ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки.

Изобретение относится к области деревообрабатывающей промышленности, в частности к технологии сушки древесины.

На чертеже схематично представлено оборудование, при помощи которого был осуществлен предлагаемый способ сушки древесины.

Способ сушки древесины осуществляется при помощи сушильных камер 1 и 2 (сушку можно проводить и в одной камере), каждая из которых оборудована устройством 3 для равномерного распределения и вентиляторами 4 для подачи теплоносителя по всему объему сушильной камеры. Трубопроводы 5 со встроенными быстродействующими клапанами 6 и 7 связывают сушильные камеры 1 и 2 с ресивером 8. Каждая сушильная камера 1 и 2 имеет клапан 9 для соединения сушильной камеры с атмосферой и кран 10 для слива свободной влаги. Каждая сушильная камера имеет герметичную дверь 11 для загрузки и выгрузки древесины и калориферы 12, установленные в задних полуцилиндрических стенках. Вакуумный насос 13 обеспечивает заданный вакуум в ресивере 8 и сушильных камерах 1 и 2. Сборник жидкости 14 предназначен для сбора раствора смолы и конденсата, связан с ресивером 8 при помощи клапана 15 и используется как шлюз для слива собранной жидкости при помощи клапана 16 без разгерметизации всей системы.

Предлагаемый способ сушки древесины поясняется на одной из сушильных камер и осуществляется следующим образом.

Помещенную в сушильную камеру 1 древесину укладывают на тележке в штабель, после чего тележку задвигают в сушильную камеру 1, герметично закрывают двери 11 и включают калориферы 12, и производят нагрев воздуха при атмосферном давлении. При этом сушильная камера 1 изолирована от ресивера 8 и внешней среды при помощи быстродействующих клапанов 6 и 9. Одновременно включается насос 13 для создания в ресивере 8 давления 1-10 мм рт.ст. Древесину нагревают до средне-объемной температуры 80-100 С, что приводит к снижению поверхностного натяжения воды в межкапиллярном пространстве и увеличению давления пара до значений, близких к атмосферному. С помощью быстродействующего клапана 6 камеру сушки 1 за время, равное 0,1-0,5 с, соединяют с ресивером 8, в котором предварительно создано давление 1-10 мм рт.ст. и создают таким образом в сушильной камере 1 вакуум, под действием которого древесину выдерживают в течение, например, 30 минут, затем сушильную камеру 1 изолируют от вакуума, закрыв быстродействующий клапан 6, и выдерживают древесину в сушильной камере под остаточным вакуумом 30 минут. При этом подогрев древесины до температуры 80-100 С поддерживается постоянно.

Равномерную подачу теплоносителя при продувке, нагреве, многократном чередовании вакуумирования и выдержки древесины по всему объему изолированной сушильной камеры осуществляют потоками при помощи регулируемых направляющих, от непрерывного и встречного до противоположного.

Нагрев древесины, скоростное вакуумирование с нагревом, выдержка под вакуумом с прогревом древесины по всей толщине составляют один цикл сушки. В зависимости от породы древесины, ее плотности, толщины и др. параметров количество циклов сушки многократно повторяют до достижения остаточной влажности древесины около 30%.

После выдержки древесины под остаточным вакуумом давление в сушильной камере 1 сбрасывают за 0,5-5,0 с до давления ниже равновесного давления насыщенного пара для данной температуры, и делают выдержку в создавшемся в сушильной камере 1 вакууме. Во время выдержки через клапаны 10, 15, 16 производят удаление образовавшейся воды, слив конденсата, изолирование сушильной камеры 1 посредством перекрытия быстродействующего клапана 6 от ресивера 8 и нагрев древесины под остаточным давлением до среднеобъемной температуры 80-100 С.

Вода в древесине находится в двух основных структурных элементах: - в полостях клеток и капилляров - свободная влага и в стенках клеточных оболочек - связанная влага. Размер клеточных пор находится в пределах 100А и 10А. Максимальное количество связанной влаги, которое может находиться в древесине, примерно одинаково для всех пород древесины и составляет при 20 С примерно 30 мас.%. Вся остальная влага является свободной. При сушке древесины с влажностью более 30% в первую очередь удаляется свободная влага, а затем связанная. При нагревании древесины гигроскопичность понижается и часть связанной влаги переходит в свободную.

