СУШЕНЕ НА КЕРАМИЧНИ ПРОДУКТИ

Под сушене на керамични продукти се разбира елиминиране на водата, съдържаща се в тяхната сурова маса. Тази вода е необходима за оформяне, позволявайки развитието на пластичността на керамичните пасти, както и свойствата на течливост на плъзгачите (в случай на отливане).

Сушенето като технологична фаза в производството на керамични изделия се налага от следните фактори:

преходът на керамичната маса от пластично състояние в твърдо състояние

необходимостта от увеличаване на механичната якост на формованите изделия с цел извършване на транспортни и товарни операции при горене, без промяна на формата.

Елиминиране на явлението разрушаване на формата поради внезапното изпаряване на голямо количество вода, съдържащо се в продукта.

Влажността на продуктите, които се подлагат на сушене, се определя по метода на оформяне и е между 2 и 25%. Равновесната влажност, която продуктите притежават, оставайки в околната среда, е 1-2%.

В основата на сушенето е дифузията като физическо явление. Дифузията се определя, от една страна, от тенденцията на водните пари от повърхността на продуктите да имат същото налягане като водните пари в околната среда, и от друга страна от тенденцията водата и парите вътре в продуктите да имат същото налягане като водната пара от повърхността на продуктите.

Изпаряването на вода от повърхността на продуктите се нарича външна дифузия или изпаряване. Външната дифузия създава разлика във влажността между външния и вътрешния слой на продуктите, което генерира движение на вода от по-влажни към по-сухи зони, така че отвътре към повърхността, явление, наречено вътрешна дифузия или по-проста дифузия. Вътрешната дифузия носи нови количества вода на повърхността на продукта, откъдето се изпарява, преминавайки в околната среда. Процесът продължава до достигане на стабилно състояние, когато налягането на парите на повърхността на продукта е равно на това на околния въздух.

Движението на водата отвътре навън, съответно коефициентът на дифузия, зависи от вискозитета на водата, който от своя страна е функция на температурата. Следователно вътрешната дифузия се увеличава с температурата на керамичните продукти.

За да се ускори изсъхването, техниката на нагряване се практикува в керамиката. Топлината, необходима за изпаряване на влагата, се доставя с помощта на изсушаващ агент (въздух или нагрети газове).

Параметрите на сушилния агент са:

Последният параметър (скорост на движение) има специално значение за процеса на сушене, тъй като колкото по-висока е скоростта на движение на сушилния агент, циркулиращ между продуктите, толкова по-бързо водата, изпарена от повърхността на продуктите, се отдалечава от работното пространство и изпарението е по-бързо.

Керамичните маси, които имат в състава си глинени материали, съдържат вода в следните форми:

капилярна вода (порьозност)

2. Явления, които се появяват по време на сушене .

Чрез изсушаване на керамичните маси се получават два ефекта:

увеличаване на механичната якост

Повишаването на механичните съпротивления на продуктите става, когато водата се елиминира. Причините са многобройни: концентрацията и дехидратацията на колоидни вещества, които при втвърдяване упражняват циментиращо действие, силите на електростатично привличане и тези от типа на Ван дер Ваалс, които се увеличават, колкото по-близо са частиците.

Устойчивостта на сухо зависи от минералогичната природа на глинения материал (по-висока при глините, отколкото при каолините), от формата и размера на частиците (увеличаването на фините размери води до увеличаване на устойчивостта на сухо), от процеса на оформяне. Тези фактори влияят пряко върху компактността на продуктите. Колкото по-висока е компактността, толкова по-твърда и здрава е мрежата, образувана след изсъхване.

Устойчивостта на сухо може да се увеличи чрез добавяне на вещества, като натриев силикат, фосфорна киселина, синтетични смоли и др.

Глинестите материали с висока якост в сухо състояние са особено ценни, тъй като дори в случай на включване на значително количество обезмаслител, продуктите с достатъчно висока якост се получават след изсушаване.

Свиването при сушене представлява намаляване на размерите на продуктите, едновременно със загубата на вода.

Процесът на сушене протича в две отделни фази (фиг.). В първата фаза се отстранява адсорбционната (контракционна) вода, придружена от близостта на глинестите частици и следователно от контакта. Отначало намаляването на обема е равно на обема на отстранената вода. Когато някои от частиците се докоснат, започват да се появяват пори, свиването отслабва и е по-малко от обема на отстранената вода (фиг.). В края на фазата свиването спира и колоидната вода се отстранява напълно.

Във втората фаза на сушене, която обикновено е по-дълга, водата се изпарява от капилярите, образувани чрез докосване на масовите частици между тях. Тази вода се нарича порьозност, тъй като с началото на нейното отстраняване в продукта се образуват пори.

Сушенето се изразява чрез линейно свиване (намаляване на размерите в една посока):

или чрез свиване на обема (намаляване на обема):

v0 - начален обем, при влажност w0

v - краен обем в сухо състояние

l0 - начална дължина, при влажност w0

l - крайна дължина в сухо състояние

Факторите, които влияят върху свиването на сушенето, са:

адсорбционен капацитет и естество на адсорбираните катиони

Чувствителността към изсъхване на глинестите материали, съдържащи се в керамичните изделия, е важна характеристика. Чувствителността към сушене е тенденцията на различни керамични маси към деформация или образуване на пукнатини по време на сушенето. Той е характерен и не може да бъде свързан с еволюцията на едно свойство.

Като цяло, колкото по-висока е контракцията и пластичността, толкова по-висока е чувствителността.

