К.т.н. Співак О. Ю., Попович М. М., студ. Фіник І. В., Коба П. С.

Вінницький національний технічний університет, Україна

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

ПРОЦЕСУ СУШІННЯ ЧЕРВОНОЇ ЦЕГЛИ-СИРЦЮ

Актуальність теми, постановка задачі

Цегла-сирець, виготовлена пластичним пресуванням, містить вологу, яка повинна бути видалена, щоб надати цеглинам механічну міцність і підготувати до випалювання.

Сушіння цегли-сирцю в даний час виконують тільки конвективним способом, тобто способом, при якому волога випаровується внаслідок тепломасообміну між виробом і гарячим теплоносієм.

Як теплоносій використовують нагріте відхідне повітря або димові гази, які отримують від спалювання палива. Ці теплоносії є одночасно і вологопоглиначами, оскільки передають цеглі-сирцю теплоту і поглинають випарувану вологу.

При сушінні виробів прагнуть створити оптимальний режим при якому отримують якісні пористі вироби без тріщин в мінімальні терміни і при якнайменших витратах теплоти.

Відпрацювання технологій конвективного сушіння цегли проводять переважно шляхом натурних випробувань, коли з декількох режимів вибирають найбільш ефективний, що є дорогим, трудомістким і, головне, не завжди гарантує оптимальний результат.

Заміщення натурного експерименту обчислювальним стримується відсутністю надійних математичних моделей для прогнозування вихідних показників процесу сушіння в залежності від технологічних параметрів і відсутністю відповідних проблемно-орієнтованих програмно-інформаційних комплексів [1].

Тому застосовують розрахунково-експериментальні методи. Одним з них є метод визначення критичного градієнта вологості. По його величині можна орієнтовно встановлювати оптимальний режим сушіння. Але і такі методи неможливо ефективно застосовувати без надійної бази експериментальних даних, а вони, саме для сушіння цегли-сирцю, занадто застарілі. Сучасні ж експериментальні дані для сушіння цегли носять поодинокий невпорядкований характер [2,3].

Таким чином, експериментальні дослідження процесу сушіння цегли з врахуванням таких параметрів як температура і вологовміст теплоносія, кінетика зміни вологості і швидкості випаровування в процесі сушіння, є актуальною задачею.

Формулювання мети досліджень

Метою даної роботи є експериментальне дослідження процесу сушіння цегли-сирцю для вироблення рекомендацій із забезпечення вибору оптимального режиму термообробки.

Основна частина

Експериментальна установка та методика проведення досліджень детально описані в [4]. Досліди проводились за потужності нагрівника 650 Вт. Температура в сушильній камері не перевищувала 65 °С. Для зменшення закритої площі випаровування цегла-сирець встановлювалась ребром на перфоровані піддони на підставки, що не перешкоджають її обдуванню теплоносієм з усіх боків.

Результати експериментів оброблялися за методом найменших квадратів та виконувався їх регресійний аналіз. В результаті обробки отримано криву сушіння, подану на рис. 1, яка описує зміну відносної вологості сировини в процесі сушіння. З рис. 1 видно, що на кривій сушіння є чітко виражені дві стадії сушіння. Перша стадія – стадія прогріву на кривій сушіння виражена нечітко. Друга – стадія сушіння з постійною швидкістю носить дещо нелінійний характер, що можна пояснити тим, що через масивність зразка стадія прогріву накладається на стадію сушіння. Це підтверджується і залежністю на рис. 2, на якому подана швидкість сушіння, отримана в результаті графічного диференціювання кривої сушіння (рис. 2).

Рисунок 1 – Крива сушіння в результаті регресійного аналізу

На графіку зміни швидкості сушіння (рис. 2) видно, що вже на початку процесу вона досить таки значна. Далі, по мірі прогріву сировини, швидкість сушіння зростає, досягаючи максимального значення через 6 -7 годин від початку процесу, після чого монотонно зменшується. Досягти рівноважного значення вологості нам не вдалося – це пов’язано з конструкцією сушарки, в якій організовано рух теплоносія з частковою рециркуляцією, тож тривалість процесу сушіння визначалась за середньою масою висушеної цегли.

Інтенсивність процесу сушіння (рис. 3) змінюється майже на порядок за 7 - 8 годин після прогріву, після чого процес стабілізується.

Рисунок 2 – Швидкість сушіння цегли-сирцю

Рисунок 3 – Інтенсивність сушіння цегли сирцю

Результати експериментальних досліджень процесу сушіння цегли-сирцю порівнювали з числовим експериментом, проведеним за розробленою математичною моделлю [5] і літературними даними [2]. Хоча всі три криві (рис. 4) добре корелюють між собою, математична модель все ж дає занижені показання відносної вологості сировини.

Рисунок 4 – Порівняння результатів фізичного експерименту

з числовим і літературними даними

1 – фізичний експеримент, 2 – числовий експеримент, 3 – літературні дані [2]

Висновки

Параметри процесу сушіння суттєво впливають на якість і експлуатаційні властивості керамічної цегли, сам процес відрізняється тривалістю і енергоємністю, вносячи істотний внесок в собівартість виробів.

В капілярно-пористих тілах процес тепломасообміну значною мірою ускладнюється в умовах зміни вмісту вологи в просторі пористої структури. Тому при моделюванні тепловологісного стану капілярно-пористого тіла необхідно врахувати особливості матеріалу, такі як розмір пор, їх форма, і щільність розташування.

З метою прогнозування якості виробів і запобігання технологічного браку при сушінні цегли бажано визначати також градієнти температури і вмісту вологи у виробі та швидкості об’ємної усадки.

Список використаної літератури

1. Ковальногов H. H. Моделирование тепловлажностного состояния кирпича в процессе его сушки / H. H. Ковальногов, Т. В. Павловичева // Известия вузов. Проблемы энергетики, 2011. №7-8. С.12 – 20.

2. Уразбахтин Ф. А. Экспериментальное определение параметров сушки керамического кирпича-сырца / Ф. А. Уразбахтин, А. Р. Хабиров, М. А. Святский // Строительные материалы. – 2008. – №4, С. 42-45.

3. Патент РФ 2469292. Способ определения коэффициента диффузии жидкости в капиллярно-пористом теле / Ковальногов В. Н., Ковальногов H. H., Павловичева Т. В. №2011114023/28. Заявл.08.04.2011. Опубл. 10.12.2012. Бюл. № 34.

4. Співак О. Ю. Установка для дослідження кінетики сушіння сировини / О. Ю.  Співак, В. І. Музичук, К. О. Іщенко // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. – 2012. – №2. – С. 88–90.

5. Співак О. Ю. Математичне моделювання процесу сушіння цегли / О. Ю.  Співак, І. В. Фіник, П. С. Коба // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. – 2016. – №2. – С. 29–34.