СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR PULSE LUMBER DRYING

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, к способам сушки пиломатериалов и заготовок хвойных и лиственных пород древесины и может быть использовано на деревоперерабатывающих предприятиях.
Известен способ сушки пиломатериалов путем предварительного нагрева материала без притока свежего воздуха при подаче энергоносителя в калорифер и циркуляции нагретого воздуха в сушильном объеме, а сушку осуществляют циклично, чередуя режим подачи свежего воздуха в сушильный объем и энергоносителя в калорифер при циркуляции нагретого воздуха в сушильном объеме с режимом полного прекращения подачи свежего воздуха, энергоносителя в калорифер и циркуляции нагретого воздуха в сушильном объеме, после чего дополнительно выдерживают материал в режиме вентилирования без подачи свежего воздуха в сушильный объем и энергоносителя в калорифер (Патент России №2027127, МКИ F26В 3/04, 1992 - ближайший аналог).
Процесс сушки пиломатериалов и заготовок неразрывно связан с необходимостью определения ее текущей влажности. Недостатком известного способа является то, что существующие методы определения текущей влажности древесины в процессе сушки основаны на непосредственном определении количества влаги, содержащейся в древесине, путем взвешивания (прямое измерение). К прямым способам измерения влажности древесины в процессе ее сушки также можно отнести: способ взвешивания секций, способ контрольных образцов, способ взвешивания штабеля /1/.
Недостатками прямых способов измерения влажности древесины являются: трудоемкость контрольных операций, необходимость большого числа взвешивания образцов и секций влажности, нарушение целостности материала, существенные погрешности в определении текущей влажности.
Существуют и косвенные способы определения влажности, основанные на измерении физических свойств древесины, связанных с ее влажностью. Кондуктометрический способ - измерение электрического сопротивления между электродами, внедряемыми в древесину. Индукционный (диэлькометрический) способ измерения, основанный на использовании электромагнитных волн и определении диэлектрической проницаемости древесины.
Влагомеры с использованием СВЧ-излучения определяют концентрацию влаги по ослаблению СВЧ-излучения, проходящего через слой древесины.
Принцип измерения влажности инфракрасным влагомером основан на интенсивности поглощения излучения определенной длины волны, пропорциональной содержанию влаги в материале /2/.
Способ контроля влажности по усадке штабеля основан на изменении высоты штабеля. В процессе сушки штабель дает усадку, величина которой зависит от ее влажности. Зная величину усадки штабеля, влажность определяют по таблицам или графикам /1/.
К недостаткам косвенных способов определения влажности относятся значительные погрешности измерения, связанные с анизотропией свойств древесины, углом наклона волокон, породой, температурой древесины, колебанием ее плотности, пороками древесины, короблением материала и другими факторами.
Задача предложенного решения заключается в повышении точности определения текущей влажности в процессе сушки, улучшении качества высушиваемого материала и сокращении продолжительности сушки пиломатериала.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что способ импульсной сушки пиломатериалов (древесины) включает предварительный нагрев пиломатериала без притока свежего воздуха, при подаче энергоносителя в калорифер и циркуляции нагретого воздуха в сушильном объеме, сушку осуществляют циклично, чередуя режим подачи свежего воздуха в сушильный объем и энергоносителя в калорифер при циркуляции нагретого воздуха в сушильном объеме, что соответствует операции «работа», с режимом полного прекращения подачи свежего воздуха, энергоносителя в калорифер и циркуляции нагретого воздуха в сушильном объеме, что соответствует операции «пауза», после чего дополнительно выдерживают материал в режиме вентилирования без подачи свежего воздуха в сушильный объем и энергоносителя в калорифер и определения текущей влажности пиломатериала, причем в операциях «пауза» определяют температуру по сухому термометру и относительную влажность воздуха (агента сушки), по которым находят равновесную влажность высушиваемого пиломатериала, а среднюю текущую влажность высушиваемого пиломатериала определяют по равновесной влажности пиломатериала в конце операции «пауза» (фиг. 1).
По результатам проведения опытно-промышленных сушек пиломатериалов на деревообрабатывающих предприятиях из древесины дуба, бука, ясеня, груши, клена, ореха, березы, ольхи, сосны и ели толщиной 25 мм, 32 мм, 40 мм, 50 мм построен график зависимости средней текущей влажности древесины от равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» в процессе импульсной сушки, представленной на фиг. 1.