Поради свиването и поради напреженията, които се образуват по време на сушенето, процесът трябва да се провежда много внимателно. Това предполага, първо, строго установяване на параметрите на сушене и, второ, спазването им в технологичния поток. Следователно твърде високата скорост на сушене може да доведе до бързото ускоряване на външната дифузия и образуването на външна кора, която, свивайки се твърде силно, създава големи напрежения на границата със сърцевината на продукта и следователно пукнатини или пукнатини.

Поради загубата на влага, теглото на продукта непрекъснато намалява по време на процеса на сушене. Представяйки графично съдържанието на влага в продукта (w) като функция от времето, се получава кривата на сушене (фиг.)

4. Фактори, които определят времето за изсъхване на керамичните изделия

Времето за сушене се определя от комплекс от фактори, като основните са:

а) Фактори, свързани със сушилния агент

б) Фактори, свързани с формата на продукта

в) Фактори, които зависят от естеството на глинестите минерали

Голямото разнообразие от фини керамични изделия, които се различават по състав, структура, форма и размери, определят най-подходящия процес и режим на сушене.

Сушенето на керамичните изделия се извършва в естествени условия (естествено сушене) или в специално създадени условия (изкуствено сушене)

Естественото сушене се извършва на открито, на рафтове или в оформящи секции. Характеризира се с: голямо усилие при товарене и разтоварване на продукти, неравномерност на сушенето, висок процент на скрап.

Изкуственото сушене включва изграждането на специални инсталации (сушилни), при които режимът на сушене може да се регулира или поддържа постоянно.

Условията, на които трябва да отговарят сушилните са:

да се осигури лека промяна на режима, за да се създадат оптимални условия за определен вид продукти, необходими за сушене;

за да се осигури равномерно изсушаване както на повърхността, така и на обема на продукта

за постигане на максимална скорост на сушене, без да се уврежда качеството на продуктите;

да има нисък разход на топлинна и електрическа енергия;

количеството изпарена влага в Kg/h m 3 от работното пространство да бъде възможно най-високо, за да се намалят строителните разходи.

Да бъдат оборудвани с измервателна и контролна апаратура, както и с автоматични регулатори на температура, влажност, налягане и др .;

Да имате проста услуга, възможно най-механизирана.

Изкуствените сушилни работят на базата на сушител, въздух или газ, който е предварително загрят в свързани инсталации и дава възможност за регулиране на температурата, влажността и скоростта на циркулация в работното пространство.

В зависимост от режима на работа сушилните могат да бъдат непрекъснати или периодични.

а) Сушилни с периодична работа

Това са сушилните, в които материалът се зарежда и разтоварва на порции, в зависимост от цикъла на сушене.

Продуктите остават неподвижни и режимът на сушене се променя с течение на времето, съгласно установената схема.

Недостатъците на този тип сушилни са:

ниска ефективност поради топлинни загуби при товарене и разтоварване на продукти

голям разход на топлина поради течове

трудно и непродуктивно товарене и разтоварване.

Сушилни с отворен тип - сушенето може да се извършва в близост до фурни или източници на топлина, които отопляват околното пространство. Продуктите се поставят на рафтове, параметрите на сушене не могат да се регулират и сушенето става по-малко контролирано, в зависимост от източника на топлина, атмосферните условия и местните течения.

Стайни сушилни - изградени са под формата на изолирани камери или взаимосвързани батерии. Сушилните са снабдени с циркулационна система на сушилния агент, под формата на изпускателни и смукателни канали от огнището или под формата на щори в страничните стени (които позволяват проникването на горещ въздух) и евакуирани отвори на евакуирания агент. Обикновено горещият въздух, подаван от зоната за охлаждане на горивните пещи, се използва като сушител, като вторична енергия. Продуктите се товарят или на рафтове, или на рафтове, закрепени в стените, или на специални вагони, които се вкарват в стаята.

б) Сушилни с непрекъсната работа

При този тип сушилни продуктите се зареждат и разтоварват непрекъснато, като са в непрекъсната циркулация, докато параметрите на сушене се поддържат постоянни, на (неподвижни) площи.

В керамиката често се практикува обратното протичане (в противоположни посоки) на продукти и сушител. Тази техника отговаря най-добре на необходимостта от бавно сушене, с ниска скорост в началото и нарастваща скорост към края на сушенето, когато свиването на продуктите е спряно.

В тази категория сушилни споменаваме:

Тунелни сушилни - предназначени за сушене на големи серийни продукти (плочки, плочки и др.). Те се състоят от тесен и дълъг канал (тунел), в който в единия край влизат продуктите, натоварени на непрекъснати транспортни средства (вагони, метални транспортни ленти и др.). В противоположния край продуктите се изхвърлят от сушилнята. Като сушител се използват горещ въздух (в тънкокерамичната индустрия) и димни газове (в строителната индустрия за цветни материали).

Конвейерни сушилни (с конвейер) - често се използват в производството на фина керамика, за големи серийни продукти (чинии, чаши). Те имат предимството да осигурят напълно механизиран транспорт на продуктите и позволяват създаването на непрекъснати технологични линии, които започват с предварителното производство на блоковете паста и преминават през всички фази, завършват с поемането на почистените продукти, които могат да бъдат въведени за горене.

Шкафни сушилни - служат за сушене на продукти с тънки стени (чаши, чинии, чинии и др.). Сушилните имат форма на шкаф с големи размери, снабдени със система за нагряване и разпределение на сушилния агент, както и със система за движение на продуктите (конвейер).

Въртележки сушилни или кръгови сушилни - предназначени са за сушене на дълбоки продукти (чаши, чаши, купи, халби за бира и др.), Изработени от порцелан или фаянс и се използват в съчетание с полуавтоматични ролки за оформяне