Сушка древесины по предлагаемому способу включает в себя две стадии. На первой стадии производят удаление свободной влаги, когда влага из капилляров и межкапиллярного пространства удаляется за счет быстрого создания давления насыщенных паров воды древесины при данной температуре и выталкивается влага из капилляров за счет расширения растворенного и защемленного газа и частичного парообразования с последующим сливом влаги из сушильной камеры. На второй стадии производится удаление связанной влаги только за счет частичного парообразования и ее последующего испарения с поверхности. Это достигается тем, что предварительно нагретую древесину при давлении, равном давлению насыщенных паров, и соответствующей температуре подвергают быстрому соединению с ресивером и кратковременному созданию в сушильной камере давления ниже давления насыщенных паров.

Создание в сушильной камере 1 давления ниже равновесного давления насыщенных паров приводит их в состояние перегретого пара и резкому увеличению парообразования с поверхности материала и ведет к охлаждению жидкости ниже температуры ее кипения при данном давлении. Вследствие низкой теплопроводности древесины пар во всем объеме древесины не успевает охладиться до температуры ниже температуры кипения и образовавшийся пар внутри капилляра выдавливает влагу из капилляра. Создание в сушильной камере 1 давления ниже равновесного приводит также к резкому расширению защемленных газов и растворенной в капиллярах жидкости. Резкое увеличение объема газа выталкивает жидкость из капилляров в объем сушильной камеры.

Начало удаления связанной влаги определяется по уменьшению изменения температуры древесины в процессе скоростного вакуумирования. С уменьшением влагосодержания температура древесины повышается, что приводит к уменьшению времени выдержки под вакуумом после скоростного вакуумирования до 15 минут и времени нагрева древесины под остаточным вакуумом до равновесного давления до 20 минут.

Удаление связанной влаги осуществляется в процессе проведения следующих операций - скоростного вакуумирования с выдержкой и нагревом под вакуумом в течение, например, 15 минут и нагрева древесины в изолированной сушильной камере под остаточным вакуумом до равновесного давления в течение, например, 20 минут.

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа сушки древесины.

Процесс сушки древесины экспериментально реализован на промышленной установке, технологическая схема которой представлена на чертеже.

В две сушильные камеры 1 и 2 с объемом загрузки по 10 м ³, оборудованных устройством 3 для направления и равномерного распределения воздушных потоков и калориферами 12 для нагрева и вентиляторами 4 для подачи теплоносителя к древесине по всему объему каждой камеры, соединенные трубопроводами 5 с рассчитанным диаметром по приведенной выше формуле, с быстродействующими клапанами 6 и 7 и с ресивером 8, загрузили на тележках по 10 м ³ древесины. Сушке подвергли сосновые доски длиной 6000 мм, шириной 150 мм, толщиной 50 мм. Начальная влажность древесины была 70%, требуемая конечная влажность - 10%. Доски уложили в штабель 17 с размерами 1200х1500х6000 (мм), прокладывая каждый ряд рейкой с размерами 25х25х1200 (мм). В каждую сушильную камеру на тележках было установлено по два штабеля древесины. В полуцилиндрических дверцах 11 и полу цилиндрических задних стенках 18 каждой сушильной камеры были установлены калориферы 12 с площадью поверхности нагрева по 35 м ² каждый и по два осевых вентилятора 4 производительностью 7500 м ³ в час воздуха при нормальных условиях и обеспечивающих напор 50 мм. рт.ст., число оборотов вентилятора составляло 1460 об/мин.

