способ сушки древесины

Формула изобретения

1. Способ сушки древесины путем многократного чередования циклов продувки древесины теплоносителем с отводом выделяющихся паров, нагрева древесины до среднеобъемной температуры 80-100°С, скоростного вакуумирования при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов с нагревом древесины в изолированной от атмосферы сушильной камере, а выдержку древесины в камере ведут до давления, равного равновесному давлению пара, находящегося в свободном объеме сушильной камеры при данной температуре, отличающийся тем, что каждый цикл нагрева древесины после скоростного вакуумирования осуществляют с одновременным впрыском воды с температурой 90-100°С или пара до давления, равного равновесному давлению пара, находящегося в свободном объеме сушильной камеры при данной температуре.

2. Способ сушки древесины по п.1, отличающийся тем, что на конечном этапе сушки проводят кондиционирование, выравнивание конечной влажности как по глубине, так и по длине древесины впрыском воды с температурой 90÷100°С или пара.

3. Способ сушки древесины по п.1 или 2, отличающийся тем, что после этапов сушки и кондиционирования древесины производят ее пропитку либо антисептическими, либо антипиренными, либо красящими составами путем их впрыска и чередования циклов вакуум-атмосферное давление в сушильной камере.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области деревообрабатывающей промышленности, в частности к технологии сушки древесины.

Известен способ сушки древесины в сушильной камере (Патент РФ №2056602, F26В 5/04, 1996) путем многократного чередования циклов продувки теплоносителем с отводом выделяющихся паров и вакуумирования, в котором древесину предварительно нагревают до среднеобъемной температуры 80÷100°С, после чего сушку ведут путем многократного чередования циклов вакуумирования и продувки теплоносителем. При этом до достижения 30% влажности после цикла вакуумирования проводят выдержку древесины в герметичной сушильной камере до достижения в ней давления, равного атмосферному, а вакуумирование осуществляют при остаточном давлении 10÷50 мм рт. ст. в течение 30÷120 мин, причем сброс давления в камере сушки до остаточного проводят за 1÷30 с. В процессе вакуумирования ведут слив конденсата, а продувку проводят теплоносителем с температурой 80÷150°С в течение времени, равного времени вакуумирования. Процесс сушки древесины до 30% влажности древесины повторяют до достижения общего суммарного времени вакуумирования, определяемого математической формулой с соотношением в ней плотности материалов, влажности, величины поверхности, толщины и ширины высушиваемого материала и др. При достижении 30% влажности древесины продувку теплоносителем после вакуумирования осуществляют без выдержки с температурой 80÷150°С, при этом процесс сушки до конечной влажности, повторяемый многократно до достижения общего времени вакуумирования, определяется математическим соотношением либо практическим путем.

Недостатками способа являются большая энергоемкость процесса сушки и невозможность достижения атмосферного давления паров капиллярной влаги при предварительном нагреве древесины до среднеобъемной температуры 80÷100°С.

Известен более совершенный способ сушки древесины вакуумно-импульсным отжимом, принятый за прототип (Патент РФ №2228498, F26В 5/04, F26В 3/04, 2004), заключающийся в многократном чередовании циклов продувки древесины теплоносителем, нагреве древесины до среднеобъемной температуры 80÷100°С, вакуумировании, каждый цикл вакуумирования проводят скоростным вакуумированием при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов с нагревом древесины и выдержкой в изолированной от атмосферы сушильной камере, причем выдержку древесины в камере ведут до давления, равного равновесному давлению пара, находящегося в свободном объеме сушильной камеры при данной температуре. Скоростное вакуумирование осуществляют при помощи ресивера, объем которого выполнен таким образом, чтобы при его соединении с сушильной камерой в последней создавалось давление меньше равновесного давления пара при данной температуре при помощи быстродействующих клапанов, обеспечивающих соединение сушильной камеры с ресивером за 0,1÷0,5 с, и при помощи трубопровода, соединяющего сушильную камеру с ресивером. Каждую операцию каждого цикла скоростного вакуумирования осуществляют при достижении давления в ресивере 1÷10 мм рт. ст.