Сущность импульсной сушки состоит в следующем. Сушка происходит циклами, каждый из которых состоит из двух операций – «работа» и «пауза». При операции «работа» сушка происходит в воздухе повышенной температуры и низкой относительной влажности агента сушки. В камере осуществляется интенсивная циркуляция сушильного агента. Происходит рост температуры и снижение относительной влажности агента сушки и равновесной влажности древесины. При операции «пауза» прекращается работа системы циркуляции и теплоснабжения. Происходит понижение температуры и возрастание относительной влажности вследствие продолжающегося испарения влаги с поверхности материала.
Увлажнение поверхности материала вследствие возрастания равновесной влажности приводит к выравниванию влажности по толщине материала. Разность между средней влажностью древесины и равновесной влажностью в процессе операции «пауза» уменьшается по мере высушивания материала. К моменту окончания процесса сушки эта разность оказывается достаточно малой и находящейся в пределах допустимого с точки зрения качества сушки и перепада влажности по толщине материала. Поэтому по величине равновесной влажности древесины при окончании операции «пауза» можно судить о средней конечной влажности материала.
Известный и предлагаемый способ импульсной сушки пиломатериалов реализуются в конвективных камерах периодического и непрерывного действия.
н
к
cp
cp
Начальная W и конечная W влажность пиломатериалов, среднее квадратическое отклонение влажности S в % и относительная деформация зубцов силовых секций f в % для предлагаемого и известного способов сушки определяется в соответствии с известной методикой (Расев А.И. «Тепловая обработка и сушка древесины»/ - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. - 231-234 с.).
Изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1. Предлагаемый способ сушки обрезных пиломатериалов из древесины сосны толщиной 40 мм и длиной 6 м с начальной влажностью 70% включает в себя предварительный нагрев, цикличную сушку, включающую операцию «работа» и операцию «пауза», и дополнительную выдержку.
Предварительный нагрев: при закрытых приточно-вытяжных каналах, энергоноситель подается в калорифер и осуществляется циркуляция сушильного агента. Температура сушильного агента - 60°С. Общая продолжительность предварительного нагрева составила 4 ч.
p
c
cp
p
c
cp
p
c
cp
Собственно сушка осуществляется циклично ступенями, чередуя операцию «работа» и операцию «пауза». При операции «работа» осуществляется циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы, приточно-вытяжные каналы (ПВК) открыты на 50%. Поддерживаемая температура сушильного агента на первой ступени - 60°С, на второй ступени - 75°С, на третьей ступени - 85°С. Переход с первой ступени на вторую осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=13% (t=55°С, ϕ=0,75). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=35% (см. фиг. 1). Переход со второй ступени на третью осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=10% (t=70°С, ϕ=0,67). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=25% (см. фиг. 1). Сушка заканчивается по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=4,9% (t=78°С, ϕ=0,33). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=8% (см. фиг. 1). Продолжительность операции «работа» на всех ступенях - 2,5 ч. При операции «пауза» циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы прекращается, ПВК - закрыты на 100%. Продолжительность операции «пауза» на всех ступенях - 2,5 ч.
Дополнительная выдержка проводилась при температуре 85°С. Приточно-вытяжные каналы полностью закрыты. Циркуляция осуществляется, а подача теплоносителя в калориферы прекращена. Общая продолжительность дополнительной выдержки составила 6 ч.
Пиломатериалы высушивались до средней влажности - 8% по 2-ой категории качества.
Сушка по известному способу проводилась для обрезных пиломатериалов из древесины сосны толщиной 40 мм и длиной 6 м с начальной влажностью 70% и включала в себя предварительный нагрев, сушку и дополнительную выдержку. Температура сушильного агента при предварительном нагреве составляла 60°С, а продолжительность - 4 ч. Сушка осуществлялась циклично: продолжительность операции «работа» составляла 2,5 ч, продолжительность операции «пауза» - 2,5 ч на протяжении всего процесса. Собственно сушка осуществляется циклично ступенями, чередуя операцию «работа» и операцию «пауза». При операции «работа» осуществляется циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы, приточно-вытяжные каналы (ПВК) открыты на 50%. Поддерживаемая температура сушильного агента на первой ступени - 60°С, на второй ступени - 75°С, на третьей ступени - 85°С. Переход со ступени на ступень осуществляется по контрольным образцам в соответствии с методикой /1/. Дополнительная выдержка проводилась при температуре 85°С, при этом циркуляция осуществлялась непрерывно при закрытых приточно-вытяжных каналах. Общая продолжительность дополнительной выдержки составила 6 ч. Пиломатериалы высушивались до средней влажности - 8% по 2-ой категории качества.
