Основы технологии сушки
1. Микроструктура древесины
Древесина состоит из тканей, образованных множеством клеток. Каждая клетка имеет оболочку (стенку). Стенки клеток, в свою очередь, состоят из микроволокон, между которыми имеются промежутки. Пространство между клетками и внутри клеток заполнено водой. Оболочки клеток примерно на 99% (по массе) состоят из органических соединений, главнейшим из которых является целлюлоза.
2. Влажность древесины
2.1. Вода, содержащаяся в полостях клеток и межклеточных пространствах древесины называется свободной.Эта вода плохо удерживается капилярами и быстро испаряется, при этом масса древесины остается неизменной.
• Волокна стенок клетки формируют микрокапилярную систему. Вода внутри этой системы довольно хорошо удерживается в древесине и сравнительно плохо испаряется, но если в окружающей среде произошли изменения, то она может испаряться и впитывать воду. В ода, которая находится в мембранах клеток и сильно прикреплена к этим мембранам силой капилляров называется насыщающейили связанной .
3.Испарение свободной воды уменьшает только массу древесины, но не ее размер. Высушивание связанной воды приводит к изменениям геометрических размеров мембран и, соответственно, всего высушиваемого массива дерева.
4.Такая влажность, при которой вся свободная влага удалена, и в древесине находится только связанная вода называется точкой насыщения волокон. Точка насыщения волокон меняется от породы к породе и очень важна при искусственной сушке древесины.
4.1. Насыщенность древесины—древесина не испаряет и не впитывает влагу.
4.2. Точка насыщения волокон изменяется в зависимости от температуры и породы дерева в диапазоне от 22% до 35%.
4.3. Для большинства пород древесины среднее значение точки насыщения при температуре 20 ℃ и относительной влажности 100 % составляет 30%.
5.Древесина имеет свойство впитывать влагу. Когда уровень содержания воды в древесине выше, чем в окружающей среде, влага из древесины испаряется и она сохнет и наоборот: если уровень содержания влаги в древесине ниже, чем в окружающей среде, древесина начинает впитывать влагу.
6.Только когда содержение влаги в древесине и окружающей среде одинаковое (баланс влажности), древесина не впитывает и не испаряет влагу. Древесина должна соответствовать климатическим условиям данной местности (влажность, температура и т.д.), только тогда она не даст трещин. Влажность древесины должна быть ниже средней влажности на 2.5%.
7. Измерение коэффициента влажности
7.1. Влажность древесины соотносится с коэффицентом абсолютно сухого дерева следующим образом: Коэффицент влажности древесины=Масса влажной древесины—Масса абсолютно сухой древесины/ Масса абсолютно сухой древесины X 100%. Коэффицент влажности, использующийся в технологии сушения, обычно называется абсолютной влажностью.
7.2. Масса абсолютно сухой древесины это масса древесины, не содержащей влагу.
Способ измерения качества абсолютно сухой древесины:
а. Требования:
① после сушки с каждой стороны образца отсекают 300мм
② толщина пробных образцов 10-12мм
③ образцы должны быть без сучков, прогнилостей и др. деффектов, хорошо обструганные
б. Настройка весов с точностью до 0.01г
в. Способ: Штабель сушится в камере при t°103±2℃, каждые 2 часа проводят измерения качества древесины. Если на протяжении 4 часов не произошло качественных измерений, то древесина считается абсолютно сухой.
7.3. Начальная влажность: Содержание влаги в древесине до начала сушения
7.4. Конечная влажность: Уровень влаги в древесине после сушения, не изменный в любой среде.
7.5. Коэффициент равновесной влажности
① При средней температуре и относительной влажности воздуха 30-80% коэффициент равновесной влажности вычисляется по следующей формуле:
КРВ=Относительная влажность воздуха/5
② Коэффициент равновесной влажности: древесина на впитывает и не испаряет влагу.
При сушке имеет значение сорт, толщина древесины и начальная влажность.
• Абсолютная и относительная влажность
Влагопоглощение зависит от температуры окружающей среды
Абсолютная влажность ( P ): масса водяного пара, содержащаяся в одном кубическом метре воздуха (г/м3).
Р = Vg/V
( Vg —масса водяного пара(г/м3); V —объем влажного воздуха(г/м3))
Максимальная влажность ( P м ):(при одинаковой температуре и атмосферном давлении): Максимальное количество водянного пара, которое может находится в 1 м 3 воздуха при каждой определенной температуре ( кг/м 3 ).
