تقنية الطوب

التجفيف السريع بالحمل الحراري للطوب المجوف

(FH) رالف كونيغ، بكالوريوس الهندسة  ،D- Krumbac

 التطور السريع للصناعة الحديثة يتطلب من كل شركة أن تُجري الابتكار التكنولوجي بأقصى قدر من المرونة والسرعة وفقًا لظروفها الخاصة.وينطبق هذا المبدأ أيضًا على مجال تقنية التجفيف في صناعة الطوب.قبل حوالي100 عام،كانت لبنة الطوب توضع في أرفف التجفيف المسماة "hack" للتجفيف )أي التجفيف الطبيعي(، واليوم أصبحت هذه التقنية الطبيعية للتجفيف متخلفة تمامًا.فهي تتيح الإنتاج الموسمي فقط،ويستغرق دورة التجفيف من 2 إلى 3 أسابيع؛ أما أرفف التجفيف أو غرف التجفيف المكشوفة،فيمكنها الدوران فقط من 10 إلى 12 مرة في السنة.وبدون عدد كافٍ من أرفف التجفيف،لا يمكن لهذه التقنية أن تتكيف مع الإنتاج المستمر في الأفران.

بدأ تطور مجال تقنية التجفيف في استخدام ما يسمى "أرفف التجفيف الكبيرة السعة"،والتي كانت تُبنى فوق الأفران الدائرية أو المتعرجة، حيث يُستخدم الهواء الساخن الصاعد من الفرن للتجفيف.هذا قلل دورة التجفيف إلى 10 أيام.

اليوم،تُستخدم غرف التجفيف النمطية أو النفقية للاستفادة من الحرارة المتبقية لأفران النفق للتجفيف الصناعي.وتحدد دورة التجفيف حسب نوع المنتج وخصائص المواد الخام،وتتراوح بين 1 إلى 3 أيام.المرحلة الثورية الأخرى في هذا المجال هي إدخال تقنية التجفيف السريع،حيث يستغرق التجفيف ساعة إلى ساعتين فقط. يقدم هذا المقال رسمًا توضيحيًا لمبدأ التجفيف السريع للطوب الأجوف عالي المسامية،ويعرض أيضًا آفاق الاستثمار الخاصة به.

أصل التجفيف السريع

في منتصف الثمانينيات،تطورت مصانع متعددة في ألمانيا الاتحادية لصناعة المحفزات الصناعية.كان مقطع هذه المحفزات 150 مم × 150 مم،وطولها حوالي 1.0 إلى 1.2 م،وكانت ذات مسامية عالية. في ذلك الوقت،جاء عدد كبير من المجففات في هذه المصانع الحديثة التطور من شركة نوفوكارام.من ناحية جودة التجفيف ومدة التجفيف،يمكن تحقيق أفضل النتائج فقط عندما يتعرض الجسم الخام لتدفق متقاطع ودوراني للهواء،وإذا تجاوز التجفيف القسري المستوى المطلوب،فإن بعض معايير الإنتاج الأخرى تلعب دورًا معينًا،مثل سرعة تدفق الغاز عبر مسام وسطح الجسم الخام وحالة كمية الحرارة التي يحملها الغاز أثناء مرور الجسم الخام. وقد تم اكتشاف أنه في بعض الحالات،بسبب أن ضغط بخار الماء المشبع في الغاز يتجاوز بشكل كبير الجسم الخام،فإن ثُلث الجسم غير المجفف يتعرض في النهاية للتلف بسبب امتصاص تكاثف الماء.

يعد التسخين بالميكروويف أو التردد العالي الطريقة المثالية لتسخين تدفق الهواء.ومع ذلك،واجهت التجربة مشاكل يصعب حلها،هنا سنذكر مشكلتين تمثلان الحالات النموذجية:

أ. في بعض المناطق،يستخدم التسخين بالتردد العالي فقط لأجزاء المعدات المعدنية مثل أجهزة الاستشعار وأغطيتها؛ ومن الطبيعي أن الألواح الخام المحملة بالجسم الخام لا يمكن إعادة استخدامها.

ب. يسبب التسخين بالتردد العالي تولد شحنات كهربائية ساكنة كبيرة في حزام التسخين، وحتى طبقة الماء الرقيقة جدًا على الجسم الخام أو بين الجسم الخام واللوحة البلاستيكية يمكن أن تؤدي سرعة تفريغها إلى احتراق اللوحة أحيانًا، مما يسبب أضرارًا.

