|
Влага свободная и
гигроскопическая. Основным свойством высушиваемой древесины является ее
гигроскопичность — способность в полусухом состоянии увлажняться во влажном воздухе,
поглощая из него влагу, и отдавать влагу в сухой воздух, т. е. дополнительно
высыхать. Таким свойством обладают многие вещества, например поваренная соль,
в открытом виде набухающая во влажную погоду, сухие растения, хлебные сухари,
высушенные овощи, фрукты, недубленая кожа и т. п., находящиеся в
гигроскопическом (полусухом) состоянии.
Влагу в древесине различают свободную (влага выше 30%),
находящуюся в полостях клеток и в капиллярах, испаряющуюся при сушке в первую
очередь, и влагу гигроскопическую или связанную (молекулярными силами).
Связанная влага находится в стенках клеток, между мицеллами, т. е. невидимыми
в микроскоп молекулярными цепочками.
Количество гигроскопической влаги в древесине при ее сушке
составляет от 30 % до нуля влажности. Граничное значение (30%) между этими
разными видами влаги называется пределом гигроскопичности и обозначается шпг-
При нагревании древесины величина шпг заметно снижается (до 20% при 100 °С),
т. е. часть гигроскопической влаги превращается в свободную. Наоборот, при
охлаждении нагретой влажной древесины количество гигроскопической влаги
увеличивается до 30 % за счет свободной.
Дополнительная, дифференциальная, теплота набухания. Для
испарения 1 кг
связанной влаги требуется затратить тепла больше, чем для испарения 1 кг свободной влаги (воды).
Теплота, необходимая для отрыва молекул влаги от вещества древесины,
возрастает с уменьшением влажности по логарифмической зависимости. При
температуре 50 °С теплота набухания (на 1 кг влаги) в зависимости от влажности следующая.
Влажность древесины. Следовательно, в диапазоне низкой влажности древесины
(например, на поверхности высушиваемых досок она составляет 1...2°/о, при
сушке древесных частиц в производстве стружечных плит до 1 % влажности и т.
п.) необходимо дополнительно затратить примерно 7з тепла, расходуемого на
испарение свободной влаги (около 2500 кДж/кг).
Понятие о равновесной влажности древесины. В комнатных
условиях можно провести следующий опыт. На чашку технических весов положить
рыхлый пучок влажной древесной стружки (от фуганка), уравновесив ее гирьками,
а на чашку других весов очень сухую стружку. Периодическим взвешиванием обеих
проб будет установлено, что сырая древесина заметно высыхает ( 17, а, кривая
1, десорбция — сушка) до постоянной (устойчивой) массы, а очень сухая —
постепенно увлажнится (кривая 2, сорбция — поглощение влаги) до своей
постоянной массы.
Аналогичный опыт можно провести в комнате с более сухим
воздухом. При этом будут получены такие же кривые: десорбции 4 и сорбции 5. В
обоих опытах в правой части графика, т. е. с течением времени, эти линии
превращаются в горизонтали. Промежуточные прямые 3 и 6 будут показывать
равновесную влажность древесины во влажном 3 ив сухом 6 воздухе. При этом
температура древесины будет равна постоянной температуре окружаюшего ее
воздуха.
Расстояние 7 между двумя параллельными прямыми в правой
части 17, а показывает гистерезис сорбции — десорбции, т. е. разность
устойчивых влажностей, получаемых при сушке и увлажнении древесины.
Следовательно, процессы сушки и увлажнения образца древесины не вполне
обратимы. Для нетолстых сортиментов в деревообработке величина этого
гистерезиса невелика (менее 1 % влажности), и ею на практике пренебрегают.
Состояние равновесной влажности древесины возникает не с
самим воздухом, а с находящимся в нем паром (t и р„ или t и ф и др.); воздух
может быть заменен другим газом или может отсутствовать. В результате
длительного выдерживания древесины в нагретом состоянии (выше 80 °С) ее
равновесная влажность снижается. Она меньше у смолистой и очень плотной
древесины, но мало зависит от древесной породы, возраста, частей ствола
дерева и т. п.
