Тепловая обработка и сушка древесины

ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА И СУШКА ДРЕВЕСИНЫ

Введение

Под тепловой обработкой и сушкой древесины понимаются процессы воздействия на нее теплоты, влажных газов или жидкостей с целью придания ей требуемых технологических или эксплуатационных свойств. Основные из них: формо- и размероустойчивость, прочность, долговечность. В конечном итоге воздействие направлено на улучшение качества изделий и сооружений из древесины, на максимальное продление срока их службы и более полное и рациональное использование древесного сырья.

Цель дисциплины – подготовка бакалавров по направлению 250400.62 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» в области организации и проведения тепловой обработки и сушки древесины, широко используемой в деревообрабатывающей промышленности.

Задачи дисциплины: изучение основ теории процессов гидротермической обработки древесины; изучение современной технологии этих процессов; изучение оборудования, его эксплуатации и проектирования.

По своим особенностям и назначению процессы тепловой обработки и сушки древесины разделяются на две группы:

1) процессы тепловой обработки, направленные на нагревание древесины и поддержание ее температуры в течение определенного времени на заданном уровне; применяются в лесопилении, производстве фанеры и шпона, перед гнутьем и прессованием, в операциях сборки изделий;

2) процессы сушки, направленные на снижение влажности древесины; применяются в лесопилении, деревообработке (сушка пиломатериалов, заготовок), производстве фанеры (сушка шпона) и древесно-стружечных плит (сушка измельченной древесины);

Сушка древесины – неотъемлемая стадия в технологическом процессе деревообработки, обеспечивающая надлежащее качество изделий и сооружений из древесины. Несвоевременная или неполноценная сушка древесины приводит к снижению их качества, большим потерям материала при транспортировке, резкому сокращению сроков службы деревянных сооружений и вызывает большой перерасход древесины. Правильная организация процессов сушки дает стране ежегодно многие миллионы кубических метров древесины, являющейся дефицитным сырьем. Следовательно, тепловаая обработка и сушка древесины имеет и существенное экологическое значение, способствуя рациональному использованию лесных ресурсов и сохранению лесов.

Цель преподавания данной дисциплины состоит в обеспечении специальной подготовки специалистов, необходимой для активной и исследовательской деятельности в области технологии обработки древесины.

Задача дисциплины состоит в изучении воздействия на древесину тепла, влажного газа или жидкости, предназначенные для изменения температуры и влажности древесины.

Литература:

Основная

1. А. И. Расев "Сушка древесины", М. Изд-во Лань, 2010.- 416 с.

2. П.С. Серговский, А.И. Расев Гидротермическая обработка и консервирование древесины. М.: Лесная промышленность, 1987, 360 с.

Дополнительная

1.И.В.Кречетов Сушка древесины М.: издание “Бриз”, 1997, 500 с.

Топочные газы

Параметры топочных газов

Топочные газы, непосредственно используемые в технике гидротермической обработки древесины в качестве теплоносителя и агента обработки, получаются в результате сжигания различных видов топлива (твердого, жидкого, газообразного) в специальных топках.

Состояние топочных газов зависит от состава топлива, его влажности и условий горения и может характеризоваться теми же параметрами, как и состояние воздуха.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

Конвективная сушка

Теплота, необходимая на испарение или выпаривание влаги, передается материалу от движущейся газообразной или жидкой среды путем конвективного теплообмена. Движение газа и жидкости может быть вызвано вентиляторами, насосами и другими внешними побудителями движения, а также за счет разности плотностей объемов газов (жидкостей). Этот вид сушки имеет наибольшее распространение в промышленности. Конвективная сушка делится на два подвида: конвективно-атмосферную и конвективно-тепловую.

Конвективно-атмосферная (атмосферная) сушка осуществляется воздухом без его подогрева. Происходит на открытых складах или под навесами, используется для сушки пилопродукции (пиломатериалов, шпал, обапола), имеет место также в процессах хранения и транспортировки древесных материалов. Интенсивность процесса очень невелика. Продолжительность сушки пиломатериалов разной толщины в различных климатических условиях колеблется от 2…3 месяцев до одного – двух сезонов.