لذلك،فقد أثبتت الطريقة التي تعتمد على التسخين المسبق المتوسط للألواح القابلة للتسخين )لمنع التكاثف على الجسم الخام( نجاحها في التجربة العملية. في الواقع، فإن الخبرة التي تم الحصول عليها في تجفيف محفزات نوفوكارام ألهمت فكرة تطوير غرف تجفيف عالية السرعة للطوب المسامي. في السنوات الأخيرة، أجرت نوفوكارام عددًا كبيرًا من تجارب التجفيف، على منتجات تتراوح من ألواح كبيرة (50 × 30 × 300 سم( إلى الطوب المسامي التقليدي بطوله الطبيعي. والآن أصبح من الواضح أن التجفيف بالحمل الحراري يمكن أن يحقق النتائج المطلوبة تمامًا.

المبادئ الأساسية لعملية التجفيف السريع بالحمل الحراري

أكثر ما يعرفه الناس عن التجفيف بالحمل الحراري هو استخدام مجفف الشعر لتجفيف الشعر. المبادئ الأساسية للتجفيف بالحمل الحراري هي: تمر مادة التجفيف )عادة الهواء الساخن)عبر الأشياء المراد تجفيفها، فتتبخر الرطوبة وتمتصها وتنقلها. ونظرًا لأن تبخر الماء يحتاج إلى حرارة، فإن مادة التجفيف تبرد تدريجيًا أثناء عملية التجفيف وتمتص المزيد من الماء )انظر الشكل 1). قدرة الهواء على امتصاص الماء محدودة بدرجة حرارة معينة، أي ما يُسمى "ضغط بخار الماء المشبع". إذا تجاوز هذا الحد، فإن الرطوبة الزائدة تتكثف على شكل ضباب أو ماء متكاثف، وهذه الحالة تعتبر خطيرة جدًا أثناء التجفيف. عادةً ما يُعبر عن حالة الهواء داخل غرفة التجفيف بدرجة الحرارة ℃ ونسبة الرطوبة النسبية. وبالمناسبة، عند استخدام مخطط h-x، يجب أن نلاحظ أن هذين المعاملين هما القيم الأساسية.

تحقيق التوازن في حالة التدفق

نقطة الانطلاق للتجفيف السريع هي الوقت الذي يستغرقه الطوب الطيني في غرفة التجفيف التقليدية، والذي يكون دائمًا بالنسبة للطوب الأكثر بطئًا في الجفاف. وهذا مرتبط مباشرة بموقع الطوب الطيني داخل غرفة التجفيف (انظر الشكل 2). على سبيل المثال، الطوب الواقع بالقرب من الجدار الخارجي يجف أبطأ بكثير من الطوب القريب من المروحة. لذلك، عندما يتدفق الهواء الجاف القادم من الممرات الوسطى، فإن سرعته تتناقص تدريجيًا، بينما تنخفض درجة حرارته وتصبح أكثر تشبعًا، وبالتالي تقل قدرته على امتصاص الرطوبة. وحتى عندما يصبح من الممكن إخراج الطوب من غرفة التجفيف، يجب على نظام التجفيف الاستمرار في العمل حتى تجف كل الطوب الموجود في المواقع الأقل ملاءمة، وفي الواقع معظم الطوب في غرفة التجفيف لا يحتاج إلى تمديد عملية التجفيف.

لذلك،الخطوة الأولى في التجفيف السريع هي الحفاظ على توازن حالة تدفق الهواء عبر كامل المقطع الذي يجري فيه دوران الهواء مباشرة.وبهذه الطريقة، تصبح عملية تجفيف كل قطعة طوب غير مرتبطة بموقعها داخل غرفة التجفيف،أي يجب أن تكون العملية في أي وقت أثناء التجفيف متساوية.

زيادة سرعة تدفق الهواء

طالما توجد ظروف مناخية مناسبة، فإن سرعة تدفق الهواء لها تأثير خاص جدًا على سرعة التجفيف. مع زيادة سرعة تدفق الهواء، تتسارع سرعة التجفيف أيضًا. السرعات المنخفضة تولد تدفقًا طبقيًا متساويًا، ومثال على تدفق متساوي نسبيًا في الطبيعة هو نهر هادئ يتدفق بهدوء. عند زيادة سرعة التدفق، يصبح الماء أكثر اضطرابًا. ومثال من الطبيعة على ذلك هو تيارات الجداول الجبلية التي تتدفق إلى الوديان خلال موسم ذوبان الثلوج.

في عملية التجفيف، يشير الاضطراب إلى وجود طبقة هواء ثابتة على سطح القطعة، تُسمى الطبقة الحدودية. وهذا يعوق التجفيف، وتصبح الطبقة أرق تدريجيًا أثناء العملية (انظر الشكل 3).

