СПОСОБ СУШКИ И ПРОПИТКИ ДРЕВЕСИНЫ
METHOD OF DRYING AND IMPREGNATION OF WOOD

Настоящее изобретение относится к способу сушки и пропитки пиломатериалов и может найти применение в лесной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Известен способ комбинированной сушки древесины, включающий погружение ее в гидрофобную жидкость в герметичной сушильной камере, жидкостный нагрев древесины в гидрофобной жидкости до достижения заданной величины влажности древесины, стабилизацию конечной влажности древесины и ее охлаждение. Процесс нагрева при этом осуществляют токами высокой частоты (см. заявка на патент РФ №2005135886 МПК F26B 7/00, 2006 г.).
К основному недостатку данного способа следует отнести большие энергозатраты на процесс нагрева древесины токами высокой частоты.
7
Известен также способ сушки пиломатериалов, включающий последовательно чередующиеся стадии нагрева и вакуумирования, нагрев древесины осуществляется циркуляцией перегретого пара в герметичной камере (см. патент №2186305 МПК  F26B 5/04, 7/00, 2005 г.).
Основным недостатком вышеуказанного способа является большая продолжительность процесса сушки древесины большого сечения и отсутствие возможности одновременной пропитки.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому методу является способ пропитки и сушки древесины, включающий удаление свободной и связанной влаги и пропитку, осуществляемые путем чередования циклов нагревания древесины при температуре 80-100°C и создания вакуума в полости сушильной камеры. При этом увлажнение и пропитку древесины пропитывающей жидкостью (водой и/или паром и/или пропитку антисептиком и/или антипиреном, красителем) проводят с одновременным нагревом древесины до заданной температуры (см. патент РФ №2238491 МПК F26B 9/06, 2003 г.).
К основному недостатку данного способа следует отнести сложность ведения технологического процесса сушки и высокую продолжительность сушки древесины большого сечения от связанной влаги.
Целью настоящего изобретения является сокращение сроков сушки древесины большого сечения без трещинообразования.
Указанная цель достигается тем, что в способе сушки и пропитки древесины, осуществляемом при удалении свободной влаги путем чередования стадии нагрева древесины при температуре 80-90°C, протекающем с одновременными увлажнением и пропиткой, и стадии вакуумирования, нагрев древесины осуществляется полным погружением в циркулирующую нагретую гидрофильную жидкость, после окончания стадии вакуумирования древесина подвергается воздействию воздушного давления в 2,5 атм на протяжении 10-15 мин, чередование стадий нагрева древесины в гидрофильной жидкости, выдержки под воздушным давлением и вакуумирования проводится до достижения среднеобъемной влажности 28-35% в зависимости от породы древесины, а при удалении связанной влаги стадию нагрева древесины проводят радиационно-контактным способом, при этом сушку подобным образом проводят для древесины умеренно- и трудно-пропитываемых пород круглого сечения диаметром более 180 мм.
Отличительным признаком заявленного изобретения является то, что при сушке древесины умеренно- и трудно-пропитываемых пород круглого сечения диаметром более 180 мм нагрев материала осуществляется полным его погружением в циркулирующую нагретую гидрофильную жидкость, после окончания стадии вакуумирования древесина подвергается воздействию воздушного давления в 2,5 атм на протяжении 10-15 мин, чередование стадий нагрева древесины в гидрофильной жидкости, выдержки под воздушным давлением и вакуумирование проводятся до достижения среднеобъемной влажности 28-35% в зависимости от породы древесины, а при удалении связанной влаги стадию нагрева древесины проводят радиационно-контактным способом.
Пример осуществления способа поясняется чертежами: фиг.1 - схема установки для сушки оцилиндрованных бревен; фиг.2 - разрез камеры сушки.
Установка состоит из камер сушки 1, образованных трубами и объединенных между собой в одну общую теплоизолированную рубашку 2. Внутрь камер 1 помещают оцилиндрованные бревна 3, подвергающиеся сушке. Торцы камер 1, в свою очередь, плотно закрываются крышками 4. Установка также включает рабочие емкости 5 и 6 для хранения соответственно гидрофильного агента сушки и теплоносителя, жидкостные насосы 7 и 8, конденсатор 9 - для удаления пара, водокольцевой вакуум-насос 10 - для откачки воздуха из камеры в период создания вакуума, компрессор 11, калориферы 12 и 13.