Конвективно-тепловая сушка – сушка в нагретых газах и жидкостях. Подразделяется на способы:

газопаровая – сушка в нагретой газовой среде при атмосферном давлении;

ротационная – газопаровая сушка, при которой влагоперенос интенсифицируется центробежной силой;

вакуумная – газопаровая сушка при давлении среды ниже атмосферного;

для вышеназванных способов сушки в качестве сушильных агентов используются воздух, топочные газы, водяной пар и их смеси;

сушка в жидкостях – сушка с использованием нагретых жидких сушильных агентов (гидрофобных жидкостей, концентрированных водных растворов гигроскопических веществ).

Кондуктивная сушка

Теплота, необходимая для испарения влаги из материала, передается ему от нагретой поверхности (плит, вальцов, роликов и др.), соприкасающейся с материалом, посредством кондукции (теплопроводности). Сушильный агент – воздух.

Терморадиационная сушка

Теплота материалу для испарения влаги передается от генераторов излучения в виде электромагнитных колебаний (инфракрасными лучами). При этом тепловые лучи поглощаются лишь тонким поверхностным слоем материала и рассеиваются в большом количестве в окружающую среду. Поэтому для сушки древесины терморадиационная сушка технологически и экономически нецелесообразна. Она иногда используется в технологии отделки для сушки и полимеризации лакокрасочных покрытий. Сушильный агент – воздух.

Электрическая сушка

Теплота материалу для испарения влаги передается за счет энергии электромагнитного поля разной частоты. Подразделяется на следующие способы.

Диэлектрическая сушка. Осуществляется за счет теплоты, выделяющейся в древесине (диэлектрике) при воздействии на нее электромагнитного поля токов высокой частоты (ТВЧ). Сушильный агент – воздух.

Возможно комбинирование диэлектрической сушки с вакуумной. Такая комбинированная сушка обладает существенными технологическими преимуществами. Однако этот комбинированный способ сушки из-за большого расхода электрической энергии не может пока конкурировать с газопаровой сушкой.

Индукционная сушка – сушка в электромагнитном поле промышленной частоты с передачей теплоты материалу и сушильному агенту от размещаемых внутри штабеля ферромагнитных прокладок, нагреваемых индуктивными токами. Электромагнитное поле образуется в соленоиде, питаемом током промышленной частоты, внутрь которого закатывают штабель. Этот способ сушки имеет серьезные недостатки (большая неравномерность просыхания материала, местные перегревы, большие внутренние напряжения) и распространения не получил. Сушильный агент – воздух.

Кроме названных существуют комбинированные способы сушки, в которых одновременно используются различные виды передачи теплоты или совмещаются другие признаки различных способов (вакуумно-диэлектрическая, конвективно-кондуктивная и др.).

В деревообрабатывающей промышленности сушат главным образом пиломатериалы, заготовки, лущеный и строганый шпон, измельченную древесину (стружку, спичечную соломку и т.п.).

Для всех древесных материалов преимущественное использование имеет газопаровая сушка. Применительно к пиломатериалам, высушиваемым в сушильных камерах, этот способ получил в промышленности наименование камерной сушки. Второй по значению является атмосферная сушка. Перспективными являются конвективно-вакуумная и вакуумно-диэлектрическая сушки особенно для пиломатериалов и заготовок из древесины твердых лиственных пород. В технологии пропитки древесины получила распространение сушка в гидрофобных жидкостях.

Приведенный перечень способов сушки отражает лишь современный уровень технологии деревообработки. В дальнейшем будут происходить изменения в развитии способов сушки древесины.

Калориферы

Это теплообменные аппараты, предназначенные для передачи теплоты от среды с более высокой температурой (теплоносителя) к среде с более низкой температурой (сушильному агенту). Калориферы относятся к рекуперативным теплообменникам, в которых теплота от одной среды к другой передается через разделяющую их стенку. В газовых сушилках используют смесительные теплообменники, в которых теплота передается в процессе смешения нагревающей среды с нагреваемой.

