СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

Раздел: Строительство

Уточнение режимных параметров

Ввиду большого разнообразия имеющейся на предприятиях сушильной техники и неодинакового состояния действующих сушильных установок, условий их эксплуатации, физического содержания фактически реализуемых процессов сушки и их контроля, а также различной характеристики материала в каждом сушильном хозяйстве желательно изучать и совершенствовать сушильные процессы и накапливать опыт по оптимизации проводимых режимов сушки применительно к местным условиям.

При управлении процессом сушки правильнее оперировать параметрами tM и Аг, а не t и Аг. Именно величина tM определяет температуру древесины и, следовательно, ее сушильные параметры в наиболее ответственной, первой стадии сушки. Этот параметр более точно показывает также влагосодержание и энтальпию воздуха. Он должен поддерживаться на протяжении процесса сушки или его стадиях, по возможности, постоянным; при этом упрощается техника контроля и практическое проведение режимов сушки пиломатериалов.

Производственные наблюдения и контроль (по схемам на  67 и 68) реальных процессов сушки показывают, что при высушивании толстых материалов с высокой начальной влажностью остаточные деформации (см.  65, б, в) развиваются почти с самого начала процесса сушки; они снижают напряжения (т.е. упругие деформации У)-т '^зникающие в материале, поскольку У=В—О. Поэтому переход на вторую ступень сушки может быть назначен значительно раньше достижения материалом влажности 30% (см.  9). На основании данных контроля внутренних деформаций ( 67, б, в) уже при текущей влажности 50—40% можно повышать Дг, сокращая таким путем общую продолжительность сушки. Чем выше начальная влажность материала, тем раньше, по данным ВНИИДМАШ и ММСК-1, этот переход.

Один из основных принципов сушки древесины как термо- лабильного материала — это требование по минимальной его экспозиции в нагретом состоянии при заданных для него допустимых температурах. Поэтому сокращению продолжительности процесса сопутствует более полное сохранение механических свойств древесины.

Прерывистые режимы камерной сушки

Особенности прерывистых режимов сушки заключаются в периодическом прекращении побудительного движения воздуха по материалу и в поддержании повышенной его темпера- Туры во время циркуляции (по сравнению с обычными режимными условиями). При этом имеется в виду тепловая инерционность древесины при кратковременных изменениях состояния среды; среднее гигротермическое воздействие воздуха на материал должно быть таким же, как и без перерывов (линия ABCDEM на  69,а).

С применением прерывистых режимов для трудносохнущих сортиментов не только снижается расход электроэнергии вследствие периодического выключения вентиляторов [38], но также кардинально улучшается качество (равномерность влажности) высушенной древесины по объему штабеля, сокращается длительность процесса.

Во время перерыва циркуляции воздуха и прекращения подвода тепла внутрь штабеля приостанавливается испарение влаги с поверхности материала, но продолжается ее движение К поверхности (выравнивание) внутри его и снижение в нем напряжений. Затем наступает фаза интенсивной циркуляции воздуха с достижением равномерного просыхания древесины по Всему объему штабеля. В режиме учитывается длительность

цикла тц (например, 1 ч) и паузы тп или относительное время паузы © (например, 0,5) в этом цикле.

Длительность цикла зависит от древесной породы и стадии сушки: для твердых пород и в начале процесса циклы короче, чем для мягких и во второй стадии. Для упрощения регулирования длительность цикла можно принять в отдельном процессе постоянной.

Температурные «зубья» в действительности криволинейны; они аналогичны эпюрам деформаций при прерывистой нагрузке (см.  36,6).

Относительное время паузы в=тп/тц тем больше, чем дли^ тельнее весь процесс т. Для очень толстых сортиментов вентилятор останавливают на большее время соответственно желательному снижению усредненной скорости (количества) воздуха [см. (280) и  87, а]. Если материал высушивают до низкой конечной влажности, относительное время пауз в повышают.

В качестве исходных ориентировочных значений применяют прерывистые режимы для материала при продолжительности процесса более 4—5 сут, величину 0, равную 0,5; 0,6; 0,7, если соответственно т=5; 15 и 30 суткам ( 70). Температуру в первой стадии повышают на 2—8° С по сравнению с указанной в обычных режимах сушки; поддерживают также увеличенную в 1,5—2 раза психрометрическую разность, сохраняя ta постоянной. Для автоматического отключения и включения электродвигателя вентилятора возможно использование командного прибора КЭП-12У или двух реле времени.