Диаграммы равновесной влажности древесины. Известно
несколько диаграмм равновесной влажности шр древесины. Применительно к
управлению и контролю процесса сушки пиломатериалов в производственных
условиях желательно иметь
отсчитывалась бы непосредственно по показанию психрометра
без потребности в каких- либо дополнительных диаграммах или таблицах
параметров воздуха. Такая диаграмма показана на 18, а. На оси ординат
нанесена температура t воздуха, а на оси абсцисс — искомая равновесная
влажность древесины шр. Кривые линии обозначают психрометрическую разность
At. Тонкие линии, близкие к вертикалям, показывают насыщенность пара ф в
воздухе.
Преимущество диаграммы по сравнению с существующими в том,
что достигается более простой метод определения шр — непосредственно по
замеренным в камере параметрам воздуха t и At (находится на диаграмме точка А
и затем на оси абсцисс отсчитывается шр). Кроме того, получается повышенная
точность отсчета wp при малых значениях At. Это существенно при сушке
растрескивающихся материалов в первой стадии процесса, когда рекомендуется
применять лабораторные термометры с точностью деления идеалы 0,1°. Возможно
определение по этой же диаграмме значений ф; удобно выбирать по ней параметры
влаготеплообработки (на вертикалях при заданной o>p=const); также можно
надежно пользоваться областью с температурами 100...125 °С, необходимыми для
анализа процесса сушки частиц древесины е производстве ДСтП.
На 18,6 приведена ранее предложенная диаграмма для
определения wp с осями координат t и At. Она дает наглядное представление об
изменениях wp при контролируемых в сушильных установках параметрах воздуха t
и At. Эта диаграмма уже нашла широкое производственное применение. На оси
абсцисс здесь отложен потенциал сушки — основной режимный параметр. Она
удобна для практического использования, особенно при больших значениях At
воздуха, т. е. малых величинах wp, не нуждается также в дополнительных психрометрических
таблицах. Таким образом, координаты первой диаграммы Wp отображают параметры
древесины, а второй — воздуха.
Особенности параметра равновесная влажность древесины.
Отмечается актуальность учета параметра шр в лесосушильной технологии и технике
с применением новых диаграмм wp (статика сушки). Параметр шр, характеризующий
степень гигроскопичности древесины (30 — wp), оказывает решающее влияние на
эффективность работы специалистов в следующих производственных условиях:
при оценке качества сушки древесины по конечной ее
влажности применительно к метеорологическим условиям последующей эксплуатации
изделий;
при установлении расхода тепла на высушивание древесины с
пониженной конечной влажностью, когда требуется значительный дополнительный
расход тепла на отрыв молекул воды от достаточно сухой древесины;
при управлении сушильным процессом, в том числе на
конечной его ступени;
при исследованиях усушки и усадки древесины; при изучении
проблемы снижения самой гигроскопичности древесины и в других процессах.
Изучение этого базисного параметра существенно для лесо-
технолога так же, как и ознакомление с термодинамикой сушки (процессы на
/е?-диаграмме) и реологией сушки (развитие остаточных деформаций в
высушиваемой древесине).
Пример. Отсчитано по сухому термометру 60 °С, а по мокрому
50 °С, т. е. Д/= 10°, требуется найти равновесную влажность От цифры 60
(см. 18, а) на оси ординат перемещаются по горизонтали до кривой А/=
10° (точка Л), затем, опускаясь по вертикали вниз, находят на оси абсцисс
искомую равновесную влажность древесины 9 %. На пунктирной линии, проходящей
через точку А, одновременно находят (р=0,6. Тот же результат будет получен
для точки А
Расчетные формулы. При отсутствии диаграммы равновесную
влажность древесины в диапазонах ее влажностей 5 ... 25 % и температур 40...
80 °С можно определить по приближенной формуле шр= 115/(Д< + 4), где At —
разность температур по психрометру.
Так, при разности температур по психрометру Д/=40—31=9 °С
по этой формуле будет Юр = 115/13=8,8 %
Для деталей домостроения, мебели, музыкальных инструментов
и т. п. равновесная влажность древесины в готовых изделиях при комнатной
температуре наступает лишь через несколько месяцев их эксплуатации. При этом
в зимнее время воздух в жилых помещениях с центральным отоплением будет более
сухим, поэтому равновесная влажность древесины будет ниже, чем в летнее
время.
|