В зависимости от применяемых теплоносителей калориферы делятся на паровые, водяные, огневые и электрические. В промышленных сушильных установках используют преимущественно водяные и реже паровые калориферы.

Водяной (или паровой) калорифер представляет собой замкнутую систему сообщающихся металлических трубопроводов, омываемых снаружи циркулирующим сушильным агентом, а изнутри обогреваемых горячей водой или паром.

В водяном и паровом калорифере теплообмен происходит между теплоносителем с большим коэффициентом теплоотдачи a₁ и сушильным агентом с малым коэффициентом теплоотдачи a₂ (a₁ >> a₂). Поэтому в сушилках применяют калориферы с оребренной поверхностью. Увеличивая поверхность теплообмена F₂ со стороны сушильного агента путем её оребрения, тем самым увеличивают количество теплоты, передаваемой от теплоносителя (поверхность теплообмена F₁) к сушильному агенту. При этом добиваются выполнения условия a₁F₁ » a₂F₂.

В сушилках до последнего времени применяли калориферы двух конструктивных типов: сборные, монтируемые из стандартных труб внутри сушильного пространства, и компактные калориферы заводского изготовления, устанавливаемые в специальных внутренних или внешних воздуховодах сушилок.

Для монтажа сборных калориферов чаще всего применяли отопительные чугунные ребристые трубы (ГОСТ 1816-76) с фланцевыми соединениями (рис. 4.15). Требуемая поверхность нагрева калорифера набиралась из отдельных труб, которые группировались в секции, имеющие самостоятельное питание паром, а внутри секции соединялись параллельно или последовательно с уклоном около 0,01 в направлении стока конденсата. Конкретные схемы монтажа калориферов определялись конструктивными особенностями сушилок.

Невысокая стоимость и высокая коррозийная стойкость способствовали их применению в камерах в строительных ограждениях. Однако они имеют большую удельную металлоемкость (17,84 кг/м²), большие габаритные размеры, увеличенный объем монтажных работ и недостаточную надежность из-за большого числа фланцевых соединений. Поэтому в современных сушильных камерах сборные калориферы из чугунных ребристых труб не применяются.

Рис. 4.15. Чугунная ребристая труба

Из компактных калориферов в сушильных установках наибольшее применение нашли стандартные (ГОСТ 7201-80) стальные пластинчатые калориферы общего назначения.

Рис. 4.16. Общий вид пластинчатого калорифера

Пластинчатый калорифер (называемый также воздухонагревателем) состоит (рис. 4.16) из двух распределительных коробок (коллекторов) 1 и 3, соединенных оребренными трубками 6. Стенки коллекторов с отверстиями, куда ввальцовываются трубки, называются трубными решетками. Пар (или горячая вода) подается через входной патрубок 2 и, проходя по трубкам, нагревает через поверхность их оребрения воздух, продуваемый перпендикулярно трубкам. Отработавший теплоноситель удаляется через выходной патрубок 7. Воздушный поток, проходящий через калорифер, ограничен с двух сторон коллекторами, а с других двух сторон – боковыми щитками 4. К щиткам и коллекторам крепятся фланцы 5, к которым при необходимости присоединяют воздуховоды.

По характеру циркуляции теплоносителя пластинчатые калориферы подразделяются на два типа: одноходовые, обогреваемые паром, и многоходовые, обогреваемые водой. В одноходовых калориферах (рис. 4.17, а) теплоноситель движется по всем трубкам в одном направлении, а в многоходовых (рис. 4.17, б) – несколько раз изменяет свое направление на обратное, для чего коллекторы разделяются перегородками на несколько замкнутых камер.

Достоинство пластинчатых калориферов – их компактность при большой поверхности нагрева и повышенная по сравнению со сборными калориферами интенсивность теплоотдачи, а также небольшая удельная металлоемкость (4,0…5,4 кг/м²). Однако эти калориферы не вполне отвечают условиям эксплуатации в сушилках (высокая температура и влажность среды с примесью химически активных веществ, выделяемых из древесины). Они быстро ржавеют и требуют частых ремонтов и замены. По данным Гипродрева, срок службы пластинчатых калориферов в сушильных камерах составляет два – три года. Кроме того, они имеют большое аэродинамическое сопротивление со стороны сушильного агента, а, следовательно, и большой расход электроэнергии на привод вентиляторов, особенно значительный, если последовательно по движению сушильного агента включить несколько калориферов.

