CC BY
20УДК 674.047.3: 66.047.2.001.73
Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, Л.Р. Юнусов, Д.А. Ахметова
ВАКУУМНО-КОНДУКТИВНАЯ СУШКА КАПИЛЛЯРНОПОРИСТЫХ КОЛЛОИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПОДВОДОМ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
(Казанский государственный технологический университет) E-mail: [email protected]
Представлена физическая картина процесса вакуум-осциллирующей сушки массивных капиллярнопористых коллоидных материалов в условиях вакуумно-конду-ктивных сушильных камер на примере удаления влаги из древесных пиломатериалов. Для этого периодический подвод тепловой энергии к материалу предложено осуществлять от двух перфорированных плит. Установлено, что подобное ведение процесса позволяет снизить внутренние напряжения, возникающие при вакуумно-кондуктивной сушке массивной древесины, вследствие более равномерного распределения влажности по толщине.
К классу капиллярнопористых коллоидных материалов относятся тела, имеющие капиллярно-пористое строение, стенки капилляров которых обладают свойствами эластичных ограниченно набухающих гелей. Сушка подобных материалов, в большинстве случаев, является сложной для производственников задачей, поскольку, вследствие неравномерного распределения влажности по сечению, происходит различная усадка материала по слоям, что, как следствие, вызывает возникновение внутренних сушильных напряжений. Развитие внутренних напряжений выше предельно допустимых значений может привести к снижению качества или разрушению целостности материала. В частности, при сушке массивной древесины, являющейся одним из наиболее ярких и распространенных видов капиллярнопористых коллоидных материалов, сушильные напряжения могут вызвать коробление или растрескивание пиломатериала. Поэтому в последние годы наблюдается повышенный интерес деревообработчиков к вакуумным сушильным камерам, поскольку данные технологии позволяют максимально интенсифицировать удаление влаги из пиломатериала при сохранении его целостной структуры и качественных показателей. Кроме того, применение вакуумных технологий позволяет получить экономический эффект при сушке дорогих твердых пород древесины не только за счет сокращения продолжительности процесса, но и благодаря снижению температуры сушки.
Спрос на вакуумные сушильные камеры привел к созданию новых режимов сушки древесины с использованием различных способов подвода теплоты к материалу: с применением СВЧ-энергии, вакуумно-диэлектрических и вакуумно-конвектив-ных методов. В тоже время на рынке сушильной техники, благодаря простоте конструкции и, как следствие, дешевизне установки, уверенные пози-
ции продолжают занимать вакуумно-кондуктивные сушилки, стоявшие у истоков развития вакуумных технологий. Подвод тепла к материалу в подобных сушилках осуществляется путем непосредственного контакта с нагревательным элементом, который представляет собой либо гибкий мат из углеродистой стали с электроизоляцией, либо плоскую металлическую плиту с циркулирующей в ней горячей водой. Формирование штабеля осуществляется таким образом, что пиломатериал контактирует с нагревательным элементом лишь одной пластью, противоположная пласть остается открытой для возможности испарения влаги из материала. При таком теплоподводе распределение влагосодержа-ния по толщине пиломатериала неравномерно и несимметрично: в контактном слое у греющей поверхности влагосодержание на протяжении всего процесса сушки минимально, в центральных слоях - максимально. У открытой поверхности влагосо-держание ниже, чем в центральных слоях, но выше, чем в контактном слое. В результате в конце процесса сушки пиломатериал может иметь недопустимый перепад влажности по толщине и остаточные напряжения выше предельно-допустимых значений. Поэтому создание новых технологических режимов для вакуумно-кондуктивных сушильных камер, позволяющих снизить развитие внутренних напряжений, является актуальной для разработчиков задачей. В связи с этим сотрудниками кафедры переработки древесных материалов Казанского государственного технологического университета были разработаны режимы вакуум-но-кондуктивной сушки, основанные на «импульсной» технологии [1].
Сущность данных режимов заключается в цикличном проведении сушильного процесса (рис. 1): происходит чередование стадий нагрева материала и вакуумирования. При этом в качестве
нагревательных элементов используются плиты специальной конструкции (рис. 2), представляющие собой две перфорированные металлические пластины с установленными между ними змееви-ковыми нагревателями. В качестве змеевикового нагревателя могут быть использованы металлические трубки с водяным обогревом или электронагреватели для системы «теплые полы». При формировании штабеля пиломатериалы укладываются между двумя нагревательными элементами без прокладок. Таким образом подвод тепловой энергии осуществляется с обеих пластей пиломатериала, а отвод испарившейся влаги происходит через перфорации металлических пластин, что обеспечивает симметричное распределение влагосодер-жания и, как следствие, уравновешивание внутренних напряжений в процессе сушки.
и Р
и„.г
щественного влияния на процесс удаления влаги, после чего цикл «прогрев-вакуумирование» повторяется. В конце процесса сушки, когда среднее вла-госодержание пиломатериала снизится до 18 - 22 %, стадию прогрева проводят под вакуумом, поскольку на данном этапе существенного развития внутренних напряжений не происходит.
Рис. 1. Схема ведения процесса вакуумно-кондуктивной сушки пиломатериалов с периодическим подводом тепловой энергии. Fig.1. Vacuum-conduction drying of saw-timber with the periodic heat supply.
На стадии нагрева материалу передается тепловая энергия от нагревательных элементов, происходит накопление тепловой энергии древесиной. При этом во избежание существенного снижения влажности поверхностных зон, приводящего к развитию внутренних напряжений, стадию прогрева проводят при атмосферном давлении. Стадия прогрева завершается при достижении в центре древесины температуры выше точки кипения воды при последующем понижении давления. Далее начинается стадия вакуумирования, в процессе которой происходит интенсивное удаление влаги из древесины через перфорации нагревательных пластин. При этом нагревательные элементы отключаются, и испарение влаги происходит за счет предварительно аккумулированной тепловой энергии. Стадия вакуумирования продолжается до снижения температуры в центре материала до значения, при котором градиент температуры не будет оказывать су-
Рис. 2. Нагревательные элементы: а - схема; б - внешний вид.
Fig. 2. Heating plates: а - scheme; б - appearance.
Подобное ведение процесса вакуумно-кондуктивной сушки позволяет избежать больших перепадов влажности по толщине материала, а, как следствие, значительных сушильных напряжений и больших остаточных деформаций.
Предложенная технология была апробирована на промышленной вакуумно-кондуктивной камере деревообрабатывающего предприятия. Анализ продуктов сушки пиломатериалов мягких лиственных (липа, осина, ольха) и хвойных пород (сосна, ель), высушенных по данным режимам, показывает, что перепад влажности по толщине пиломатериала не превышает 2 %. Проверка на наличие остаточных внутренних напряжений путем выпиловки силовых секций [2] показала, что деформация зубцов находится в допустимых пределах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Расев А.И. Лесной вестник. 1998. № 1. С. 28-34.
2. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки древесины. Архангельск. 1985.
Кафедра переработки древесных материалов
a
б