جسيمات الهواء سريعة التدفق تمتص جزيئات الماء بسهولة أكبر من جسيمات الهواء بطيئة التدفق.

بعد زيادة سرعة تدفق الهواء، تتسارع سرعة التجفيف بشكل كبير، وتزداد نسبة الرطوبة في الغاز بأكثر من 5%.

بالطبع، عند السرعات العالية لتدفق الهواء، يجب أولًا الانتباه بشكل كامل إلى استمرارية وتوازن تدفق الغاز لتحقيق التأثير المرغوب. وهذا يعني أن جميع أجزاء القطعة يجب أن تتعرض للهواء، ويجب أن تكون سرعة تدفق الهواء متساوية في جميع أجزاء المقطع. القول أسهل من التنفيذ، وفي الظروف الحالية، استغرق هذا البحث التجريبي أكثر من عام.

نسبة تدفق الحلقات إلى تدفق الاختراق

نظرًا للقوانين الجديدة المتعلقة بالعزل الحراري مؤخرًا، أصبحت حجم الفتحات أكبر. هذا يعني أن الجدار الداخلي للفتحات أصبح أرق وأرق. للجدار الرقيق للفتحة مزاياه، ولا توجد مشكلة كبيرة أثناء التجفيف، لأن الفرق الوحيد تقريبًا هو في سماكة الجدار—فالرطوبة المتولدة مختلفة قليلًا (انظر الشكل 4)، وإذا كان فرق محتوى الماء صغيرًا، فإن الفرق في الانكماش سيكون أيضًا صغيرًا، ويبدو أن خطر تشقق التجفيف صغير جدًا.

من ناحية أخرى، نظرًا لأن مساحة السطح تلعب دورًا حاسمًا في التجفيف بالحمل الحراري، فإن هذه المنتجات المجوفة عالية التجويف لها سطح داخلي كبير، حوالي ثلاثة أضعاف السطح الخارجي، وبالتالي كلما كانت مساحة السطح أكبر مع نفس محتوى الماء، كلما أصبح التجفيف أسهل.

يجب أن تفي نسبة تدفق الهواء للاختراق إلى تدفق حلقات الطوب المسامي بنسبة معينة. تعتمد هذه النسبة على ارتفاع الفجوة بين سطح أعلى الجسم السفلي وسطح أسفل اللوح العلوي A وعرض الفجوة بين الجسمين المجاورين B (كما هو موضح في الشكل 6). ومع ذلك، نظرًا لقيود تركيب المراوح في غرف التجفيف بالحمل الحراري وغرف التجفيف النفقية، فإن النسبة المناسبة للتدفق لا يمكن الوصول إليها أو لا يمكن تحقيقها بالكامل. يجب توافر ثلاثة شروط للتجفيف السريع الناجح: يجب أن تكون شروط تدفق الهواء في المقطع بأكمله متشابهة (سرعة الهواء في التدفق الدائري والاختراقي متساوية)؛ يجب ألا تقل سرعة الهواء عن قيمة محددة؛ يجب أن تكون سرعة التدفق الدائري والاختراقي لكل قطعة من الطين متسقة.

الخبرة في مجال التجفيف السريع

خلال العامين الماضيين، قامت شركة Novokaram بإجراء أبحاث مستمرة في المصنع،وحققت معلومات مهمة في مجال النماذج الهوائية.بالإضافة إلى ذلك،تم تأكيد الاستنتاجات المستندة إلى الأسس النظرية.استنادًا إلى هذه المبادئ الأساسية،تم إنشاء مصنع تجريبي لتجفيف منتجات الطين المسامية الكبيرة بسرعة،ومن ثم تم تجهيز ثلاثة مصانع مختلفة للطوب باستخدام طريقة التجفيف السريع.فيما يلي يتم سرد معلمات خصائص التجفيف ذات الصلة على حدة.

التجفيف السريع وتشقق التجفيف

غالبًا ما يخطئ الناس في الادعاء بأن تشققات التجفيف هي التأثير المباشر للانكماش.كما ذُكر في هذه المقالة،فإن تشققات التجفيف ليست نتيجة مباشرة للانكماش.تشققات التجفيف تحدث بسبب الاختلافات في الانكماش داخل القطعة،وتعتمد الاختلافات في الانكماش على توزيع الرطوبة المختلف.في التجفيف السريع،يجب أن تتعرض القطعة للهواء بشكل متساوٍ، بحيث يكون الفارق في الرطوبة الناتج ضئيلًا جدًا. إذا أخذنا تشققات التجفيف في هذا السياق، فإنه من السهل رؤية سبب عدم وجوب إلقاء اللوم على التجفيف السريع لارتفاع حساسية التجفيف.