Рис. 4.17. Схемы движения теплоносителя в одноходовом (а)
и многоходовом (б) калориферах

Хорошей коррозионной стойкостью в слабокислой среде сушильного агента обладают специальные биметаллические калориферы. Трубки таких калориферов представляют собой несущие стальные трубки 1, защищенные снаружи ребристой оболочкой 2 из алюминиевого сплава (рис. 4.18). Из оребренных биметаллических трубок и стальных толстостенных коллекторов изготавливают калориферы требуемых размеров или секции для монтажа сборных калориферов. Такие калориферы по совокупности энергетических, конструктивных и технологических характеристик превосходят лучшие стандартные калориферы. Так по коэффициенту теплопередачи они почти в два раза, а по коррозионной стойкости в 5…6 раз превышают пластинчатые (сантехнические) калориферы. Удельная металлоемкость их не превышает 2,7 кг/м².

В настоящее время производят четыре типа биметаллических труб конструктивные размеры которых приведены в табл. 4.1. Трубы типа I применяют для изготовления компактных стандартных калориферов, типа II и III – для изготовления индивидуальных калориферов в сушильных камерах, типа IV – для калориферов с вертикальной установкой труб.

Рис. 4.18. Биметаллическая ребристая труба

Таблица 4.1

Конденсатоотводчики

Нормальная работа паровых калориферов должна сопровождаться непрерывным удалением из них конденсата без пропуска греющего пара. Дело в том, что энтальпию этого пара следует использовать в калориферах в максимально возможной степени, так как основную ее часть составляет теплота парообразования. Следовательно, необходимо обеспечить полную конденсацию пара, подаваемого в калорифер. Совершенно недопустима работа калорифера с так называемым пролетным паром, т.е. неполной конденсацией греющего пара, когда из калорифера отводится смесь конденсата с паром. При такой работе расход греющего пара больше (на 20…30 %), чем при полной его конденсации. Поэтому для удаления из калориферов только конденсата (без пропуска пара) за ними устанавливаются автоматически действующие устройства – конденсатоотводчики.

Существует три типа конденсатоотводчиков – гидростатические, термостатические и термодинамические. В наибольшей мере условиям работы сушильных камер соответствуют термодинамические конденсатоотводчики.

Характеристики вентиляторов

Характеристика вентилятора обычно выражает связь между основными параметрами его работы. Она необходима для подбора и анализа работы вентилятора на данную систему воздуховодов. Различают индивидуальные (полные) и универсальные характеристики.

Полная характеристика – графическая зависимость величины полного давления , развиваемого вентилятором, потребляемой мощности N, полного КПД h от производительности вентилятора при стандартной плотности воздуха r = 1,2 кг/м³ перед входом вентилятора и постоянной частоте вращения n рабочего колеса. Для осевого вентилятора дополнительно при определенном угле установки q лопаток рабочего колеса.

Все упомянутые зависимости строят для вентиляторов определенного типа и номера на одном графике в соответствующих масштабах (рис. 4.29).

Рис. 4.29. Полная характеристика вентилятора

Безразмерные (отвлеченные) характеристики предназначены для сравнения аэродинамических качеств вентиляторов разных типов представляют собой графики зависимости коэффициентов полного давления y, потребляемой мощности l, полного КПД h от коэффициента производительности j. размерным.

Все характеристики вентилятора составлены для нормальных условий, при которых плотность воздуха r₀ = 1,2 кг/м³. Для того чтобы пользоваться характеристиками при другой фактической плотности воздуха r, нужно полное давление вентилятора привести к нормальной (стандартной) плотности воздуха r₀.

