Suszenie wyrobów ceramicznych

Cel suszenia

Celem procesu suszenia półfabrykatów ceramicznych jest

usunięcie pewnej ilości wody i utrwalenie ich kształtu na
tyle, aby stało się możliwe przeprowadzenie dalszych
koniecznych operacji technologicznych. Świeżo
uformowane półfabrykaty mają bardzo małą wytrzymałość
na ściskanie oraz nie nadają się do transportu i
załadowania do pieców ceramicznych. W zależności od
wilgotności masy z jakiej zostały uformowane są za
miękkie lub zbyt kruche, aby można było je ustawiać w
stosy.

Wysuszenie powoduje kilkakrotne zwiększenie wytrzymałości

półfabrykatów, dzięki czemu stają się one bardziej
odporne na obicia naroży i krawędzi oraz na pękanie w
czasie transportu i układania.

Wprowadzenie do pieca wilgotnych

półfabrykatów, spowodowałoby ich
zniszczenie wskutek zbyt gwałtownej
przemiany wody w parę. Tak więc, ze
względów technologicznych procesy
suszenia i wypalania wyrobów
realizowane są w osobnych urządzeniach.

Charakterystyka czynnika suszącego

Ciepło jest oddawane suszonemu materiałowi przez czynnik

suszący, który przepływając stale przez suszarnię odprowadza
z niej parę wodną wydzieloną ze wsadu. W niektórych
przypadkach do celów specjalnych stosuje się suszenie przy
zastosowaniu promieniowania podczerwonego, wydzielanego
przez nagrzane ciała zwane promiennikami.

W zakładach produkujących porcelanę elektrotechniczną stosowane

jest suszenie rezystancyjne, oparte na prawie Joule'a.

W większości procesów technologicznych produkcji wyrobów

ceramicznych, suszenie prowadzone jest z wykorzystaniem
czynnika suszącego. Może nim być powietrze, spaliny,
mieszanina powietrza i spalin oraz para przegrzana.

Charakterystyka czynnika suszącego

Suszenie może być realizowane tylko wtedy, gdy ciśnienie

cząstkowe pary wodnej w czynniku suszącym jest niższe od
ciśnienia cząstkowego pary wodnej na powierzchni
suszonego materiału. Możliwy jest wówczas proces
przechodzenia pary wodnej z suszonych półfabrykatów do
otaczającego je czynnika.

Szybkość suszenia jest wprost proporcjonalna do różnicy obu

ciśnień cząstkowych.

Istotnymi parametrami powietrza suszącego są także:

temperatura, wilgotność, zawartość wilgoci oraz entalpia.

Rodzaje wody w masach ceramicznych

Wodę zawartą w masie plastycznej dzieli się na:
1. wodę swobodną, oddzielającą odsunięte od siebie ziarna

materiału,

2. wodę kapilarną, która wypełnia przestrzenie pomiędzy

stykającymi się ziarnami,

3. wodę adsorpcyjną - jest ona zaadsorbowana na powierzchni

ziaren materiału i pozostaje w układzie po odparowaniu wody
swobodnej i kapilarnej. W toku suszenia nie jest ona zwykle w
pełni usuwana.

Rys.1. Układ materiał ceramiczny – woda; a) obecne są wszystkie 3 rodzaje wody,
b) pozostaje woda kapilarna i adsorpcyjna, c)obecna jest tylko woda adsorpcyjna.

Zjawiska zachodzące w procesie suszenia

Proces suszenia, czyli odprowadzania z wyrobów wody fizycznie związanej,

składa się z dwóch zjawisk:

– dyfuzji wewnętrznej polegającej na przemieszczaniu się wody z wnętrza

wyrobu na jego powierzchnię,

– dyfuzji zewnętrznej polegającej na przemieszczaniu się wody z powierzchni

wyrobu do czynnika suszącego.

Siłą napędową procesu suszenia jest gradient wilgotności. Woda przemieszcza

się z miejsc o wilgotności wyższej do miejsc o wilgotności niższej. Szybkość
dyfuzji wewnętrznej zależy od właściwości masy, z której uformowano
wyrób, temperatury oraz od lepkości wody.

Szybkość dyfuzji zewnętrznej, czyli parowania wody z powierzchni wyrobu

zależy od temperatury, wilgotności oraz szybkości przepływu czynnika
suszącego. Warunkiem zachowania kształtu suszonych wyrobów jest
wyrównanie tempa obu dyfuzji.

Technologiczne zasady procesu

Zadaniem technologów jest stworzenie takich warunków

suszenia, aby można było suszyć możliwie szybko z minimalną
ilością braków. Wyznaczanie na drodze obliczeniowej
prawidłowych parametrów suszenia jest uciążliwe i mało
dokładne. Najczęściej sposób suszenia dla każdego rodzaju
wyrobów ustala się doświadczalnie w laboratorium.

