Способ сушки древесины

 

Использование: в деревообрабатывающей промышленности. Сущность изобретения: древесину предварительно нагревают при атмосферном давлении в камере. Затем ее вакуумируют и одновременно подают атмосферный воздух. Устанавливают режим равновесия и поддерживают его до достижения заданной величины остаточной влажности древесины. После этого вакуумирование камеры и подачу в нее воздуха прекращают. Древесину нагревают до достижения относительной влажности среды в камере до состояния насыщения. Теплообработку проводят в данной среде. 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к деревообработке, а именно, к способам сушки древесины и других волокнистых материалов, и может быть использовано на предприятиях деревообрабатывающей и других отраслей промышленности.

Различают естественный (атмосферный) и камерный способы сушки древесины. Атмосферная сушка производится в естественном, не подогреваемом искусственно воздухе. Камерная сушка осуществляется в камерах с искусственным нагреванием высушиваемого материала, интенсифицирующим испарение влаги из древесины.

Основными проблемами при камерной сушке древесины являются обеспечение эффективного подвода тепла к древесине; ускорение процесса сушки; снижение температуры нагрева древесины в процессе сушки; снижение вредных воздействий процессов искусственной сушки на высушиваемый материал.

Рациональный подвод тепла к древесине должен обеспечить необходимую скорость испарения влаги, равномерность нагревания всей массы материала, снижение потерь тепла в окружающую среду. Скорость сушки зависит от интенсивности теплопередачи к древесине и температуры нагрева. Однако повышение температуры нагрева снижает качество древесины, оказывает повреждающее воздействие на органические составляющие материала. Качество древесины зависит также от правильной организации технологических процессов сушки, снижающих остаточные напряжения, коробление и другие повреждения материала, возникающие вследствие интенсивного теплового воздействия.

Снижение температуры нагрева может быть достигнуто при сушке древесины в вакуумной камере. Понижение давления снижает температуру кипения воды, содержащейся в древесине, при этом сохраняется интенсивность ее испарения. Снятие остаточных напряжений, возникающих в древесине в процессе сушки, осуществляется процессом влаготеплообработки поверхности дерева в конце процесса сушки, которая производится путем обдува древесины водяным паром.

Для защиты от коробления пиломатериалов в процессе сушки используют методы и средства, фиксирующие доски в штабеле с помощью различных зажимных устройств.

Известен, например, способ сушки пиломатериалов в вакуумной камере [1] заключающийся в том, что штабель пиломатериалов помещают в вакуумную камеру, прогревают штабель паром или горячим воздухом при атмосферном давлении в камере до заданной температуры, затем прогрев прекращают, камеру вакуумируют и выдерживают при пониженном давлении до тех пор, пока происходит испарение влаги из древесины за счет тепла, накопленного древесиной при нагревании. Затем давление в камере повышают до атмосферного, опять прогревают штабель паром или горячим воздухом и повторяют процесс вакуумирования.

Описанный способ характеризуется цикличностью процесса сушки с чередующимися периодами нагрева при атмосферном давлении, откачки камеры, собственно сушки при низком давлении и повышения давления после прекращения выпаривания влаги из древесины, вследствие ее остывания. Процесс сушки в описанном цикле занимает менее 30% времени цикла, поэтому общая продолжительность сушки велика.

Известен способ сушки пиломатериалов в вакуумной камере [2] который заключается в том, что штабель пиломатериалов помещают между электродами высокочастотного колебательного контура, нагревают древесину за счет диэлектрических потерь и вакуумируют камеру до заданного остаточного давления. В данном способе процесс нагревания и сушки в вакууме осуществляют непрерывно и общая продолжительность сушки существенно сокращается.

Однако для реализации данного способа требуются достаточно сложное, дорогостоящее высокочастотное оборудование, специальная защита от вредного воздействия электромагнитных полей большой мощности и самое главное при реализации способа велики непроизводительные потери энергии. Это связано с тем, что на нагрев древесины расходуется лишь активная составляющая мощности, которая в лучшем случае не превышает 40% общего расхода электроэнергии. Реактивная составляющая (60% и более) рассеивается в окружающем пространстве.