Сушка пиломатериалов

Ограждения сушильных камер

Требования к ограждениям сушильных камер

В сушильных камерах процесс сушки выполняется при сравнительно высокой температуре и высоком влагосодержании (высоком парциальном давлении водяных паров) сушильного агента. Это предъявляет к ограждениям сушильных камер следующие требования: герметичность, влагонепроница-емость, хорошие теплоизоляционные свойства, долговечность и надежность.

Достаточная герметичность и влагонепроницаемость ограждений обеспечивают поддержание в сушильной камере заданного режима сушки. Негерметичность камеры (неплотности в притворах дверей, в местах ввода вентиляционных труб, психрометрических блоков, в стыках панелей и другие зазоры) вызывает неизбежные утечки паровоздушной смеси и дополнительные теплопотери.

В стационарных камерах значительные потери теплоты вызываются эксфильтрацией (утечки путем фильтрации) пара по всей площади стен и перекрытий, имеющих капиллярно-пористую структуру. Эксфильтрация и утечки пара через неплотности, а также инфильтрация (приток) наружного воздуха в камеру снижают степень насыщенности сушильного агента в ней даже при закрытых вентиляционных трубах. Поэтому для поддержания режима сушки и сохранения целостности материала приходится прибегать к увлажнению сушильного агента паром или распыленной горячей водой. Реальная величина потерь пара зависит от пористости ограждений и степени их влагоизоляции. В камерах со стенами из плохо обожженного кирпича без их достаточной влагоизоляции полные потери теплоты через ограждения могут превышать расчетные в несколько раз.

Теплоизоляционные свойства ограждений (особенно перекрытия) в процессе работы камеры не должны допускать конденсации влаги на внутренних поверхностях, т.е. чтобы температура на этих поверхностях была выше температуры росы. Для этого должно соблюдаться условие

К , (5.1)

где К – требуемый коэффициент теплопередачи данной конструкции ограждения, Вт/(м²·К); a₁ – коэффициент теплоотдачи от сушильного агента к внутренней поверхности ограждения, Вт/(м²·К); t_c – расчетная температура сушильного агента, ºС; t_р – температура росы, соответствующая данному состоянию сушильного агента, ºС; t_0.з – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ºС.

При разработке наружных ограждений сушильных камер для условий сушки мягкими и нормальными режимами, величину коэффициента теплопередачи К следует принимать в пределах 0,35…0,45 Вт/(м²·К). При недостаточной теплоизоляции (К > 0,45 Вт/(м²·К)) на внутренних поверхностях ограждений начнется конденсация пара, что вызовет дополнительное осушение среды в камере, затрудняя проведение процесса сушки.

Конструкция наружных ограждений стационарных камер должна быть многослойной, с достаточной теплоизоляцией, с вентилируемой наружным воздухом воздушной прослойкой между теплоизоляционным и наружным защитным слоями. Обязательно следует предусматривать пароизоляцию, препятствующую проникновению водяных паров из сушильного агента в толщу ограждения. Пароизоляционный слой должен располагаться первым с внутренней стороны ограждения. Для перекрытия допускается укладка пароизоляционного слоя поверх несущей основы, но обязательно под пароизоляционным слоем (утеплителем).

Проникание водяных паров внутрь ограждения происходит за счет большой разности (до 0,1 МПа) парциальных давлений пара внутри камеры и за ее пределами. Водяные пары, проникая в ограждение, в зоне охлаждения до температуры росы, конденсируются (особенно в воздушных и пароизоляци-онных прослойках). Это приводит к увеличению теплопроводности материалов и к ухудшению теплозащиты ограждения. Увлажнение только теплоизоляцион-ного слоя увеличивает потери теплоты ограждениями на 5…15 %. Периодическое же замерзание влаги в наружных слоях стационарных ограждений способствует их преждевременному разрушению.

Для уменьшения вероятности конденсации пара в толще ограждения при слоистой конструкции различные материалы должны располагаться в следующем порядке: к внутренней поверхности – материалы плотные, теплопроводные и малопаропроницаемые; к наружной поверхности – пористые, малотепропроводные и более паропроницаемые (в частности утеплители). Воздушная прослойка должна располагаться ближе к наружной поверхности и вентилироваться наружным воздухом.