Сушка бревен происходит следующим образом. Первоначально внутрь каждой камеры 1 помещается оцилиндрованное бревно 3. При этом конструкция камер 1 устроена так, что они соединены патрубками между собой и с системой циркуляции агента сушки. После этого камеры герметично закрываются крышками 4, и из рабочей емкости 5 внутрь камер 1 с помощью насоса 8 при открытых вентилях 14 и 15 закачивается предварительно нагретая с помощью калорифера 13 гидрофильная жидкость. Причем воздух, находящийся внутри всей системы, стравливается во время заполнения ее жидкостью через открытый вентиль 16. Далее при включенных калорифере 13 и насосе 8, открытых вентилях 14 и 17 и закрытых вентилях 18 и 15, происходит циркуляция агента сушки, в качестве которого может выступать концентрированный водный раствор поваренной соли - происходит процесс нагрева древесины. Выдержка бревен в заданных условиях осуществляется до достижения температуры в центре материала 80-90°C, далее гидрофильная жидкость из камер 1 сливается в емкость 5 и начинается стадия вакуумирования. Для этого в работу включаются вакуумный насос 10 и конденсатор 9, которые откачивают паровоздушную смесь из рабочей полости камер 1 до остаточного давления 0,15-0,2 атм через ловушку для жидкости 19. Для этого открываются вентили 17 и 20; вентили 14, 15, 16 и 18 - закрыты. После снижения температуры в центре материала до 30-35°C стадия вакуумирования заканчивается. После окончания процесса вакуумирования древесина подвергается воздействию воздушного давления в 2,5 атм на протяжении 10-15 мин. Для этого в работу включается компрессор 11 при предварительно закрытых вентилях 14, 16, 17 и открытом вентиле 18. Далее снова начинается стадия прогрева в гидрофильной жидкости. Таким образом, цикл «нагрев в гидрофильной жидкости - вакуумирование» повторяется несколько раз.
При снижении влажности высушиваемой древесины до 28-35% в зависимости от породы, т.е. при удалении связанной влаги, стадию нагрева древесины проводят радиационно-контактным способом. Для этого включают насос 7 и калорифер 12 и в рубашку 2 подают теплоноситель из рабочей емкости 6. Стравливание воздуха в системе происходит через вентиль 21. Нагрев теплоносителя осуществляется циркуляцией в замкнутом контуре при открытых вентилях 22 и 23 и закрытом вентиле 24. При этом нижняя часть бревна, контактирующая со стенкой камеры 1, будет получать тепловую энергию контактным способом, остальная часть бревна будет нагреваться тепловым радиационным излучением от нагретых стенок камер и, частично, естественной конвекцией паровой среды, находящейся в камере 1. После достижения температуры в центре материала 80°C, производится слив теплоносителя из рубашки 2 в рабочую емкость 6 и начинается стадия вакуумирования, после завершения которой цикл «радиационно-контактный нагрев - вакуумирование» повторяется.
После завершения процесса сушки древесины камеру разгерметизируют вентилем 16 и извлекают высушенную древесину.
Проведены опыты при различных технологических режимах и сравнительный анализ с прототипом, выбраны оптимальные параметры.
Нижняя граница диапазона изменения температуры в центре древесины в процессе нагрева 80°C обусловлена увеличением продолжительности процесса сушки, вследствие незначительного количества аккумулированной энергии. Верхняя граница температурного диапазона 90°C определяется изменением окраски древесины.
Выдержка под воздушным давлением в 2-2,5 атм обусловлена необходимостью нагнетания в поры древесины порции воздуха, которая будет препятствовать пропитыванию древесины гидрофильной жидкостью на стадии нагрева.
Нижняя граница диапазона 2 атм обусловлена увеличением продолжительности процесса, верхняя граница диапазона обусловлена повышенными энергозатратами.
Нижняя граница диапазона продолжительности стадии воздушного давления 10 мин обусловлена большим размером поперечного сечения древесины, для которого требуется продолжительное время для проникновения воздуха внутрь древесины. Верхняя граница диапазона 15 мин определяется увеличением длительности процесса сушки.
Нижняя граница диапазона переходной влажности 28% характерна для плотных трудно-пропитываемых пород древесины (дуб), верхняя граница 35% - для умеренно-пропитываемых пород со средней плотностью (сосна).
Нижняя граница диапазона давления на стадии вакуумирования 0,15 атм определяется техническими характеристиками вакуумного оборудования, верхняя граница 0,2 атм - увеличением продолжительности сушки.
Нижняя граница диапазона изменения температуры древесины в процессе вакуумирования 30°C обусловлена увеличением продолжительности процесса сушки, вследствие незначительного остаточного количества аккумулированной энергии. Верхняя граница температурного диапазона 35°C также определяется увеличением продолжительности процесса сушки, вследствие снижения величины влагосъема за один цикл «нагрев-вакуумирование».