Prawidłowa technika suszenia polega na ogrzewaniu wyrobów w taki

sposób, aby nie spowodować zbyt gwałtownego wysuszenia
powierzchni, ale na równomiernym ogrzewaniu ich w całej
objętości. Racjonalne suszenie jest najczęściej realizowane
dwustopniowo.

Technologiczne zasady procesu c.d.

Początkowo dla ułatwienia dyfuzji wewnętrznej i spowolnienia

parowania wody z powierzchni, proces należy prowadzić przy
znacznej wilgotności względnej czynnika suszącego, dochodzącej
do 80÷90% i stosunkowo wysokiej jego temperaturze pozwalającej
na podgrzanie wyrobów na wskroś.

W drugim okresie, gdy nastąpi wyrównanie temperatury w wyrobach,

stopniowo obniża się wilgotność czynnika i zwiększa szybkość jego
przepływu. Temperatura czynnika suszącego w obu etapach
suszenia jest dostosowana do rodzaju wyrobów i typu suszarni.

 Rys.2. Zależność
wilgotności wnętrza i
powierzchni od czasu
suszenia. Różne warianty
prowadzenia procesu.

Suszarnie o różnej konstrukcji

Suszarnie jak większość urządzeń specjalistycznych projektuje się

na zamówienie konkretnego zakładu, produkującego określony
asortyment wyrobów ceramicznych.

Istnieje wiele rozwiązań konstrukcyjnych suszarń komorowych,

różniących się między innymi wyposażeniem wnętrza,
pochodzeniem czynnika suszącego oraz jego obiegiem.

Wspólna cechą wszystkich suszarni komorowych jest to, że

posiadają zamknięta przestrzeń roboczą, w której załadowane
wyroby pozostają w miejscu podczas całego cyklu suszenia.
Większość z nich buduje się jako wielokomorowe, przystosowane
do zmechanizowanego załadowywania i wyładowywania wsadu
systemem Kellera. Każda komora ma swój odrębny cykl
suszenia

Suszarnia Kellera z przepływem naturalnym

Rys.3. Widok komory suszarni i wózka grzebeniastego

Przykładem suszarni recyrkulacyjnej jest suszarnia z poziomym przepływem

czynnika suszącego.

Suszarnie o działaniu ciągłym

Suszarnie tunelowe mają dużą wydajność i stosunkowo małe zużycie ciepła. Konstrukcja
suszarni musi jednak odpowiadać wymaganiom procesu suszenia wyrobów jednego
asortymentu, gdyż trudno jest w nich uzyskać szybką zmianę programu suszenia.
Zazwyczaj ze względów ekonomicznych buduje się nie jeden, lecz kilka tuneli
równoległych do siebie i oddzielonych wspólnymi ścianami.

W suszarniach tunelowych występuje rozwarstwienie strumienia czynnika suszącego, co
może wywołać zakłócenia w równomiernym suszeniu na wysokości ustawki. Półfabrykaty

na górnych półkach wózka będą suszone intensywniej niż na dolnych. Aby temu
zapobiec w niektórych suszarniach tunelowych stosuje się recyrkulację czynnika
suszącego. Jej zadaniem jest wprowadzenie strumienia powietrza w ruch burzliwy, w
celu niedopuszczenia do rozwarstwień poziomych oraz umożliwia regulację
wilgotności w pierwszym okresie suszenia.

W produkcji cienkościennych wyrobów ceramiki budowlanej stosowane są agregaty
formująco-suszące. Prasa pasmowa, automatyczny ucinacz oraz urządzenia

transportowe i załadowcze są wówczas usytuowane w bezpośrednim sąsiedztwie
suszarni. Tunel suszarni jest otwarty, a suszone wyroby są układane jedną warstwą
na przenośniku rolkowym.

Kolejną grupą suszarń o pracy ciągłej są suszarnie konwejerowe

zwane również łańcuchowymi, szafkowymi lub szalkowymi.
Stanowią one zazwyczaj podstawowy element
zmechanizowanego transportu wewnętrznego półfabrykatów
między formownią i piecownią. Stosuje się je powszechnie w
zakładach ceramiki stołowej, gdzie współpracują z automatami
formierskimi.

Można w nich także suszyć cienkościenne wyroby ceramiki

budowlanej.

Suszarnie konwejerowe to komory, w których wędrują dwa

równoległe łańcuchy bez końca, z podwieszonymi przegubowo
półkami.

Dziękuję za uwagę!

Źródła

1. „Suszenie wyrobów ceramicznych” – Małgorzata Siemieniec
2. http://sod.ids.czest.pl/publikacje/l606/l606.pdf
3. http://encyklopedia.pwn.pl/haslo/3884269/ceramika.html
4. http://www.technologia.gda.pl/dydaktyka/index/w/tmb_chb/pdf_z/Wyklad_2

.pdf