В процессе сушки, вследствие выделения из древесины летучих органических кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой) в камере образуется среда, имеющая кислотный характер. Степень ее кислотности зависит от характеристики древесины, применяемых режимов сушки и изменяется в пределах рН = 3,4…4,2. Кислотосодержащий конденсат, попадая в ограждение, способствует быстрому разрушению кирпича, цементно-известковых швов между ними, железобетона, а также обыкновенной и низколигированной стали.

Для обеспечения необходимой долговечности внутренних ограждений и оборудования сушильных камер необходимо применять конструкционные и защитные материалы, устойчивые к воздействию агрессивной среды.

Перемещение штабелей

Для перевозок сформированных штабелей вне и внутри камер чаще всего используют рельсовый транспорт. В качестве подвижного состава для этой цели применяют составные платформы, собранные из треков (двухколесных тележек). Треки соединяют брусьями, образующими подштабельное основание, которое должно быть строго горизонтальным. На практике это условие часто нарушается из-за разнотолщинности брусьев и неровности рельсовых путей, что приводит к искривлению досок. Кроме того, для штабелей повышенной высоты составные платформы не гарантируют надлежащей формоустойчивости штабеля при его движении. Поэтому вместо составных платформ отдают предпочтение цельносварным вагонеткам.

Рис. 5.26. Роликовые шины для поперечного перемещения штабелей:
а – отрезок шины; б – схема размещения шин по ширине камеры

Закатка и выкатка штабелей

Закатка и выкатка штабелей в камеру и из нее происходят преимущественно по рельсовым путям траверсной тележкой, которая передвигается в траверсной траншее (углублении) вдоль загрузочного фронта камер. Как правило, траверсной же тележкой выгруженный из камеры штабель подают на склад сухих пиломатериалов. Обычно применяют электрифицированные траверсные тележки, снабженные самоходным механизмом и лебедкой (с тросом и блоками) для подтягивания и выталкивания штабелей. Ее общий вид для камер с продольным перемещением штабелей показан на рис. 5.27. Существуют и другие конструкции электрифицированных траверсных тележек.

Рис. 5.27. Траверсная тележка:

1 – контроллеры; 2 – лебедка; 3 – привод лебедки; 4 – привод механизма перемещения; 5 – вал механизма перемещения; 6 – блоки; 7 – платформа;
8 – рельсы; 9 – кабель питания

Некоторые сушильные цехи не имеют траверсных путей. Здесь сборка всего штабеля производится автопогрузчиком путем установки пакетов на вагонетки, стоящие на рельсовых путях. Этим же автопогрузчиком выполняется закатка и выкатка собранных штабелей в камеру и из нее.

В сушильных камерах с поперечной (фронтальной) загрузкой штабелей рельсовые пути в камере могут отсутствовать. У этих камер двери расположены не спереди и сзади, а сбоку. Такие камеры пакетами заполняет и разгружает автопогрузчик, въезжающий непосредственно в камеру (рис. 5.28).

К недостаткам сушильной камеры с фронтальной загрузкой следует отнести то, что при загрузке и разгрузке двери камеры остаются открытыми. При этом ограждения и оборудование этой камеры значительно (особенно зимой) охлаждаются. Это служит причиной увеличения затрат теплоты на их периодическое нагревание в процессе сушки.

Рис. 5.28. Сушильная камера с поперечной (фронтальной) загрузкой
штабелей (без рельсового пути)

Рекомендации по выбору категории качества и режима сушки в зависимости от назначения материала

