книги / Тепломассообменные процессы в производстве гипсовых и гипсобетонных строительных материалов

А=А

На каждой пластине имеются патрубки 7 для подачи воздуха в прост­ ранство под пластинами и патрубками 6 для подачи воздуха под рези­

161

Рис. 94. Схема установки для сушки гипсовых форм:

/ — оснопание; 2 — уплотнительное резиновое кольцо: 3 — уплотнение; 4 — колпак; 5 — изделие: 6 — патрубок для подвода воздуха: 7 — соединительная скоба.

гипсобетонных прокатных панелей — разработана установка [136], схема которой приведена на рис. 92, 93. Установка содержит гер­ метичную камеру 13 с резиновой прокладкой 6 и съемной крышкой 8, которая опирается на рычаги 7. Происходит прижатие пластины 3 с ребром и уплотнительной рамки 14 по плоскости панели с прогибом не панели, а пластины 3. Воздух с правой стороны панели проходит через панель, вытесняя влагу, которая вдоль ребер стекает по трубе 1. По окончании вытекания воды панель извлекают из камеры и про­ водят окончательную досушку, если она требуется, обдувом воздухом с температурой 60—80 °С.

Рис. 95. Схема установки для сушки гипсовых плит.

162

ти установки и повышения произ­ водительности устройств для фильтрационной сушки гипсовых плит

и панелей разработана установка, показаная на рис. 95. Установка со­ держит пластины 1 с уплотнительными прокладками 3, образующими с изделием 7 центральный 6 и периферийный 5 отсеки рабочей каме­ ры 8, нагнетательный 2 и отсасывающий 4 патрубки, подключенные соответственно к системе подачи сжатого воздуха и вакуумной систе­ ме. Периферийный отсек 5 превышает площадь центрального отсека 6 в 5,7—45 раз.

Соотношение площадей, занимаемых отсеками, выбирается таким образом, чтобы при подаче сжатого воздуха пластины удерживались на поверхности изделия силой атмосферного давления и при этом обес­ печивалась надежная герметизация рабочей камеры. Это соотношение

давление соответственно в периферийном и центральном отсеках, МПа; Ра — атмосферное давление, МПа.

Приведенная формула получена из баланса сил, действующих на пластину. Коэффициент А введен с целью обеспечения надежной гер­ метизации отсеков, причем большие значения принимаются для крупнопористых изделий и изделий с грубой обработкой поверхности. Величина коэффициента запаса получена в результате экспериментов на гипсовых плитах с различной фактурой поверхности и различной пористостью. Пористость изменялась путем изменения водогипсового отношения от 0,32 до 0,8 при затворении гипса.

Установка работает следующим образом. Изделие помещают меж­ ду пластинами 1 с примыкающими к ним уплотнительными прокладка­ ми 3, пластины приводят в соприкосновение с изделием, в отсеке 5соз­ дают вакуум, при этом пластины через уплотнительные прокладки си­ лой атмосферного давления прижимаются к изделию настолько, чтообес­ печивается необходимая герметизация отсеков. Вотсек 6 через патрубок 4 подают сжатый воздух и осуществляют удаление влаги из изделия. Под действием возникающего перепада давления влага в жидком

163

рис. 95, можно набирать пластины практически любой величины при сушке крупноразмерных изделий, причем в зависимости от конфигу­ рации изделия эти модули могут объединяться одной общей пласти­ ной или быть размещены на отдельных пластинах.

В тех случаях, когда установка пластин с обеих сторон изделия невозможна (например, при сушке слоя штукатурки и т. п.), пласти­

5.Интенсификация конвективного тепло- и массообмена

Сцелью повышения эффективности работы установок для сушки гнпсобетонных и гипсовых изделий на высокотемпературных режима х конвективной сушки и повышения равномерности сушки материалов

разработан метод интенсификации конвективного тепломассообме­ на П38].

В настоящее время интенсификация конвективного тепломассооб­ мена в сушильных и выпарных аппаратах, в которых теплоноситель — газовоздушная смесь или нагретый воздух — продувается через ка­ налы, образованные поверхностями влажного материала (рис. 97, а), осуществляется путем увеличения температуры теплоносителя, раз-

Рис. 97. Схема работы сушильной камеры:

а — существующая; б — с излучателями, обогреваемыми потоком теплоноси­ теля; I — материал; 2 — теплоноситель; 3 — стенки сушильной камеры;

4 — излучатель

164

вития тепломассообменной поверхности в единице объема и повышения коэффициентов тепло* и массообмена.

Повышение температурного уровня процесса, как и увеличение тепломассообменной поверхности в единице объема аппарата, всегда целесообразно, но не всегда возможно по причинам технологического

иконструктивного характера. Повышение же коэффициентов тепло-

имассообмена может быть осуществлено увеличением скорости движе­ ния теплоносителя, установкой турбулизаторов на тепломассообмен­ ных поверхностях, использованием начальных участков образования пограничного слоя и т. д.

