СПОСОБ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ Российский патент 2008 года по МПК F28B3/04 

Изобретение относится к технике сушки материалов из древесины с применением тепла горячего воздуха и может быть использовано в деревообрабатывающей промышленности для ускоренной аэродинамической сушки пиломатериалов.

Известен способ сушки древесины путем нагрева ее до температуры, обеспечивающей безопасное состояние материала, с последующим охлаждением его до получения равномерного распределения температуры и влагосодержания внутри его, дальнейшим нагревом до температуры, превышающей температуру, обеспечивающую безопасное состояние, и изотермической выдержкой при этой температуре с последующими циклами охлаждения и нагрева [Патент РФ 2006765 С1, МКИ³ 5F26B3/02. Способ сушки древесины [Текст]/И.Б. Козодеров; - №5006582/06; заявл. 18.10.91; опубл. 30.01.94; бюл. №2.-3 с.].

В качестве прототипа выбран способ сушки древесины посредством нагрева пиломатериалов острым перегретым паром с последующей выдержкой, с удалением выделившейся влаги и охлаждением. При этом нагрев и выдержку ведут при температуре 110-150°С и давлении острого перегретого пара 1 - 2 ат, причем выдержку осуществляют в течение 1 -2 ч, а охлаждение - сжатым воздухом до температуры окружающей среды [А.С. СССР 346558, МКИ³ F26B7/00. Способ сушки материалов [Текст] /С.Г. Романовский, М.Н. Никулина; Заявитель Институт тепло- и массообмена АН Белорусской ССР. - №164718 8/29-33; заявл. 14.04.71; опубл. 28.07.72; бюл. №23.-2 с.].

Недостатком известных способов является как запредельно жесткие режимные параметры, превышающие безопасное состояние, приводящие к резкому и бесконтрольному вскипанию всей содержащейся внутри материала влаги и потере его целостности, так и большая продолжительность сушки, связанная с полным равномерным распределением температуры и влагосодержания внутри древесины. Исследованиями, проведенными авторами с промышленными аэродинамическими камерами, установлено, что равномерность нагрева не оказывает существенного влияния на ход процесса. Для обеспечения наибольшей интенсивности и качества процесса сушки в целом нужно стремиться создать внутри материала неравномерное распределение температуры и влагосодержания, направленные к поверхности, а также сблизить скорости испарения влаги с поверхности и перемещения ее из центральных зон материала к периферийным.

Изобретение решает задачу обеспечения высокого качества высушиваемого материала, интенсифицирования процесса сушки и снижения расхода электрической энергии на сушку.

Это достигается тем, что в способе сушки пиломатериалов путем нагрева их в температурно-влажностной среде, согласно изобретению, нагрев осуществляют горячим воздухом в аэродинамической сушильной камере по 4-ступенчатым режимам с параболически изменяющейся жесткостью с соблюдением условия ((ti, ϕ₁, P₁=1)>(t₂, ϕ₂, P₂≤1,3)<(t₃, ϕ₃, Р₃≤1,5)<(t₄, ϕ₄, P₄=1), где t₁ - температура агента сушки по ступеням, °С; ϕ₁ - насыщенность агента сушки по ступеням; P₁ - давление агента сушки от нагнетания горячего воздуха, ат.

В целях сравнения разных режимов используют понятие «жесткость режима сушки», под которым подразумевается величина психрометрической разности Δt, умноженная на (где τ - продолжительность сушки) при той же текущей влажности древесины. Интенсивность испарения влаги при сушке в среде заданного состояния характеризуется жесткостью режима. Жесткость режима возрастает с увеличением психрометрической разности. При одинаковой степени насыщенности сушильного агента (насыщенность ϕ пара в воздухе характеризуется отношением плотности перегретого пара ρ_n к его плотности в насыщенном состоянии ρ_n при той же температуре - хотя чаще применяется термин - степень насыщенности) более жестким будет режим с повышенной температурой, а при одинаковой температуре - режим с меньшей степенью насыщенности.

При сушке пиломатериалов применяются режимы с повышающейся по ходу процесса жесткостью. В начальной стадии при определенной заданной температуре поддерживается высокая степень насыщенности, затем при снижении влажности древесины температура повышается, а степень насыщенности уменьшается. Такой характер изменения параметров сушильного агента при сушке обусловлен особенностями развития в древесине внутренних напряжений и требованием сохранения целостности высушиваемых досок и заготовок.

Повышение жесткости режима в предложенном способе осуществляется автоматически при помощи ЭВМ посредством входящих в устройство камеры увлажнителей и нагревателей.

Параболически изменяющаяся по ходу процесса жесткость в предложенном способе заключается в том, что основные режимные параметры на первой ступени достаточно высоки, на второй снижаются, на третьей вновь повышаются и могут достигнуть значений первой ступени, а на четвертой уже значительно их превосходят.