Назначение материала	Категория качества сушки	Средняя конечная влажность Wк, %	Отклонение конечной влажности отдельных досок от средней влажности штабеля, %	Условный показатель остаточных напряжений (относительная деформация зубцов секции), %	Уменьшение прочности древесины	Рекомендуемые категории режимов сушки
Товарные пиломатериалы (экспортные и внутреннего рынка), высушиваемые до транспортной влажности		16…20	Не более ±(2,5…6,0)	Не контроли-руется	Не допускается	М, Н
Производство наиболее квалифицированных изделий с особо точной механической обработкой и сборкой деталей и узлов (музыкальные инструмен-ты, точное машино- и приборостроение, деревян-ные строительные клееные конструкции, модели, лыжи и т. п.)	I	7…10	Не более ±2	Не более 1,5	То же	М, Н
Производство квалифицированных изделий с точной механической обработкой и сборкой деталей и узлов (мебель, столярные плиты, спортинвентарь, окна, двери, детали паркета, деревянные столярные ограждающие конструк-ции, пассажирское вагоностроение, судо- и автостроение и т. п.)	II	7…15	Не более ±3	Не более 2,0	Допускается в зависимости от назначения пило-материалов	М, Н, Ф
Производство менее квалифицированных изделий деревообработки (строительный погонаж, рядовая тара, товарное вагоностроение, сельхоз-машиностроение и т. п.)	III	10…15	Не более ±4	Не контроли-руется	То же	Н, Ф

Для создания высокой степени насыщенности среды при прогреве психрометрическую разность поддерживают на уровне 0,5…1,5 ^оС. Температуру среды в камере поддерживают выше температуры начальной ступени режима сушки: для древесины лиственницы и твердых лиственных пород – на 5 ^оС, для древесины мягких хвойных и лиственных пород – на 8 ^оС, но в обеих случаях не выше 100 ^оС.

Температуру в камере до заданной величины необходимо поднимать постепенно со скоростью примерно 3…5 ^оС /ч. При температуре 30…40 ^оС начинают увлажнение воздуха в камере. Оно должно выполняться быстро, чтобы уже при подъеме температуры психрометрическая разность достигла заданной величины. При этом увлажнение не должно быть непрерывным, а выполняться периодически, чтобы не подавать в камеру избыточную влагу.

После достижения в камере заданных параметров среды древесину выдерживают при этих параметрах до тех пор, пока разность между температурами среды t_с и в центре доски t_ц не достигнет 3 ^оС. Разность (t_с – t_ц) измеряют в зоне камеры, где скорость циркуляции, а следовательно, и интенсивность прогрева минимальна. Допускается начальный прогрев проводить без измерения температуры древесины, если необходимая продолжительность прогрева пиломатериалов определенной характеристики установлена путем предварительных расчетов или экспериментов.

Ориентировочно продолжительность выдержки с момента достижения в камере заданной температуры может быть принята для пиломатериалов мягких хвойных пород при температуре наружного воздуха t_о > 0 ^оС – 1,0…1,5 ч, а при t_о < 0 ^оС – 1,5…2,0 ч на каждый сантиметр их толщины. Для пиломатериалов мягких лиственных пород эта продолжительность увеличивается на 25 %, а твердых пород и лиственницы – на 50 %.

Продолжительность начального прогрева (включая подъем температуры и выдержку) зависит от режима его проведения, характеристики пиломатериалов (порода, размеры, начальная влажность и температура), ширины штабеля, скорости циркуляции, тепловой мощности камеры и характера ее энергоснабжения, состояния ограждений камеры.

На прогрев древесины расходуется большое количество теплоты, поэтому прогревать ее одновременно в нескольких камерах сушильного блока не рекомендуется.

Окончание процесса сушки

Немедленная выгрузка горячего материала из камеры, особенно в зимнее время, недопустима во избежание растрескивания. Если открыть двери сушильной камеры с горячим материалом, то через несколько минут начнут появляться поверхностные микротрещины, сопровождаемые легкими звуковыми щелчками. Через непродолжительное время вся поверхность пиломатериала может быть покрыта микротрещинами.

После кондиционирования материал охлаждают вместе с камерой до 30…40 ^оС так же, как и на второй стадии конечной ВТО.

До поступления в производство сухой материал должен быть выдержан в сушильных штабелях на складе не менее двух суток. В случае разборки штабеля с теплым материалом в освободившихся от зажатия досках, не достигших нужного стабильного состояния, возникает дополнительное коробление.

Сухой материал (особенно тонкий) оставлять на длительное время в сушильных штабелях не следует. Сухие пиломатериалы необходимо хранить в плотных пакетах с закрытыми торцами, так как через торцы быстро поглощается влага из воздуха.

