
|
|
бсух |
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
dx |
|
|
Скорость |
нагревания материала |
— |
определялась, как |
||||
|
|
|
|
|
|
dx |
|
|
производная средней температуры тела во времени. При пара болическом распределении температуры по сечению образца средняя температура материала вычислялась как средняя арифметическая из показаний термопар, расположенных в центральной плоскости и на расстоянии, равном 0,6 и 0,8 половины толщины пластины. При углублении зоны испаре ния, когда параболический характер распределения темпе ратуры нарушался, величина средней температуры тела оп ределялась по кривой распределения температуры по сечению образца.
Для каждого опыта строилась кривая изменения *cp=fi(t),
из которой |
графическим дифференцированием определялась |
величина |
dx , и кривая <x=f2(W)y при помощи которой стро- |
илась зависимость
зз
шем повышении скорости (до 16,2 м(сек) оставалась практичен ски неизменной (точнее уменьшилась всего лишь на 1 мин).
Аналогичное влияние скорости теплоносителя на интенсив ность процесса наблюдалось также при сушке толстостенных гипсовых и гипсобетонных строительных материаловКак вид но из кривых сушки образцов гипсобетонных панелей толщи ной 80 мм (рис. 10, а), повышение скорости теплоносителя от
Рис. 9. Кривые сушки (а) и скорости сушки (б ) гипсовых листов при различных скоростях движ ения теплоносителя
/ —2 м/сек; 2 —м/сек; 3 —4,8 м/сек; 4 —8,8 м/сек; 5 —10,2 м/сек; 6 —12,5 м/сек;
7 —16,2 м/сек |
|
|
1 до 3 м/сек сокращает время сушки |
до |
предусмотренной |
ГОСТом конечной влажности (W = 8%) |
с 30 |
до 17 ч (опыты |
проводились при постоянных температуре и влагосодержании теплоносителя, соответственно равных/=50° С и d=10 г/кг с. в.), Дальнейшее повышение скорости теплоносителя от 3 до 8 м/сек приводит к незначительному уменьшению длительности сушки гипсобетонных панелей (от 17 до 13—14 ч).
При сушке в тех же условиях гипсовых блоков толщиной 80 мм (сформованных без заполнителей) повышение скорости теплоносителя от 1 до 3 м/сек снижает время их сушки почти вдвое (с 32 до 18 ч). При дальнейшем увеличении скорости те плоносителя с 3 до 8 м/сек длительность сушки блоков до ко нечной влажности W=8% сокращается всего лишь на 3 ч.
Такая связь между скоростью процесса сушки и скоростью теплоносителя объясняется тем, что в первом периоде сушки интенсивность испарения влаги зависит от количества передан ного тепла. Увеличение скорости движения теплоносителя при
здесь а' — коэффициент |
потенциалопроводности, |
именуемый |
иногда также коэффициентом потенциала переноса |
||
влаги; является |
аналогом коэффициента |
темпера |
туропроводности в уравнении температурного по |
||
ля; величина а' |
возрастает с увеличением темпера |
туры материала примерно в 13—14-й степени абсо лютной температуры;
Yo — объемный вес абсолютно сухого материала.
Как уже ртмечалось, с увеличением скорости теплоносители интенсивность сушки в первом периоде повышается, ..а коэффи циент а' мало изменяется из-за постоянства температуры мате
риала. Поэтому отношение “ , определяющее величину крите
рия Кирпичева, увеличивается, что приводит к повышению кри тического влагосодержаиия материала и сокращению первого периода сушки. Это обстоятельство весьма нежелательно.
Во втором периоде сушки интенсивность процесса в основ ном определяется скоростью подвода влаги к поверхности .ма териала. Как показал опыт, интенсивный подвод тепла к мате риалу во втором периоде сушки приводит к повышению второй критической влажности материала ИРщя (на кривых скорости сушки ей соответствуют точки /(2), вследствие чего ускоряется перемещение зоны испарения в глубь материала и повышается температура его поверхностных слоев. При сушке термочув ствительных капиллярно-пористых тел, к которым относится и гипс, такой перегрев может вызвать частичную его дегидрата цию и связанную с этим потерю прочности изделий.
Характер протекания процесса сушки в зависимости от ско рости теплоносителя сохраняется и при высоких его температу-. рах. Так, при температуре /=300° С и влагосодержании d=* = 10 г/кг с. в. увеличение скорости воздуха от 1 до 8 MjceK со кращает длительность сушки гипсобетонных панелей со 150 до 90 мин. Однако значительное влияние на интенсивность процес са оказывает увеличение скорости теплоносителя лишь от 1 до 5 м}сек. Дальнейшее повышение скорости практически не отра-. жается на длительности сушки панелей. Рассматривая кривые скорости сушки, изображенные на рис. 9, можно заметить от сутствие первого периода сушки и существенный рост значе ний второй критической влажности материала при повышении скорости движения теплоносителя.
В приведенной серии опытов с переменными значениями ско рости теплоносителя качество толстостенных гипсобетонных и гипсовых изделий при температуре воздуха 50° С на всех режи мах сушки соответствовало ГОСТу. При 300°С и с1=\0г!кгс.в. изделия полностью теряли прочность вследствие дегидратации гипса. На листах гипсовой сухой штукатурки во всех случаях наблюдалась отклейка картона от сердечника.
ST
ности, равной 8%, при температуре воздуха 50°С требуется 20 ч. При повышении температуры теплоносителя до 350° С вре мя сушки уменьшается до 1,5 ч.
Однако возможное, с точки зрения хорошего качества мате риала, увеличение температуры теплоносителя ограничено 100— 110° С, так как при более высоких температурах вследствие де гидратации гипса снижалась прочность изделий.
Повышение температуры воздуха от 50 до 100° С при сушке
гипсовых блоков (без заполнителя) |
сокращает срок их сушки |
VW°h |
aw % |
¥0г~ |
ат > |
Tv |
w% |
Рис. 12. Кривые сушки (а) и скорости сушки (6) гипсобетонных панелей при различных температурах теплоносителя
/ — 350“ С; 2 — 300* С ; 3 — 250е С ; 4 — 200° С ; 5 — 150° С ; 6 — 100“ С ; 7 — 50“ С
до конечной влажности 5% с 22 до 12 ч. Дальнейшее увеличе ние температуры теплоносителя до 200 и 350° С позволяет уменьшить время сушки блока соответственно до 4,5 и 2 ч. Од нако, как и в предыдущих опытах, яри температуре теплоноси теля 100—110° С и выше наблюдалось ухудшение качества ма териала.
Повышение температуры воздуха, вызывало изменение зна чений первой и второй критических влажностей исследуемых материалов. По кривым (рис. 11,6) можно проследить, что критическое влагосодержание листовых гипсовых материалов (точки К\ и Kz) с повышением температуры теплоносителя из менялось по некоторой кривой, имеющей характерный мак симум.
Происходит это по следующим причинам. Повышение тем