التجفيف السريع بالحمل الحراري للطوب المجوف
(FH) رالف كونيغ، مهندس دبلوم، د-كرومباخ
خلاصة
رالف كونيغ: التجفيف السريع للطوب العادي
يتطلب التطور السريع الذي يحدث في مجتمعنا الصناعي أقصى قدر من المرونة والاستعداد للابتكار من الشركات. وينطبق هذا أيضًا على تكنولوجيا التجفيف في صناعة الطين الثقيل. والخطوة الثورية في هذا المجال هي إدخال تقنية التجفيف السريع. ستقدم هذه المقالة شرحًا بيانيًا لمبدأ التجفيف السريع للطوب المدقق.
يتطلب التطور الصناعي السريع اليوم من كل مؤسسة تنفيذ الابتكارات التكنولوجية بأقصى قدر من المرونة والسرعة، وفقًا لحالتها الخاصة. ينطبق هذا المبدأ أيضًا على مجال تكنولوجيا التجفيف في صناعة الطوب. منذ حوالي 100 عام، كان الطوب الأخضر لا يزال يجفف في رفوف تجفيف تسمى "الخارقة" (أي التجفيف الطبيعي). اليوم، أصبحت عملية التجفيف الطبيعية هذه قديمة تمامًا. سمح فقط بالإنتاج الموسمي، مع دورات تجفيف مدتها 2-3 أسابيع؛ لا يمكن قلب رفوف التجفيف، أو ساحات التجفيف في الهواء الطلق، إلا من 10 إلى 12 مرة في السنة. وبدون عدد كاف من رفوف التجفيف، لا يمكن لعملية التجفيف هذه أن تتكيف مع إنتاج الفرن المستمر.
كان التطور الأول في تكنولوجيا التجفيف هو ما يسمى "سقيفة التجفيف ذات السعة الكبيرة"، التي تم بناؤها فوق أفران حلقية أو أفران متعرجة، باستخدام الهواء الساخن المتصاعد من سطح الفرن للتجفيف. أدى هذا إلى تقليل دورة التجفيف إلى 10 أيام.
تستخدم مجففات الغرف أو الأنفاق اليوم الحرارة المهدرة من أفران النفق للتجفيف الاصطناعي. تعتمد دورة التجفيف على نوع المنتج وخصائص المادة الخام، وتتراوح من 1 إلى 3 أيام. وكانت الخطوة الثورية الأخرى في هذا المجال هي إدخال تقنية التجفيف السريع، أي وقت تجفيف يتراوح من ساعة إلى ساعتين فقط. تقدم هذه المقالة رسمًا بيانيًا لمبدأ التجفيف السريع للطوب المجوف عالي الفراغ وتناقش آفاق الاستثمار فيه.
أصل التجفيف السريع
في منتصف الثمانينيات، بدأت المصانع في جمهورية ألمانيا الاتحادية التي تصنع المحفزات الصناعية في التطور. تحتوي هذه الأجسام المحفزة على مقطع عرضي يبلغ 150 مم * 150 مم، ويبلغ طولها حوالي 1.0-1.2 متر، ونسبة فراغ عالية جدًا. في ذلك الوقت، كانت العديد من المجففات في هذه المصانع المطورة حديثًا تأتي من نوفوكارام. فيما يتعلق بجودة التجفيف ووقت التجفيف، لم يتم تحقيق أفضل النتائج إلا عندما تم تعريض المسطحات الخضراء للهواء من خلال التدفق والتدفق المتقاطع. إذا تجاوز التجفيف القسري المطلوب مستوى معينًا، تلعب عوامل الإنتاج الأخرى أيضًا دورًا، مثل سرعة الهواء عبر الثقوب وعلى أسطح المسطحات الخضراء، بالإضافة إلى حالة حمل الحرارة للغاز أثناء تحرك الأجسام للأمام. وقد وجد أنه في بعض الحالات، نظرًا لأن ضغط بخار الماء المشبع في الغاز تجاوز بشكل كبير ضغط الجسم الأخضر، فقد تضرر ثلث الأجسام المجففة في النهاية بسبب الماء المكثف المكثف.
