Convectief sneldrogen van holle stenen

Convectief sneldrogen van holle stenen

(FH) Ralf König, Diploma-ingenieur, D-Krumbach

Abstract

Ralf König: Convectieve snelle droging van gewone bakstenen
De snelle ontwikkeling die plaatsvindt in onze industriële samenleving vraagt ​​van bedrijven een maximale flexibiliteit en innovatiebereidheid. Dit geldt ook voor de droogtechnologie in de zware klei-industrie. Een revolutionaire stap op dit gebied is de introductie van de sneldroogtechniek. Dit artikel geeft een grafische uitleg van het principe van sneldrogen voor geruite stenen.

De huidige snelle industriële ontwikkeling vereist dat elke onderneming technologische innovaties met maximale flexibiliteit en snelheid doorvoert, afhankelijk van haar eigen situatie. Dit principe is ook van toepassing op het gebied van de droogtechnologie in de baksteenindustrie. Ongeveer 100 jaar geleden werden groene bakstenen nog gedroogd in droogrekken die “hacks” werden genoemd (dat wil zeggen natuurlijk drogen). Tegenwoordig is dit natuurlijke droogproces volledig achterhaald. Er was alleen seizoensproductie mogelijk, met droogcycli van 2 à 3 weken; de droogrekken, of droogplaatsen in de open lucht, konden slechts 10 à 12 keer per jaar worden omgedraaid. Zonder voldoende droogrekken zou een dergelijk droogproces zich niet kunnen aanpassen aan de continue ovenproductie.

De eerste ontwikkeling op het gebied van droogtechnologie was de zogenaamde “droogschuur met grote capaciteit”, gebouwd bovenop ringovens of zigzagovens, waarbij voor het drogen de opstijgende hete lucht van het ovenoppervlak werd gebruikt. Hierdoor werd de droogcyclus teruggebracht tot 10 dagen.

De huidige kamer- of tunneldrogers gebruiken restwarmte van tunnelovens voor kunstmatig drogen. De droogcyclus is afhankelijk van het producttype en de grondstofeigenschappen en varieert van 1 tot 3 dagen. Een andere revolutionaire stap op dit gebied was de introductie van snelle droogtechnologie, dwz een droogtijd van slechts 1 à 2 uur. Dit artikel geeft een grafische illustratie van het principe van snelle droging voor holle bakstenen met hoge spleet en bespreekt de investeringsvooruitzichten ervan.

Oorsprong van sneldrogend

Halverwege de jaren tachtig begonnen zich in de Bondsrepubliek Duitsland fabrieken te ontwikkelen die industriële katalysatoren vervaardigden. Deze katalysatorlichamen hadden een doorsnede van 150 mm * 150 mm, een lengte van ongeveer 1,0–1,2 m en een zeer hoge holle fractie. In die tijd kwamen veel van de drogers in deze nieuw ontwikkelde fabrieken uit Novokaram. Wat betreft droogkwaliteit en droogtijd werden de beste resultaten alleen bereikt als de groenlichamen werden blootgesteld aan door- en dwarsstroomlucht. Als de vereiste geforceerde droging een bepaald niveau overschrijdt, spelen ook andere productieparameters een rol, zoals de luchtsnelheid door de gaten en over de oppervlakken van de groene lichamen, evenals de warmtedragende toestand van het gas terwijl de lichamen zich voortbewegen. Er werd vastgesteld dat in sommige gevallen, omdat de verzadigde waterdampdruk in het gas die van het groene lichaam aanzienlijk overschreed, een derde van de gedroogde lichamen uiteindelijk werd beschadigd door geadsorbeerd gecondenseerd water.