Известен также способ влаготеплообработки пиломатериалов для снятия остаточных внутренних напряжений, осуществляемый путем обдува штабеля насыщенным водяным паром через увлажнительные трубы, расположенные в сушильной камере [3] Однако такая влаготеплообработка возможна при укладке пиломатериалов в штабель на прокладках, образующих в объеме штабеля каналы для прохода воздуха (и пара) при обдуве штабеля.

При плотной укладке слоев пиломатериала в штабеле при нагреве древесины, например, нагревательными панелями, каналов для прохода пара в объеме штабеля не образуется, поэтому обдув внешней поверхности штабеля паром бесполезен, так как пар не может проникнуть внутрь штабеля и увлажнить каждую доску в его объеме.

Известен способ сушки пиломатериалов в вакуумной камере с использованием в качестве источника тепла нагревательных панелей [4] заключающийся в том, что пиломатериал помещают в камеру, нагревают с помощью панелей и вакуумируют камеру.

Однако при использовании этого способа невозможно регулировать влажность среды в камере в процессе сушки и производить влаготеплообработку пиломатериала в камере в процессе и по окончании процесса сушки.

Задачей изобретения является создание способа сушки древесины, обеспечивающего значительное ускорение процесса сушки при одновременном повышении качества высушенной древесины и эффективности процесса в целом.

Это достигается тем, что древесину помещают в вакуумную камеру, предварительно нагревают в ней при атмосферном давлении, затем камеру вакуумируют, сушат древесину в разреженной среде, после чего производят ее влаготеплообработку для снятия остаточных внутренних напряжений.

В предложенном способе сушки после предварительного нагревания древесины вакуумную камеру откачивают и одновременно подают в нее атмосферный воздух, устанавливают режим динамического равновесия, который поддерживают в течение всего процесса сушки, при достижении древесиной заданной величины остаточной влажности прекращают откачку камеры и подачу в нее атмосферного воздуха, а подвод тепла к древесине продолжают до повышения относительной влажности среды в вакуумной камере до состояния насыщения и выдерживают древесину в этой среде в течение времени, необходимого для осуществления процесса влаготеплообработки.

Это обеспечивает значительное ускорение процесса сушки при одновременном повышении качества высушенной древесины и эффективности процесса в целом.

Целесообразно режим динамического равновесия поддерживать при давлении 50-150 мм рт.ст. Это дает возможность поддерживать температуру кипения свободной влаги в древесине в процессе сушки на уровне 40-60^оС, т.е. реализовать низкотемпературный режим сушки.

Перед вакуумированием камеры древесину предварительно прогревают до температуры в среднем сечении доски, превышающей температуру кипения воды при давлении динамического равновесия на 10-20^оС.

Это позволяет создать в древесине режим перегретой жидкости, которая при вакуумировании вскипает во всем объеме древесины, при этом давление паров выталкивает часть влаги через поры дерева в жидком виде, что снижает энергозатраты на сушку.

Способ сушки древесины заключается в следующем.

Древесину укладывают в штабель, например на платформу, между слоями древесины размещают нагревательные панели, платформу со штабелем помещают в вакуумную камеру и подключают панели к источнику тепла, Включив нагревательные панели, древесину прогревают при атмосферном давлении на всю толщину до заданной температуры. Температуру можно определить при помощи термопар или других температурных датчиков, размещенных на поверхности древесины или внутри ее в специально высверленных отверстиях.

После предварительного прогрева древесины вакуумную камеру откачивают до заданного давления, открывают подачу атмосферного воздуха и устанавливают режим динамического равновесия при выбранном давлении в камере. Прокачка атмосферного воздуха через вакуумную камеру при пониженном давлении динамического равновесия позволяет регулировать параметры среды в вакуумной камере в соответствии с требованиями технологического процесса сушки в зависимости от породы, сортимента и влажности древесины.

Режим динамического равновесия при прокачке камеры поддерживают в диапазоне 50-150 мм рт.ст. (6,6-20 кПа). Это позволяет использовать для длительной работы на выбранном режиме водокольцевые вакуум-насосы, способные откачивать воздух с любым содержанием влаги и других примесей. Снижение давления динамического равновесия ниже 50 мм рт.ст. требует применения поршневых или золотниковых вакуум-насосов, которые не могут откачивать переувлажненный воздух. Поддержанием низкого давления равновесия снижают температуру кипения влаги в древесине и реализуют низкотемпературный режим сушки, благоприятный для качества высушенной древесины.