سيكون الميكروويف أو التسخين عالي التردد من الطرق المثالية لتسخين تدفق الهواء. ومع ذلك، تمت مواجهة مشاكل لا يمكن التغلب عليها عمليا. تم ذكر مسألتين تمثيليتين هنا:
أ. في بعض المناطق، يتم استخدام التسخين عالي التردد فقط لمكونات المعدات المعدنية مثل أجهزة الاستشعار وأكمام أجهزة الاستشعار؛ ومن الطبيعي أن ألواح التجفيف التي حملت أجسامًا خضراء لا يمكن إعادة استخدامها.
ب. يؤدي التسخين عالي التردد إلى توليد كهرباء ساكنة كبيرة في منطقة التسخين. حتى طبقة الماء الرقيقة جدًا الموجودة على الجسم الأخضر أو بين الجسم الأخضر ولوح التجفيف البلاستيكي يمكن أن تتسبب في احتراق اللوحة أو حتى تلفها بسبب معدل التفريغ.
لذلك، أثبتت طريقة التسخين الوسيط عن طريق ألواح التجفيف القابلة للتسخين (لمنع التكثيف على المسطحات الخضراء) نجاحها في الممارسة العملية. في الواقع، ألهمت الخبرة المكتسبة في التجفيف بالمحفزات لشركة Novokaram فكرة تطوير غرفة التجفيف السريع للطوب المثقب. في السنوات الأخيرة، أجرت نوفوكارام اختبارات تجفيف واسعة النطاق، مع منتجات تتراوح بين الألواح الكبيرة (50 * 30 * 300 سم) إلى الطوب المثقوب العادي ذي الطول التقليدي. لقد وجد باستمرار أن التجفيف بالحمل الحراري يمكن أن يحقق النتائج المطلوبة بالكامل.
المبدأ الأساسي للتجفيف السريع بالحمل الحراري
المثال الأكثر شيوعًا للتجفيف الحراري هو تجفيف الشعر باستخدام مجفف الشعر. المبدأ الأساسي هو أن وسط التجفيف (الهواء الساخن عادة) يمر فوق القطعة المراد تجفيفها، فيتبخر ويزيل الرطوبة. وبما أن التبخر يتطلب حرارة، فإن وسط التجفيف يبرد تدريجياً ويمتص المزيد من الماء أثناء العملية (انظر الشكل 1). إن قدرة الهواء على امتصاص الرطوبة محدودة بقيمة تعتمد على درجة الحرارة - ما يسمى "ضغط بخار الماء المشبع". إذا تم تجاوز هذه القيمة، فإن الرطوبة الطبيعية الزائدة تتكثف على شكل ضباب أو مكثفات، وهو ما يكون مخيفًا بشكل خاص أثناء التجفيف. عادة ما يتم التعبير عن حالة الهواء في غرفة التجفيف من حيث درجة الحرارة (درجة مئوية) والرطوبة النسبية (٪). بالمناسبة، عند استخدام مخطط h-x، تكون هاتان المعلمتان قيمتين أساسيتين.
| نهاية | تكييف الهواء | مثال |
|---|---|---|
| الجانب البارد | الهواء المشبع | 40 درجة مئوية، 80% رطوبة نسبية |
| الجانب الساخن | الهواء غير المشبع | 90 درجة مئوية، 3% رطوبة نسبية |
تحقيق التوازن في حالة التدفق
نقطة البداية للنظر في التجفيف السريع هي أن وقت تجفيف الطوب الأخضر في المجففات التقليدية يتم تحديده دائمًا بواسطة الطوب الذي يجف بشكل أبطأ. يرتبط هذا بشكل مباشر بموضع الطوب الأخضر في المجفف (انظر الشكل 2). على سبيل المثال، يجف الطوب من الخارج بشكل أبطأ بكثير من الطوب الأقرب إلى المروحة في الداخل. وهكذا، كلما زاد تدفق الهواء الجاف من الممر الأوسط، انخفضت سرعة تدفقه تدريجياً، وتنخفض درجة حرارته، ويصبح أكثر تشبعاً، وتقل قدرته على امتصاص الرطوبة. حتى عندما يكون من الممكن إزالة الطوب الموجود داخل المجفف، يجب أن يستمر نظام التجفيف في العمل حتى يجف أيضًا هذا الطوب الموجود في وضع سيئ - على الرغم من أن معظم الطوب الموجود في المجفف لم يكن بحاجة إلى عملية تجفيف ممتدة.