تم تأكيد الاستنتاج أعلاه من خلال مقارنة الطوب المجفف بالطرق التقليدية مع الطوب المجفف بسرعة فائقة.عند تجفيف الطوب بنفس المستوى باستخدام طرق مختلفة،كان وزن الطوب الناتج عن التجفيف السريع أعلى.

الرطوبة المتبقية ووقت التجفيف

في البداية، كان هدفنا هو أن يكون وقت التجفيف ≤ 2 ساعة. تعتمد الرطوبة المتبقية بعد التجفيف على دورة التجفيف،ومواصفات المنتج،والمواد الخام، وتتراوح عادة بين 0.5٪ و2.5٪. يجب الإشارة إلى أن التجفيف السريع يمكن أن يقلل بشكل ملحوظ من الرطوبة المتبقية بمجرد إطالة عملية التجفيف لبضع دقائق فقط. في المصنع نفسه، عادة ما يكون وقت التجفيف التقليدي حوالي 32-48 ساعة،مع رطوبة متبقية تتراوح بين 1.0٪ و2.5٪. لا يوجد فرق في الجودة بعد الحرق بين المنتجات المجففة بسرعة والمنتجات المجففة بالطرق التقليدية.

منحنى التجفيف الأمثل

مثل التجفيف التقليدي بالحمل الحراري، يجب في التجفيف السريع إيجاد منحنى تجفيف مناسب للمواد الخام. يمكن تخيل منحنى التجفيف السريع كمنحنى تجفيف تقليدي مضغوط، وبالتالي يبدو أن التجفيف السريع ليس إلا "نسخة سريعة" من التجفيف التقليدي.

عملية التجفيف السريع

إذا تم معالجة القطع الأولية بالبخار، فإنه من المهم أن يتم نقل القطع من آلة العصر إلى غرفة التجفيف في أقصر وقت ممكن كما هو الحال في التجفيف العادي. كلما ارتفعت درجة حرارة القطع الأولية، كان التجفيف المبكر أقوى، أي أن القطع تبدأ بالتجفيف عند درجة حرارة مرتفعة بالفعل، دون المرور بمرحلة التسخين التدريجي في غرفة التجفيف، لتجنب إضاعة الوقت الثمين.

أثناء تجفيف القطع،تمت الإشارة مسبقًا إلى نسبة الدورة الدائرية إلى التدفق،وهذه النسبة تعتمد بشكل أساسي على دقة ترتيب القطع في الورشة.ومع ذلك، فإن زيادة دقة ترتيب القطع تعني زيادة الاستثمار. لذلك،تم إجراء تجربة خاصة لضمان قبول الشكل الدقيق لترتيب القطع من قبل الأشخاص. نتائج التجربة:الأخطاء في معدات ترتيب القطع التقليدية وأجهزة تفريغ القطع يمكن قبولها للعملية بأكملها، وليس لها تأثير جانبي على نسبة الدورة الدائرية إلى التدفق. هذا يعني أن معدات ترتيب القطع التقليدية يمكن استخدامها وفقًا للظروف الحالية للعملية.

مزايا التجفيف السريع

عند تقديم تصميم جديد،يسأل كل رائد أعمال فورًا عن مزاياه،وبالنسبة للتجفيف السريع بالحمل الحراري،الأمر لا يختلف.

ما مزايا التجفيف السريع بالحمل الحراري مقارنة بالتجفيف التقليدي بالحمل الحراري؟ من الجوانب الأساسية والأهم هي الجودة. خصوصًا فيما يتعلق بتقليل متطلبات الوقت، وهذا يجب أن يكون أولوية. في العديد من مصانع الطوب الطيني المختلفة، عند إجراء تجارب التجفيف السريع لم يتم تحديد منحنيات تجفيف معقدة، وبعد التجفيف السريع، يمكن الحصول على طوب ذو جودة جيدة أو ممتازة. عند مقارنة الطوب المجفف سريعًا بالطوب المنتج بالطرق التقليدية، فإن الطوب المختار للتجفيف السريع يمتاز على الأقل بنفس جودة الطوب التقليدي، وحتى لا يكون من الواضح دائمًا ما إذا كانت منحنيات التجفيف تلائم المواد الخام المتاحة.