P м= максимально возможная масса водяного пара в воздухе/ объем влажного воздуха
Относительная влажность (Y): абсолютная влажность воздуха ( P ) / максимальная влажность( P м ) х 100%
Влажность воздуха определяют с помощью приборов, называемыхпсихрометрами. Принцип работы психрометра основан на определении разности показаний сухого и смоченного термометров (психрометрическая разность), величина которой зависит от влажности окружающего воздуха
разность показаний смоченного /сухого шарика термометра (℃)
|
||||||||||||||||
температура сухого шарика термометра (℃)
|
0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
12
|
13
|
14
|
15
|
40
|
100
|
94
|
88
|
82
|
76
|
71
|
66
|
61
|
57
|
53
|
48
|
44
|
40
|
36
|
32
|
29
|
44
|
100
|
94
|
89
|
83
|
78
|
73
|
68
|
63
|
59
|
55
|
50
|
47
|
43
|
40
|
36
|
33
|
50
|
100
|
95
|
90
|
84
|
79
|
75
|
70
|
66
|
62
|
58
|
54
|
50
|
47
|
44
|
41
|
37
|
54
|
100
|
95
|
90
|
84
|
80
|
76
|
72
|
68
|
64
|
60
|
56
|
52
|
49
|
46
|
43
|
39
|
60
|
100
|
95
|
90
|
86
|
81
|
77
|
73
|
69
|
65
|
61
|
58
|
55
|
52
|
49
|
46
|
43
|
64
|
100
|
95
|
91
|
86
|
82
|
78
|
74
|
70
|
67
|
63
|
60
|
57
|
54
|
51
|
48
|
45
|
70
|
100
|
96
|
91
|
87
|
83
|
79
|
76
|
72
|
68
|
64
|
61
|
58
|
55
|
52
|
50
|
47
|
74
|
100
|
96
|
92
|
87
|
84
|
80
|
76
|
72
|
69
|
65
|
63
|
60
|
56
|
53
|
51
|
48
|
80
|
100
|
96
|
92
|
88
|
84
|
80
|
77
|
73
|
70
|
66
|
64
|
61
|
58
|
55
|
53
|
50
|
84
|
100
|
96
|
92
|
88
|
84
|
80
|
77
|
74
|
71
|
68
|
65
|
62
|
59
|
56
|
54
|
51
|
90
|
100
|
97
|
93
|
89
|
85
|
81
|
79
|
75
|
72
|
69
|
66
|
63
|
61
|
58
|
56
|
53
|
94
|
100
|
97
|
93
|
89
|
86
|
82
|
79
|
76
|
73
|
70
|
67
|
65
|
62
|
60
|
57
|
54
|
100
|
100
|
97
|
94
|
90
|
87
|
83
|
80
|
77
|
74
|
71
|
68
|
66
|
63
|
61
|
59
|
56
|
104
|
100
|
|
94
|
91
|
88
|
84
|
81
|
78
|
75
|
72
|
69
|
67
|
64
|
62
|
60
|
57
|
110
|
100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
69
|
67
|
65
|
63
|
61
|
58
|
114
|
100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65
|
63
|
61
|
58
|
120
|
100
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. Рекомендуемая конечная влажность для древесины различного назначения
Древесина для изготовления электроприборов 5 ~ 8 %
Древесина для изготовления музыкальных инструментов 5 ~ 8 %
Фанера, ДСП 6 ~ 8 %
Паркет 6 ~ 8 %
Древесина используемая в поездах 6 ~ 8 %
Древесина используемая в самолетах 6 ~ 10 %
Древесина для изготовления мебели 6 ~ 10 %
Древесина для изготовления игрушек 6 ~ 10 %
Внутренние двери и окна 8 ~ 10 %
Наружные двери и окна 12 ~ 15 %
Древесина для изготовления садовых инструментов 12 ~ 16 %
Древесина для изготовления морского транспорта 12 ~ 16 %
Древесина для сельхозтехники 12 ~ 18 %
Древесина для стройматериалов 12 ~ 18 %
Древесина для служебных помещений 16 ~ 20 %
Древесина для изготовления оружия 7 ~ 12 %
Древесина для изготовления спортивных тренажеров 8 ~ 12 %
① Окружающая среда при проверке берется относительно неблагоприятная
② Уровень влажности относительно высокий
③ Температура снаружи относительно низкая
④Температура и уровень влажности относительно высок
10. Скорость циркуляции сушильного агента в камере
10.1 .при сушении твердых пород не более 2 м/с
10.2. < при сушении мягких пород не более 3 м/с
11.В процессе сушения необходимо контролировать следующие параметры:
11.1. Температура
Температура в камере должна быть постоянной, в процессе сушения не следует очень быстро повышать температуру, т.к. древесина обладает низкой теплопроводностю. Если температура на поверхности поднимается быстро и вода быстро испаряется, а температура внутри низкая и влага от внутренних слоев медленно поднимается на поверхность и удаляется с нее, то усыхание поверхностных слоев будет выше, что приводит к деформациям, трещинам и разрушению древесины.
