В конденсационных сушильных камерах для сушения пиломатериалов из хвойных и лиственных пород деревьев используют агрегаты сушильные конденсационного типа (АСКТ).
Основные принципы действия и особенности конструкции сушильного агрегата конденсационного типа.
Такой агрегат, предназначенный для сушки древесины, может устанавливаться в сушильной камере и вне камеры. Для этого устройство просто помещают в специальное помещение, которое достаточно хорошо тепло изолировано и в то же время является непроницаемым для влаги.
Работа агрегата сушильного конденсационного типа выглядит таким образом:
Пиломатериал укладывают в штабеля с использованием прокладок. С помощью осевых вентиляторов обеспечивается усиленная циркуляция воздуха через материал. Влага, находящаяся в материале, в этом момент усиленно испаряется. С помощью агрегата сушильного конденсационного типа (АСКТ) производится конденсация уловленной влаги и сбор образовавшейся в результате воды. Таким образом, в камере все время циркулирует сухой и подогретый воздух. Сушка при этом происходит в мягких режимах, минимизируется риск возникновения деформаций и трещин материала.
Конденсационный метод сушки древесины имеет еще одно важное преимущество - агрегат конденсационной сушки можно устанавливать не только в специально смонтированные камеры, но и в любые помещения с нормальным уровнем влаго- и теплоизоляции. То есть, если на территории заказчика есть неиспользуемый ангар или любое другое помещение - установку можно монтировать в нем, без предварительной реконструкции объекта.
Группа компаний «Ижевский промышленник» производит следующие типы агрегатов сушильных конденсационного типа.
Для строительства домов из сухого профилированного бруса и из сухого двойного бруса требуется сухой материал, который сушится на производстве. Как же происходит сушка материала на производстве компании «Марисруб»? Давайте поговорим об этом подробнее.
Что такое сушка древесины? Сушка (высушивание) — тепломассообменный процесс удаления жидкости из древесины с помощью испарения. Данный процесс испарения влаги может проходить несколькими способами. Способы могут быть как качественные, но дорогие, так и менее качественные, но более дешевые, а бывают оптимальные по соотношению цена-качество. Рассмотрим их подробнее.
Первый способ: Для того, чтобы высушить древесину более качественно её необходимо сушить более медленно и более длительный период. Это обусловлено тем, что в процессе медленного испарения влаги из дерева происходит щадящая сушка древесины, вследствие которой появляется меньше трещин в дереве, чем при более быстрой и агрессивной сушке. При медленной сушке в дереве образуется минимальное внутреннее напряжение и, как следствие, минимальное количество трещин.
Примером такого процесса сушки является естественный процесс высыхания древесины, когда она сушится на открытом воздухе без искусственного нагрева. Но этот процесс может быть очень длительным (несколько месяцев) и, как следствие, очень дорогим, так как для этого необходимо иметь оборудованное место, защищённое от попадания прямых солнечных лучей и внешних осадков. Многомесячное содержание такого места и уход за материалом требуют больших финансовых вложений производителя не только в оборудование, содержание и охрану данной площадки, но и непосредственно в сам материал.
Второй способ: Для производителей сухого материала более выгодно использовать искусственную сушку материала в короткий период времени (около одной недели). За это время также можно высушить древесину и реализовать сухой материал в короткий промежуток времени. Но у такого процесса сушки могут быть свои минусы, а именно: в дереве могут появиться большие трещины, так как при использовании такого способа сушки помещение, в котором сушится материал, сильно нагревают, вследствие чего из древесины начинает очень активно испаряться влага.
Далее эта влага находится в помещении, в котором происходит данный процесс, и её нужно куда-то удалять из помещения. Для этих целей происходит её периодический выброс из помещения во внешнюю среду, но при таком способе удаления влаги вместе с влагой удаляется часть тепла из помещения, и поэтому в этот момент в сушильной камере снижается температура.
В дальнейшем вновь происходит нагрев помещения, накапливание внутри него влаги и последующий её выброс вместе с частью тепла. И так постоянно в течении всего процесса сушки. Из-за такого способа сушки древесина испытывает постоянные колебания температуры, что отрицательно сказывается на качестве сушки и на появлении трещин в дереве.
Ещё одним минусом при таком способе сушки является необходимость постоянного контроля за равномерностью сушки и поддержанием постоянного уровня нагрева печи. Стоит только кочегару, обслуживающему данные сушильные камеры, зазеваться и опоздать подкинуть дров в печь, как температура может опуститься ниже оптимального уровня, чем можно полностью испортить весь материал. Тоже самое может произойти, если кочегар подкинет дров в печь немного больше положенного количества.
