книги / Тепломассообменные процессы в производстве гипсовых и гипсобетонных строительных материалов

Рис. 56. Распределение влагосодержания по капиллярному давлению для гипсовогообразца из композиции с водогипсовым фактором 1:

1—Um: 2 —х.

Рис. 57. Кривые кинетики фильтрационной сушки гипсового образца толщиной 0,072 м из композиции с водогипсовым фактором 1,0 при давлении сжатого воздуха.

0,4 МПа:

1. 2 — соответственно расчетная и экспериментальная кривые сушки.

— AL/i (1 — V 1 — т/топ,) и соответствующее влагосодержание изделия:

U (Д, т) = U„ — V ДUt (т, Р).

i=1

В качестве примера приведены результаты расчета фильтрацион­ ной сушки гипсовой плиты (рис. 57). Для расчета использовалась кри­ вая распределения влагосодержания, представленная на рис. 56. Мак­ симальное расходование расчетных (/) и экспериментальных (2) ре­ зультатов не превышает 10 %.

Проведенные исследования позволили разработать новые эффек­ тивные способы сушки гипсовых изделий [113—115).

3.Коэффициенты переноса теплоты и влаги

Коэффициенты переноса теплоты и влаги в гипсовых строительных материалах определялись нами по методу Г. А. Максимова [116] на сооруженной для этой цели экспериментальной установке. В отличие от ряда других методов [101, 117, 118] указанный метод дает возмож­ ность в течение небольшого промежутка времени из одного опыта оп­ ределить ряд коэффициентов переноса: К, а, с и б.

121

Рис. 58. Результаты исследований коэффициентов температуропроводности (а) (/), теплопроводности %(2) и теплоемкости с (3) гипса.

_ Рис. 59. Результаты исследований термограднентиого коэффициента гипса.

Результаты исследований приведены на рис. 58 и 59. Исследова­ ния проводились в широком диапазоне изменения влажности гипса — от 0,66 до 50 %, при температуре «горячего» нехолодного» термоста­ тов порядка 60 и 22 °С.

Число Kim и коэффициент диффузии влаги ат определялись по ве­ личине первого критического влагосодержания при сушке образцов гипсобегонных и листовых гипсовых строительных материалов раз­ личной толщины.

Графики изменения первого критического влагосодержания листо­ вых гипсовых досок и гипсовых плит в зависимости от их толщины и

122

Полученная зависимость подтверждает существенное влияние температуры материала на интенсивность внутреннего переноса влаги при сушке гипсобетонных и листовых гипсовых строительных материалов.

В отличие от первого периода сушки, где число Kim можно считать постоянным, во втором периоде обезвоживания материала число Кирпичева непрерывно изменяется в связи с изменением интенсивности сушки / и коэффициента ат. Характер изменения числа Ki„, во втором периоде сушки представляет значительный интерес для технологии сушки, поскольку как показано ниже, ухудшение технологических свойств термочувствительных капиллярно-пористых тел происходит в основном во втором периоде сушки при углублении зоны испарения вследствие перегрева верхних обезвоженных слоев материала.

Определение наиболее опасного значения числа Kim, соответству­ ющего величине второго критического влагосодержания материала, необходимо для правильного выбора режима сушки, обеспечивающего максимальную интенсивность и экономичность процесса при хороших технологических качествах материала. Для решения этой задачи на­ ми использована формула

приведенная в работе [1261, которая позволяет определить переменное число Kim по разности локального и среднего влагосодержания тела в любой момент времени. Воспользуемся уравнением (8.19) для опре­ деления значения Юш, соответствующего величине второго критиче­ ского влагосодержания материала. Начало углубления зоны испаре­ ния в толщу материала соответствует моменту времени, когда влажность поверхностного слоя материала становится равной нулю, т. (#ткр,) = 0. Исходя из этого, полагая в уравнении (8.19) х = R

и U — и тКр., получаем

Соотношение (8.20) позволяет определить опасное значение числа Ki« по величине второго критического влагосодержания материала. По величине Kim (тКР ) можно определить коэффициент диффузии вла­ ги аткр„ соответствующий второй критической влажности материала:

Вычисленный таким образом коэффициент диффузии влаги приведен на рис. 61 в виде зависимости

Для ее получения использовались данные опытов, проведенных с ис­ следуемыми материалами, причем величины Umкр, изменялись от 0,01 до 0,12 кг/кг. Температура материала при достижении им второго кри­ тического влагосодержания соответствовала значениям от 20 до 97 °С. Как видно из графика, опытные точки хорошо укладываются на кри­

124

Рис. 63. Кривые сорбции (1), десорбции (/'), интегральное распределение пор по размерам (2) и дифференциальное распределение пор по размерам (3) сс-полугндрата.

Рис. 64. Кривые сорбции гипса с добавками ССБ:

/ — гяпо без добавок: 2 |— с добавкой 0,2 % ССБ; 3 — 5 %; 4 — 1 %; 5 — 20 %: б — 40 %.