11.2. Влажность
Влажность в камере оказывает сравнительно большое влияние на качество сушки древесины. В процессе сушки влажность среды должна быть ниже, чем влажность древесины, в то же время разница во влажности не должна быть слишком большой, что также ведет к деформации древесины.
11.3. Направление движения сушильного агента
Направление движения сушильного агента в штабеле пиломатериалов должно быть горизонтальным, поперек штабеля. Для более равномерного сушения штабеля применяется реверсивная циркуляция , то есть с периодическим изменением направления движения агента сушки через штабель
.12. Регулировка температуры и влажности
12.1. Нагрев воздуха осуществляется путем прохождения пара через радиатор
12.2. Регулировка уровня влажности осуществляется системой увлажнения и выброса влаги: при повышении уровня влажности открывают клапан системы выброса влаги, при понижении влажности клапан выброса влаги закрывают и открывают клапан системы увлажнения.
12.3. Изменение направления циркуляции сушильного агента путем включения функции изменения направления вращения вентилятора.
13. Измерение равновесной влажности
13.1. В полностью автоматической системе управления измерение равновесной влажности осуществляется датчиками - между двумя полупроводниковыми пластинками ( примерно 5х5 мм) помещается полимерное гигроскопическое вещество толщиной примерно 1 мм, которое изменяется в зависимости от влажности окружающей среды. Регистрируется изменение электроёмкости, которое произошло из-за изменения расстояния между полупроводниковыми пластинками, и процессор пересчитывает его в показатель относительной влажности. Это самые новые датчики, не требующие большого ухода. При поломке показывают результат, который легко обнаружить на любом этапе процесса сушки.
14. Время сушения
Процесс сушения подразделяется на 3 этапа:
14.1. Первый этап: начальный прогрев— быстрый нагрев воздуха в камере до 50 ℃ на 0.5—1 часа для прогрева оборудования, корпуса камеры и поверхности пиломатериала без испарения влаги с поверхности древесины
• Во время прогрева в камере нужно поддерживать постоянную температуру примерно на 5--10°С выше температуры первой ступени сушки. Обычно, сушку твердых пород и толстого пиломатериала надо проводить при низкой температуре, а тонкого пиломатериала при высокой.
② Влажность: внутри камеры в период начального прогрева должны быть созданы условия, при которых влага не могла бы испаряться из материала.
③ Длительность прогрева составляет 1—1.5ч летом, и при температуре ниже нуля до 2 часов на каждый сантиметр толщины материала.
14.2. Собственно сушка.
Переход на режим сушки после прогрева осуществляется постепенно.
В камере устанавливают и поддерживают параметры режима сушки.
Влажность сушильного агента в камере регулируется путем изменения проходного сечения воздушных клапанов приточно-вытяжной вентиляции. Повышение или понижение степени насыщенности сушильного агента в камере регулируется положением приточно-вытяжных заслонок и распылением воды. Категорически запрещается включать распыление воды при открытых приточно-вытяжных заслонках.
Необходимо периодически наблюдать за состоянием сушильного агента в камере и в соответствии с ним осуществлять контроль за режимом сушки.
Погрешность поддержания температуры в камере не должна превышать ±2 °С от заданного режимом .
Если заданная температура не может быть достигнута по техническим причинам, то допускается проведение сушки при более низкой температуре, но с обязательным поддержанием степени насыщенности сушильного агента.
14.3. Окончание сушки пиломатериалов.