Кроме того, при таком способе сушки не древесина высушивается неравномерно, а именно более толстый пиломатериал сушится неравномерно, так как испарение влаги из центра дерева происходит менее интенсивно, чем с поверхности. Также древесину может начать «крутить», так как внутреннее напряжение в древесине достигает высокой концентрации.
Третий способ: Существует ещё один способ сушки древесины, который мы используем для своих клиентов. Данный способ вобрал в себя всё лучшее из двух других способов, вследствие чего получается оптимальное соотношение цена-качество за минимальный срок. Данный способ сушки проходит при низких температурах и при нём не только не используется печь и жар, но и применяется холодильная установка. Да да, именно так, Вы не ослышались. Используется холодильная установка.
Данная установка предназначена для того, чтобы при относительно низких (чуть выше комнатной) температурах удалять влагу из дерева с помощью конденсации. С помощью такого физического процесса, как превращение паров влаги в жидкую воду, и работает данный способ сушки.
Этот процесс протекает тогда, когда достигается точка росы - это происходит, когда температура охлаждения окружающего воздуха, при которой водяной пар, который в нём содержится, начинает конденсироваться, образовывая капельки воды, то есть температура выпадения конденсата. Это похоже на образование капель на окне, когда в помещении повышенная влажность.
Именно такое физическое явление, как превращение влажного воздуха в жидкость и последующее её удаление из сушильной камеры, используется в сушильных камерах конденсационного типа компании Марисруб. Такой способ удаления влаги из древесины является наиболее щадящим и не приводит к образованию значительных трещин в материале в процессе сушки.
Кроме того, данный процесс контролирует не кочегар, а компьютер, который получает измерения показателей из сушильной камеры в любой момент времени и, основываясь на них, запускает те или иные процессы внутри камеры для оптимального метода удаления влаги из древесины. В процессе работы вода удаляется журчащим ручейком из камеры наружу.
Вывод: Применение конденсационного способа сушки является наиболее оптимальным, так как благодаря такому подходу в короткий промежуток времени производитель достигает нужных показателей влажности в сухом материале, а клиент получает качественный, правильной геометрии, равномерно высушенный и не покоробленный материал без больших трещин.
Процесс сушки древесины методом конденсационного испарения влаги можно сравнить с процессом размораживания мяса, которое Вы достали из морозилки и пытаетесь размораживать на огне. Конечно же лёд начнёт таять, но только сверху. Внутри он останется. А если Вы поставите его на разморозку в микроволновую печь при самом минимальном уровне мощности, то мясо равномерно разморозится по всей поверхности. Именно такой подход используется при конденсационной сушке древесины.
Конденсация - это процесс, который обеспечивает переход вещества из одного состояния в другое, вследствие повышения температуры. Такой прием является наиболее актуальным для сушки древесины. Конденсационные сушильные камеры имеют отличительную особенность, которая заключается в функционировании так называемой системы холод – тепло, полностью изолированной от окружающей среды. Таким образом, является оптимальной схемой для сушильного агрегата.
Схема носит достаточно простой и понятный характер:
- пиломатериал загружается в конденсационную камеру и подогревается вместе с ней;
- оптимальная температура способствует испарению влаги из древесины;
- влажный воздух начинает двигаться через холодный теплообменник сушильного аппарата;
- влага начинает конденсироваться, а компрессор переносит энергию на горячий теплообменник;
- сухой и холодный воздух, двигаясь через горячий теплообменник, меняет свое состояние, становясь теплым;
- теплый воздух, посредством бумеранга, возвращается в сушильную камеру для подогрева древесины.
Стоит сделать вывод: вся вышеуказанная схема работает по сигналу холод – тепло, и все источники энергии (а речь идет о вентиляторах продува штабеля) функционируют внутри сушильного агрегата. То есть, происходит замкнутый цикл, который не взаимодействует с внешней средой.
Характеристики сушильных аппаратов
Вид оборудования имеет прямоугольную форму, похожую на шкаф, облицованный съемными панелями, в основании которого заложена рама.
Состав аппарата включает:
- Холодильный компрессор.
- Теплообменную систему.
- Холодильную арматуру.
- Испаритель.
- Управляющую автоматику.