Врассматриваемых аппаратах, где поверхность материала опре­ делена технологическим процессом, наиболее применим первый из пе­ речисленных способов, т. е. увеличение скорости движения теплоно­ сителя. Однако и этот с конструктивной точки зрения наиболее про­ стой путь интенсификации тепломассообмена не всегда может быть использован по энергетическим соображениям, так как резко (пропор­

ционально и3) возрастает мощность тягодутьевых устройств, в то вре­ мя как тепломассообмен увеличивается пропорционально о0-8 при Re0,8 и о0-5 при Re0,5.

Нами исследован способ интенсификации конвективного тепло­ массообмена, который может быть применен в комплексе с известными или самостоятельно. Он заключается в следующем. В центре каналов, образованных поверхностями влажного материала, по оси потока теп­ лоносителя устанавливается тонкая поверхность из листового железа или другого материала с высокой степенью черноты (рис. 97, б). При этом центральная поверхность нагревается в потоке теплоносителя и, имея более высокую температуру, чем влажные боковые поверхности материала, начинает передавать нм теплоту излучением.

Встационарном состоянии при равенстве площадей излучающих

ивоспринимающих поверхностей конвективный тепловой поток от теплоносителя к излучающей поверхности равен радиационному теп­ ловому потоку от излучающей поверхности к влажной боковой, т. е.

Суммарный тепловой поток к материалу с учетом радиационной со­ ставляющей будет

<7об = q + q" = а (7\ - Т2) + i v W - s [(7У100)4 - (ТУ100)4]. (10.2)

Исходя из этого эффективность использования излучателей, обогре­ ваемых потоком теплоносителя, можно определить по формуле

При заданных Tlt d и v теплоносителя, конфигурации канала и степе­ нях черноты влажной и излучающих поверхностей величины Г2, епр, ф|_2 , а и а ' могут быть определены с достаточной степенью точности с помощью известных соотношений (Т2 полагаем равной температуре

мокрого термометра). Температуру излучающей поверхности Т\

Рис. 98. График для определения температуры излучателя:

/ - сГ = I <7у; 2 - Q' = a' (Т, - ТгI.

Рис. 99. Эффективность использования излучателей, обогреваемых поток носителя.

можно определить из уравнения теплового баланса (10.2) графически (рис. 98). Для этого по оси абсцисс откладываем разность температур Ту — Т2, а по оси ординат — тепловой поток. Задаваясь значениями

Зная а ', на оси абсцисс из точки Г, проводим прямую 2, соответствую­ щую уравнению q' = а (7\ — Гг). Абсцисса точки пересечения ли­

ний 1 и 2 равна Т\.

По предлагаемой выше методике можно установить эффективность излучателей, обогреваемых потоком теплоносителя, в каждом конкрет­ ном случае интенсификации тепломассообмена. Для общей оценки эф­ фективности предлагаемого способа нами рассчитаны в широком диа­ пазоне изменения температур теплоносителя (Г, = 373...673 К, А =

де графиков, приведенных на рис. 99, где кривые / отражают зависи­ мость т) = / (Г, А) при a = а ' = 20 Вт/(м2 - °С), а кривые II соответ­ ствуют зависимости т\ = <р(Т, а) при а = а' и А = 4 Вт/(м2 • К4).

сификация конвективного тепломассообмена. При уменьшении а и соблюдении условия а = а ’ значение т\ может увеличиваться до 35— 39 % (кривые Г, 2', 3', 4')- Еще более высокой интенсификации про­ цесса можно достигнуть, повысив а' путем применения турбулизато-

166

ров на излучающей поверхности или увеличив поверхность излучате­ лей, например применив гофрированную поверхность, в которой гоф­ ры для уменьшения сопротивления движению теплоносителя располо­ жены вдоль потока. Уравнение теплового баланса в этом случае при­ нимает вид

с поверхностью материала на величину F,/f 2 равносильно увеличению на ту же величину конвективного теплообмена между теплоносителем

иизлучателем, что в свою очередь приводит к увеличению Т\, q" и т].

Сцелью практической проверки предлагаемого способа интенсифи­ кации конвективного тепломассообмена нами проведены опыты по сушке гипсовых пластин с излучателями, обогреваемыми потоком теплоносителя, и без них. Результаты опытов приведены на рис. 100.

Рис. 100. Результаты опытов по сушке гипсовых пластин:

а — конвективная сушка: б — конвектнчно-радиацноннап сушка с излучателями, обогре­ ваемыми потоком теплоносителя: I —S — кривые сушки гнпсооыь пластин; в — тяга к ве­ сам; 7 — влажные гипсовые экраны; в — гипсовые пластины; 9 — сушильная камера; 10 — излучатели, обогреваемые потоком теплоносителя; II — выводтермопар

167

Методика проведения эксперимента заключалась в следующем: гип­ совые пластины 8 размерами 300 х 150 X 15 мм формовались в спе­ циальных рамках, изготовленных из негигроскопического материала с низкой теплопроводностью. Рамки снабжались термопарами для за­ мера температуры гипса в процессе опыта. Для исследования чисто конвективной сушки рамки с материалом с помощью специальных при­ способлений крепились параллельно друг другу на расстоянии 60 мм, помещались в сушильную камеру и подвешивались к регистрирую­ щим весам (см. рис. 100, а). Экранирование рамок с исследуемым ма­ териалом от излучения стенок сушильной камеры достигалось с по­ мощью влажных гипсовых пластин 7, образующих канал прямоуголь­

ного сечения.