Недостатком вышеуказанного способа-прототипа сушки древесины является то, что достижение равновесного давления пара при нагреве и выдержке древесины под вакуумом - весьма длительный процесс, а в ряде случаев при сушке твердолиственных пород и вовсе недостижим вследствие малых скоростей нагрева и обдува древесины в разряженной среде после цикла вакуумирования и, как следствие, малой скорости диффузии паров воды из древесины.

Задачей настоящего изобретения является повышение качества сушки древесины, сокращение времени сушки, энергетических затрат на сушку, а также расширение технологических возможностей способа сушки древесины путем одновременной обработки ее антисептическими, антипиренными и красящими составами.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ сушки древесины производят путем многократного чередования циклов продувки древесины теплоносителем с отводом выделяющихся паров, нагрева древесины до среднеобъемной температуры 80÷100°С, скоростного вакуумирования при помощи ресивера, быстродействующих клапанов и трубопроводов с нагревом древесины в изолированной от атмосферы сушильной камере, а выдержку древесины в камере ведут до давления, равного равновесному давлению пара, находящегося в свободном объеме сушильной камеры при данной температуре, каждый цикл нагрева древесины после скоростного вакуумирования осуществляют с одновременным впрыском воды температуры 90÷100°С или пара до давления равного равновесному давлению пара, находящегося в свободном объеме сушильной камеры при данной температуре.

На конечном этапе сушки проводят кондиционирование, выравнивание конечной влажности как по глубине, так и по длине древесины впрыском воды температурой 90÷100°С или пара.

После этапов сушки и кондиционирования древесины производят ее пропитку либо антисептическими, либо антипиренными, либо красящими составами путем их впрыска и чередования циклов: вакуум-атмосферное давление в сушильной камере.

Изобретение поясняется чертежами, на которых показана блок-схема установки - фиг.1 и блок-схема расположения элементов сушильной камеры - фиг.2.

Блок-схема установки включает сушильные камеры 1 и 2, быстродействующие клапаны 3 и 4, первый 5 и второй 6 ресиверы, шлюзовую камеру 7, вакуумный насос 8, шаровой кран 9, клапан 10 для слива жидкости из шлюзовой камеры 7, винтообразные направляющие 11, систему подачи либо пара, либо воды 12, включающую в себя узел приготовления и подачи 13, клапан впрыска 14, трубопровод с форсунками 15, систему пропитки 16, включающую в себя узел приготовления и подачи 17 либо антипирена, либо антисептика, либо красящего вещества, клапан впрыска 18, трубопровод с форсунками 19, трубопроводы 20 и 21, соединяющие сушильные камеры 1 и 2 с ресивером 5, трубопровод 22 для соединения верхнего ресивера 6 с вакуумным насосом 8, блоки вентиляторов 23 и блоки калориферов 24, жалюзийные решетки 25, клапан 26 соединения шлюзовой камеры 7 с ресивером 5, краны соединения сушильных камер с атмосферой 27, кран соединения шлюзовой камеры с атмосферой 28, краны слива конденсата с сушильных камер 29.

Предлагаемый способ сушки древесины осуществляется следующим образом.

Древесина, предназначенная для сушки и уложенная штабелем на передвижных тележках, расположена внутри сушильной камеры 1 (или 2). Работу установки рассмотрим на примере одной камеры, аналогично все соответствует и для второй камеры. Двери камеры 1 (или 2), клапан 3 (или 4), краны 27 и 29 закрыты. Включением вакуумного насоса 8 при открытом кране 9 ресиверы 5 и 6, шлюзовая камера 7 вакуумируются до заданного давления, например 0,04×10 ⁵ Па, при этом клапаны 10, 18, 14, 21, 28 закрыты, клапан 26 открыт. Одновременно с вакуумным насосом 8 включаются блоки вентиляторов 23 и блоки калориферов 24. Происходит нагрев древесины до среднеобъемной температуры 40÷50°С. При достижении данной температуры открывается быстродействующий клапан 3 (или 4), соединяющий сушильную камеру 1 (или 2) с первым ресивером 5. Происходит выравнивание давления в ресиверах 5 и 6 и в сушильной камере 1 (или 2). Затем клапан 3 (или 4) закрывается, клапан впрыска 14 открывается, происходит подача пара либо воды температурой 90÷100°С в сушильную камеру 1 (или 2) до достижения равновесного давления насыщенного пара для данной температуры. Этим самым производится замена теплоносителя воздуха теплоемкостью Ср=1 кДж/кг град на более энергоемкий теплоноситель, водяной пар теплоемкостью Ср=2,09 кДж/кг град, что позволяет ускорить нагрев древесины, тем самым значительно сократить время сушки древесины. Подачей воды температурой 90÷100°С или пара в камеру сушки достигается и другой эффект. При такой разнице в температурах между теплоносителем (подогретой водой или паром) и древесиной происходит конденсация паров воды на поверхности древесины с выделением скрытой теплоты парообразования что качественно меняет картину нагрева древесины. Наряду с ускорением нагрева древесины вследствие конденсации паров воды на древесине происходит диффузия (проникновение) воды в толщу древесины, тем самым происходит выравнивание влажности древесины по толщине и снятие поверхностных напряжений в древесине, наличие которых при других видах сушки приводит к поверхностному растрескиванию древесины на этапе удаления свободной влаги.