Verwarming met microgolven of hoogfrequente verwarming zouden ideale methoden zijn om de luchtstroom te verwarmen. Er deden zich echter praktisch onoverkomelijke problemen voor. Er worden hier twee representatieve kwesties genoemd:

A. In sommige regio's wordt hoogfrequente verwarming alleen gebruikt voor metalen onderdelen van apparatuur, zoals sensoren en sensorhulzen; uiteraard kunnen de droogplanken waarop groene lichamen hebben gestaan ​​niet worden hergebruikt.
B. Hoogfrequente verwarming genereert aanzienlijke statische elektriciteit in de verwarmingszone. Zelfs de zeer dunne waterfilm op het groene lichaam of tussen het groene lichaam en de kunststof droogplank kan ervoor zorgen dat de plank door de afvoersnelheid verschroeit of zelfs beschadigd raakt.

De methode van tussentijds voorverwarmen door middel van verwarmbare droogplanken (om condensatie op de groene lichamen te voorkomen) bleek dan ook in de praktijk succesvol. De ervaring die is opgedaan met de katalysatordroging van Novokaram inspireerde het idee om een ​​snelle droogkamer voor geperforeerde stenen te ontwikkelen. De afgelopen jaren heeft Novokaram uitgebreide droogtesten uitgevoerd, met producten variërend van grote platen (50 * 30 * 300 cm) tot gewone geperforeerde stenen van traditionele lengte. Er is steeds gebleken dat convectief drogen de vereiste resultaten volledig kan bereiken.

Basisprincipe van convectief sneldrogen

Het meest bekende voorbeeld van convectief drogen is het föhnen van haar met een föhn. Het basisprincipe is dat het droogmedium (meestal hete lucht) over het te drogen artikel gaat, verdampt en vocht afvoert. Omdat voor verdamping warmte nodig is, koelt het droogmedium geleidelijk af en neemt het tijdens het proces meer water op (zie afb. 1). Het vermogen van lucht om vocht te absorberen wordt beperkt door een temperatuurafhankelijke waarde – de zogenaamde “verzadigde waterdampdruk”. Als deze waarde wordt overschreden, condenseert het overtollige natuurlijke vocht in de vorm van mist of condensaat, wat vooral bij het drogen gevreesd is. De toestand van de lucht in een droogkamer wordt doorgaans uitgedrukt in termen van temperatuur (°C) en relatieve vochtigheid (%). Bij gebruik van een h-x-diagram zijn deze twee parameters overigens fundamentele waarden.

Balans bereiken in de Flow-staat

Uitgangspunt bij het overwegen van sneldrogen is dat de droogtijd van vormelingen in traditionele drogers altijd wordt bepaald door de stenen die het langzaamst drogen. Dit hangt direct samen met de positie van de vormelingen in de droger (zie figuur 2). Bakstenen aan de buitenkant drogen bijvoorbeeld veel langzamer dan stenen die zich dichter bij de ventilator aan de binnenkant bevinden. Dus naarmate de drogende lucht uit de middelste doorgang verder stroomt, neemt de stroomsnelheid geleidelijk af, daalt de temperatuur, raakt deze meer verzadigd en neemt het vochtabsorberende vermogen af. Zelfs als de stenen aan de binnenkant van de droger kunnen worden verwijderd, moet het droogsysteem blijven werken totdat de slecht geplaatste stenen ook droog zijn – ook al hadden de meeste stenen in de droger het uitgebreide droogproces niet nodig.

Daarom is de eerste stap bij snel drogen het in evenwicht brengen van de luchtstroomomstandigheden over de gehele dwarsdoorsnede van de directe luchtcirculatie. Op deze manier is het droogproces van elke vormeling onafhankelijk van de positie in de droger. Dit betekent dat het op elk moment tijdens het drogen hetzelfde moet zijn.

Toenemende luchtsnelheid

Zolang er geschikte klimatologische omstandigheden bestaan, heeft de luchtsnelheid een zeer specifieke invloed op de droogsnelheid. Een verhoging van de luchtsnelheid versnelt de droogsnelheid dienovereenkomstig. Lage snelheden produceren een uniforme laminaire stroming – een voorbeeld van een relatief uniforme stroming in de natuur is een rustig stromende grote rivier. Door de snelheid te verhogen wordt de stroming turbulenter. Een analogie in de natuur is een bergstroom die tijdens het smelten van de sneeuw door een kloof stroomt.

