Сушіння глини у нерухомому шарі

Abstract

Дисертаційна робота присвячена дослідженню процесу сушіння глини методом фільтрації теплоносія крізь шар висушуваного матеріалу. В роботі подано методику проведення експериментальних досліджень гідродинаміки та кінетики сушіння, схеми експериментальних установок, представлено отримані результати досліджень та розрахункові залежності для прогнозування гідродинаміки та кінетики сушіння у першому та другому періодах. Наведено розрахунок ефективності сушіння глини у нерухомому шарі. Визначено коефіцієнти масовіддачі та розроблені критеріальні рівняння для їх розрахунку. Проаналізовано отримані результати сушіння досліджуваними методами і технологічні параметри процесу, які забезпечують найменші загальні затрати на процес зневоднення досліджуваного матеріалу. Обґрунтовано переваги сушіння глини методом фільтрації теплоносія крізь шар матеріалу порівняно з іншими дослідженими методами, подано методику розрахунку конструктивних параметрів сушильного апарату і його схему. Диссертационная работа посвящена исследованию эффективности процесса сушки глины методом фильтрации теплоносителя через слой высушиваемого материала, снижения затрат на его проведение с целью внедрения энергоэкономных технологических процессов. Стремительное развитие отраслей промышленности строительных материалов требует реконструкцию технической базы, последующее внедрение энерго- охранных технологических процессов и изделий улучшённого качества. Одним из энергоемких процессов в этой отрасли есть сушка, которая характеризуется низким коэффициентом использования тепловой энергии. Керамические материалы, полученные из глиняных масс, владеют высокой долговечностью, простотой изготовления, и потому занимают одно из первых мест среди других строительных материалов. Их поддают сушке и обжигу, на что тратится огромное количество энергии. Часть энергозатрат на обезвоживание глины превышает 20 % от всех затрат топлива и электроэнергии. В роботе приведены схемы и описание экспериментальных установок. Разработаны методики проведения исследований сушки глины (кусковой полидисперсной и сформированной у виде частиц цилиндрической формы) в неподвижном слое: гидродинамики при движении теплоносителя через слой сухого и влажного материала и кинетики сушки в зависимости от параметров процесса. На основании экспериментальных исследований гидродинамики при движении теплоносителя через слой сухого материала получены расчётные зависимости для прогнозирования гидравлического сопротивления. Получена уточнённая зависимость коэффициента сопротивления от режима движения теплоносителя. Изучена гидродинамика при движении теплоносителя через слой влажного материала и установлено, что гидравлическое сопротивление и скорость движения теплоносителя изменяются незначительно, вследствие усадки материала на протяжении времени обезвоживания. В работе изучена кинетика сушки глины (кусковой полидисперсной и сформированной у виде частиц цилиндрической формы) в неподвижном слое, конвективным и радиационным методами и их обобщение. Получены кинетические коэффициенты ак, для уравнений, описывающих кинетику в первом периоде. Рассчитаны коэффициенты пропорциональности и показатели степеней для критериальных уравнений, которые описывают процесс массообмена для кусковой полидисперсной глины и для глины, сформированной в виде частиц цилиндрической формы в первом периоде. Разработаны эмпирические зависимости для определения длительности и изменения влажности исследуемого материала в первом периоде в зависимости от параметров процесса. Определены: скорость сушки в первом периоде N и относительный коэффициент сушки во втором периоде. Теоретически и опытным путём доказан энергетический смысл метода сушки глины в неподвижном слое материала. Разработана методика расчёта установки непрерывного действия для сушки кусковой глины в неподвижном слое. На основании результатов исследований выбраны методы сушки и технологические параметры процесса, которые обеспечивают наименьшие общие затраты на процесс обезвоживания исследуемого материала. Приведены преимущества сушки глины методом фильтрации теплоносителя через слой материала, а также сравнительная характеристика с другими исследованными методами. Установлено, что использование предлагаемого метода сушки кусковой полидисперсной глины в неподвижном слое приводит к уменьшению энергетических затрат в 1,46 – 2,6 раза в сравнении с конвективным методом, длительность сушки сокращается вдвое. В случае сушки глины, сформированной в виде частиц цилиндрической формы удельные затраты тепла уменьшаются в 1,46 – 1,53 раза в сравнении с сушкой кусковой полидисперсной глины, продолжительность сушки уменьшается в 1,43 раза. Представлена методика расчёта конструктивных параметров сушильного аппарата для обезвоживания глины и предложена схема установки непрерывного действия для сушки дисперсного материала в неподвижном слое. Результаты работы переданы для внедрения на ЗАО «Львовский керамический завод» г. Львов. The dissertation is dedicated to the investigation of the drying process of clay by the method of heatcarrier filtration through the drying material layer. The work contains the methods of experimental investigation of the hydrodynamics and kinetics of drying, the schemes of experimental equipment; it presents the obtained results of investigations and the calculation dependencies for prognosticating hydrodynamics and kinetics of drying in the first and second periods. The calculation of drying efficiency of clay in a steady-state layer is offered. Mss-exchange coefficients are determined and criterial equations for their calculations have been worked out. The obtained results of drying are analyzed by the methods under investigation and technological parameters of the process which ensure minimum of the total expenditure for the process of dehydration of the investigated material. The advantages of clay drying by the method of heatcarrier filtration through the material layer over the other methods under investigation are stated; the calculation methods of the constructive parameters of the drying apparatus and their scheme are offered.