После подачи подогретой воды или пара нагрев древесины посредством блоков калориферов 24 и вентиляторов 23 осуществляется дальше до заданной температуры для каждого вида древесины. При достижении заданной температуры древесины кратковременным открытием кранов 27 и 29 производится слив конденсата, образующегося на стенках сушильной камеры, краны 27 и 29 закрываются. Затем включается вакуумный насос 8, открываются быстродействующие клапаны 3 (или 4), соединяющие камеру с ресиверами 5 и 6, происходит резкий сброс давления в сушильной камере. Происходит так называемый вакуумно-импульсный отжим древесины. После достижения заданной скорости падения давления в сушильной камере 1 (или 2) и ресиверах 5 и 6 dP/d или температуры в древесине dT/d клапаны 3 (или 4) закрываются и вновь происходит нагрев древесины до заданной температуры. При этом нагрев древесины осуществляется с одновременным впрыском воды температурой 90÷100°С (или пара) в разряженный объем сушильной камеры.

Количество впрыскиваемой воды (или пара) зависит от сорта и сортамента высушиваемого пиломатериала.

При достижении заданной температуры древесины вновь проводится вакуумно-импульсный отжим древесины, который повторяется до окончания процесса удаления свободной влаги. При резком сбросе давления в сушильной камере реализуются следующие физические явления. Низкий уровень остаточного давления в сушильных камерах и высокая скорость достижения этого давления обеспечивают условия, при которых влага, находящаяся в капиллярах и межкапиллярном пространстве, под действием перепада давлений (давление в камере много ниже давления в капиллярах древесины) вытесняется на поверхность без фазового перехода. Этому способствуют и растворенные в воде газы, которые совершают работу расширения. Являясь более подвижными, газы первыми приходят в движение, способствуя установлению упорядоченного струйного течения в капиллярах. По мере вытеснения воды давление внутри капилляров поддерживается за счет процесса парообразования внутри капилляров.

По мере удаления свободной влаги из древесины глубина падения температуры в древесине снижается, повышается глубина вакуума при сообщении между собой сушильной камеры 1 (или 2) и ресиверов 5 и 6. Резкий рост глубины вакуума характеризует окончание процесса удаления свободной влаги. Удаление связанной влаги осуществляется аналогично удалению свободной влаги. Вновь открывается клапан 14, в сушильную камеру подается вода или пар до достижения равновесного давления насыщенного пара для данной температуры, но теперь с выдержкой по времени в зависимости от древесины для снятия поверхностных напряжений и выравнивания влажности по толщине. Удаление связанной влаги производится с ростом температуры в камерах сушки и в древесине, при этом максимальная температура определяется видом древесины. По достижении заданной температуры проводят импульсно-вакуумный отжим древесины, но при этом осуществляется выдержка по времени древесины под вакуумом. Время выдержки при этом зависит от вида древесины.

Нагрев древесины после импульсно-вакуумного отжима производят одновременно с впрыском воды с температурой 90÷100°С или пара аналогично, как на этапе удаления свободной влаги.

По мере удаления связанной влаги из древесины глубина падения температуры в древесине снижается, повышается глубина вакуума при сообщении между собой камеры сушки 1 (или 2) и ресиверов 5 и 6 (выравнивающее давление).

