Исследование процессов вакуумной сушки пиломатериалов при осциллирующем режиме

УДК 674.04

Н. Р. Галяветдинов, Ш. Р. Мухаметзянов, И. Ф. Хакимзянов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВАКУУМНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ПРИ ОСЦИЛЛИРУЮЩЕМ РЕЖИМЕ

Ключевые слова: энергоэффективность, вакуумная сушильная установка, тепловой насос.

В статье рассмотрены пути повышения эффективности процессов сушки древесных материалов. Получены режимные параметры проведения процесса сушки пиломатериалов.

Key words: energy efficiency, vacuum drying chamber, thermal pump.

In article are considered the ways of increase of efficiency of processes of drying of wood materials. Regime parameters of carrying out process of drying of timber are received.

Введение

В настоящее время наблюдается интенсивный рост потребления топливно-энергетических ресурсов, в связи с чем возникает необходимость проведения энергосберегающих мероприятий производства. Проблема снижения энергозатрат весьма актуальна как для России, так и за рубежом, поскольку энергоемкость промышленного производства находится на высоком уровне, что, в конечном счете, приводит к увеличению себестоимости конечного продукта.

Отметим, что значительную роль в энергосбережении является создание новых технологических устройств и комплексов, позволяющих рационально использовать побочную тепловую энергию, возникающую на разных стадиях технологических процессов производства.

Среди множества промышленных процессов, сушка является одним из самых энергоемких процессов. На сегодняшний день анализ существующих сушильных технологий показывает, что наибольшие потери тепловой энергии предопределяются отходящим сушильным агентом в окружающую среду. В связи с этим, возникают очевидные пути повышения эффективности сушильных установок: исключение потери теплоты с испаряющейся влаги (улавливание уходящей теплоты с использованием теплового насоса) и ограничить потери теплоты в окружающую среду путем модернизации сушильной установки (например, вакуумная сушильная камера) [1-7].

Методы и материалы

Особенностью предложенной технологии является передача тепловой энергии влаги, испаренной из материала на стадии вакуумирования, в одной камере на нагрев материала в другой камере [8-11].

Для проведения экспериментальных исследований процесса сушки по разработанной технологии создана установка, которая работает следующим образом. Исследуемые свежесрубленные образцы древесины укладываются в камерах на нагревательных плитах. При этом с целью предотвращения интенсивного удаления влаги с торцов древесины последние закрашиваются быстросохнущей краской. Далее камеры герметизируются с помощью крышек и, включением дополнительного электроподогревателя и циркуляции теплоносителя по малому кругу, начинается нагрев образца в первой камере. Подогрев древесины про-

должается до тех пор, пока температура внутри образца не достигнет заданного значения. После нагрева первая камера подвергается вакуумиро-ванию и выдержке до остывания пиломатериала. При этом испаряющаяся из высушенного материала влага, конденсируясь на испарителе теплового насоса, отдает тепловую энергию хладагенту, за счет чего осуществляется стадия нагрева находящегося материала во второй камере. Продолжительность стадии вакуумирования в одной камере определяется продолжительностью нагрева материала во второй камере. Далее происходит одновременная смена стадий в камерах. Сушку проводят до тех пор, пока влагосодержание пиломатериалов не достигнет заданного конечного значения [12-14].

Результаты

По экспериментальным данным были построены кинетические кривые температуры, давления в камере и влажности древесины в процессе вакуум-осциллирующей сушки (рис. 1, 2).

Рис. 1 - Кинетическая кривая температуры: 1 -температура плиты в первой камере; 2 -температура материала в первой камере; 3 -температура плиты во второй камере; 4 -температура материала во второй камере

Проведенные исследования показали, что передача тепловой энергии из одной камеры в другую происходит с частичной потерей тепла, в результате чего для сохранения оптимальных параметров процесса сушки потеря тепловой энергии должна компенсироваться дополнительным теплоподводом. Количество тепловой энергии, подведенной для компенсации тепловых потерь, представлено в виде зависимости на рисунке 3.