Необходимость использования двух сушильных камер вызвана повышением коэффициента полезного действия вспомогательного оборудования (ресивера, насоса, сборника жидкости, системы автоматического управления и т.д.), увеличением производительности и снижением удельных капитальных затрат. Так, в случае нагрева древесины в изолированной первой камере, во второй происходит вакуумирование и т.д. Для создания вакуума в ресивере 8 был использован вакуумный насос АВЗ - 90, который обеспечивал создание рабочего давления в ресивере 8 и отсос балластных газов из камер сушки 1 и 2 и ресивера 8.

Сушильные камеры 1 и 2 герметично закрыли, включили калориферы 12 и вентиляторы 4 для нагрева воздуха и нагрева древесины. Воздух от калорифера выходил с температурой в 140 С при атмосферном давлении в сушильных камерах. Сушильные камеры были изолированы от ресивера и от внешней среды путем перекрытия быстродействующих клапанов 6, 7 и 9. Одновременно включили насос 13 для создания в ресивере 8 давления 1-10 мм рт.ст. После достижения среднеобъемной температуры древесины 90 С и температуры в камере 110 С, а это произошло через 120 минут, включили быстродействующий клапан 6, соединяющий сушильную камеру 1 с ресивером 8. При этом вакуум, созданный в ресивере, распространился и на сушильную камеру 1 и сделали выдержку древесины под вакуумом в течение 15 минут. За это время давление внутри древесины под воздействием вакуума в свободном объеме сушильной камеры сначала снизилось до 370 мм рт.ст., стремясь сравняться с давлением (вакуумом) в свободном объеме сушильной камеры. За время выдержки под вакуумом происходило вытеснение влаги из древесины. Затем после выдержки в 15 минут быстродействующий клапан 6 сушильной камеры 1 перекрыли - изолировав тем самым сушильную камеру 1 от ресивера 8 - и сделали выдержку под остаточным вакуумом в течение 30 минут. После второй выдержки давление внутри древесины и в свободном объеме сушильной камеры сравнялось. При этом нагрев древесины работал без отключения и температура древесины за время выдержки при остаточном вакууме вновь достигла 90 С, а равновесное давление, в процессе нагрева, увеличилось до 660 мм рт.ст.

Быстродействующий клапан 7 сушильной камеры 2 в это время находился в положении "закрыто". Данные операции воздействия вакуума и выдержки повторяли последовательно 20 раз и общее время, необходимое для удаления свободной влаги, составило 720 минут.

Во время первой выдержки древесины в сушильной камере 1 запустили сушильную камеру 2 с такой же последовательностью проводимых в ней операций.

Удаление связанной влаги до остаточной влажности в 10% производили в такой же последовательности посредством проведения операций скоростного вакуумирования с нагревом и выдержкой древесины под вакуумом в течение 15 минут, затем нагревом и выдержкой древесины в сушильной камере под остаточным вакуумом до равновесного давления сначала в течение 15 минут, а затем время нагрева древесины до заданной температуры, при остаточном вакууме, уменьшается за счет уменьшения снижения температуры древесины в процессе скоростного испарения влаги.

Количество циклов для удаления связанной влаги при этом получилось 11, общее время удаления связанной влаги составило 420 минут. Общее время сушки древесины - удаления из древесины свободной и связанной влаги составило 1140 мин или 18 ч 55 мин. Указанные операции предлагаемого способа проводили при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов, проходное сечение которых определялось по математической зависимости.

Экспериментальная проверка показала, что увеличение или уменьшение содержания свободной влаги влияет только на время первой стадии сушки. Время второй стадии - удаление связанной влаги до остаточной в 10% - остается постоянным.

Предлагаемый способ сушки древесины успешно прошел экспериментальные испытания в условиях промышленного предприятия по сушке древесины и дал хорошие, стабильные результаты по качеству сушки, отсутствию дефектов (трещин, разрывов, сколов и т.п.) на поверхности и внутри древесины. Высушенная по предлагаемому способу древесина хорошо хранится, не коробится и может быть использована для изготовления ответственных изделий и поставляться на экспорт. Использование существующего оборудования позволяет предотвратить возможные затраты на изготовление дорогостоящего оборудования.

В настоящее время авторами проводится работа по более широкому использованию предлагаемого способа.