Контроль влажности

Определение начальной влажности пиломатериалов. Непосредствен-но перед началом процесса сушки необходимо знать (помимо других характеристик) начальную влажность пиломатериалов, которая нужна для правильного выбора режима сушки (в частности, его начальной ступени), режима начального прогрева и установления продолжительности сушки.

В деревообработке наиболее распространен сушильно-весовой (прямой) и электрический (косвенный) метод, основанный на зависимости электрических свойств древесины от ее влажности. Для определения влажности древесины электрическим методом применяют электровлагомеры. Процедура определения влажности древесины указанными методами регламентируется ГОСТ 16588-91.

Контрольный сушильно-весовой метод определения влажности при температуре (103±2) ^оС. Сущность метода заключается в определении массы влаги, удаленной из древесины при высушивании до абсолютно сухого состояния. При этом методе от досок, не имеющих гнили, засмолков, сучков и коры, на расстоянии от торца не менее 0,5 м выпиливают пробы (секции влажности) в виде поперечного среза размером вдоль волокон 10…15 мм. Секции очищают от опилок и заусениц и немедленно взвешивают с погрешностью, не превышающей 0,01 г, на весах, позволяющих взвешивать с погрешностью не более 0,01 г. Если секции невозможно взвесить сразу после изготовления, их необходимо поместить в пакеты из влагонепроницаемой пленки или герметические стеклянные сосуды. Пакеты или сосуды заполняют как можно полнее и герметично закупоривают.

Взвешенные секции помещают в сушильный шкаф и высушивают при температуре (103±2) ^оС. Процесс сушки контролируют взвешиванием трех произвольно выбранных секций. Первое взвешивание производят через 5…6 ч после начала сушки, последующие – через каждые 2 ч сушки. Все секции считают высушенными до абсолютно сухого состояния, если изменение массы трех произвольно выбранных секций между двумя последовательными взвешиваниями, проведенными с интервалом 2 ч, не превышает 1 %. При этом за массу высушенной секции принимают результат последнего взвешивания.

Секции не следует сушить свыше 20 ч. Если по истечении 20 ч сушки изменение массы превышает 1 %, сушку секций следует прекратить и секции считать высушенными.

Перед взвешиванием секции охлаждают в эксикаторе с безводным хлористым кальцием или серной кислотой концентрацией не менее 94 % (плотностью 1,84 г/см³) до комнатной температуры и взвешивают с погрешностью, не превышающей 0,01 г.

Начальную влажность секции в процентах вычисляют по формуле

, (5.5)

где – начальная масса секции, г; – масса секции в абсолютно сухом состоянии, г.

Сушильно-весовой метод позволяет (с точностью до 0,1…0,2 %) определить лишь локальные значения влажности досок в местах выпиловки секций. Для того чтобы иметь представление о влажности всего штабеля, необходимо выпилить пробы из ряда досок и затем усреднить результат. Число контрольных досок и отпиливаемых от них секций зависит от требуемой надежности контроля.

Игольчатые электроды кондуктометрического влагомера являются проводниками, по которым течет ток, а древесина, расположенная между ними, – это параллельно соединенные резисторы. При внедрении кондуктометрического датчика в древесину общее сопротивление цепи, состоящей из параллельно соединенных резисторов, в значительной мере определяется резистором с наименьшей величиной сопротивления, т. е. участком древесины с максимальным значением влажности. Поэтому кондуктометрические влагомеры при неравномерном распределении влажности по толщине доски показывают не среднее ее значение, а в значительной мере влажность на участке древесины, где ее значение максимально.

Неравномерное распределение влажности характерно для пиломатериалов после камерной сушки, когда влажность в центре доски выше, чем на поверхности. При этом кондуктометрический влагомер покажет завышенное значение влажности. В процессе сушки это приведет к излишнему расходованию энергии, связанному с дальнейшим продолжением сушки. Кроме того, при измерении создается микрозона сухой древесины в области контакта с иглами, что влияет на показания влагомера.

Контроль влажности пиломатериалов в сушильных к<