لذلك، فإن الخطوة الأولى في التجفيف السريع هي موازنة ظروف تدفق الهواء عبر المقطع العرضي الكامل لتدوير الهواء المباشر. بهذه الطريقة، تكون عملية تجفيف كل لبنة خضراء مستقلة عن موضعها في المجفف - أي يجب أن تكون هي نفسها في أي وقت أثناء التجفيف.
زيادة سرعة الهواء
وطالما توجد الظروف المناخية المناسبة، فإن سرعة الهواء لها تأثير محدد للغاية على معدل التجفيف. تؤدي زيادة سرعة الهواء إلى تسريع معدل التجفيف وفقًا لذلك. تنتج السرعات المنخفضة تدفقًا صفحيًا موحدًا - مثال على التدفق الموحد نسبيًا في الطبيعة هو نهر كبير يتدفق بهدوء. زيادة السرعة تجعل التدفق أكثر اضطرابا. تشبيه في الطبيعة هو تيار جبلي يندفع عبر مضيق أثناء ذوبان الثلوج.
إن الأثر الضمني للاضطراب في التجفيف هو وجود طبقة هوائية ثابتة على سطح الجسم الأخضر، تسمى الطبقة الحدودية. تعيق هذه الطبقة عملية التجفيف وتصبح أرق أثناء عملية التجفيف (انظر الشكل 3). تمتص جزيئات الهواء السريعة الحركة جزيئات الماء بسهولة أكبر بكثير من الجسيمات البطيئة الحركة.
بعد زيادة سرعة الهواء، يتسارع معدل التجفيف بسرعة، ويزيد محتوى الرطوبة في الغاز بأكثر من 5%. وبطبيعة الحال، عند سرعات الهواء الأعلى، فإن الشرط الأساسي الذي يجب مراعاته هو أن حالة التدفق المستمر للغاز يجب أن تكون موحدة من أجل تحقيق نتائج مرضية. وهذا يعني أن الأجسام الخضراء الموجودة في المقطع العرضي بأكمله يجب أن تتعرض لتدفق الهواء، ويجب أن تكون سرعة الهواء هي نفسها. إن القول أسهل من الفعل، وفي ظل الظروف السائدة في ذلك الوقت، استغرقت هذه الدراسة التجريبية أكثر من عام.
نسبة التدفق المتقاطع إلى التدفق خلال التدفق
بسبب اللوائح الجديدة الأخيرة بشأن العزل الحراري، أصبح حجم الفراغ أكبر. وهذا يعني أن الجدران الداخلية للثقوب أصبحت أرق بشكل متزايد. تتمتع هذه الجدران ذات الفتحات الرقيقة بمزاياها، كما أنها تسبب مشاكل قليلة في التجفيف، لأنه بصرف النظر عن سمك الجدار المختلف، لا ينشأ سوى اختلاف طفيف - تختلف كمية الرطوبة المتولدة (انظر الشكل 4). إذا كان الفرق في محتوى الرطوبة صغيرًا جدًا، يكون الفرق في الانكماش صغيرًا أيضًا، ويبدو أن خطر تجفيف الشقوق منخفض جدًا.
