Современные способы сушки древесины

Очень важно иметь ввиду, что большое влияние на сохранение необходимой формы и равномерность  сушки оказывает правильное формирование пакета штабеля. Один штабель в идеале должен набираться из досок одинаковой толщины и той же породы. 

Первый этап влаготеплообработки осуществляется сразу после загрузки штабелей в сушилку с целью быстрого и форсированного прогрева древесины. Источником теплоты для сушки в камерах может быть пар, поступающий из парового котла, или топочные газы, получаемые от сжигания топлива в специальных топках. Пар, обогревающий камеру, подается в систему металлических труб, так называемые калориферы, при закрытых каналах притока и вытяжки, затем включаются вентиляторы. Температура циркулирующего воздуха внутри сушильной камеры устанавливается на 5-6 °С выше температуры первой ступени сушильного режима (однако, температура ни в коем случае не должна превышать 100 °С); влажность воздуха устанавливается равной 98 — 100° (данное значение уместно, если влажность древесины превышает 25% и более) и 90 — 92 °С (если влажность древесины равна 25% и менее). В соответствии с ГОСТ 19773-84 (как одного из стандартов, регулирующих сушку древесины) расчетная продолжительность прогрева должна варьироваться от 1 до 3 часов на каждый сантиметр толщины в зависимости от древесной породы и начальной (до старта процесса сушки) температуры пиломатериала.

Принято различать следующие температурные режимы сушки:

• мягкие режимы,
• нормальные,
• форсированные режимы сушки,
• высокотемпературные режимы сушки древесины.

Выбор режима сушки осуществляется в соответствии с толщиной высушиваемого материала, его породы и  назначения.

Каждый из доступных  режимов низкотемпературной сушки  состоит из трех различных вариантов состояния воздуха в сушилке.

При влажности высушиваемого  материала 30% осуществляется переход  от 1-й ступени ко 2-й ступени  камерной сушки древесины. При влажности  древесины 20% - от 2й ступени - к 3-й. В  ходе каждого перехода влажность  воздуха в камере понижается, а  его температура - повышается.

Режим высокотемпературной  камерной сушки имеет всего 2 ступени (от 1-й ко 2-й ступени переход  выполняется при влажности древесины 20%).

Продолжительность сушки  древесины и коэффициенты сушки  рассчитываются по таблицам, которые  можно найти в ГОСТ 19773-84 и 18867-84.

В зависимости от режима работы различают сушильные камеры периодического и непрерывного действия.

В камерах периодического действия загрузка сырого и выгрузка сухого материала происходят с одного конца камеры. 

В камерах непрерывного действия сырой материал загружается на одном  конце камеры (сыром), а сухой —  выгружается на другом (сухом). Температура  и влажность сушильного агента в  камере изменяются от сырого конца  к сухому: температура повышается, а относительная влажность уменьшается.

Преимуществами камерной сушки являются возможность высушивания  материала до необходимой влажности (ниже 18-20%), осуществление постоянного  контроля и возможность регулирования  процесса сушки, экономия времени для  подготовки древесины к обработке  и сокращение производственных площадей.

1.3 Контактная сушка

Контактная сушка (Приложение. Рисунок 3) обычно применяется для тонких плоских материалов. В деревообработке она используется для сушки шпона и фанеры, а иногда для сушки гнутых деталей (в горячих шаблонах). При контактной сушке тепло высушиваемому материалу передается непосредственным соприкосновением древесины с нагретыми плитами. Основное преимущество состоит в том, что сушка протекает в течение нескольких минут. Недостатком такого способа является относительное потемнение древесины снаружи при чрезмерной выдержке.

1.4 Сушка в СВЧ

Данный вид сушки проводится  на высоких частотах 460, 915— 2500 МГц. Поэтому энергия СВЧ-поля передаётся в древесину путём излучения свободных, не связанных линией передачи энергии (контуром) колебаний в пространство герметичной металлической камеры, где располагается штабель пиломатериалов. В этом случае взаимодействие электромагнитного поля с древесиной максимально и не зависит от характеристик древесины и нагрузочных способностей генераторов. Генераторы пространственно разнесены с высушиваемым материалом. Условия сушки близки к оптимальным.