По окончанию сушки проводят выравнивание конечной влажности древесины. Для этого в камере поддерживают такое состояние среды, при котором недосушенный штабель подсыхает, а пересушенный увлажняется. Температура среды во время кондиционирующей обработки должна быть на 6—8 °Свыше, чем на последней ступени сушки, но не должна превышать 100 °С.
Продолжительность кондиционирующей обработки зависит от многих факторов и проводится в соответствии с категорией сушки, а также особенностями камеры и материала.
Выгрузка штабеля из сушильной камеры должна производиться только после его предварительного охлаждения в камере (во избежание растрескивания, особенно в зимнее время) до температуры не выше 40°С (из расчета около 2 ч на каждый сантиметр толщины пиломатериала), после чего камера проветривается в течение нескольких часов, затем ее окончательно охлаждают и разгружают.
При охлаждении толстого материала со значительной конечной влажностью допускается увлажнение поверхности охлаждаемого материала для предотвращения пересыхания. Пред разгрузкой камеры материал должен окончательно охладиться на складе (тонкий – 1 сутки, а толстый – не менее 2 суток) в сушильных штабелях.
Не следует оставлять тонкий и сухой пиломатериал надолго в сушильных штабелях. Сухой пиломатериал следует хранить в плотных пакетах, закрывая торцы, которые быстрее впитывают влагу.
плотность
|
Порода древесины
|
Время сушения
|
350 кг/м 3
|
кедр, сосна, ель,
|
6-8 дней
|
450кг/м 3
|
тополь, ива, ольха, осина
|
8-10 дней
|
500кг/м 3
|
береза, каштан, вяз, секвойя, палисандр, лиственница, клен европейский
|
10-12 дней
|
600кг/м 3
|
вишня, тик, орех, бук, клен канадский
|
16-20 дней
|
750кг/м 3
|
черное дерево, эвкалипт, дуб, красное дерево, ясень, груша, слива
|
29-38 дней
|
15. Расчет расхода пара
При давлении 0.4мПа средний расход пара на 1м3 пиломатериала составляет 5кг (для камеры 30 m 3 и меньше), если пиломатериал свежий, то расход пара составляет 5.5 кг на 1м3 пиломатериала.
16. Расчет энергопотребления
На каждый 1 м3 сушильной камеры расход энергии составляет 2600 ~ 2800ккал.
Если камера небольшого объема, пиломатериал свежий или обладает большой плотностью, то энергопотребление возрастает.
17. Укладка штабеля
17.1. Штабель необходимо выкладывать правильной геометрической формы—в виде параллелепипеда. Боковые и торцовые поверхности должны быть строго вертикальны.
17.2. Ширина и высота пиломатериала должна быть на 0.2—0.3м меньше внутреннего размера камеры (не больше толщины доски с прокладкой).
① Между досками должны располагаться прокладки для циркуляции воздуха. Слишком большое расстояние между прокладками может привести к деформации древесины во время сушения.
Толщина доски
|
Прокладка м/у досками
|
Расстояние м/у прокладками
|
≥25мм
|
20*30мм
|
0.4—0.8м
|
≥40мм
|
25*30мм
|
0.6—1.5м
|
② Прокладки должны находиться с обеих сторон на одном расстоянии
③ Для уменьшения количества трещин доски в торце можно смазывать воском, смолой и т.д.
Проверка
• Перед началом работы необходимо проверить соответствие монтажа основного технологического оборудования конструкторской документации .
• Проверка внтиляторов: вентиляторы должны вращаться равномерно, при работе не должно быть слышно никаких посторонних звуков. Проверить работу вентиляторов при прямом и обратном вращении не менее 10 минут в каждую сторону, затем снова включить все вентиляторы на 4 часа. После окончания проверки температура поверхности двигателя не должна превышать 60*С.
• Проверка радиаторов и системы водопровода: открыть клапан системы нагрева и проверить не протекает ли вода в местах сварки и на месте установки фильтра, проверить работу индикатора давления. Клапан должен свободно открываться и закрываться.
• Проверка трубопровода системы увлажнения: Открыть клапан системы увлажнения. Проверить не протекает ли вода в местах соединения труб. Каждая форсунка должна исправно функционировать.
• Загрузить штабель и включить систему нагрева. Дверь камеры и контрольная дверца должны герметично закрываться. Дверь камеры должна легко открываться.
• Проверка системы ваброса влаги: Включить электродвигатель для открытия заслонок и проврить их работу. Все заслонки должны открываться легко и одновременно.