من ناحية أخرى، نظرًا لأن مساحة السطح تلعب دورًا حاسمًا في التجفيف بالحمل الحراري، فإن هذه المنتجات المجوفة عالية الفراغ لها مساحة سطح داخلية كبيرة - حوالي ثلاثة أضعاف مساحة السطح الخارجي. وبالتالي، بالنسبة لمحتوى رطوبة معين، كلما كانت مساحة السطح أكبر، كان التجفيف أسهل.
| سمك الجدار | فرق الرطوبة | فرق الانكماش | خطر تجفيف الشقوق |
|---|---|---|---|
| جدار رقيق | فرق رطوبة بسيط | فرق انكماش منخفض | مخاطر منخفضة |
| جدار سميك | فرق رطوبة كبير | فرق انكماش كبير | مخاطر عالية |
يجب أن تلبي نسبة التدفق المتقاطع إلى التدفق للطوب المثقب نسبة معينة. تعتمد هذه النسبة على الارتفاع A للفجوة بين السطح العلوي للجسم الأخضر السفلي والسطح السفلي للوحة التجفيف العلوية، والعرض B للفجوة بين طوبتين متجاورتين (كما هو موضح في الشكل 6). ومع ذلك، نظرًا للقيود المفروضة على ترتيب المروحة في المجففات الحرارية والمجففات النفقية، لا يمكن دائمًا تحقيق نسبة التدفق المناسبة - أو تحقيقها بالكامل. يتطلب التجفيف السريع الناجح ثلاثة شروط: يجب أن تكون ظروف التدفق عبر المقطع العرضي بأكمله هي نفسها (نفس سرعة الهواء للتدفق العرضي والتدفق خلاله)؛ يجب ألا تقل سرعة الهواء عن قيمة معينة؛ ويجب أن تكون معدلات التدفق المتقاطع والتدفق لكل لبنة متسقة.
خبرة في مجال التجفيف السريع
على مدار العامين الماضيين، أجرت شركة نوفوكارام أبحاثًا مستمرة في مصنعها، وحصلت على معلومات مهمة في مجال النمذجة الديناميكية الهوائية. وبالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد الاستنتاجات المستندة إلى النظرية. واستنادًا إلى هذه المبادئ الأساسية، تم بناء مصنع تجريبي واسع النطاق للتجفيف السريع لمنتجات الطين المجوفة، وبعد ذلك، تم تجهيز ثلاثة مصانع طوب مختلفة بطريقة التجفيف السريع. يتم سرد معلمات خصائص التجفيف ذات الصلة كأمثلة أدناه.
التجفيف السريع والتجفيف الشقوق
غالبًا ما يُزعم خطأً أن تجفيف الشقوق هو نتيجة مباشرة للانكماش. كما هو موضح بإيجاز في هذه المقالة، فإن الشقوق الجافة ليست نتيجة مباشرة للانكماش. تحدث التشققات الجافة بسبب الانكماش التفاضلي داخل الجسم الأخضر والذي بدوره يعتمد على توزيعات الرطوبة المختلفة. في حالة التجفيف السريع، يجب أن تتعرض الأجسام الخضراء للهواء بشكل موحد بحيث تكون اختلافات الرطوبة الناتجة طفيفة جدًا. مع أخذ هذه الخلفية في الاعتبار، فمن السهل أن نرى لماذا لا يعزو التجفيف السريع بالضرورة شقوق التجفيف إلى حساسية التجفيف العالية.
إن مقارنة الطوب المجفف بالطرق التقليدية مع الطوب المجفف بسرعة كبيرة تؤكد الاستنتاج أعلاه. عند نفس مستوى الجودة، تكون جودة الطوب المجفف بسرعة أعلى.
الرطوبة المتبقية ووقت التجفيف
كان هدفنا الأولي هو وقت التجفيف ≥ ساعتين. وتعتمد الرطوبة المتبقية بعد التجفيف على دورة التجفيف ومواصفات المنتج والمواد الخام، وتتراوح بشكل عام من 0.5% إلى 2.5%. تجدر الإشارة إلى أن تمديد عملية التجفيف لبضع دقائق فقط في عملية التجفيف السريع يمكن أن يقلل بشكل كبير من الرطوبة المتبقية. في نفس المصنع، كان وقت التجفيف التقليدي حوالي 32-48 ساعة، مع محتوى رطوبة متبقي يتراوح بين 1.0%-2.5%. ولم يكن هناك اختلاف في جودة الحرق بين المنتجات سريعة الجفاف وتلك المجففة بالطرق التقليدية.