De implicatie van turbulentie bij het drogen is dat er een stationaire luchtlaag op het oppervlak van het groene lichaam aanwezig is, de zogenaamde grenslaag. Deze laag belemmert het drogen en wordt dunner tijdens het droogproces (zie Fig. 3). Snel bewegende luchtdeeltjes absorberen waterdeeltjes veel gemakkelijker dan langzamer bewegende deeltjes.

Na het verhogen van de luchtsnelheid versnelt de droogsnelheid snel en neemt het vochtgehalte van het gas met meer dan 5% toe. Bij hogere luchtsnelheden is uiteraard de voornaamste voorwaarde die in acht moet worden genomen, dat de continue stroomtoestand van het gas uniform moet zijn om bevredigende resultaten te bereiken. Dat wil zeggen dat de groene lichamen over de gehele dwarsdoorsnede moeten worden blootgesteld aan de luchtstroom en dat de luchtsnelheid hetzelfde moet zijn. Dat is makkelijker gezegd dan gedaan, en onder de toenmalige omstandigheden duurde dit experimentele onderzoek ruim een ​​jaar.

Verhouding tussen dwarsstroom en doorstroom

Door recente nieuwe regelgeving op het gebied van thermische isolatie is het lege volume groter geworden. Dit betekent dat de binnenwanden van de gaten steeds dunner worden. Dergelijke dunne gatwanden hebben hun voordelen en leveren weinig problemen op bij het drogen, omdat er afgezien van de verschillende wanddiktes slechts een klein verschil ontstaat – de hoeveelheid gegenereerd vocht is anders (zie figuur 4). Als het verschil in vochtgehalte zeer klein is, is het verschil in krimp ook klein en lijkt de kans op uitdroogscheuren zeer laag.

Aan de andere kant, omdat het oppervlak een doorslaggevende rol speelt bij convectief drogen, hebben deze holle producten met hoge spleten een groot intern oppervlak – ongeveer drie keer het externe oppervlak. Dus voor een gegeven vochtgehalte geldt: hoe groter het oppervlak, hoe gemakkelijker het drogen.

De verhouding dwarsstroom/doorstroom bij geperforeerde stenen moet aan een bepaalde verhouding voldoen. Deze verhouding hangt af van de hoogte A van de opening tussen het bovenoppervlak van het onderste groene lichaam en het onderoppervlak van de bovenste droogplank, en de breedte B van de opening tussen twee aangrenzende stenen (zoals weergegeven in figuur 6). Vanwege de beperkingen van de ventilatoropstelling in convectiedrogers en tunneldrogers kan de juiste stroomverhouding echter niet altijd worden bereikt – of volledig worden bereikt. Voor een succesvolle snelle droging zijn drie voorwaarden vereist: de stromingsomstandigheden over de gehele doorsnede moeten hetzelfde zijn (dezelfde luchtsnelheid voor dwarsstroom en doorstroom); de luchtsnelheid mag niet onder een bepaalde waarde komen; en de snelheden van dwars- en doorstroom voor elke steen moeten consistent zijn.

Ervaring op het gebied van sneldrogen

De afgelopen twee jaar heeft Novokaram voortdurend onderzoek gedaan in zijn fabriek, waarbij belangrijke informatie is verkregen op het gebied van aerodynamische modellering. Bovendien zijn theoretisch gebaseerde conclusies bevestigd. Op basis van deze fundamentele principes werd een grootschalige demonstratiefabriek voor het snel drogen van holle kleiproducten gebouwd en vervolgens werden drie verschillende steenfabrieken uitgerust met de sneldroogmethode. De relevante parameters voor de droogkarakteristieken worden hieronder als voorbeelden vermeld.

