Обзор современных технологических решений повышения энергоэффективности в процессах сушки пиломатериалов

УДК 674.02

Р. Р. Сафин, И. Ф. Хакимзянов, П. А. Кайнов, А. Н. Николаев А. В. Сафина

ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В ПРОЦЕССАХ СУШКИ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: сушильная камера, энергосбережение, тепловой насос, тепловая энергия испаряющейся влаги.

В данной статье проводится обзор технических и технологических решений энергосбережения в процессах сушки пиломатериалов. Рассмотрена возможность применения различных вариантов сушильных камер.

Keywords: drying chamber, energy, heat pump, heat evaporated moisture.

This article provides an overview of technical and technological solutions in energy saving lumber drying process. The possibility oof using different options dryers.

Сушка - это процесс принудительного удаления влаги из материала путем испарения, что определяет высокие энергетические затраты на проведение процесса.

Среди основных направлений повышения энергоэффективности в процессах сушки, применительно к пиломатериалам, следует отметить такие технические и технологические решения как:

1) получение тепловой энергии для процессов сушки в результате сжигания альтернативного топлива;

2) эффективное использование тепловой энергии испаряющейся влаги;

3) совершенствование систем подвода теплоты;

4) использование альтернативных видов топлив;

5) методы интенсификации внешнего и внутреннего массообмена (применение вакуума, осциллирующие режимы подвода теплоты и т. д.).

Наиболее простая и поэтому часто используемая схема в настоящее время является использование конвективных сушильных камер, потребляющую тепловую энергию от сгорания отходов деревообработки (рис.1).

Рис. 1 - Конвективная сушильная камера

При такой схеме энергия сжигания топлива равномерно распределяется по всему штабелю пиломатериалов, образующаяся после процесса теплота испарения влаги выбрасывается напрямую в атмосферу, что является существенным недостатком, поскольку эта энергия может быть направлена на различные технологические нужды (например, для обогрева бытовых или производственных помещений, нагрева воды для бытовых нужд и пр.) или может быть направ-

лена. Данная схема имеет еще один существенный недостаток - это потери в окружающую среду, существующие как при транспортировке, так и в самой сушильной камере. Потери тепла вследствие отсутствия герметичности и плохой влагоизоляции ограждений могут достигать 50% и более. Бороться с этим можно за счет применения более эффективных теплоизоляционных материалов, правильной их укладки, а также путем снижения продолжительности процесса сушки. Кроме того, существует необходимость запитывания электричеством привод вентилятора для циркуляции потока.

Поэтому одним из основных решений, направленных на использование тепловой энергии испаряющейся влаги, является применение теплового насоса (рис.2).

Рис. 2 - Сушильная камера с использованием теплового насоса

Использование тепловых насосов позволяет в 3-5 раз сократить затраты на снижение относительной влажности агента сушки. Однако потери в окружающую среду через стенки сушильной камеры сохраняются фактически в тех же размерах, что и в предыдущем случае. Кроме того, возникает необходимость запитывания электричеством привод теплового насоса. Поэтому некоторые производители сушильных камер предлагают использовать для таких целей конденсационные установки, работающие на холодной воде. Однако установки такого типа не только не уменьшают затраты тепловой энергии, а, наоборот, увеличивают.

Предотвратить потери в окружающую среду позволяют проведение процессов сушки в условиях вакуума с контактным методом подвода тепловой энергии (рис.3).

Рис. 3 - Вакуумная сушильная камера

Технология вакуумной сушки привлекательна, прежде всего, тем, что она предоставляет реальную возможность значительно сократить продолжительность сушки при сохранении качества высушенных пиломатериалов, а в ряде случаев и повысить его. Создание вакуума в объеме камеры, где происходит высушивание материалов, существенно изменяет физический характер протекания тепло-массообменных процессов при сушке. Однако при вакуумной сушке пиломатериалов зачастую используется водокольце-вые вакуумные насосы, что приводит не только к потерям тепловой энергии испаряющейся влаги, но и к дополнительным затратам по охлаждению воды для системы вакуумирования.

В этой связи наиболее энергоэффективным видится схема сушильной установки, состоящая из двух вакуумных камер, с кондуктивным подводом тепловой энергии и осциллирующим режимом сушки (рис.4.). Использование тепловой энергии испаряющейся влаги из материала первой камеры (на стадии вакуумирова-ния) для нагрева материала во второй камере (на стадии нагрева), работающего от альтернативного источника, позволяет сочетать все преимущества выше указанных схем.

Рис. 4 - Вакуумная сушильная камера с применением теплового насоса, использующего тепло от альтернативного источника

Литература

1. Сафин Р.Г. Математическая модель процесса конвективной сушки пиломатериалов в разряженной среде / Сафин Р.Г., Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р.// Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2006. №4. С. 64-71.

2. Сафин Р.Г. Установка для сушки древесины / Сафин Р.Г., Сафин Р.Р., Лашков В.А., Фиров Г.М., Федорова Т.А.// Патент на изобретение RUS 2156934 04.06.1999.

3. Сафин Р.Г. Исследование совмещенной сушки-пропитки массивных капиллярно-пористых коллоидных материалов / Сафин Р.Г., Сафин Р.Р., Галяветдинов Н.Р., Иманаев Р.М.// Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. 2006. № 6. С. 78.

4. Сафин Р.Р. Вакуумная сушка пиломатериалов при конвективном теплоподводе: Монография / Сафин Р.Р.// Федеральное агентство по образованию, Гос. Образователь-

ное учреждение высш. проф. образования «Казанский гос. технологический ун-т». Казань. 2006.