Окончание процесса удаления связанной влаги (окончание процесса сушки древесины) характеризуется, например, для сосны конечной влажностью Wк=8% выравнивающим давлением Рр=0,018 МПа (показание вакуумметра Рв=-0,82) и глубиной падения температуры в древесине при вакуумном импульсе T 2C.

По окончании процесса сушки древесины проводят ее кондиционирование, выравнивание по влажности как по толщине, так и по длине. Кондиционирование проводят методом "пропарки" впрыском воды температурой 90÷100°С или пара в предварительно отвакуумированный объем камеры сушки с последующей выдержкой по времени. Количество воды либо пара и время выдержки зависят от вида и сортамента древесины. Этап кондиционирования заканчивается открытием клапанов 3 или 4, сбросом избыточного давления в ресиверы 5 и 6.

По окончании процесса кондиционирования производится этап пропитки древесины антисептическими, либо антипиренными, либо красящими составами открытием клапана впрыска 18 и подачей предварительно подготовленных составов в узле приготовления и подачи 17 в сушильные камеры 1 или 2, предварительно отвакуумированные.

Время пропитки и выдержки под вакуумом определяется сортаментом древесины.

Этап пропитки древесины состоит из чередований вакуумирования сушильной камеры и ее разгерметизации (чередование состояний среды в сушильной камере: вакуум-атмосферное давление).

После этапа пропитки древесины проводят сброс избыточного давления из сушильных камер 1 или 2 открытием клапанов 3 или 4 в предварительно отвакуумированные ресиверы 5 и 6, затем проводят выдержку древесины под вакуумом в течение 1 часа.

Дальнейшие операции связаны с разгерметизацией камеры открытием клапана 27 и остыванием древесины в камере до температуры Тд=40°С. Этап остывания древесины можно производить и вне сушильных камер 1 или 2 посредством укрытия штабеля древесины покрывочным материалом (например, брезентом).

Конкретный пример осуществления предлагаемого способа сушки древесины.

В две сушильные камеры 1 и 2 с объемом загрузки по 7,5 м³ каждая загрузили на технологических тележках древесину.

Сушке подвергали сосновые обрезные доски длиной 6000 мм, шириной 150 мм, толщиной 52 мм. Начальная влажность древесины была 60%, требуемая конечная влажность - 8%. Доски уложили в штабель с размерами 1500×1800×6000 (мм), прокладывая каждый ряд рейкой с размерами 15×20×1500 (мм). Сушильные камеры оборудованы устройствами для равномерного распределения воздушных потоков - 25, блоками калориферов 24 мощностью 94 кВт каждый, блоками вентиляторов 23 с тремя реверсивными вентиляторами ВО-5Р каждый.

Использование двух сушильных камер 1 и 2 позволило повысить коэффициент полезного действия вспомогательного оборудования (ресиверов 5 и 6, вакуумного насоса 8, шлюзовой камеры 7, системы автоматического управления и т.д.), увеличить производительность и снизить капитальные удельные затраты. Работа сушильных камер синхронизируется так, что во время цикла нагрева древесины в камере 1 в камере 2 происходит цикл вакуумно-импульсного отжима. Для создания вакуума в ресиверах 5 и 6 использован вакуумный насос ВВН 1-6, который обеспечивал создание необходимого давления разряжения в ресиверах 5 и 6 и отсос балластных газов из сушильных камер 1 и 2.

Сушка древесины состояла из следующих этапов: нагрев, удаление свободной влаги, удаление связанной влаги и кондиционирование.

Этап кондиционирования заканчивается открытием быстродействующих клапанов 3 со сбросом давления из сушильной камеры 1 в предварительно отвакуумированные ресиверы 5 и 6.

Дальнейшие операции связаны с разгерметизацией сушильной камеры 1 открытием клапанов 27, выкатыванием штабеля древесины из сушильной камеры и остыванием древесины в штабеле, накрытом брезентом, до среднеобъемной температуры Тд=40°С.

После остывания древесины были произведены замеры конечной влажности. Конечная влажность древесины составляет от 8 до 9% как по длине пиломатериала, так и по его глубине.

Растрескивания пиломатериала (пластовых трещин и внутренних коллапсов), а также коробления по всему составу пиломатериала в штабеле не было обнаружено.

Предлагаемый способ сушки древесины прошел экспериментальные испытания и предполагается внедрение его на ряде промышленных предприятий, занимающихся деревообработкой.