Сравнительные показатели качества сушки пиломатериалов из древесины сосны для предлагаемого и известного способов приведены в табл. 1.
Пример 2. Предлагаемый способ сушки обрезных пиломатериалов из древесины березы толщиной 50 мм и длиной 3 м с начальной влажностью 60% включает в себя предварительный нагрев, цикличную сушку, включающую операцию «работа» и операцию «пауза», и дополнительную выдержку.
Предварительный нагрев: при закрытых приточно-вытяжных каналах, энергоноситель подается в калорифер и осуществляется циркуляция сушильного агента. Температура сушильного агента - 56°С. Общая продолжительность предварительного нагрева составила 6 ч.
p
c
cp
p
c
cp
p
c
cp
Собственно сушка осуществляется циклично ступенями, чередуя операцию «работа» и операцию «пауза». При операции «работа» осуществляется циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы, приточно-вытяжные каналы (ПВК) открыты на 30%. Поддерживаемая температура сушильного агента на первой ступени - 58°С, на второй ступени - 62°С, на третьей ступени - 75°С. Переход с первой ступени на вторую осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=13% (t=52°C, ϕ=0,75). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=35% (см. фиг. 1). Переход со второй ступени на третью осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=10% (t=56°С, ϕ=0,64). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=25% (см. фиг. 1). Сушка заканчивается по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=4,5% (t=68°С, ϕ=0,26). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=7% (см. фиг. 1). Продолжительность операции «работа» на всех ступенях - 2,0 ч. При операции «пауза» циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы прекращается, ПВК - закрыты на 100%. Продолжительность операции «пауза» на всех ступенях - 3,0 ч.
Дополнительная выдержка проводилась при температуре 75°С. Приточно-вытяжные каналы полностью закрыты. Циркуляция осуществляется, а подача теплоносителя в калориферы прекращена. Общая продолжительность дополнительной выдержки составила 10 ч.
Пиломатериалы высушивались до средней влажности - 7% по 2-ой категории качества.
Сушка по известному способу проводилась для обрезных пиломатериалов из древесины березы толщиной 50 мм и длиной 3 м с начальной влажностью 60% и включала в себя предварительный нагрев, сушку и дополнительную выдержку. Температура сушильного агента при предварительном нагреве составляла 58°С, а продолжительность - 6 ч. Сушка осуществлялась циклично: продолжительность операции «работа» составляла 2,0 ч, продолжительность операции «пауза» - 3,0 ч на протяжении всего процесса. Собственно сушка осуществляется циклично ступенями, чередуя операцию «работа» и операцию «пауза». При операции «работа» осуществляется циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы, приточно-вытяжные каналы (ПВК) открыты на 30%. Поддерживаемая температура сушильного агента на первой ступени - 58°С, на второй ступени - 62°С, на третьей ступени - 75°С. Переход со ступени на ступень осуществляется по контрольным образцам в соответствии с методикой /1/. Дополнительная выдержка проводилась при температуре 75°С, при этом циркуляция осуществлялась непрерывно при закрытых приточно-вытяжных каналах. Общая продолжительность дополнительной выдержки составила 10 ч. Пиломатериалы высушивались до средней влажности - 7% по 2-ой категории качества.
Сравнительные показатели качества сушки пиломатериалов из древесины березы для предлагаемого и известного способов приведены в табл. 2.
Пример 3. Предлагаемый способ сушки необрезных пиломатериалов из древесины дуба толщиной 50 мм и длиной 4 м с начальной влажностью 72% включает в себя предварительный нагрев, цикличную сушку, включающую операцию «работа» и операцию «пауза», и дополнительную выдержку.