К достоинствам этого метода можно отнести, что качество сушки близко к естественному, высокая скорость сушки. Не требует коммуникаций, мобильна, имеет малые размеры.

Недостатки. Высокая стоимость  магнетронных генераторов и малый  ресурс их работы (около 600 ч). Большие  энергетические затраты. Трудность  контроля процесса (над температурой среды и древесины, в силу специфики  микроволновой энергии). Частота  случаев возгорания материала изнутри. Малый объём одновременно высушиваемых пиломатериалов: объём загрузки —  до 7 м3 для хвойных пород и до 4,5 м3 для твёрдолиственных. Комбинированный  СВЧ-способ ещё мало изучен, и режимы сушки не отработаны.

Характер процессов, происходящих при сушке пиломатериалов в СВЧ-печи (СВЧ электромагнитном поле) не отличается существенно от сушки другими  методами. Отличие состоит лишь в  способе нагрева пиломатериалов. Поэтому, как и при других способах, процесс подразделяется на четыре этапа.

Первый этап — разогрев с отпариванием. При СВЧ-сушке с нагревом заложенного объёма пиломатериалов и находящегося в них объёма воды до температуры 55— 60°С, при которой начинается сушка. Одновременно с этим при отключенной вентиляции вытяжки идёт увеличение влажности воздуха в сушильной камере до 100% и более. Это обеспечивает отпаривание древесины. Последнее необходимо для снятия имевшихся в древесине напряжений и улучшения влагопроводности поверхностных слоёв пиломатериалов. Для рекомендуемых объёмов закладки и располагаемой энергетики СВЧ-печи длительность первого этапа составляет 6— 8 ч. Характерными признаками конца первого этапа являются накопление в сушильной камере воды в виде капель на стенках и даже небольших луж.

Второй этап — собственно сушка с выпариванием основной влаги; является логическим продолжением первого этапа. Сущность этого этапа — удаление интенсивно выделяющейся влаги из пиломатериалов при их дальнейшем нагреве. Величина подъёма температуры при этом может составлять всего 5— 10°С, т. е. 60— 70°С в конечном итоге. Для удаления большого количества выделившейся влаги из камеры вентилятор работает в усиленном режиме. Далее, с выпариванием основного объёма влаги из слоистых структур древесины начинаются процессы выпаривания влаги из клеточных структур (обычно это наступает при влажности древесины 24— 30%). Интенсивность выхода влаги при этом существенно замедляется. Подаваемая к пиломатериалам энергия начинает всё больше тратиться на их нагрев, что приводит к возрастанию температуры до значения, заданного оператором. Усиленный режим работы вентилятора в этих условиях может привести к снижению влажности до низких уровней порядка 25— 30%, что затрудняет выход влаги с поверхности. Таким образом, нарастание температуры пиломатериалов до заданной величины может служить критерием для перехода к третьему этапу (для задания нового значения температуры и режима работы вентилятора вытяжки).

Третий этап — досушка пиломатериалов до нижнего (заданного) порога влажности. Он характеризуется сушкой в жёстких режимах, прежде всего температурных. Целью введения таких режимов является эффективное и быстрое удаление клеточной влаги. Для поддержания хорошей влагопроводности поверхностных слоёв древесины уровень влажности в сушильной камере должен быть вновь высокий, порядка 70%. С этой целью вентилятор вытяжки переводится в нормальный режим работы, а температура сушки поднимается на 5— 10°С.

Необходимо осознавать, что  длительная сушка пиломатериалов в  жёстких режимах, особенно трудносохнущих пород (дуб, ясень), может привести к  потемнению древесины и к внутренним трещинам в ней. Критерием окончания  третьего этапа является достижение требуемого уровня влажности.

Четвёртый этап — охлаждение пиломатериалов до температуры внешней среды. Это производится вне СВЧ-сушки, и тем самым повышается производительность:

Охлаждение проводится естественным путем без выгрузки пиломатериалов из камеры. СВЧ-печь отключается, створки  дверей приоткрываются, пиломатериалы  остывают за счет конвекции. Разность температур пиломатериалов и внешней  среды при выгрузке не должна быть более 20°С. Обычно длительность остывания  пиломатериалов составляет 5— 6 ч.