5. Сафин Р.Р. Вакуумная сушка капиллярнопористых коллоидных материалов при конвективных способах подвода тепловой энергии. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Сафин Р.Р.// Ивановский государственный химико-технологический университет. Казань, 2007.

6. Сафин Р. Р. Совершенствование режимов сушки пиломатериалов в вакуумно-кондуктивных камерах / Сафин Р.Р., Мустафин З.Р., Чернышёв А.Н.// Деревообрабатывающая промышленность. 2007. №2. С. 6.

7. Сафин, Р. Р. Вакуумно-конвективная сушка пиломатериалов: Монография / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Е.Ю. Разумов. - Казань: ФГБОУ ВПО «КГТУ», 2009 г. - 260 с.

- ISBN 978-5-7882-0770-4.

8. Сафин, Р.Р. Математическая модель процесса конвективной сушки пиломатериалов в разряженной среде / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Г. Сафин // Известия Высших учебных заведений. Лесной журнал. - 2006. - № 4. -С. 64-71.

9. Сафин Р. Р. Вакуумно-конвективная сушка пиломатериалов: Монография / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Разумов Е.Ю.// Федеральное агентство по образованию, Гос. Образовательное учреждение высш. проф. образования «Казанский гос. технологический ун-т». Казань. 2009.

10. Хасаншин, Р. Р. Математическая модель конвективной сушки коллоидных капиллярно-пористых материалов при давлении ниже атмосферного / Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2005. - № 1. - С. 266-268.

11. Патент № 2425305 Российская Федерация, МПК В27Ш/28. Способ сушки и термической обработки древесины / Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов, Р.Г. Сафин, Р.Р. Хасаншин [и др.]; патентообладатель НТЦ РПО. - № 2010108198/06; заявл. 04.03.2010; опубл. 27.07.2011. - 10 с.: ил.

12. Патент № 2425306 Российская Федерация, МПК F26B9/06, F26B5/04. Установка для сушки древесины / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Г. Сафин [и др.]; патентообладатель НТЦ РПО. - № 2009143195/06; заявл. 23.11.2009; опубл. 27.07.2011. - 6 с.: ил.

13. Сафин, Р. Р. Новые подходы к совершенствованию ва-куумно-конвективных технологий сушки древесины / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Г. Сафин, П.А. Кайнов // Деревообрабатывающая промышленность. - 2005. - № 5.

- С. 16-18.

14. Сафин, Р. Р. Термомодифицирование древесины в среде топочных газов / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. Москва. -2010. - № 4. - С. 95-98.

15. Razumov, E.Y. Studies on mechanical properties of composite materials based on thermo modified timber / E.Y. Razumov, R.R. Safin, Stefan Barc^, Monika Kvietkov, R.R. Khasanshin // Journal "Drvna industrija" ("Wood industry") 64(1) 3-6 Zagreb, CROATIA, 2012, P. 3-8.

16. Хасаншин, Р.Р. Экспериментальные исследования динамики избыточного давления внутри древесины при ее термическом модифицировании / Р.Р. Хасаншин // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2013. - № 14 - С.

17. Хасаншин, Р.Р. Исследование изменения химического состава древесины, подвергнутой термомодифицированию, с помощью ИК-спектрометра / Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Сафин // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2010. - № 9. - С. 116117.

18. Хасаншин, Р.Р. Исследование режимов сушки в вакуум-осциллирующей установке / Р.Р. Хасаншин, Ш.Р. Муха-метзянов // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2011. - № 6. - С. 207-211.

19. Сафин Р.Р. Экспериментальные исследования осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях / Сафин Р.Р.., Хасаншин Р.Р., Галяветдинов Н.Р., Валиев Ф.Г.// Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2008. Т. 51. №12. С. 104-106.

20. Сафин, Р.Р. Снижение расхода энергии на проведение процессов сушки древесины посредств вакуумно-конвективной технологии / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин,

Ф.Г. Валиев, Р.Р. Гильмиев // Деревообрабатывающая промышленность. М. - 2008. - № 5. - С. 22-23.

21. Хасаншин, Р.Р. Экспериментальные исследования динамики избыточного давления внутри древесины при ее термическом модифицировании / Р.Р. Хасаншин // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2013. - № 14. - С. 116-117.

22. Сафин, Р.Р. Обзор современных решений сотрудников ФГБОУ ВПО «КНИТУ» в области техники и технологии сушки пиломатериалов / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, П. А. Кайнов // Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань. - 2013. - № 23. - С. 7678.

© Р. Р. Сафин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ, cfaby@mail.ru; И. Ф. Хакимзянов асс. той же кафедры. ilshat_170@mail.ru; П. А. Кайнов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, olambis@rambler.ru; А. Н. Николаев - д-р техн. наук, проф., зав. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ, nikolaev_an@kstu.ru; А. В. Сафина - канд. техн. наук, доц. каф. экономики КНИТУ.

© R. R. Safin - Head of the Department "Architecture and design of products from wood", Doctor of Technical Sciences, Professor KNRTU, cfaby@mail.ru; 1 F. Khakimzyanov - Assistant of the Department "Architecture and design of wood" KNRTU, ilshat_170@mail.ru; P. A. Kainov - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of "Architecture and design of wood" KNRTU, olambis@rambler.ru; A. N. Nikolaev - Head of the Department "Equipment of Food Production", Doctor of Technical Sciences, Professor KNRTU, nikolaev_an@kstu.ru; A. V. Satina - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of "Economy" KNRTU.