• Проверка электрооборудования: Перед подачей питания проверить установку электрооборудования, правильность соединения проводов и заземление. Затем 500Вт мегомметром измерить сопротивление изоляции системы впускного и возвратного трубопровода. Оно должно превышать 1.5 МОм. Сначала подключить питание к неавтоматическим затем к автоматическим приборам и системам. Необходимо сначала проверить вентиляционную систему, затем систему отопления и увлажнения, затем систему контроля влажности, температуры и содержания влаги в древесине. Показания приборов должны быть точными и соответствовать требованиям стандарта.
Общие сведения по эксплуатации
1. Укладка штабеля:Укладка должна производиться по стандарту технологии сушения древесины. Между досками должны находиться прокладки.
2. Нормы сушения:Соблюдение технологических параметров и режимов - это гарантия получения качественной продукции. В "Сборнике режимов сушки пиломатериалов" указаны нормы сушки для различных пород древесины, толщина пиломатериала и пр. Эти нормы могут регулироваться в процессе работы. В полностью автоматической системе управления используется микропроцессорный контроллер, в который уже заложены технологические параметры для различных пород дерева. Эти параметры также можно самостоятельно вводить с клавиатуры, придерживаясь инструкции.
3. Время сушения:Продолжительность процесса зависит от породы древесины, ширины и толщины пиломатериала, скорости циркуляции воздуха в камере, начальной и конечной влажности, а также степени обработки.
Эксплуатация
Надлежащая эксплуатация обеспечит длительную работу сушильной камеры и качество сушки пиломатериала.
• Каждый раз перед проведением сушки следует проверить:
а. герметичность корпуса и дверей камеры
б. вентиляционную систему
в.клапаны увлажнительной и нагревательной системы, системы впуска воды и клапан водоотвода, исполнительные механизмы, отсутствие течи
г. работу всех деталей шкафа управления, индикаторов и кнопок
д.показания манометра должны быть в пределах 0.3—0.6Мра
Подготовка сушильной камеры
Закрыть дверь камеры и клапан водоотвода, открыть клапан впускного трубопровода системы нагрева, включить вентиляторы, прогреть камеру и оборудование, т.о. в трубопроводе не останется холодной воды и во время работы быстрее повысится температура в камере.
Работа
После загрузки штабеля закрыть дверь сушильной камеры, контрольную дверцу и клапан системы выброса влаги. Проверить нормально ли функционирует система водооттока. Если есть признаки засорения, то необходимо его прочистить. Включить вентилятор и клапан системы нагрева, затем клапан рециркуляционного водопровода, предворительно прогреть штабель, после чего проводить сушку согласно всем правилам.
Техническое обслуживание и ремонт
1.Техническое обслуживание (ремонт) во время эксплуатации
а.проверить показания датчиков.
б. если вентиляторы работают нестабильно и слышны посторонние звуки, необходимо сразу выключить электродвигатели и снова включить после устранения неполадок.
в.постоянно следить нет ли течи или других неполадок в системе нагрева, увлажнения и др. При обнаружении немедленно починить.
г.вовремя смазывать подшипники электродвигателей и клапаны (1 раз в 6 мес)
2.Техническое обслуживание (ремонт) после остановки работы
а.После выгрузки штабеля необходимо проверить нет ли повреждений на корпусе и проверить прочность крепления. При обнаружении неполадок немедленно устранить.
б.Шарниры дверей сушильной камеры должны быть надежно и герметично закреплены. Если герметизирующая лента утратила элластичность, ее необходимо вовремя заменить.
в.В системе нагрева и в местах соединения труб не должно быть течи, в случае обнаружения немедленно починить. Если трубы заржавели, необходимо удалить ржавчину и покрыть их антикоррозийным лаком.
г.Если форсунки системы увлажнения засорились, их необходимо прочистить или заменить после длительной эксплуатации
д.проверить работу заслонок выброса влаги, при необходимости удалить с них загрязнение и смазать ходовой механизм.
3.Техническая профилактика
а.Вентилятор и электродвигатель надо вовремя смазывать термостойким маслом согласно инструкции.
б.ремонт и техобслуживание электродвигателей для открытия заслонок, электромагнитных клапанов и др. осуществляется согласно инструкции.
в.с наружных компонентов сушильной камеры, изготовленных из железа необходимо каждые 3—6 месяцев удалять ржавчину.