Было выявлено, что незначительное уменьшение требуемой дополнительной энергии с уменьшением влажности материала объясняется

снижением продолжительности стадии нагрева за счет увеличения температуропроводности материала [15-16].

ЯП 320 400 4Е0 560 Ш т,«и

240 320

560

Рис. 2 - Кинетические кривые давления в камере и влажности древесины: 1 - первая камера; 2 - вторая камера

Рис. 3 - Показатели дополнительной тепловой энергии, необходимой для компенсации тепловых потерь

В результате проведения серий экспериментов было установлено, что продолжительность стадии ва-куумирования в процессе сушки возрастает, в то время как продолжительность стадии нагрева, наоборот, снижается (рис. 4).

Рис. 4 - Зависимости продолжения стадии нагрева и вакуумирования от влажности

Заключение

Отличительной чертой предложенной технологии заключается в передаче тепловой энергии влаги,

удаленной из материала на стадии вакуумирования в одной камере на нагрев материала в другой камере.

По проведенным экспериментальным исследованиям было установлено, что проводить смену стадий целесообразно при достижении материалом необходимо на стадии нагрева заданной температуры, в результате чего сокращается продолжительность процесса сушки при незначительном увеличении количества циклов "нагрев-вакуумирование".

Выявлено, что предложенный технологический комплекс позволяет уменьшить потребление топливно-энергетических ресурсов примерно в 3 раза и повышает эффективность проведения процесса сушки пиломатериалов.

Литература

1. Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина // Вестн. Казан. технол. унив., 9, 542-546 (2010).

2. Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Н.Р. Галяветдинов, Ф.Г. Валиев // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология, 51, 12, 104-106 (2008).

3. Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, Н.Р. Галяветдинов, Р.М. Иманаев // Вестн. Казан. технол. унив., 6, 78 (2006).

4. Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Г. Сафин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал, 4, 64-71 (2006).

5. А.В. Сафина // Деревообрабатывающая промышленность, 4, 45-47 (2012).

6. Н.Р. Галяветдинов // Автореф. дисс. канд. техн. наук, Казанский гос. энерг. ун-т, Казань, 2008, 16 с.

7. Пат. РФ 2353873 (2007).

8. И.Ф. Хакимзянов, П.А. Кайнов // Деревообрабатывающая промышленность, 4, 12-15 (2014).

9. И.Ф. Хакимзянов, А.В. Сафина // Деревообрабатывающая промышленность, 3, 21-23 (2014).

10. И.Ф. Хакимзянов, П.А. Кайнов, Р.Т. Хасаншина // Вестн. Казан. технол. унив., 18, 2, 253-256 (2015).

11. Н.Р. Галяветдинов, Ф.В. Назипова, Р.Т. Хасаншина // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика (Воронеж, Россия, 10-12 декабря, 2014). 2, 5-4, 84-87.

12. Vasile Minea // Drying Technol., 30, 14, 1630-1643 (2012).

13. Р.Р. Сафин, И.Ф. Хакимзянов, П.А. Кайнов, Р.Т. Хасаншина // Вестн. Казан. технол. унив., 17, 18, 219221 (2014).

14. Р.Р. Сафин, И.Ф. Хакимзянов, П.А. Кайнов, А.Н. Николаев, А.В. Сафина // Вестн. Казан. технол. унив., 17, 21, 50-52 (2014).

15. Ш.Р. Мухаметзянов, А.З. Каримов, Р.Р. Сафин, М.К. Герасимов // Вестн. Казан. технол. унив., 16, 6, 173-175 (2013).

16. Ш.Р. Мухаметзянов, Р.Р. Сафин // Деревообрабатывающая промышленность, 1, 26-29 (2013).

© Н. Р. Галяветдинов - к.т.н., доц. КНИТУ, асс. КНИТУ.

nour777@mail.ru; Ш. Р. Мухаметзянов - асс. КНИТУ; И. Ф. Хакимзянов -

© N. R. Galyavetdinov, associate professor, KNRTU, nour777@mail.ru; Sh. R. Mukhametzyanov, assistant, KNRTU; I. F. Khakimzyanov, assistant, KNRTU.