Основы технологии сушения древесины
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 насыщающей или 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).
( Vg —масса водяного пара(г/м3); V —объем влажного воздуха(г/м3))
Максимальная влажность (Pм): (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, называемых психрометрами. 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
4) Температура и уровень влажности относительно высоки
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 такжже 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
① 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 часовна 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 подачей пара. Категорически запрещается включать парогенератор при открытых приточно-вытяжных заслонках.
Необходимо переодически 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 прп 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 °С выше, 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 распологаться 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.
|