= 1,5 атм, брались навески, равные 0,15 г, предварительно высушен­ ные в сушильном шкафу до абсолютно сухой массы. Температура в термостате поддерживалась равной 25 °С.

Кривые сорбции и десорбции гипса приведены на рис. 63. С по­ мощью кривых 1 и Г по известным методикам строились кривые инте­ грального 2 и дифференциального 3 распределения пор по. размерам. Величина dV/dr в зависимости от г рассчитывалась по уравнению

Кельвина. Полученный эффективный радиус пор г„ = 1,25 • КГ9 м использовался для расчета давления в гипсовом камне в процессе про­ парки.

Для вычисления влияния добавок ССБ на гидрофильные свойства гипса получены кривые сорбции для чистого гипса и гипса с добавка­ ми 0, 2, 5, 7, 20 и 40 % ССБ. С целью предотвращения процесса дегид­ ратации в вакууме кривые сорбции снимались эксикаторным методом

126

Г л а в а д е в я т а я

КИНЕТИКА СУШКИ ГИПСОВЫХ

ИГИПСОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИИ

1.Влияние параметров теплоносителя

на интенсивность процесса и качество изделий

Процесс сушки различных видов гипсовых и гипсобетонных изде­ лий исследовался на экспериментальной установке, схема которой приведена на рис. бб. При проектировании и сооружении установки учитывалась возможность приближения условий исследований к про­ изводственным, а также необходимость использования ее для изуче­ ния кинетики сушки материалов в широком диапазоне изменения па­

элементов: сушильной камеры, камеры нагрева и увлажнения возду­ ха, вентиляторов с устройствами для подсоса, выхлопа и рециркуля­ ции теплоносителя, измерительных схем и приборов. Для уменьше­ ния влияния инфракрасного излучения от нагретых стенок камеры,

.последние экранировались влажными гипсовыми пластинами, темпе­ ратура которых совпадала с температурой исследуемого материала. По данным опытов строились кривые сушки, скорости сушки и темпе­ ратурные кривые для каждого слоя по толщине образца в течение опы­ та. Качество исследуемых материалов определялось по соответствую­ щим ГОСТам.

В первой серии опытов изучалось влияние скорости теплоносите­ ля на интенсивность процесса и качество материала. На рис. 67 при­ ведены кривые сушки и скорости сушки листовой гипсовой штукатур­ ки (СГШ) толщиной 8 мм при различных скоростях движения воздуха и постоянных t (140 °С) и d (10 г/кг с. в.). Как видно из кривых суш­ ки, увеличение скорости воздуха вначале резко интенсифицирует про­ цесс обезвоживания, но при дальнейшем увеличении скорости степень интенсификации процесса замедляется.

Аналогичное влияние скорости теплоносителя на интенсивность процесса наблюдалось при сушке толстостенных гипсовых и гипсо­ бетонных изделий толщиной 80 мм (рис. 68) и пластин из ГЦПВ тол­ щиной 30 мм (рис. 69). Такое протекание процесса сушки материалов в зависимости от скорости сушильного агрегата закономерно. Повы­ шение скорости воздуха приводит к интенсификации процесса в пер­ вом периоде сушки из-за повышения коэффициентов тепло- и массообмена между теплоносителем и материалом. Однако с увеличением скорости воздуха (при постоянных / и d) растет первая критическая влажность материала (на кривых скорости сушки ей соответствуют точ­ ки Ai), что приводит к уменьшению первого периода сушки и снижению степени общей интенсификации процесса обезвоживания материала.

Во втором периоде сушки интенсивность процесса в основном оп­ ределяется скоростью подвода влаги к поверхности материала. Интен-

128

PJJC. 68. Кривые сушки и скорости гипсобетонных панелей при различных скоростях

Рис. 69. Кривые сушки и скорости сушки изделий из ГЦПВ при различных скоростях движения теплоносителя:

1 — 1,4 м/с: 2 — 2,4 м/с; 3 — 4.1 м/с; 4 — 5.4 м/с; t = 120 °С, d = 10 г/кг с в.

сивный. подвод теплоты к материалу во втором периоде сушки, как по­ казали опыты, приводит к повышению второй критической влажности материала №кр, (на кривых скорости сушки ей соответствуют точки К2) и ускорению перемещения зоны испарения вглубь материала. Отме­ ченный выше характер протекания процесса сушки в зависимости от скорости воздуха сохраняется и при высоких температурах.

Качество листовой гипсовой штукатурки в приведенной серии опытов было неудовлетворительным, так как на всех режимах сушки наблюдалось отклеивание картона от гипсового сердечника. Качество гипсобетонных и гипсовых изделий из ГЦПВ при температуре тепло­ носителя ниже 70 °С на всех режимах сушки соответствовало ГОСТу* При более высоких температурах воздуха наблюдалась потеря проч­ ности изделий, связанная с дегидратацией гипса.

130