ميزة مهمة أخرى هي تقليل الاستثمار في بناء ورش التجفيف السريع. كما هو موضح في الشكل 7، تشغل غرفة التجفيف السريع بالكامل مساحة صغيرة نسبيًا في المبنى الإنتاجي، وهذا يعني تقليل مساحة المبنى الإنتاجي عند نفس الإنتاجية، أو زيادة الإنتاجية لتحقيق التوفير. بالإضافة إلى ذلك، تبسط عملية التجفيف السريع وتقصر مسارات النقل، كما تُبسط معدات النقل المطلوبة، مما يقلل أيضًا من الاستثمار المالي.

أخيرًا، يجب الإشارة إلى بعض البيانات التقنية. في غرفة التجفيف التقليدية، يتراوح استهلاك الحرارة حوالي 3200-3600 كيلو جول/كغ H₂O، ويعتمد استهلاك الكهرباء على قدرة المواد الخام على التخلص من الماء. وفقًا لسجلات استهلاك الكهرباء في التجارب المختلفة بالمصانع الطوبية، يستهلك كل طن من المواد الملبدة 5-11 كيلو واط/ساعة كهرباء.

مثال على الإنتاج بالجفاف السريع

الصورة 7 هو مخطط تخطيطي للعملية الإنتاجية في مصنع طوب معين،حيث استُبدل نظام التجفيف السريع بعملية التجفيف التقليدية.

بنفس الطريقة في مصانع الطوب الأخرى، بعد تقطيع الطوب الطيني يوضع على ألواح الطوب ويُرسل إلى سيارات التجفيف،ثم توضع الألواح على سيارات التجفيف.ثم تمر عبر غرفة التجفيف السريع. تقف سيارة التجفيف في كل مقصورة لفترة محددة،وهذا يعني وجود ظروف مختلفة في كل مرحلة.سرعة تدفق الهواء في جميع المقصورات ليست متساوية،ولكن مبدأ التجفيف الدوراني والتجفيف عبر المرور وسرعة تحرك سيارة التجفيف في جميع المقصورات هي نفسها. عندما تدخل سيارة التجفيف في الدورة،يكون نصف عملية التجفيف قد اكتملت. في المرحلة قبل التجفيف، عند الانتقال من المقصورة السابقة إلى التالية،تزداد درجة الحرارة تدريجيًا بينما تنخفض الرطوبة النسبية بشكل مستمر. الغرف السريعة المذكورة هنا تتكون من 10 أقسام بالتناوب.إذا اعتبرناها من منظور غرف التجفيف التقليدية على شكل نفق، فسيُنظر إليها على أنها تحتوي على 20 حزامًا للتجفيف.

بعد أن تغادر سيارة التجفيف غرفة التجفيف السريع،تتابع العملية المعتادة. يُزال الطوب الجاف من سيارة التجفيف ويُرتّب على سيارات فرن النفق للانتظار للدخول إلى الفرن، ثم يُحمّى. التفريغ والتغليف في فرن النفق لم يتأثر بتجفيف سريعة.

مصدر المقال

تم تأليف هذا المقال بواسطة المؤلف الألماني رالف كونيغ (Ralf Konig)، ونُشر أصلاً في مجلة "الصناعة الدولية للطوب" (ZI-China Issue) خلال الفترة 1996–1998، النسخة المجمعة باللغة الصينية، دار النشر الألمانية للعمارة. تم النشر هنا فقط لأغراض التعلم والمرجعية، وتظل حقوق الطبع والنشر لكاتبها الأصلي ودار النشر الأصلية.

 معلومات الاتصال:

إذا رأى أي مؤلف أو صاحب حقوق الطبع والنشر أن طريقة الاقتباس من هذا الموقع غير مناسبة،أو يرغب في تعديل/حذف المحتوى ذي الصلة، الرجاء الاتصال بنا من خلال الوسائل التالية:

البريد الإلكتروني: [info@Brictec.com]

الهاتف: [029-89183545]

العنوان: [المدينة الجديدة غاوتشين، طريق تانغيان الجنوب رقم 10، منتزه زونغشينغ الصناعي، مدينة شيآن]

نحن نلتزم بالرد خلال 24 ساعة من استلام إشعاركم، ومعالجة المحتوى ذي الصلة بسرعة وفقًا لطلبكم.

 التزام بالنزاهة الأكاديمية:

تلتزم شركتنا بشدة بمبادئ النزاهة الأكاديمية،وتحترم حقوق الملكية الفكرية لجميع العلماء.إذا كان هناك أي اقتباس غير مناسب،نعتذر بشدة، وسنقوم بتصحيحه على الفور.