С применением таких перспективных режимов сушки мощные по подаче воздуха сушильные камеры эффективны как для быстросохнущих материалов (непрерывная работа вентиляторов), так и для трудновысушиваемых сортиментов с большой продолжительностью процесса (прерывистая подача воздуха). Открывается возможность экономичной взаимозаменяемости камер для сушки различных сортиментов. Кроме того, сушка ускоряется за счет осцилляции температур в материале [39], а также увеличения числа ступеней режима (с более плавным его регулированием и своевременным переходом на новую ступень), повышается качество просыха®и$ материала.

Закономерности отдельных параметров камерного процесса сушки с прерывистой циркуляцией воздуха даны на  70.

Время паузы тп тем больше, чем медленнее просыхает древесина, т.е. чем длительнее расчетный процесс сушки, что изображено графически на  70, а ординатами до пунктирной кривой. Между двумя кривыми отложено время работы вентилятора тР, равное разности времени цикла и паузы, т.е. тР=тц—тп- При значительных скоростях воздуха (верхняя зона диаграммы) в фазе его циркуляции преобладает теплообменный процесс на поверхности материала над диффузионным вблизи поверхности, а при малых скоростях воздуха, когда 0-»-О, в материале протекают обычные тепломассообменные процессы, близкие к регулярным.

Относительное время пауз ©=тп/тц в камерах с различными скоростями циркуляции воздуха показано на  70,6. Кривые нанесены для материала с продолжительностью сушки до 30 сут.

После отключения вентилятора влажность поверхности сортимента приходит во влажностное равновесие с состоянием небольшого количества неподвижного воздуха внутри штабеля материала с прекращением испарения. Поэтому после включения вентилятора поддерживается повышенная психрометрическая разность Д; по сравнению с заданной Аг для данной ступени обычного режима сушки.

Отношение Д^/Д;, зависит в основном от 0 и ступени сушки; обратная величина Д</Д^ = v обозначает безразмерную психрометрическую разность. Если тп-»-0, тоД, —» Д(.

По мере повышения гигроскопичности древесины в поверх- постной зоне высушиваемого сортимента эта сумма несколько возрастает (см.  70,в). Тогда в правой части второго соотношения (190) возникает множитель меньше единицы, снижающийся по мере возрастания равновесной температуры древесины.

В  12 приведено ориентировочное расписание прерывистых камерных режимов сушки с 2—6 ступенями, в основном проверенных в производственных условиях. Содержание  12 иллюстрируется на  69, в верхнем ряду приведен график прерывистого режима 5, в среднем —10 и в нижнем 20. Номера режимов (5, 6, 8 и т. д.) соответствуют примерной (расчетной) продолжительности сушки материала (в сутках), что создает наглядность в оценке режимов и удобство при пользовании ими.

Температура по мокрому термометру tM постоянна в пределах каждого режима; процесс регулируется величиной психрометрической разности Д^ (или Дг), нарастающей по мере про- сыхания материала (соответственно возрастает t).

Более точно процесс сушки пиломатериалов, подвергающихся растрескиванию, регулируется по величине фиксируемых внутренних деформаций (см.  67).

Прерывистые режимы туннельной сушки

При проведении туннельного процесса сушки возникают технические трудности в регулировании количества сушильного агента при высушивании материалов различного состояния. Изменение частоты вращения асинхронных электродвигателей возможно с очень малой плавностью — 720, 960 и 1450 об/мин, когда мощность, отдаваемая вентилятору, ступенчато изменяется в отношениях 1 : 2, 4 : 8,1 (см. характеристики вентиляторов). Регулирование методом дросселирования потока воздуха обусловливает потерю энергии. Частая- смена шкивов технически затруднительна, хотя более удовлетворительно решает задачу по регулированию количества подаваемого к материалу воздуха для сохранения заданной по  11 At на загрузочном конце туннеля. Эти трудности отпадают с применением в туннелях прерывистых режимов сушки, аналогичных рассмотренным камерным процессам (см.  12).

Производительность вентиляторов рассчитывают, исходя из эффективной сушки тонких пиломатериалов хвойных пород, для которых требуется наибольшее количество воздуха. При более длительном высушивании пиломатериалов средней толщины и тем более Толстых это часовое количество воздуха будет в несколько раз завышенным (излишним). Именно исходя из этих условий для них целесообразно осуществлять цикличные перерывы в работе вентиляторов с тем, чтобы за цикл к сортименту было подано требуемое количество в©з*$7ха (как показано далее, увеличенное или уменьшенное часовое количество воздуха нарушает противоточный процесс).