Предварительный нагрев: при закрытых приточно-вытяжных каналах, энергоноситель подается в калорифер и осуществляется циркуляция сушильного агента. Температура сушильного агента - 45°С. Общая продолжительность предварительного нагрева составила 10 ч.
p
c
cp
p
c
cp
p
c
cp
p
c
cp
p
c
cp
Собственно сушка осуществляется циклично ступенями, чередуя операцию «работа» и операцию «пауза». При операции «работа» осуществляется циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы, приточно-вытяжные каналы (ПВК) открыты на 30%. Поддерживаемая температура сушильного агента на первой ступени - 45°С, на второй ступени - 47°С, на третьей ступени - 52°С, на четвертой ступени - 55°С, на пятой ступени - 65°С. Переход с первой ступени на вторую осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=13% (t=40°С, ϕ=0,72). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=35% (см. фиг. 1). Переход со второй ступени на третью осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=10% (t=42°С, ϕ=0,60). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=25% (см. фиг. 1). Переход с третьей ступени на четвертую осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=8,4% (t=48°С, ϕ=0,52). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=20% (см. фиг. 1). Переход с четвертой ступени на пятую осуществляется по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=6,9% (t=51°С, ϕ=0,42). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=15% (см. фиг. 1). Сушка заканчивается по достижении равновесной влажности древесины в конце операции «пауза» - W=4,5% (t=59°С, ϕ=0,23). Средняя текущая влажность высушиваемой древесины составляет W=7% (см. фиг. 1). Продолжительность операции «работа» на всех ступенях - 2,0 ч. При операции «пауза» циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы прекращается, ПВК - закрыты на 100%. Продолжительность операции «пауза» на всех ступенях - 4,0 ч.
Дополнительная выдержка проводилась при температуре 65°С. Приточно-вытяжные каналы полностью закрыты. Циркуляция осуществляется, а подача теплоносителя в калориферы прекращена. Общая продолжительность дополнительной выдержки составила 24 ч.
Пиломатериалы высушивались до средней влажности - 7% по 2-ой категории качества.
Сушка по известному способу проводилась для необрезных пиломатериалов из древесины дуба толщиной 50 мм и длиной 4 м с начальной влажностью 72% и включала в себя предварительный нагрев, сушку и дополнительную выдержку. Температура сушильного агента при предварительном нагреве составляла 45°С, а продолжительность - 10 ч. Сушка осуществлялась циклично: продолжительность операции «работа» составляла 2,0 ч, продолжительность операции «пауза» - 4,0 ч на протяжении всего процесса. Собственно сушка осуществляется циклично ступенями, чередуя операцию «работа» и операцию «пауза». При операции «работа» осуществляется циркуляция сушильного агента и подача теплоносителя в калориферы, приточно-вытяжные каналы (ПВК) открыты на 30%. Поддерживаемая температура сушильного агента на первой ступени - 45°С, на второй ступени - 47°С, на третьей ступени - 52°С, на четвертой ступени - 55°С, на пятой ступени - 65°С. Переход со ступени на ступень осуществляется по контрольным образцам в соответствии с методикой /1/. Дополнительная выдержка проводилась при температуре 65°С, при этом циркуляция осуществлялась непрерывно при закрытых приточно-вытяжных каналах. Общая продолжительность дополнительной выдержки составила 24 ч. Пиломатериалы высушивались до средней влажности - 7% по 2-ой категории качества.
Сравнительные показатели качества сушки пиломатериалов из древесины березы для предлагаемого и известного способов приведены в табл. 3.
Сравнительный анализ качества высушенного материала из древесины сосны, березы и дуба предлагаемым и известным способами показывает повышение качества и снижение продолжительности процесса сушки при использовании предлагаемого способа.
Таким образом, изобретение позволяет улучшить качество высушиваемого материала, уменьшить время сушки и снизить трудозатраты за счет оперативного и точного определения текущей средней влажности высушиваемого материала в процессе импульсной сушки.
Список литературы
1. Расев А.И. Тепловая обработка и сушка древесины / - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2009. - 360 с.), с. 222-223.
2. Волынский В. Измерение влажности древесины и древесных материалов. Методы и средства / - Леспроминформ №4, 2015 г. 90-93 с.