Sneldrogende en drogende scheuren

Vaak wordt ten onrechte beweerd dat uitdroogscheuren een direct gevolg zijn van krimp. Zoals kort beschreven in dit artikel zijn uitdroogscheuren niet het directe gevolg van krimp. Droogscheuren worden veroorzaakt door verschillende krimp binnen het groene lichaam, die op zijn beurt afhangt van verschillende vochtverdelingen. Bij snelle droging moeten de groene lichamen gelijkmatig aan de lucht worden blootgesteld, zodat de vochtverschillen zeer gering zijn. Met deze achtergrond in gedachten is het gemakkelijk in te zien waarom een ​​snelle droging niet noodzakelijkerwijs droogscheuren toeschrijft aan een hoge drooggevoeligheid.

Een vergelijking van stenen die op traditionele wijze zijn gedroogd met stenen die zeer snel zijn gedroogd, bevestigde de bovenstaande conclusie. Bij hetzelfde kwaliteitsniveau is de kwaliteit van sneldrogende stenen hoger.

Restvocht en droogtijd

Ons oorspronkelijke doel was een droogtijd ≤ 2 uur. Het restvocht na het drogen is afhankelijk van de droogcyclus, productspecificaties en grondstoffen, doorgaans variërend van 0,5% tot 2,5%. Opgemerkt moet worden dat een verlenging van het droogproces met slechts enkele minuten bij sneldrogen het restvocht aanzienlijk kan verminderen. In dezelfde fabriek bedroeg de traditionele droogtijd ongeveer 32–48 uur, met een restvochtgehalte van 1,0%–2,5%. Er was geen verschil in gebakken kwaliteit tussen snelgedroogde producten en producten die volgens traditionele methoden werden gedroogd.

Optimale droogcurve

Net als bij conventioneel convectief drogen moet voor een snelle droging een droogcurve worden gevonden die is aangepast aan de grondstof. De snelle droogcurve kan worden opgevat als een gecomprimeerde versie van de traditionele droogcurve – in deze visie is snel drogen slechts een “fast-motion” conventioneel drogen.

Proces van sneldrogen

Als de groene lichamen met stoom zijn behandeld, is het belangrijk om ze – net als bij gewoon drogen – zo snel mogelijk van de extruder naar de droogkamer over te brengen. Hoe hoger de temperatuur van het groene lichaam, hoe intenser de vroege droging. Dat wil zeggen dat de groene lichamen al bij een hogere temperatuur beginnen te drogen, zonder een geleidelijke verwarmingsfase in de droogkamer, waardoor kostbare tijd wordt vermeden.

De verhouding tussen dwarsstroom en doorstroom tijdens het drogen is al benadrukt. Deze verhouding is in belangrijke mate afhankelijk van de nauwkeurigheid van het plaatsen van de stenen in de werkplaats. Een hogere instelnauwkeurigheid zou echter een hogere investering betekenen. Daarom werd een speciaal experimenteel onderzoek uitgevoerd om te zien of een redelijk nauwkeurig zetpatroon nog steeds aanvaardbaar was. Uit de testresultaten bleek dat de toleranties van conventionele zet- en losinrichtingen aanvaardbaar zijn voor het gehele proces en geen nadelig effect hebben op de verhouding tussen dwarsstroom en doorstroom. Dit betekent dat onder de huidige technologische omstandigheden conventionele instelapparaten kunnen worden gebruikt.

Voordelen van sneldrogen

Bij de introductie van een nieuw ontwerp vraagt ​​elke ondernemer meteen naar de voordelen ervan – en convectief sneldrogen is daarop geen uitzondering.

Wat zijn de voordelen van convectief sneldrogen vergeleken met traditioneel convectief drogen? Het meest fundamentele en belangrijkste aspect is kwaliteit. Vooral de vermindering van de tijdsbehoefte is een prioriteit. In veel verschillende baksteenfabrieken werden snelle droogtests uitgevoerd zonder ingewikkelde droogcurves vast te stellen, en de gebakken stenen verkregen een goede tot zeer goede kwaliteit. Vergeleken met de op traditionele wijze vervaardigde stenen waren de voor snelle droging geselecteerde stenen minstens zo goed als de op traditionele wijze gedroogde stenen – zelfs zonder noodzakelijkerwijs te weten of de droogcurve was aangepast aan de beschikbare grondstoffen.

