НОВЫЙ ПОДХОД К ОПРЕДЕЛЕНИЮ РЕЖИМОВ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ В ВАКУУМНЫХ СУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ

Н.В.Ладейщнков, В. В. Сергеев - Уральская государственная лесотехническая академия

Качество, а следовательно, и срок cлужбы изделий из древесины на­прямую зависят от правильного про­ведения процесса сушки. Влажность древесины должна соответствовать тем параметрам окружающей среды, при которых будет эксплуатировать­ся изделие из древесины.

Неравномерная усушка обусловле­на градиентом влажности ∆W, воз­никающим по сечению материала, она является причиной появления внутренних напряжений в высуши­ваемом материале. Поверхностные слои при наличии большого гради­ента влажности (особенно это харак­терно на начальном этапе сушки) подвержены усушке в большей мере, чем внутренние. Вследствие того, что внутренние слои препятствуют усушке наружных слоев, в древеси­не возникают внутренние напряже­ния и, как следствие, происходят об­разование трещин и коробление ма­териала. Чем больше градиент влаж­ности по сечению материала, тем больше внутренние напряжения, возникающие в нём.

Необходимость получения качест­венно высушенного материала требует разработки специальных режи­мов проведения конвективной суш­ки либо новых, альтернативных конвективному, методов сушки, одним из которых является вакуумная суш­ка. Выбор оптимального режима сушки с минимальными затратами тепла при наиболее интенсивном удалении влаги из древесины - га­рантия получения высушенного ма­териала с наилучшими технологиче­скими свойствами.

Интенсификация процесса сушки должна проводиться в определённом направлении при обязательном со­хранении или улучшении качества высушиваемого материала. Основ­ными показателями при выборе ме­тода интенсификации процесса суш­ки считаются температура и степень насыщенности сушильного агента φ.

Интенсификация процесса сушки осуществляется в основном путем его ужесточения - снижения φ при уменьшении влажности древесины

В вакуумной среде при измерении φ нет необходимости измерять тем­пературу смоченного термометра t_м (при традиционной конвективной сушке при атмосферном давлении φ оценивают по психометрической разности ∆t == t_с - t_м ).

Давление насыщения водяного па­ра зависит от его температуры. Зная давление среды в камере, можно оп­ределить температуру насыщения водяного пара и, учитывая, что φ = Р_п/ Р_н, по температуре среды в камере t можно рассчитать φ при понижен­ном давлении. В условиях вакуума температура среды может превысить температуру насыщения пара для данного давления. В этом случае сушка древесины будет протекать (по аналогии с высокотемпературны­ми режимами сушки при атмосфер­ном давлении) в среде перегретого пара. Следовательно, испарительная способность среды будет тем выше, чем больше разность между темпе­ратурой среды и температурой насыщения, т.е. чем меньше φ.

Таким образом, при сушке древе­сины в вакуумной среде жёсткость процесса можно повышать путём увеличения температуры среды t при её постоянном давлении либо путём снижения давления среды в камере при неизменной температуре.

Например, если давление среды Р=12кПа, то при t=50°С φ=1,0; при t=65°С φ=0,48; при t=75°С φ=0,30. Если t=60°С, то при Р=20кПа φ=1,0; при Р=10кПа φ=0,50; при Р=5КПа φ=0,25.

Регулировать φ при сушке в ваку­умной камере (в отличие от конвек­тивной сушки, при которой φ регули­руется приточно-выгяжной вентиля­цией) возможно только путём кон­денсации паров воды, покинувших древесину, с помощью охладитель­ной системы и последующего удале­ния конденсата из вакуумной камеры.

Но просто каким-либо способом измерять φ и её регулированием ин­тенсифицировать процесс - без учета развивающихся в высушиваемом ма­териале напряжений - недопустимо.

При современном подходе к разра­ботке режимов сушки (когда распи­сание режима фактически задаётся заранее и в большинстве случаев слабо учитывает изменения в высу­шиваемой конкретной древесине) интенсификация процесса сушки древесины обусловливает значитель­ную порчу высушиваемого материа­ла, прежде всего из-за чрезмерного развития внутренних напряжений и связанных с ними деформаций.

Устранить этот недостаток воз­можно только при использовании та­ких режимов, при которых развива­ющиеся в древесине внутренние на­пряжения не превышают соответст­вующих показателей её прочности.

При сушке с большой интенсивнос­тью температура поверхностного слоя материала увеличивается с само­го начала процесса При этом по тол­щине материала возникает значитель­ный перепад температур, который препятствует движению влаги к по­верхности материала и одновременно уменьшает интенсивность теплооб­мена из-за разности температур.

Если проанализировать темпера­турное поле древесины в процессе сушки, то можно отметить; в древе­сине по мере её высыхания также происходит постепенное возраста­ние температуры, причём зона более высокой температуры углубляется по мере высыхания древесины. Осо­бенно характерно это выражено в температурном перепаде между по­верхностными и центральными сло­ями высушиваемого сортимента. В этом случае древесина является как бы стабилизирующимся и саморегу­лирующимся элементом.

Отсутствие количественных методов контроля и математических методов расчёта внутренних напряже­нии, возникающих в древесине на протяжении всего процесса удале­ния влаги, заставляет искать альтер­нативные пути оценки напряжений в высушиваемом материале.

Наиболее приемлемый косвенный метод контроля за напряжениями в высушиваемом материале в процес­се вакуумной сушки - температур­ный метод измерения влажности. Этот метод даёт возможность сле­дить за изменением перепада темпе­ратур между поверхностными и цен­тральными слоями.

Таким образом, градиент темпера­туры по сечению материала будет косвенно отражать напряжённое со­стояние высушиваемого материала. Для того чтобы знать картину пере­пада влажности по сечению пилома­териала, достаточно включить встречно две термопары: одну на по­верхности, другую - в центре высу­шиваемого образца. Разность пока­заний термопар обусловлена гради­ентом влажности. Следовательно, по этой влажности можно судить о раз­вивающихся в древесине напряже­ниях: чем больше перепад темпера­тур между поверхностными и цент­ральными слоями, тем опаснее сте­пень напряжённости наружного слоя сортимента. В то же время термопа­ра центрального слоя будет показы­вать текущую влажность высушива­емого сортимента

На начальном этапе вакуумной сушки поверхностный слой матери­ала достаточно быстро достигает равновесной влажности и темпера­тура слоя приблизительно равна температуре агента сушки. Следова­тельно, замеряя перепад температур двумя термопарами: первой, уста­новленной в сушильной камере (температура t_с, и второй термопа­рой, вмонтированной в толщу сорти­мента (в середине его сечения), - можно регулировать заданный тем­пературный перепад ∆t, тем самым обеспечивая необходимую интенси­фикацию процесса с учетом напря­жений, возникающих при удалении влаги из материала.

[ скачать .ZIP - 6К]

[ Ж-л Деревообрабатывающая промышленность, 2000г. №5, стр. 26-27. ]

Вверх | Главная | Диссертация | Библиотека | Ссылки | Написать Мне |