О способе определения конечной влажности древесины при импульсной сушке

ДЕРЕВООБРАБОТКА

О СПОСОБЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЕЧНОЙ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ ПРИ ИМПУЛЬСНОЙ СУШКЕ

А.А. КОСАРИН, ст. преподаватель каф. сушки и защиты древесины МГУЛ,

А И. РАСЕВ, проф. каф. сушки и защиты древесины МГУЛ

Влажность древесины является одним из основных показателей ее качества, оказывает большое влияние на физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства древесины. Точное и быстрое определение конечной влажности древесины при сушке имеет большое значение в технологии деревообработки.

При конвективной сушке пиломатериалов контроль влажности древесины в камере ведется весовым (способ контрольных образцов) или электрическим (стационарными или переносными кондуктометрическими влагомерами) способами. Возможны и другие способы контроля - по весу штабеля, по его усадке, диэлектрической проницаемости и пр. Однако последние широкого распространения не получили.

Весовой способ является одним из основных при контроле влажности древесины в ходе сушки. К его недостаткам следует отнести:

а) неточность определения массы образца в абсолютно сухом состоянии, вызванную неравномерным распределением влаги по его длине;

б) возможное отклонение влажности образца от средней влажности материала в штабеле;

в) трудоемкость подготовительных и контрольных операций;

г) необходимость заходов обслуживающего персонала в камеру;

д) несоответствие условий сушки контрольного образца с условиями сушки материала в штабеле.

Электрический способ контроля текущей влажности пиломатериалов, основанный на применении кондуктометрических влагомеров, также имеет ряд недостатков:

а) вводимые в древесину датчики отображают влажность только тех досок, в которых они установлены;

kosarin@mgul.ac.ru

б) использование проводов затрудняет загрузочно-разгрузочные операции;

в) в большинстве случаев необходимо использовать поправочные таблицы на температуру и породу древесины;

г) измерительные элементы при формировании штабеля пакетным способом, как правило, вводятся в верхние доски пакета, где толщина межпакетной прокладки составляет от 70 до 100 мм;

д) искажение показаний за счет окисления контактов.

При анализе механизма импульсной сушки пиломатериалов было установлено, что в период паузы имеет место выравнивание влажности по толщине сортимента. Это хорошо иллюстрируют кривые распределения влажности по толщине доски [2], полученные как в результате анализа физических явлений, проходящих при сушке в период паузы, так и результаты экспериментального исследования.

При анализе кривых изменения средней влажности штабеля и равновесной влажности во времени, полученных в результате значительного количества производственных сушек пиломатериалов различных пород и толщин, прослеживается связь между средней конечной влажностью и равновесной влажностью в камере в конце стадии «пауза».

Эти обстоятельства дают основание для разработки способа контроля текущей влажности пиломатериалов по состоянию сушильного агента, зарегистрированного в конце стадии «пауза». Разработка способа базируется на анализе кривых изменения средней текущей влажности пиломатериалов и равновесной влажности на всех стадиях процесса сушки по результатам проведенных сушек.

Анализу были подвергнуты 12 промышленных сушек пиломатериалов. Из карт

100

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Таблица 1

Разность между средней влажностью пиломатериалов штабеля и равновесной влажностью

Порода Толщина, мм Средняя влажность древесины, W^, % Равновесная влажность, Wp , % Разность между средней и равновесной влажностью, ДW. %

Сосна 32 25 9,4 15,6

15 6,2 8,8

12 5,3 6,7

6,5 4 2,5

Сосна 32 22,4 12 10,4

15 8,8 6,2

12 7 5,0

8,1 4,5 3,6

Сосна 50 6 4,4 2,6

Береза 50 25,8 9,4 16,4

17 6.3 10,7

12,8 5,4 7,4

7,4 4 3,4

Береза 50 26,8 9,5 17,3

18,6 5,9 12,7

12,6 5,2 7,4

7,6 4,3 3,3

Береза 32 5,9 4,6 1,3

Ольха 32 25,3 8,9 16,4

13,8 5,3 7,2

11,7 4,5 7,2

6,5 4,1 2,4

Бук 35 25 11,4 13,6

15 9,6 5,4

12 8,5 3,5

8,4 5,8 2,6

Ясень 25 25 14,4 10,6

15 8,5 6,5

12 6,8 5,2

7,1 5,5 1,6

Ясень 32 6 4,8 1,2

6 4,3 1,8

Дуб 32 26,3 10,8 15,5

15,2 6,5 8,7

11,2 6,2 5,0

8,3 5,1 3,2

Таблица 2

Результаты статистической обработки зависимости W = /

Влажность, % X, % S, % V, % S- % X 5 /О d, % t  S- * %

7 4,7 0,59 12,7 0,17 8,1 0,38

12 6,1 1,02 16,8 0,36 14,0 0,86

15 7,1 1,26 17,7 0,45 14,8 1,06

* S- является двухсторонним доверительным интервалом

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

101

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 1. График зависимости Wcp = КД W)

этих сушек (архивированных с помощью программы «Oven process manager») были извлечены данные температуры и степени насыщенности сушильного агента при средней влажности пиломатериалов W , близким к величинам 25, 15, 12 %, и конечной влажности 6...7 % . Далее по температуре и степени насыщенности устанавливалось соответствующее этим величинам значение равновесной влажности Wp. Находилась разность ДW между средней влажностью пиломатериалов и равновесной влажностью. Результаты выборок представлены в табл. 1.

