Исследование распределения влаги и анизотропии усадки при сушке диатомитовых образцов с добавками

Захаров Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии керамики и огнеупоров.

Карнаущенко Ирина Альбертовна, инженер кафедры химической технологии керамики и огнеупоров.

Климовский Андрей Борисович, кандидат физико-математических наук, профессор кафедры физики.

Нестерова Светлана Александровна, доктор химических наук, главный технолог

5 – центр образца, т.е. его серцевина

Рис. 1. Схема точек в образце, влажность которых определялась в процессе сушки хности. Как известно, распределение влаги при сушке образца типа пластины подчиняется параболическому закону, при этом критическая влажность, при которой возможно образования трещины в процессе сушке определяется перепадом влажности между поверхностью образца и его серединой.

Диатомитовая масса является малочувствительной к сушке, несмотря на очень высокую исходную влажность, сушка образцов проходила без образования усадочных трещин. Это объясняется достаточно низкой гидрофильностью кремнеземистого материала, составляющего основу. В этом случае трещиностокость образцов зависит от связанности и поведения при сушке глинистой части материала.

Максимальный перепад влажности в момент окончания усадки в продольном сечении образца зафиксирован между (1) и (5) – между серединой верхней грани (пастели кирпича)) и центром образца – достигает 5 %. Спустя 1,5 часа полсле окончания усадки в этом сечении перепад влаж-

0               90              130              170             21 0              250              290

время, мин

Рис. 2. Распределение влажности в образце из диатомитовой массы в зависимости от времени сушки

№

№

№

■ №

№

№

0               90              130              170             21 0              250              290

время, мин

Рис. 3. Распределение влажности в продольном сечении образца в процессе его сушки

90                130

250                290

время, мин

Рис. 4. Распределение влажности в поперечном сечении образца в процессе его сушки

ности между этими точками и (2) (середина тычка) почти исчезает и составляет не более 2 %. Ни в том, ни в другом случае не наблюдается ни деформации, ни образования трещин.

В поперечном сечении образца (рис. 4) наблюдается аналогичная картина: максимальный перепад (5 %) достигается при окончании усадки и замечен между серединой пастели (1) и центром образца (5), а спустя 1,5 часов – между серединой ребра пастели (3) и центром образца.

В диагональном сечении образца (рис. 5) перепад после 6 часов сушки достигает почти 20 % и наблюдается между центром образца и его углами.

0                 90

130                170                210

время, мин

250              290

Рис. 5. Распределение влажности в диагональном сечении образца в процессе его сушки

Таблица 1. Значения анизотропии усадки образцов из диатомитовой массы с различными добавками

Добавка (водные растворы)	Усадка образца, %			Соотношение усадок
	по длине	по высоте	по ширине
-	2,5	3,3	2,0	1,25
поливиниловый спирт (ПВС)	2,8	2,1	3,2	0,88
сульфитно-спиртовая барда (ССБ)	3,6	5,0	3,4	1,06
метилцеллюлоза (МЦ)	0,9	4,6	3,0	0,30

0   15 30 45 60  75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285

время,мин

Рис. 6. Зависимость усадки образца от времени сушки в вакуумном шкафу

Таким образом, при данных условиях (100 °С) в образцах, подобных по форме промышленным, не был достигнут критический перепад влажности, приводящий к образованию трещин. Для оптимизации скорости сушки необходимо проводить натурные исследования в сушильных камерах, подобных заводским. Однако можно предположить, что скорость сушки может быть существенно увеличена за счет увлажнения сушильного агента, подаваемого в сушильное пространство.

В работе так же исследовалось анизотропия усадки образцов пластического формования с различными видами добавок (табл. 1). Увеличивающаяся анизотропия усадки говорит о нерав-ноплотности, вернее, о текстурированности образцов. Отклонение от равных усадок, т.е. от величины отношения усадки в различных направлениях равной единице, наблюдалось у образцов всех составов. Однако наилучшие результаты были получены для массы с добавкой сульфитно-спиртовой барды.

Для сравнения полученных результатов с альтернативными способами сушки использовали сушку образцов в вакуумном сушильном шкафу. Исследование усадки от времени сушки при температуре 100 °С показало, что по сравнению с сушкой в аналогичных условиях без применения вакуума усадка образца увеличилась и со- ставила 3,2 % (без применения вакуума – 2,5 %), время сушки до окончания усадки немного сократилась – 120 минут по сравнению со 150 минутами без применения вакуума.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Наиболее эффективной добавкой (из испытанных) с точки зрения сушильных свойств является сульфитно-спиртовая барда (либо его аналог – лигносульфонат натрия), обеспечивающая наименьшую анизотропию усадки образцов при сушке.

Целесообразно поведение сушки сырца при температуре 100 °С с использованием пароув-лажнения поступающего теплоносителя, обращая особое внимание на садку сушильных вагонеток, т.к. наибольший перепад влажности наблюдается в диагональном сечении отформованных блоков. Перспективно, особенно для изделий больших габаритов проработать использование сушильных устройств с минимальной контролируемой влажностью при невысоких температурах.

При использовании вакуумной сушки процесс сокращается на 20 % при одновременном увеличении энергозатрат почти на 5 % по сравнению с традиционной безвакуумной термической сушкой.

STUDY ON THE MOISTURE DISTRIBUTION AND ANISOTROPY SHRINKAGE DURING DRYING KIESELGUHR SAMPLES WITH ADDITIVE

• ¹    D.Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow

• ²    Ulyanovsk State Technical University ³Scientific-Technological Centre Ltd, Ulyanovsk

Alexander Zakharov, Candidate of Technics, Associate Professor at the Chemical Engineering Ceramics and Refractories Department.

Irina Karnauschenko, engineer at the Chemical Engineering Ceramics and Refractories Department.

Andrey Klimovsky, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor at the Physics Department.

Svetlana Nesterova, Doctor of Chemistry, Chief Technologist.