منحنى التجفيف الأمثل
كما هو الحال مع التجفيف بالحمل الحراري التقليدي، يجب العثور على منحنى تجفيف يتكيف مع المادة الخام للتجفيف السريع. يمكن تصور منحنى التجفيف السريع كنسخة مضغوطة من منحنى التجفيف التقليدي - ومن وجهة النظر هذه، فإن التجفيف السريع هو مجرد تجفيف تقليدي "سريع الحركة".
عملية التجفيف السريع
إذا تم معالجة الأجسام الخضراء بالبخار، فمن المهم – كما هو الحال في التجفيف العادي – نقلها من الطارد إلى غرفة التجفيف في أقصر وقت ممكن. كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم الأخضر، كلما كان التجفيف المبكر أكثر كثافة - أي أن الأجسام الخضراء تبدأ بالفعل في التجفيف عند درجة حرارة أعلى، دون مرحلة التسخين التدريجي في غرفة التجفيف، وبالتالي تجنب إضاعة الوقت الثمين.
لقد تم بالفعل التأكيد على نسبة التدفق المتقاطع إلى التدفق خلال التجفيف. تعتمد هذه النسبة بشكل حاسم على دقة وضع الطوب في ورشة العمل. ومع ذلك، فإن دقة الإعداد الأعلى تعني زيادة الاستثمار. ولذلك، تم إجراء دراسة تجريبية خاصة لمعرفة ما إذا كان لا يزال من الممكن قبول نمط إعداد دقيق إلى حد معقول. أظهرت نتائج الاختبار أن التفاوتات المسموح بها لأجهزة الإعداد والتفريغ التقليدية مقبولة للعملية بأكملها وليس لها أي تأثير سلبي على نسبة التدفق المتقاطع إلى التدفق العابر. وهذا يعني أنه في ظل الظروف التكنولوجية الحالية، يمكن استخدام أجهزة الإعداد التقليدية.
مميزات التجفيف السريع
عند تقديم تصميم جديد، يسأل كل رائد أعمال على الفور عن مزاياه - والتجفيف السريع للحمل الحراري ليس استثناءً.
ما هي مميزات التجفيف السريع بالحمل الحراري مقارنة بالتجفيف الحراري التقليدي؟ الجانب الأساسي والأكثر أهمية هو الجودة. وخاصة أن تقليل متطلبات الوقت يمثل أولوية. في العديد من مصانع الطوب الطيني المختلفة، تم إجراء اختبارات التجفيف السريع دون وضع منحنيات تجفيف معقدة، وحصل الطوب المحروق على نوعية جيدة أو جيدة جدًا. عند مقارنتها بالطوب المنتج بالطرق التقليدية، فإن الطوب الذي تم اختياره للتجفيف السريع كان على الأقل بنفس جودة الطوب المجفف بالطرق التقليدية - حتى دون معرفة بالضرورة ما إذا كان منحنى التجفيف قد تم تكييفه مع المواد الخام المتاحة.
ميزة أخرى مهمة للغاية هي انخفاض الاستثمار المطلوب لبناء مصنع التجفيف السريع. كما هو مبين في الشكل 7، تشغل غرفة التجفيف السريع بأكملها مساحة أقل بكثير في مبنى الإنتاج. وهذا يعني أنه بالنسبة لنفس الناتج، يتم تقليل مساحة أرضية الإنتاج، أو بدلاً من ذلك، يتم زيادة الإنتاج - مما يحقق تأثير التوفير. بالإضافة إلى ذلك، تم تبسيط عملية التجفيف السريع، وتقصير طرق النقل، وتبسيط معدات النقل اللازمة، مما يساهم أيضًا في تقليل استثمار رأس المال.
