CC BY
10
УДК 674.047
РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ В ЖИДКОСТЯХ
Р.Р. САФИН, Р.Р. ХАСАНШИН, Н.Р. ГАЛЯВЕТДИНОВ, Ф.Г. ВАЛИЕВ Казанский государственный технологический университет
Разработана экспериментальная установка осциллирующей сушки массивной древесины в гидрофильных жидкостях. Проведенные исследования позволили разработать новую технологию качественной энергосберегающей сушки крупномерной древесины применительно к деревянному домостроению.
В современных условиях при наблюдаемой тенденции роста тарифов на энергоносители особенно актуальной становится проблема энергосбережения в производственно-хозяйственной деятельности предприятий. В настоящее время доля энергетических затрат в структуре себестоимости продукции деревообрабатывающих предприятий достигает значительных величин (20-30 %), что говорит о высокой энергоемкости производства. Поэтому внедрение энергосберегающих технологий является одним из важных направлений повышения эффективности производства и умелого ведения технологических процессов в рыночных условиях хозяйствования предприятий.
Затрагивая вопрос энергосбережения на деревообрабатывающих предприятиях, нельзя обойти стороной самый энергоемкий процесс данной отрасли - сушку древесины, затраты на которую составляют до 30 % от стоимости сухих пиломатериалов. В то же время объемы сушки пиломатериалов в России достаточно велики: в 2000 г. они составили около 12,8 млн. м3 при
неудовлетворенном спросе на сухие пиломатериалы, составляющем 25-30 %. Поэтому повышение энергетической эффективности сушки древесины на сегодняшний день представляется одной из наиболее актуальных проблем.
Но даже при высоких издержках рассматриваемого процесса не удается избежать низкого качества высушиваемого материала. Так, в рамках национального проекта «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» возросло значение деревянного малоэтажного строительства. Его объемы составляют более 10 % ежегодно вводимого нового жилого фонда страны. В последнее время строительство деревянных домов в основном осуществляют из оцилиндрованного бревна. Однако традиционная технология строительства домов из оцилиндрованного бревна имеет недостатки, к числу которых можно отнести использование конвективной технологии сушки бревен, которая, ввиду особой геометрии бревна, не позволяет производить удаление влаги без продольного трещинообразования. Учитывая качество, не надо забывать и о низкой био- и огнестойкости высушенных бревен, что снижает эстетический вид, значительно сокращает срок их службы и увеличивает риск возникновения пожаров в домах, построенных данным способом. Кроме того, существенная продолжительность процесса, которая порой достигает двух месяцев, приводит к большим теплопотерям и, соответственно, энергозатратам.
В то же время известна технология сушки массивной древесины в гидрофильных жидкостях, в качестве которых могут выступать антисептические и антипиренные растворы различных солей, что позволяет проводить одновременную сушку-пропитку [1]. Однако данная технология не нашла широкого
© Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Н.Р. Галяветдинов, Ф.Г. Валиев Проблемы энергетики, 2008, № 11-12
использования, вследствие достаточно высокой продолжительности процесса.
С целью устранения перечисленных недостатков в рамках НИР по гранту Академии наук РТ для молодых ученых были проведены исследования осциллирующей сушки оцилиндрованных бревен в гидрофильных жидкостях. Для этого была создана сушильная установка для исследования осциллирующей сушки-пропитки крупномерной массивной древесины в растворе поваренной соли, схема и внешний вид которой показаны на рис. 1.
Рис. 1. Схема и внешний вид экспериментальной установки.
Данная установка представляет собой герметичную цилиндрическую обечайку 1 с крышкой 2. Для передачи теплоты от теплоносителя к сушильному агенту используется масляная рубашка 3. Нагрев теплоносителя происходит в емкости 4. Циркуляция горячего теплоносителя между нагревательной емкостью 4 и теплоиспользующим аппаратом 1 (вакуумная сушилка) осуществляется с помощью циркуляционного насоса 5. Внутреннее пространство корпуса 1 сообщено с вакуумным насосом 6 с помощью патрубка 7, с резервуаром для гидрофильной жидкости 8 через вентиль 9, а с атмосферой - через патрубок 11. Гидрофильная жидкость закачивается в камеру 1 при помощи насоса 12.