Температуру кипения свободной влаги в древесине в указанном диапазоне изменяют от 40 до 60^оС, для обеспечения выпаривания влаги из древесины в процессе сушки температуру нагревательных панелей поддерживают на 10-20^оС выше температуры кипения влаги. Повышение давления динамического равновесия выше 150 мм повышает температуру кипения влаги в древесине и требует соответствующего повышения температуры в нагревательных панелей, что ведет к снижению качества древесины.

Откачка камеры с одновременной подачей в нее атмосферного воздуха (прокачка) нужна для частичного отвода паров из внутренней полости камеры. Остальную влагу отводят из камеры путем конденсации ее на стенках камеры или на поверхности специального конденсатора внутри камеры и сбора ее в конденсатосборник в нижней части камеры. Регулирование расхода воздуха при прокачке позволяет регулировать влажность среды, окружающей штабель в процессе сушки.

Внешние слои древесины высыхают быстрее чем внутренние, происходит их усушка (усадка) и в древесине возникают внутренние напряжения, вызывающие деформацию и растрескивание материала. Эти напряжения снимают влаготеплообработкой, т.е. искусственным увлажнением внешних слоев при повышенной температуре. Для ее осуществления откачку камеры и подачу атмосферного воздуха прекращают, а нагрев продолжают. Остаточная влага, испаряясь из древесины, насыщает среду, окружающую штабель в камере до 100% относительной влажности. При этом значении влажности и при повышенной температуре древесину выдерживают в течение нескольких часов, обычно 2-6 для разных пород и сортимента. За это время влажность по толщине выравнивается и внутренние напряжения снимаются.

Влаготеплообработка может быть как промежуточной в процессе сушки, так и окончательной в ее конце.

Предварительный нагрев древесины при атмосферном давлении в начале сушки до температуры, превышающей температуру кипения при выбранном давлении динамического равновесия на 10-20^о, приводит к тому, что при откачке до заданного давления большое количество свободной влаги, содержащейся в древесине в начале сушки, оказывается в режиме перегретой жидкости. При падении давления она вскипает во всем объеме древесины и часть ее в жидком виде выталкивается давлением паров в полость камеры. Этот процесс позволяет сэкономить некоторое количество энергии, которая потребовалась бы на испарение этой жидкости в дальнейшем процессе сушки.

Способ применим для ускоренной сушки древесины на предприятиях деревообрабатывающей промышленности. Широкое использование этого способа обусловлено следующими его преимуществами. Он может быть осуществлен в любой, простейшей по конструкции, вакуумной камере. Ускорение процесса вакуумной сушки в 10-15 раз по сравнению с камерной сушкой при атмосферном давлении, которое вызвано тем, что гидросопротивление пористой структуры древесины прохождению паров воды в десятки раз ниже, чем при движении влаги к поверхности в жидком виде, что имеет место при обычной камерной сушке при атмосферном давлении. Процесс сушки происходит при низкой температуре, как правило, при 50-70^оС, что позволяет сохранить высокое качество материала. Равномерный подвод тепла от нагревательных панелей к поверхности древесины по всему объему штабеля повышает равномерность сушки древесины и обеспечивает малые потери тепла в окружающую среду, так как тепло передается каждой точке поверхности древесины при непосредственном контакте, а конвективный теплосъем с боковых поверхностей штабеля ничтожен, так как процесс идет в разреженной среде вакуумной камеры. Кроме того, прокачка камеры в процессе сушки позволяет легко регулировать параметры технологических режимов для разных пород и сортимента, а остановка прокачки дает возможность проводить влаготеплообработку без применения специальных увлажняющих устройств и внешних источников насыщенного пара.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ путем предварительного нагрева ее при атмосферном давлении в камере вакуумирования камеры и сушки древесины в разреженной среде и последующей для снятия остаточных внутренних напряжений, отличающийся тем, что одновременно с вакуумированием камеры в нее подают атмосферный воздух, устанавливают режим равновесия между этими процессами и поддерживают его до достижения заданной величины остаточной влажности древесины, после чего вакуумирование камеры и подачу в нее воздуха прекращают, а нагрев продолжают до достижения относительной влажности среды в камере до состояния насыщения и теплообработку проводят в данной среде.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что режим равновесия поддерживают при давлении 50 150 мм рт. ст.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительный нагрев осуществляют до температуры, на 10 20^o превышающей температуру кипения воды при давлении равновесия.