Следует отметить, что выделение  описанных выше этапов условно и  их длительность и соотношение определяются многими факторами: видом и сортиментом  древесины, начальной влажностью, начальной  температурой пиломатериалов, объёмом  закладки. Очевидно, что при начальной  влажности этапа 30— 40% сушка по условиям второго этапа может и не проводиться, а длительность первого этапа  будет меньше. Все эти особенности  необходимо учитывать и сверять  с реальными параметрами процесса сушки по указанным критериям.

1.5 Сушка в жидкостях

Используя этот метод, сырая древесина опускается в ванну с некоторым маслянистым веществом, которое нагревают до температуры 100°С. Пар, который образуется при кипении воды в древесине, имеет упругость больше атмосферного давления. Поэтому, преодолевая сопротивление масла, в котором находиться древесина, он будет стараться выйти на воздух.

На этом физическом явлении  основан способ сушки дерева в емкостях с петролатумом, очищенное высоковязкое масло и отходы от химической переработки нефти - смесь парафинов и церозиев, таков состав петролатума. При сушке дерева в петролатуме, температура которого 120°-130°, процесс осуществляется в 5-7 раз быстрее, чем в сушильных камерах. Однако, у этого способа есть один большой недостаток.

Это проникновение петролатума  в древесину. Это ведет к тому, что загрязненная петролатумом древесина  плохо поддается механической обработке, ее сложно склеить и невозможно провести качественную отделку лаком. Из-за этого  сушку в жидкостях применяют  только в том случае, если не требуется  дальнейшая механическая обработка  дерева. Обычно такую сушку используют мелкие предприятия, выпускающие шпалы  и детали для инженерных сооружений.

1.6 Индукционная сушка

Этот вид сушки основан на передаче теплоты материалу от ферромагнитных элементов (сеток из стали), уложенных в штабеля между рядами досок. Штабель размещают внутри каркаса, обмотанного электрическим проводом с большим сечением. Штабель находится в переменном электромагнитном поле промышленной частоты (50 Гц), образованном соленоидом, смонтированным внутри сушильной камеры, который питается током промышленной частоты. Стальные элементы (сетки) нагреваются в электромагнитном поле, передавая теплоту древесине и воздуху, древесина нагревается и высыхает. При этом происходит комбинированная передача теплоты материалу: кондуктивным путем от контакта нагретых сеток с древесиной и конвекцией от циркулирующего воздуха, нагреваемого также сетками. Достаточно часто для этих целей используют дизельные генераторы.

Стоимость сушки при  индукционном способе (Приложение. Рисунок 4) значительно выше, а качество материалов значительно хуже, чем в обычных камерах, так как у электроустановки низкий косинус «фи». Если нет других источников энергии, кроме электричества и маленькие объемы сушки, тогда в частных случаях возможно применение этого способа. 

1.7 Ротационная сушка

Ротационная сушка основана на использовании центробежного эффекта, за счет которого свободная влага удаляется из древесины при вращении ее на центрифугах. Механическое удаление свободной влаги достигается при величине центростремительного, ускорения не менее 100...500g (g — ускорение свободного падения). Такие ускорения из-за трудности точной балансировки центрифуги со штабелем на практике пока не достигнуты, ведутся лишь опытные разработки соответствующих устройств. В известных промышленных ротационных сушилках центростремительное ускорение не превышает 12g. При этих условиях механическое обезвоживание проявляется в небольшой степени. Однако интенсификация процесса сушки в диапазоне влажности выше предела гигроскопичности наблюдается.

При установке карусели в  сушильной камере технология сушки  пиломатериалов такая же, как в  обычных камерах периодического действия. Продолжительность сушки  на первом этапе (от начальной влажности  до предела гигроскопичности) сокращается  в несколько раз в зависимости  от толщины, породы и начальной влажности  древесины по сравнению с обычной  конвективной сушкой при одинаковых режимах. Хотя ротационные сушилки  экономичны и обеспечивают высокое  качество сушки, промышленного использования  для сушки пиломатериалов ротационный  способ пока не нашел. 

1.8 Радиационная сушка 

 Радиационная сушка основана на подаче тепла к древесине от очень сильно нагретого тела прямым лучеиспусканием. В качестве излучателей используют электроплиты, электронагревательные элементы, газовые (беспламенные) горелки, осветительные электролампы накаливания мощностью от 500 Вт и выше.