Для исследования эффективности применения излучателей, обо­ греваемых потоком теплоносителя, последние устанавливались, как показано на рис. 100, б, между гипсовыми пластинами и боком на рас­ стоянии 30 мм от тепловоспринимающих поверхностей. Излучатели снабжались термопарами для замера температуры поверхности в про­ цессе опыта. Кривая 1 представляет собой кривую сушки гипсовых пластин, размещенных в потоке теплоносителя по схеме «а» при пара­ метрах теплоносителя 7\ = 373 К, v = 3,5 м/с, d = 38 г/кг с. в. Кри­ вая 2 характеризует процесс удаления влаги из таких же пластин, размещенных в потоке теплоносителя по схеме «б», при тех же парамет­ рах теплоносителя при наличии излучателей из 1,5-миллиметрового окисленного железа. Кривые 3—5 — это кривые сушки гипсовых пла­ стин при Г, = 473 К, v = 3,5 м/с, d = 10 г/кг с. в., причем кривая 3 характеризует сушку материала по схеме «а», кривая 4 — по схеме «б» с применением излучающих поверхностей из закопченного железа. Видно, что применение излучателей позволяет существенно интенси­ фицировать процесс сушки в первом периоде посредством дополнитель­ ного подвода тепла. Так, при Тх = 373 К и применении излучателей из окисленного железа с е, = 0,95 эффективность использования из­ лучателей “п = 18,7 %. При использовании в качестве излучателя за­ копченного железа с et = 1 и температуре теплоносителя Г, = 473 К т) = 23,7 %. Степень черноты влажного гипса е2 и геометрический па­

Для оценки возможного влияния на тепломассообмен изменения аэродинамики потока теплоносителя в связи с размещением в нем тон­ кой излучающей пластины использовалась в качестве излучателя 1,5-миллиметровая алюминиевая пластина с низкой степенью черно­ ты. Опыт показал (см. рис. 100), что интенсификация тепломассообме­ на происходит благодаря дополнительному радиационному потоку тепла от алюминиевого излучателя к материалу, а не из-за турбули-

168

Длительная производственная работа переоборудованых сушиль­ ных установок на скоростных режимах сушки позволила максималь­ но использовать производственную мощность оборудования, снизить расход условного топлива, повысить производительность труда и по­ лучить годовой экономический эффект порядка 1 млн руб.

2.Внедрение способов скоростной сушки гипсобетонных прокатных панелей

игипсовых плит

Внедрение скоростных методов сушки гипсобетоиных прокатных панелей и гипсовых плит [25] осуществлялось с учетом существую­ щих схем действующих установок. Проведены промышленные иссле­ дования работы различных конструкций сушильных установок и ис­ ходя из этого разработаны варианты модернизации сушильных агре­ гатов, которые позволили внедрить скоростные методы сушки без длительной остановки цехов и снижения программы выпуска продук­ ции. Как показал производственный опыт работы сушил и проведен­ ные исследования, в туннелях наблюдается неравномерная сушка па­ нелей, из-за неравномерного заполнения сечения сушильной камеры гипсобетонными перегородками и несовершенства существующей кон­ струкции кассетных вагонеток, препятствующей проникновению теп­ лоносителя в среднюю часть сушильной камеры из-за разделения па­ нелей сплошными трубами.

На рис. 101 показано поперечное сечение сушильного туннеля с расположенными в ней панелями и графики (1—3), характеризующие распределение теплоносителя по сечению туннеля в зависимости от места подвода газовоздушной смеси. Как видно из графика 1, харак­ теризующего распределение теплоносителя по сечению туннеля, при верхнем его подводе в сушило, частичной рециркуляции и нижнем от­ сосе на выброс в атмосферу наибольшее количество теплоносителя (52 %) проходит в верхней части туннеля (участок /), почти свобод­ ной от сушки материала, наименьшее — в нижней его части *(12%) (участок ///); в среднюю часть туннеля (участок II) поступает 35 % от общего количества теплоносителя. При потолочном подводе, час­ тичной рециркуляции и выбросе теплоносителя (график 3) неравномер­ ность распределения теплоносителя по высоте туннеля возрастает. Анализ работы сушила, где осуществлен нижний подвод, нижний от­ вод рециркуляционного и потолочный отсос теплоносителя на выброс в атмосферу показал, что при изменении конструкции кассетной ва­ гонетки такая схема организации аэродинамики движения теплоно­ сителя наиболее благоприятна с точки зрения равномерного распре­ деления его по высоте туннеля, но в средней части камеры проходит всего 15 % теплоносителя, что обусловливается существующей кон­ струкцией кассетной вагонетки. Изменение температур сушильного агента по высоте и длине туннеля в рассмотренных выше случаях пред­ ставлено на рис. 102. Замеры проводились на действующих сушилах с помощью специальных термопар, установленных на движущихся ва­ гонетках в местах, указанных точками на рис. 101. Номера кривых на

170