وأخيرا، ينبغي ذكر بعض البيانات التقنية. في غرف التجفيف التقليدية، يبلغ استهلاك الحرارة حوالي 3200-3600 كيلوجول/كجم من الماء. يعتمد استهلاك الكهرباء على خصائص إزالة الماء للمادة الخام نفسها. وفقًا لسجلات من مصانع الطوب المختلفة، يتراوح استهلاك الكهرباء بين 5 و11 كيلووات في الساعة لكل طن من المواد المحروقة.
مثال على إنتاج التجفيف السريع
الشكل 7 عبارة عن تخطيط تخطيطي لعملية الإنتاج في مصنع الطوب حيث تم استبدال عملية التجفيف التقليدية بنظام التجفيف السريع.
وبالمثل، في أعمال الطوب الأخرى، يتم قطع الطوب الأخضر ووضعه على ألواح التجفيف، ثم نقله إلى عربات التجفيف. يتم وضع ألواح التجفيف على عربات التجفيف، والتي تمر بعد ذلك عبر غرفة التجفيف السريع. تبقى عربة التجفيف لفترة معينة في كل حجرة – أي أن ظروف مختلفة تسود في كل مرحلة. تختلف سرعة الهواء في كل حجرة، لكن مبدأ التجفيف للتدفق المتقاطع والتدفق خلاله وسرعة سير عربة التجفيف هي نفسها في جميع الحجيرات. عندما تدخل عربة التجفيف إلى الدورة الدموية، تكون نصف عملية التجفيف قد اكتملت بالفعل. أثناء مرحلة ما قبل التجفيف، أثناء انتقالها من حجرة إلى أخرى، تزداد درجة الحرارة باستمرار بينما تنخفض الرطوبة النسبية باستمرار. تحتوي غرفة التجفيف السريع الموصوفة هنا على 10 أقسام في كل اتجاه. إذا فكر أحد بشكل سطحي في المجفف النفقي التقليدي، فمن الطبيعي أن يعتبره يحتوي على 20 منطقة تجفيف.
بعد مغادرة عربة التجفيف غرفة التجفيف السريع، تتم الخطوات اللاحقة كالمعتاد. تتم إزالة الطوب المجفف من عربة التجفيف، ويتم وضعه على عربات فرن النفق، في انتظار تحميله في الفرن، ثم يتم حرقه. لا يتأثر التفريغ والتعبئة للفرن النفقي بالتجفيف السريع.
مصدر المقال
كتب هذا المقال المؤلف رالف كونيج، مهندس الدبلوم (D‑Krumbach)، وتم نشره في الأصل في International Brick and Tile Industry (ZI‑China Issue)، 1996-1998، الطبعة الصينية المجمعة، Bauverlag GmbH. يتم نشره هنا لأغراض التعلم والمرجعية فقط. حقوق الطبع والنشر مملوكة للمؤلف الأصلي والناشر الأصلي.
معلومات الاتصال:
إذا رأى أي مؤلف أو صاحب حقوق الطبع والنشر أن طريقة الاقتباس في هذا الموقع غير مناسبة، أو يرغب في تعديل/إزالة المحتوى، فيرجى الاتصال بنا عبر:
البريد الإلكتروني: [info@Brictec.com]
هاتف: [029-89183545]
العنوان: [مجمع ZTE الصناعي، رقم 10 طريق جنوب تانغيان، منطقة شيان للتكنولوجيا الفائقة، الصين]
ونعدك بالرد خلال 24 ساعة بعد تلقي إشعارك والتعامل مع الأمر على الفور وفقًا لطلبك.
الالتزام بالنزاهة الأكاديمية:
تلتزم شركتنا بشكل صارم بمبادئ النزاهة الأكاديمية وتحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع العلماء. في حالة وجود أي اقتباس غير لائق، فإننا نعرب عن اعتذارنا العميق وسوف نقوم بتصحيحه على الفور.
