Способ сушки диэлектрических материалов, в частности пиломатериалов

 

Использование: в технике сушки и предназначено для интенсификации процесса сушки влажных материалов, в частности пиломатериалов различных пород дерева, и может быть использовано в деревообрабатывающей и мебельной промышленности. Сущность изобретения: процесс сушки, осуществляемый путем одновременной термической СВЧ-обработки материалов, перемещаемых конвейером в сушильной камере, и конвективного нагрева горячим воздухом. Процесс делают управляемым за счет изменения величины СВЧ-мощности в зависимости от породы, геометрических размеров и влажности пиломатериалов. Причем это управление осуществляют на основе определенного соотношения.

Изобретение относится к технике сушки и предназначено для интенсификации процесса сушки влажных материалов, в частности пиломатериалов различных пород деревьев и разных сортиментов, и может быть использовано в деревообрабатывающей и мебельной промышленности.

Известен способ сушки, при котором обрабатываемые изделия во влажном состоянии перемещают с помощью контейнера внутрь камеры, куда одновременно подают СВЧ-мощность, создаваемую СВЧ-генератором, и подогретый воздух, который обдувает изделия. Напор обдувающего воздуха регулируется компрессором, а его температура при заданном расходе определяется температурой теплообменника, которая, в свою очередь, определяется расходом жидкости в теплообменнике, регулируемом при помощи регулятора. Таким образом, для любого вида обрабатываемого изделия можно обеспечить оптимальные режимы сушки, связанные с выбором необходимого соотношения напора и температуры обдувающего их воздуха. Отсюда следует, что регулируется количество теплого воздуха. Однако, понятно, что наиболее опасным разрушающим фактором является избыток СВЧ-мощности, в то время, как избыток теплого воздуха не в состоянии разрушить высушиваемый материал. Именно СВЧ-мощность требует достаточно строгой дозировки.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение качества высушенного материала за счет устранения возможности разрушения внутренних слоев древесины.

Поставленная задача решается в способе сушки диэлектрических материалов, в частности, пиломатериалов, включающем термическую СВЧ-обработку материалов, перемещаемых конвейером в сушильной камере, и конвекционный нагрев горячим воздухом, тем, что осуществляют контроль параметров высушиваемого материала, регулируют величину СВЧ-мощности, изменяя режим работы источников СВЧ-мощности, при этом поддерживают отношение мощностей горячего воздуха и СВЧ энергоподвода в соответствии с выражением: где P_конв мощность, подводимая к поверхности материала (мощность калорифера); P_свч мощность источников СВЧ; n коэффициент, зависящий от вида материала; r скрытая теплота парообразования, R_μ гидравлическое сопротивление слоя материала толщиной d/2; d толщина материала; C средняя удельная теплоемкость влажного материала; r средняя плотность материала;
K коэффициент поглощения СВЧ-энергии материалом.

Комбинированная сушка влажных капиллярно-пористых материалов, какими являются, в частности, пиломатериалы, содержащих как свободную (в междуклеточных структурах), так и связанную (внутриклеточных структурах) влагу, имеет ряд особенностей.

Известно, что при достижении определенной температуры значительно более низкой, чем температура кипения воды, в центральных слоях материалов резко повышается давление паров влаги, причем скорость распространения поля давления на три-четыре порядка превышает скорость распространения поля температуры. Под действием этого давления возникает молярный перенос влаги от внутренних слоев материала к поверхности, определяемый законом фильтрации Дарси. Для того чтобы обеспечить удаление этой влаги с поверхности материала, необходимо обеспечить адекватный поток влаги с поверхности материала в окружающую среду. При наличии баланса между внутренним (СВЧ) и внешним энергоподводами весь процесс сушки может проходить в периоде постоянной скорости сушки, что резко уменьшает время сушки с сохранением всех физико-механических характеристик сушимого материала.