Способ осуществляют следующим образом.

На первой ступени, когда интенсивно сохнут поверхностные слои, а влажность внутренних слоев очень высока, сушку ведут при температуре 75-85°С, ϕ=0,5-0,7 и открытых шиберах. На второй ступени, когда равновесная влажность материала приближается к 50-40%, сушку проводят при более низкой температуре, более высокой степени насыщенности агента сушки с прикрытыми выпускными шиберами, что несколько повышает давление внутри камеры. В этот период происходит удаление влаги с постоянной скоростью, однако с уменьшением ядра влажности внутренний влагоперенос все более отстает от внешнего влагообмена. Поэтому для создания положительного температурного градиента и градиента влагосодержания изнутри к поверхности снижают температуру сушильного агента, наружные слои древесины из-за испарения влаги и снижения температуры окружающей среды также остывают. В это время внутренние влажные слои из-за большой теплоемкости воды остаются более нагретыми. Для снижения внешнего влагообмена прикрывают шиберы и увеличивают наружный воздухозабор, что приводит к некоторому повышению давления агента сушки.

Такой режим поддерживают до достижения равновесной влажностью древесины точки насыщения волокна, когда в материале остается химически связанная влага, которая труднее поддается сушке. Для удаления такой влаги сушку проводят с увеличивающейся по ступеням температурой и снижающейся степенью насыщенности агента сушки. Для выравнивания скорости испарения влаги с поверхности и перемещения ее из внутренних слоев к наружным давление среды еще несколько увеличивают и почти совсем закрывают выпускные шиберы вплоть до достижения материалом равновесной влажности 20-15%. После этого полностью открывают шиберы, значительно повышают температуру и снижают степень насыщенности до достижения материалом конечной влажности.

Изобретение поясняется следующими примерами.

Пример 1. Сосна, 52×180×6000 мм, начальная влажность 85%, требуемая конечная влажность 8%.

1 ступень: температура агента сушки 74°С, степень насыщенности 0,65, давление 1 ат. Влажность древесины составит 60%; 2 ступень: температура агента сушки 64°С, степень насыщенности 0,83, давление 1,2 ат. Влажность составит 30%; 3 ступень: температура агента сушки 84°С, степень насыщенности 0,59, давление 1,4 ат. Влажность составит 20%; 4 ступень: температура агента сушки 95°С, степень насыщенности 0,32, давление 1 ат. Влажность составит 8%.

Пример 2. Дуб, 42×120×4000 мм, начальная влажность 75%, требуемая конечная влажность 8%.

1 ступень: температура агента сушки 62°С, степень насыщенности 0,7, давление 1 ат. Влажность древесины составит 60%; 2 ступень: температура агента сушки 52°С, степень насыщенности 0,88, давление 1,3 ат. Влажность составит 30%; 3 ступень: температура агента сушки 56°С, степень насыщенности 0,68, давление 1,5 ат. Влажность составит 20%; 4 ступень: температура агента сушки 74°С, степень насыщенности 0,32, давление 1 ат. Влажность составит 8%.

Таким образом, изобретение позволяет в промышленных условиях без использования специальных средств, устройств и энергоносителей сократить время сушки древесины, повысить ее качество, что приводит к сокращению затрат электроэнергии.

Использование: в деревообрабатывающей промышленности. Сущность изобретения: нагрев пиломатериалов осуществляют горячим воздухом в аэродинамической сушильной камере по 4-ступенчатым режимам с параболически изменяющейся жесткостью с соблюдением условия

(t₁, ϕ₁, P₁=1)>(t₂, ϕ₂, P₂≤1,3)<(t₃, ϕ₃, Р₃≤1,5)<(t₄, ϕ₄, P₄=1), где t₁ - температура агента сушки по ступеням, °С; ϕ - насыщенность агента сушки по ступеням; - давление агента сушки от нагнетания горячего воздуха в зависимости от степени закрытости выпускных шиберов, ат. Изобретение должно обеспечить интенсификацию процесса сушки, снижение расхода электроэнергии.

Способ сушки пиломатериалов путем их нагрева в температурно-влажностной среде, отличающийся тем, что нагрев осуществляют горячим воздухом в аэродинамической сушильной камере по 4-ступенчатым режимам с параболически изменяющейся жесткостью с соблюдением условия (t₁, ϕ₁, P₁=1)>(t₂, ϕ₂, P₂≤1,3)<(t₃, ϕ₃, Р₃≤1,5)<(t₄, ϕ₄, P₄=1), где t₁ - температура агента сушки по ступеням, °С; ϕ₁ - насыщенность агента сушки по ступеням; Р₁ - давление агента сушки от нагнетания горячего воздуха, ат.