Een ander zeer belangrijk voordeel is de verminderde investering die nodig is voor het bouwen van een sneldrooginstallatie. Zoals weergegeven in figuur 7 neemt de gehele sneldroogkamer aanzienlijk minder ruimte in het productiegebouw in beslag. Dit betekent dat voor dezelfde output het productievloeroppervlak wordt verkleind, of anders de output wordt vergroot, waardoor een besparingseffect wordt bereikt. Bovendien wordt het snelle droogproces vereenvoudigd, worden transportroutes verkort en wordt de benodigde transportapparatuur vereenvoudigd, wat ook bijdraagt ​​aan lagere kapitaalinvesteringen.

Tenslotte moeten nog enkele technische gegevens vermeld worden. In traditionele droogkamers ligt het warmteverbruik rond de 3200–3600 kJ/kg H₂O. Het elektriciteitsverbruik is afhankelijk van de waterafvoerende eigenschappen van de grondstof zelf. Volgens gegevens van verschillende steenfabrieken bedraagt ​​het elektriciteitsverbruik 5 à 11 kWh per ton gebakken materiaal.

Voorbeeld van sneldrogende productie

Figuur 7 is een schematische weergave van het productieproces in een steenfabriek waar het traditionele droogproces is vervangen door een sneldroogsysteem.

Op dezelfde manier worden in andere steenfabrieken de groene stenen gesneden, op droogplanken gelegd en vervolgens overgebracht naar droogwagens. De droogplanken worden op de droogwagens geplaatst, die vervolgens door de sneldroogkamer gaan. De droogwagen blijft een bepaalde tijd in elk compartiment staan ​​– dat wil zeggen dat er in elke fase andere omstandigheden heersen. De luchtsnelheid varieert per compartiment, maar het droogprincipe van dwars- en doorstroom en de rijsnelheid van de droogwagen zijn in alle compartimenten hetzelfde. Wanneer de droogwagen in de circulatie komt, is de helft van het droogproces al voltooid. Tijdens de voordroogfase, terwijl deze van het ene compartiment naar het andere gaat, stijgt de temperatuur voortdurend terwijl de relatieve vochtigheid voortdurend daalt. De hier beschreven sneldroogkamer heeft 10 secties in elke richting. Als je oppervlakkig denkt aan een traditionele tunneldroger, zou je uiteraard denken dat deze 20 droogzones heeft.

Nadat de droogwagen de sneldroogkamer verlaat, verlopen de volgende stappen zoals gebruikelijk. De gedroogde stenen worden uit de droogwagen gehaald, op tunnelovenwagens geplaatst, wachtend om in de oven te worden geladen, en vervolgens gebakken. Het lossen en verpakken van de tunneloven wordt niet beïnvloed door de snelle droging.

Bron van het artikel

Dit artikel is geschreven door de auteur Ralf König, Diploma Engineer (D-Krumbach), en oorspronkelijk gepubliceerd in de International Brick and Tile Industry (ZI-China Issue), 1996–1998, Chinese gecombineerde editie, Bauverlag GmbH. Het is hier alleen voor leer- en referentiedoeleinden geplaatst. Het auteursrecht behoort toe aan de oorspronkelijke auteur en de oorspronkelijke uitgever.

Contactgegevens:
Als een auteur of auteursrechthebbende de citatiemethode op deze website ongepast vindt, of de inhoud wil wijzigen/verwijderen, neem dan contact met ons op via:
E-mail: [info@Brictec.com]
Tel: [029-89183545]
Adres: [ZTE Industrial Park, nr. 10 South Tangyan Road, Xi'an High-tech Zone, China]
We beloven dat we binnen 24 uur na ontvangst van uw melding zullen reageren en de kwestie snel zullen afhandelen volgens uw verzoek.

Toewijding aan wetenschappelijke integriteit:
Ons bedrijf houdt zich strikt aan de principes van academische integriteit en respecteert de intellectuele eigendomsrechten van alle wetenschappers. Als er sprake is van een ongepaste bronvermelding, bieden wij onze diepe excuses aan en zullen deze onmiddellijk corrigeren.