На рис. 1 представлена графическая зависимость средней конечной влажности от разности между средней и равновесной влажностью W = f^W). Предварительный ее анализ показывает, что порода и толщина пиломатериалов оказывают несущественное влияние на отклонение ДW от его среднего значения. Основным фактором является величина средней конечной влажности W .

ср

Дальнейший анализ полученных результатов проводился путем определе-

102

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Рис. 3. Диаграмма равновесной влажности

ния основных статистических показателей с использованием программы «EXCEL». Результаты этой обработки представлены в табл. 2. Поскольку ta • Sx является двухсторонним доверительным интервалом среднего значения, то допустимо записать соотношение

W - ta-Sx < Wcp < Wcp + ta-Sx .

На основании результатов экспериментальных данных и их статистической обработки построен график зависимости средней влажности W от величины равновесной влажности W (рис. 2) в диапазоне величины конечной влажности 6.. .24 %. Используя соотношение (1), на график нанесли дополнительные линии, характеризующие границы доверительного интервала изменения среднего значения.

Анализ полученной зависимости показывает следующее:

- точность измерения средней конечной влажности повышается при меньших ее величинах; так, при конечной влажности W = 20 % вероятный двухсторонний интервал ее колебаний составляет ~ 10 %, при W = 7 % этот интервал равен всего 3 %;

- при средней влажности W > 11 % точность измерения находится в диапазоне, превышающем допустимые отклонения отдельных досок для 1...Ш категорий качества сушки [4];

- конечная влажность может быть определена с достаточной для производства точностью в диапазоне от 6 до 11 %.

Величина равновесной влажности может быть определена по любой из известных диаграмм в зависимости от состояния сушильного агента в камере в конце стадии «пауза». Для этой цели наиболее удобна диаграмма равновесной влажности (рис. 3), построенная проф. И.В. Кречетовым [5] в координатах: температура t - психрометрическая влажность At.

Таким образом, процедура определения конечной влажности пиломатериалов сводится к следующему:

- по диаграмме равновесной влажности, в зависимости от температуры t и психрометрической влажности At сушильного агента, находится величина равновесной

влажности W ;

р

- по графику зависимости средней влажности пиломатериалов от равновесной влажности в камере на момент окончания стадии «пауза» W = f(W ) определяется величина конечной средней влажности штабеля.

При импульсной сушке пиломатериалов возможно с достаточной для производства точностью в диапазоне от 6 до 11 % определить конечную влажность древесных сортиментов в камере.

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2012

103

ДЕРЕВООБРАБОТКА

Графически показана зависимость текущей влажности древесины от равновесной влажности.

Библиографический список

1. Косарин, А.А. Способ контроля текущей влажности древесины при сушке импульсными режимами / А.А. Косарин, Г.Н. Курышов // Сб. науч. тр. МГУЛ. - 2007. - Вып. 338. - С. 29-31.

2. Косарин, А.А. Особенности импульсной сушки пиломатериалов / А.А. Косарин // Вест-

ник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - № 4. -С.119-125.

3. Косарин, А.А. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: учебное пособие / А.А. Косарин, А.И. Расев. - М.: ФОРУМ, 2010. - 416 с.

4. Расев, А.И. Тепловая обработка и сушка древесины: учебник для вузов / А.И. Расев. - М.: МГУЛ, 2009. - 360 с.

5. Кречетов, И.В. Сушка древесины. Изд.4-е, переработанное и дополненное / И.В. Кречетов. - М.: БРИЗ, 1997. - 496 с.

ПАМЯТИ АЛЕКСАНДРА ИВАНОВИЧА РАСЕВА

6 апреля 2012 г. ушел из жизни признанный ведущий специалист в области сушки и защиты древесины Расев Александр Иванович, профессор, заведующий кафедрой сушки и защиты древесины Московского государственного университета леса.

Более полувека Александр Иванович проработал в стенах университета. Его отличала преданность науке, творческая энергия, завидная работоспособность. Он внес существенный вклад в становление кафедры, будучи прекрасным лектором, педагогом, имевшим большой авторитет среди студентов и преподавателей.

Сфера его научно-производственной деятельности была весьма широка. Александр Иванович занимался разработкой новых сушильных технологий, оборудованием для сушки измельченной древесины и пиломатериалов, технологией и оборудованием для совмещенной сушки-пропитки и глубокой пропитки древесины.

Им опубликовано более сотни печатных работ, в том числе учебник «Сушка древесины», получено 12 авторских свидетельств и 4 патента.

Расеву Александру Ивановичу было 76 лет.

104

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2012