XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение

 

Перед лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленностью ставится задача увеличения производства продукции без существенного расширения объема лесозаготовок. В настоящее время более рационально используются лесосырьевые ресурсы, улучшено использование древесины, повышается качество изготовляемой из нее продукции. Частным решением поставленной задачи является обязательная сушка всех вырабатываемых пиломатериалов. За истекший период выросли сушильные мощности за счет строительства новых и модернизации действующих сушилок, разработки и внедрения оптимальных режимов сушки, автоматизации сушильных процессов и комплексной механизации транспортных работ. Однако в полной мере эта задача не решена. Сушка пиломатериалов остается одной из важных проблем деревообрабатывающей промышленности.

Сушкой называются процессы удаления влаги из различных материалов путем испарения. Сушка материалов широко распространена в отраслях народного хозяйства, в том числе и в деревообрабатывающей промышленности. Она является энергоемким процессом, связанным со значительным расходом топлива, пара, а также электроэнергии. При выборе способа сушки древесины необходимо принимать во внимание несколько факторов: минимальная производительность, требования производства по качеству древесины, породы древесины, технологические возможности предприятия и наличие различных типов теплоносителей.

Классификация видов и способов сушки обычно и базируются на методах передачи тепла. Можно выделить четыре вида сушки: конвективную, кондуктивую, радиационную и электрическую.

Рассмотрим сушку древесины на примере конвективной сушки атмосферным способом.

Атмосферная сушка является наиболее доступным способом обезвоживания древесины. Известно, что атмосферно высушенная древесина может эксплуатироваться многие столетия, если ее повторно не увлажнять.

Атмосферная сушка является наиболее дешевым способом, и раньше она была основной на лесопильных предприятиях. Она не требует таких капитальных затрат как камерная, но для нее нужны большие площади и большой запас материала. Основным недостатком атмосферной сушки является то, что процесс неуправляем: в районах с повышенной влажностью воздуха повышается вероятность поражения пиломатериалов грибами, а на юге (от сильной жары) - растрескивания. Разложение древесины грибами происходит при ее влажности выше 22 %, и это граничное значение (22 %) считается «пределом биостойкости». Правила атмосферной сушки и хранения пиломатериалов регламентированы государственными стандартами: для пиломатериалов хвойных пород - ГОСТ 3808.1-80; для пиломатериалов лиственных пород - ГОСТ 7319-80. По правилам, атмосферная сушка проводится в штабелях, укладываемых на специальных фундаментах (высотой 550 мм при грунтовом покрытии или 200 мм при бетонном или асфальтном покрытии подштабельной территории, если высота снежного покрова обычно не превышает 250 мм) Фундамент выполнятся, как правило, из железобетонных опор площадью не менее 400 х 400 мм. Можно использовать деревянные опоры, предварительно пропитав их антисептическим составом. Расстояние между центрами опор должно быть 1,0-1,7 м по длине и 1,3-1,4 м по ширине штабеля.

Состояние сушильного агента (воздуха) - нестабильно, на него оказывают влияние климатические условия, время года и суток. В результате взаимодействия воздуха и высыхающей древесины на складах создается своеобразный микроклимат: воздух имеет пониженную температуру, повышенную влажность и небольшую скорость циркуляции. Поэтому процесс атмосферной сушки длительный.

В настоящее время широкое распространение получают альтернативные способы сушки древесины, такие как конденсационный способ, инфракрасная сушка, электроосмотическая и т.д.

Принцип работы камеры с инфракрасными излучателями.

Устройство камеры с инфракрасными нагревателями представляет собой помещение, которое может быть изготовлено из различных металлов, в зависимости от того является ли эта камера стационарной или мобильной. Если камера стационарная она может быть выполнена из кирпича или древесины, если мобильная- то чаще применяют метал. инфракрасная сушильная установка может быть тоннельной с постепенным прогреванием материала, камерного типа - прогревание материала проводится со всех сторон, переносные - представляют собой щиты с инфракрасными излучателями, используются чаще всего для небольшого количества тонкой древесины.Пол инфракрасной сушильной камеры обшивается листами оцинкованного метала, для лучшего отражения тепловой энергии.

По системе вентиляции камеры с инфракрасными нагревателями могут быть с естественной циркуляцией воздуха и принудительной. Для естественного воздухообмена камеры оборудованы вентиляционными отверстиями 20х20 сантиметров, расположенных в торцах камеры. Для принудительной вентиляции камеры оборудую вентиляторами. Принудительная циркуляция воздуха ускоряет испарение влаги и соответственно уменьшает время сушки.

Основным нагревательным элементом в сушильных камерах такого типа, как уже понятно из названия, являются инфракрасные излучатели. Они бывают электрическими или газовыми. Второй вариант является более экономичным. Нагревательные элементы в инфракрасных излучателях бывают кварцевые или керамические. Кварцевые быстрее прогреваются и служат дольше, но имеют и более высокую стоимость.

Основной принцип, которым руководствуется инфракрасная сушка древесины - это передача тепла с помощью инфракрасного излучения.