Установка работает следующим образом. После помещения в камеру 1 оцилиндрованного бревна 13 камеру герметизируют с помощью крышки 2. При открытом вентиле 9 с помощью насоса 12 подают агент сушки, в качестве которого при проведении экспериментальных исследований выступал раствор поваренной соли. Нагретое масло с помощью насоса 5 циркулирует в масляной рубашке 3 и нагревает гидрофильную жидкость до заданной температуры. Одновременно происходит процесс нагрева древесины в камере. После завершения стадии нагрева гидрофильная жидкость из камеры 1 самотеком сливается в резервуар 8 и начинается стадия вакуумирования. Для этого включают вакуумный насос 6. Выдержка под вакуумом производится до снижения температуры в центре материала до заданного значения. Цикл «прогрев-вакуумирование» повторяют несколько раз до достижения постоянной влажности древесины.
В качестве модельных материалов для экспериментальных исследований осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях были взяты образцы различных пород древесины (сосна, ель, пихта и береза), диаметром 180-200 мм. Процесс нагрева проводился при температуре 353 К, на стадии вакуумирования абсолютное давление составляло 20 кПа.
По полученным результатам экспериментальных исследований предложенной вакуум-осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях были построены кривые сушки (рис. 2). Из представленных зависимостей видно, что скорость сушки древесины ранее известным способом значительно ниже, чем при использовании осциллирующей технологии. Однако, как показывает анализ кривых, сушка легкопропитываемых пород древесины, в частности березы, исследуемым способом невозможна, поскольку на стадии прогрева в материал проникает большое количество жидкости, которое на стадии вакуумирования полностью не удаляется.
и, %
90 КО 70 60 50 40 30 20 10 о
О 10 20 30 40 50 60 т, ч
а)
и, %
80 70 60 50 40 30 20 10 о
т, ч
в)
Рис. 2. Кривые сушки древесины в гидрофильных жидкостях: 1 - традиционная сушка в гидрофильных жидкостях; 2 - осциллирующая технология сушки; а) сосна; б) ель; в) пихта; г) береза
Математическая обработка результатов экспериментальных исследований позволила определить минимальную разницу температур на стадиях прогрева и вакуумирования при осциллирующей сушке древесины в гидрофильных жидкостях, обеспечивающую на стадии вакуумирования удаление влаги, поглощенной древесиной при её прогреве в жидкости (рис. 3). Таким образом, для возможности сушки оциллиндрованных бревен, применительно к деревянному домостроению (минимальный диаметр бревен 180 мм), до значений конечной влажности 10 % и 20 % разница температур на стадиях прогрева и вакуумирования должна составлять более 50 К. Отсюда, принимая на стадии вакуумирования температуру равной 293 К, температура жидкости на стадии прогрева должна составлять 353 - 363 К, что соответствует нормальным режимам конвективной сушки древесины и не вызывает снижения физико-механических свойств материала. При увеличении диаметра высушиваемых бревен необходимая разница температур на стадиях нагрева и вакуумирования уменьшается. Кроме того, результаты экспериментов указали на увеличение величины влагосъема за один цикл «прогрев-вакуумирование» при увеличении диаметра высушиваемых бревен, что объясняется существенным повышением количества аккумулированной тепловой энергии на стадии нагрева при незначительном увеличении площади поверхности материала.
Рис. 3. Минимальная разница температур на стадиях нагрева и вакуумирования в зависимости
от радиуса соснового бревна
Сопоставительный анализ предложенной технологии осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях в сравнении с традиционными конвективными способами свидетельствует о снижении энергозатрат на сушку крупномерных древесных материалов в 1,3 раза за счет снижения продолжительности процесса и, как следствие, теплопотерь в окружающую среду.
Полученные результаты научной обработки экспериментальных данных по опытно-исследовательским процессам осциллирующей сушки в гидрофильных жидкостях позволяют расширить границы эксперимента для дальнейшего его изучения и определения рациональных режимных параметров данного процесса.
Summary
Experimental installation oscillation drying of massive wood in hydrofil liquids is developed. Carried out researches have allowed to develop new technology qualitative energy-protect drying large wood with reference to wooden housing construction.
Литература
1. Серговский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. - М.: Лесн. пром-ть, 1981. - 304 с.
Поступила 27.10.2008