Для этого нагрев материала до критической температуры осуществляют СВЧ-энергоподводом, причем

где P_СВЧ P_oe^-kd/2 удельная мощность СВЧ-энергоподвода; P_o мощность СВЧ-энергии на поверхности материала;
К коэффициент поглощения СВЧ-энергии материалом (коэффициент затухания);
d/2 полутолщина материала;
отношение массы влаги к массе абсолютно сухого тела (начальное влагосодержание материала);
C_o удельная теплоемкость абсолютно сухого тела;
C_в удельная теплоемкость воды.

При достижении критической температуры t^w_кр в центральных слоях материала возникает резкое возрастание давления паров влаги, определяемое уравнением:

где Р давление в центре материала;
n коэффициент, зависящий от вида материала;
С средняя удельная теплоемкость влажного материала;
C = C_o(1-ε)+C_вε
Согласно закону фильтрации Дарси поток влаги, перемещаемой к поверхности,

где R_μ гидравлическое сопротивление слоя материала толщиной d/2;
j_ф удельный поток влаги (через единицу поверхности в единицу времени).

Для оптимальности процесса сушки необходимо, чтобы поток влаги, мигрирующей к поверхности, был равен потоку влаги, уносимой в окружающую среду испарением с поверхности

где Р_конв мощность, подводимая к поверхности материала;
F боковая поверхность материала;
r скрытая теплота парообразования.

Учитывая, что , где r средняя плотность материала.

Приравнивая j_ф j_исп, преобразуя и учитывая, что P_СВЧ= P^°_СВЧ·e^-kd получим:

Таким образом, мы добиваемся равенства потока влаги изнутри и испаряемой с поверхности. Поддерживая это состояние, мы дозируем величину СВЧ-мощности на таком уровне, что разрушения материала не происходит. Определение одних параметров высушиваемого материала, входящих в формулу, осуществляют заранее (порода, толщина), другие являются табличными (полученными экспериментально), а влажность определяется за счет потери СВЧ-мощности. Имея таблицу данных значений, можно управлять режимом работы СВЧ-источников, изменяя их выходную мощность.

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом.

Высушиваемые пиломатериалы подают в рабочую камеру с помощью конвейера, осуществляют контроль параметров диэлектрического материала (дерева). Затем в зависимости от величины потерь СВЧ-мощности при известной толщине и породе по заранее известной таблице, рассчитанной с помощью известной формулы, изменяют величину СВЧ-мощности, изменяя режим работы источников СВЧ-мощности.

Эксперименты показали, что в наиболее встречающихся случаях: породы - сосна, ель, дуб, береза, осина, ольха, влажность 25 80% толщина от 10 до 50 мм, оптимальное соотношение мощностей СВЧ-источников и теплого воздуха лежит в пределах от 1:5 до 1:10.

Таким образом, экономический эффект заключается в улучшении качества досок, поскольку они не разрушаются, в экономии электроэнергии и увеличении долговечности установки за счет увеличения долговечности источников питания.

Формула изобретения

Способ сушки диэлектрических материалов, в частности пиломатериалов, включающий термическую СВЧ-обработку материалов, перемещаемых конвейером в сушильной камере, и конвекционный нагрев горячим воздухом, отличающийся тем, что осуществляют контроль параметров высушиваемого материала, регулируют величину СВЧ-мощности, изменяя режим работы источников СВЧ-мощности, при этом поддерживают отношение мощностей калорифера и СВЧ-источника в соответствии с выражением

где Р_конв мощность, подводимая к поверхности материала (мощность калорифера),
Р_СВЧ мощность источников СВЧ,
n коэффициент, зависящий от вида материала,
r скрытая теплота парообразования,
R_μ гидравлическое сопротивление слоя материала толщиной d/2,
d толщина материала,
r средняя плотность материала,
k коэффициент поглощения СВЧ- энергии материалом,
С средняя удельная теплоемкость влажного материала.