CC BY
26
УДК 666.3.047
Е. С. Пирогова*, А. И Захаров
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20 * e-mail: lena27-02@mail.ru
ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СУШКА КЕРАМИЧЕСКИХ ПОЛУФАБРИКАТОВ
В результате работы была проведена сушка керамических полуфабрикатов. В процессе сушки применялись различные методы сушки: конвективная, контактная и высокочастотная сушки. В результате были установлены основные зависимости сушки различных образцов.
Ключевые слова: сушка керамических полуфабрикатов, высокочастотная сушка, фактор формы, влажность, усадка.
При изготовлении керамических изделий сушка оказывает значение на качество готовой продукции. Трещины, появляющиеся при сушке, обусловливают брак керамических изделий. Значительны также инвестиции на постройку сушильных установок, размеры которых пропорциональны длительности процесса сушки. Следовательно, необходимо выбрать метод сушки, в котором совмещалось бы получение продукции или полуфабриката высокого качества, компактность сушильных установок и наименьшая длительность процесса. Одним из решений данных целей, возможно, является введение в производство СВЧ сушильных установок.
В технологии керамики большинство керамических полуфабрикатов сушат при использовании конвективного способа, как наиболее универсального и простого в исполнении. При конвективном способе сушки испарение влаги протекает за счет тепла, получаемого материалом за счет соприкосновения от движущегося в сушилке потока нагретого воздуха. Скорости потока и интенсивность теплообмена увеличивается за счет увеличения скорости сушки [1] .
В ряде производств используют контактную сушку в сушилах с обогреваемым подом. При контактной сушке тепло, необходимое для фазового преобразования жидкости в пар, поступает от нагретой поверхности, соприкасающейся с влажным материалом. На границе контакта влажного материала с контактным слоем и греющей поверхностью одновременно происходят два смежных процесса: а) кондуктивный теплообмен между греющей поверхностью и влажным телом; б) процесс изменения агрегатного состояния [2, 3].
В последние годы активно изучают применение сушки с помощью энергии высоких частот (СВЧ-сушка), получившей широкое распространение в быту. Электромагнитные волны воздействуют на материалы, которые имеют конкретное поглощение энергии на этих частотах. Движение полярных молекул по отношению к осциллирующему электрическому полю электромагнитных волн на конкретных частотных диапазонах относительно друг друга реализуется как молекулярные
колебания, в результате которых происходит кинетический обогрев. Вода в сформированном керамическом полуфабрикате поглощает
микроволновое излучение через поперечное сечение, и это поглощение тепла генерирует основную часть, которая может быть использована для испарения [4 -6] .
Целью работы было изучение режимов сушки полуфабрикатов фарфоровых образцов различных форм с применением разных способов сушки и определении преимуществ СВЧ-сушки.
Образцы представляли собой цилиндры диаметром 30 мм, высотой 18 мм; пластины высотой 7.5 мм, длиной 66 мм, шириной 53 мм; параллелепипеды высотой 5 мм, длиной 40 мм, шириной 30 мм. Для каждого образца рассчитывали факторы формы - отношение объема образца к площади поверхности. фактор формы цилиндра равен 4, пластины - 3, параллелепипеда - 2.
Для приготовления однородной массы исходный порошок (порошкообразная масса для изготовления фарфоровых санитарно-строительных изделий) непрерывно перемешивали с добавкой воды до образования пластичной массы. Формовочная влажность образцов составила 16 %. После формования образцы сушили различными способами. Для определения влажности и сушильной усадки образцов через фиксированные промежутки времени измеряли их массу и определяли размеры. По полученным данным строили зависимости усадки образцов от их влажности (кривые Бигота).
Конвективную сушку образцов проводили в сушильном шкафу при температуре 120 °С.
При контактной сушке образцы помещали на электрическую плитку с пластиной пористого огнеупора. Для создания стационарного теплового потока плитку нагревали до постоянной температуры поверхности пластины (80 °С). Температуру определяли ртутным термометром.
СВЧ сушку проводили в микроволновой печи марки LG MS-1724W.
Для определения параметров СВЧ сушки необходимо было определить мощность установки. Для этого нагревали 150 мл холодной воды (20 °С)
до температуры кипения (100 0С). Мощность определяли по формуле: Q=C*m*ДT, где с -удельная теплоемкость вещества, которая зависит от его свойств (для воды - 4200 Дж/(кг °С), т - масса, ДТ - изменение температуры.
Сушку проводили в СВЧ установке при мощности 42 Вт и 106 Вт. Сушка образцов при
большей мощности оказалась не целесообразной из-за их быстрого разрушения.
На рисунках 1 - 3 представлены зависимости усадки образцов различной формы от влажности при конвективной, контактной и СВЧ сушки.
■пластина ■цилиндр параллелепипед
10
Влажность, %
20
Рис. 1. Зависимость усадки от влажности при конвективной сушки
■пластина ■цилиндр параллелепипед
ы
Влажность, %
Рис. 2. Зависимость усадки от влажности при контактной сушки
3,5 3 2,5 2 1,5 1
0,5 О
......
10 15
Влажность, %
20
-пластина цилиндр параллелепипед
Рис. 3. Зависимость усадки от влажности при СВЧ сушки (42 Вт)
Сравнив все методы сушки, определили, что при СВЧ-сушке образцы всех форм достигали постоянной массы за наиболее короткое время (12 мин), при конвективной сушке для достижения минимальной влажности требовалось 100 мин.
При контактной сушке, независимо от формы образцов, наблюдается наименьшая усадка (2,8%).
Образование трещин и разрушение образцов происходило только при СВЧ-сушке, в момент, когда усадка уже постоянна (достигнута
критическая влажность). Для успешного проведения СВЧ-сушки необходимо извлечение образцов из сушила после достижения критической влажности.
Общее время сушки при всех способах сушки зависит от фактора формы образцов: чем фактор формы больше, тем сушка дольше. При СВЧ-сушке время окончания усадки и время сушки пропорциональны объему образцов.
При контактной и конвективной сушке чем усадка меньше и фактор формы больше, тем больше критическая влажность.
Пирогова Елена Станиславовна, студентка 4 курса факультета Химическая технология РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Захаров Александр Иванович, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой Общая технология силикатов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Чижский, А.Ф. Сушка керамических материалов и изделий Текст.: учеб / А.Ф. Чижский. М., 1971.-216 с
2. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической
технологии. Учебное пособие для вузов / Под ред. чл.-корр. АН СССР П. Г. Романкова. - 10-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1987. - 576 с., ил.
3. Баумштейн И.П., Майзель Ю.А. Автоматизация процессов сушки в химической промышленности. М.:
Химия, 1970. - 232 с.
4. Denis A. Brosnan, Gilbert C. Robinson, Introduction to Drying of Ceramics: With Laboratory Exercises, 2003,
pages: 278, ISBN: 1574980467
5. Лыков А.В. Теория сушки. Учебное пособие. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1968. — 472 с.: ил.
6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии / 7-ое изд. - М.:Химиздат, 1961 -
830 с.
Pirogova Elena Stanislavovna *, Zaharov Alexander Ivanovich
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: lena27-02@muctr.ru
HIGH-FREQUENCY DRYING OF CERAMIC SEMI-FINISHED PRODUCTS Abstract
As a result of work drying of ceramic semi-finished products has been carried out. In the course of drying various methods of drying were applied: convective, contact and high-frequency drying. The main dependences of drying of various samples have been as a result established.
Key words: drying of ceramic semi-finished products, high-frequency drying, form factor, moisture, shrinkage.