Относительное время пауз 0 тем больше, чем толще и плотнее высушиваемый материал, т.е. чем значительнее его продолжительность сушки. По аналогичной закономерности определяют максимальную длительность цикла тц. Величину 0 рассчитывают заранее и корректируют по значению Дt на загрузочном конце туннеля (желательно у второго штабеля) в момент перед закаткой сырого материала.

Относительное время паузы ©=тп/тц равнозначно удлинению туннеля, что необходимо при сушке более толстого материала. Возникает возможность эффективного применения высоких скоростей воздуха по материалу в условиях короткого туннеля. Следовательно, разными прерывистыми режимами можно оптимизировать процесс сушки разных сортиментов в условиях одинаковой подачи воздуха вентиляторами и длины туннелей.

В туннельном прерывистом процессе, как и при камерной сушке, поддерживают повышенную психрометрическую разность при сохранении на неизменном уровне (как в непрерывном процессе подачи воздуха для каждого сортимента) температуры по мокрому термометру.

режимы сушки хвойных пиломатериалов с конечной влажностью 10—12%, базирующиеся на проверенных прерывистых режимах камерной сушки. Аналогичные режимы сушки будут пригодны для различных типов сушильных туннелей с учетом значений фактических скоростей воздуха в штабелях пиломатериалов.

С применением прерывистых режимов открывается возможность перевода сушильных туннелей на еще более высокие скорости воздуха также и для тонких пиломатериалов, как это показано в  14, с достижением более равномерного и интенсивного просыхания пиломатериалов по всему объему штабеля. Такой интенсифицированный режим работы сушильного туннеля предопределяет дополнительное повышение его производительности и качества сушки материала.

Так как понижение температуры воздуха по длине туннеля (без учета теплопотерь) обусловлено интенсивностью испарения влаги в каждой зоне (в штабеле материала), кривая температур t сушильного агента по длине туннеля будет отобра-

жать кривую сушки ад, как это показано на  71 соответственно кривыми ke и рп.

Процессы высушивания тонких пиломатериалов (толщиной 13; 16; 19 мм) малоизучены. Для их сушки можно применять режимы с температурой выше 100° С с самого начала процесса. Сушка может быть как камерная, так и туннельная — одноступенчатая (с поперечным током), противоточно-прямоточная и прямоточная.

При температурах сушильного агента 200—350° С продолжительность сушки резаных сосновых тарных дощечек толщиной 8 мм 25—12 мин [10].

Продолжительность сушки единичных образцов сосновых досок толщиной 20 мм при температуре по мокрому термометру 90° С и по сухому 130; 150 и 180° С составляет соответственно 6,8; 5,3 и 3,4 ч [36]. Интенсивнее потеря массы и прочности древесины происходит в начале нагревания практически одинаково в паровой и воздушной средах, но медленнее в вакууме и в среде азота [37].

В качестве сушильного агента наиболее эффективны продукты сгорания. Они могут быть получены при сжигании любых видов топлива, экономичных по местным условиям. При этом создается желательная для скоростного процесса температура

сушильного агента. Температура по мокрому термометру может поддерживаться 65—75° С соответственно ее значениям в нормальном и форсированном режимах сушки. При таком процессе древесина в меньшей степени теряет прочность, чем при сушке перегретым паром, из-за меньшего нагрева влажной древесины в опасный период, т.е. в начале процесса, когда tw, а следовательно, и 1Л будут меньше (см.  63, б). Если древесина высушивается не до низкой конечной влажности, то, интенсивно испаряя влагу, она не перегревается и в конце сушки; затем часть влаги удаляется при охлаждении материала. Эти процессы сушки предназначены для высушивания нераетрескиваю- щихся тонких сортиментов мягких пород.

Состояние разных сушильных камер и туннелей, зональное распределение температур, их регистрация, свойства древесины, ее назначение и т. д. очень разнообразны, поэтому указанные режимы сушки только исходные. При установлении оптимального режима сушки следует учитывать требования к качеству материала и местные условия, накапливая и используя опыт данного сушильного хозяйства.

Если при сушке пиломатериалов нельзя выдержать указанную в таблицах температуру по мокрому термометру, надо сохранить заданные психрометрические разности или, что почти то же,— насыщенности пара ф. Опыт сушки нужно непрерывно систематизировать, тщательно исследуя каждый раз результаты проведенного процесса.

Если приходится высушивать ответственные сортименты, для которых на предприятии нет проверенного режима сушки, их следует помещать сначала в небольшом количестве в камеру с другим материалом, близким по ожидаемой продолжительности сушки.