Инфракрасные лучи - это вид электромагнитного излучения, такой вид излучения не поглощается молекулами кислорода, а вот молекулы воды напротив поглощают его практически на 100%. Соответственно при использовании инфракрасной сушки не происходит ненужного прогревания воздуха, а прогревается сразу влага, находящаяся в древесине, после чего она выводится на поверхность и испаряется под воздействием движения воздуха в камере.

Инфракрасная сушка древесины позволяет выводить из материала влагу при значительно не высоком прогреве, температура сушки не превышает 60 градусов.

Время сушки в такой камере зависит от объема материала, но обычно не превышает 3-4 часов. При этом работа инфракрасных излучателей не превышает двух часов. Дело в том, что в инфракрасная камера для сушки древесины работает по принципу прерывистой сушки. То есть нагревание происходит не постоянно, а периодами. Это позволяет снять остаточное напряжение в материале, что исключает его растрескивание.

Инфракрасная сушка древесины идеально подходит для мягких пород или для пиломатериалов небольшого сечения. Инфракрасные лучи глубоко проникают в мягкие породы дерева, а вот твердые охватывают лишь поверхностно, потому толстый брус из твердых пород не удастся просушить идеально.

Касательно достоинств и недостатков инфракрасной сушки, то разобраться тут очень просто.

Инфракрасная сушка имеет такие преимущества:

- равномерное просушивание пиломатериала, что помогает избежать коробления и растрескивания

- щадящий режим сушки- невысокая температура сушки позволяет максимально сохранить структуру древесины

- экономия времени - сушка древесины с помощью инфракрасных лучей позволяет существенно сэкономит время

- легкость управления камерой - камера не требует от ее владельца специальных навыков

- простота устройства и монтажа - инфракрасная камера для сушки древесины легко собирается и транспортируется, ее установка не займет у вас больше нескольких часов

Что касается минусов инфракрасной сушки:

- высокие затраты электроэнергии, что существенно увеличивает стоимость процесса

- высокая пожароопасность - при неправильной эксплуатации внутри камеры могут скапливаться горючие пары, которые могут привести к пожару или взрыву камеры.

Конденсационный способ сушки древесины.

Но принципу действия конденсационный способ относится к замкнутому циклу, т.е. сушильный агент совершает циркуляцию по камере без выброса в атмосферу и, соответственно, без подпитки свежим воздухом.

Воздух, насыщенный влагой, отобранной из древесины, омывает холодную поверхность и охлаждается до температуры ниже точки росы. Часть влаги, содержащейся в воздухе, конденсируется, а теплота, выделенная при этом, используется для подогрева сушильного агента. В качестве охладителя используется фреон.

Теоретически конденсационный сушильный цикл с холодильником, играющим роль теплового насоса, характеризуется нулевым расходом тепла на испарение влаги. Затраты электроэнергии здесь идут на прогрев материала и теплопотери, а также на привод компрессора и вентиляторов. Для компенсации теплопотерь агрегат снабжается дополнительным калорифером с внешним электропитанием.

По данным зарубежных фирм,энергопотребление конденсационных сушилок составляет 0,25-0,5 кВт/ч на 1 л испаренной воды в зависимости от влажности материала, увеличиваясь при ее снижении. Это примерно в два раза меньше расхода энергии в обычных сборно-металлических камерах периодического действия.

Из-за свойств фреона, который используется в качестве хладагента, в конденсационных камерах применяются низкотемпературные режимы сушки с температурой не выше 45°С. При повышении температуры сушильного агента более 45°С КПД таких сушилок понижается. Поэтому производительность их малая, так как продолжительность процесса в 2-3 раза больше, чем в камерных сушилках. Эти сушилки следует использовать в тех случаях, когда электроэнергия является наиболее дешевой по сравнению со всеми другими теплоносителями.

Учитывая, что этот способ дает сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных сушильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять нормальные режимы сушки.

В результате сушки древесина из природного сырья превращается в промышленный материал, отвечающий самым разнообразным требованиям, которые предъявляются к нему в различных производственных и бытовых условиях. При снижении влажности древесины улучшаются ее физико-механические и эксплуатационные свойства. Известно, что с изменением содержания влаги в древесных сортиментах меняются их размеры и форма. В тех случаях, когда при эксплуатации изделий из древесины требуется постоянство размеров и формы деталей, их влажность должна быть заранее доведена до определенного уровня, который соответствует условиям эксплуатации этих изделий, т. е. до эксплуатационной влажности.

Технологические процессы сушки и применяемое оборудование специфичны и достаточно сложны. Правильная организация и проведение сушки невозможны без специальных знаний и высокой квалификации операторов сушильных установок.

Вывод: разработка, исследование и внедрение в производство инфракрасного метода сушки древесины представляется актуальной задачей. Ее решение позволит повысить энергоэффективность производства и улучшить качество готовых изделий.

Литература

1. Беззубцева М.М., Волков В.С. , Пиркин А.Г.- Энергетика технологических процессов в АПК. – СПб: СПбГАУ, 2011. – 265с.

2. Беззубцева М.М. - Электротехнологии и электротехнологические установки. – СПБ: СПБГАУ, 2012

3. Расев А. И. Сушка древесины: Учебное пособие. - М.: МГУЛ (Московский государственный университет леса), 2005

Код для цитирования: Скопировать