Быстрый монтаж и компактная конструкция сушильного аппарата вводят его в действие моментально. Теплообменники соединены друг с другом трубопроводами, по которым и циркулирует воздух.
Агрегат является полностью автоматизированным и управляется с помощью программируемого контроллера. Таким образом, все сбои или аварийные ситуации находятся строго под контролем.
Типы аппаратов могут быть двух видов, что соответстветствует разным температурам сушки:
- сушка до +45°С - предназначена для мягкой древесины;
- сушка до +60°С - для твердых пород.
Конденсационная сушка древесины является высококачественной технологией, которая использует небольшой объем пиломатериала (до 30 м3). Также, сам процесс экологичен и безопасен, и не предусматривает выброс отходов. Предприятия используют данный метод для минимизации производственных затрат и участия рабочего персонала.
Данный процесс является несомненным лидером среди других методов сушки. Как было указано выше, он заключается в использовании тепла, как основного фактора избавления от влаги (обезвоживания). При применении конденсационной сушки уменьшается энергопотребление: если сравнивать с газопаровой или высокочастотной.
Натуральная сушка имеет место быть, но она зависима от погодных условий. Также, такая процедура носит длительный и малопродуктивный характер, который не снижает уровень влажности, менее чем на 16%.
Конденсационная сушка сырья имеет, как и преимущества, так и недостатки. Но, недостаток, в таком случае единичный: дополнительное капиталовложение. Затраты на приобретение быстро окупаются, поэтому такие инвестиции имеют долгосрочный характер.
Стоит отметить, что такой вид сушки является еще и более щадящим, так как невысокие температуры не дают образоваться трещинам и короблению. Максимальный результат испарения влаги достигает 12% и менее.
Все способы профессиональной сушки древесины - конвективная, атмосферная, вакуумная, СВЧ, камерная. Сушка древесины конденсационным способом и сушка древесины инфракрасным способом .
Выбор способа сушки древесины и сушильного оборудования определяется рядом факторов: породным и сортиментным составом высушиваемых пиломатериалов, стоимостью энергоносителя, необходимой производительностью, производственными условиями и инвестиционными возможностями потребителя. То есть, если раньше при стабильных ценах для технико-экономического обоснования проекта достаточно было двух-трёх обобщающих факторов, то сегодня нужен расчёт в каждом конкретном случае.
В настоящее время результаты изучения рынка сушильных камер показывают, что среди предлагаемых камер 90-95% - классического типа: конвективные с различными системами приточно-вытяжной вентиляции и видами теплоносителя. Их преимущества: малые капитальные затраты, простота процесса, удобства технического обслуживания.
Основными элементами таких сушилок являются: циркуляционное оборудование (вентиляторы), система нагрева (калориферы), система управления (регуляторы).
Вентиляторы должны обеспечивать необходимую скорость и равномерность распределения сушильного агента по материалу для различных пород с целью получения высшего качества и оптимальной продолжительности процесса сушки древесины. Для побуждения циркуляции сушильного агента используют осевые и, в отдельных случаях при большом сопротивлении, центробежные вентиляторы. К этому оборудованию должны предъявляться жёсткие требования по его надёжности при эксплуатации в среде с высокими температурой и влажностью.
Сушка древесины - длительный и энергоёмкий процесс. Тепловая энергия для сушилок вырабатывается в котельных. Тепловым носителем здесь является пар или горячая вода. Электроэнергию вследствие её дороговизны используют редко, хотя в последнее время этот вид энергоносителя становится всё популярнее.
За рубежом для выработки тепловой энергии в основном используют установки для сжигания древесных отходов (опилок, щепы, коры, стружки).
Параметры среды в сушильных камерах, как правило, измеряют психрометром. Управление и регулирование осуществляется автоматически.
Наряду с традиционными конвективными камерами определённое распространение получили вакуумные и конденсационные сушилки.
Вакуумные сушилки целесообразно использовать для сушки древесины твёрдых лиственных пород (дуб), крупных сечений (50 мм и более), когда скорость сушки является важным фактором. При покупке таких камер нельзя забывать о больших капитальных вложениях.
Конденсационные сушилки используют в тех случаях, когда электроэнергия как энергоноситель более дешёвая по сравнению с другими видами. КПД таких сушилок наиболее высок при температуре сушильного агента до 45°С. При этих параметрах себестоимость небольшая, зато срок сушки значительный.
В последнее время произошли значительные изменения в организации, технике и технологии сушки древесины. Если раньше основной объём сушки древесины приходился на крупные деревообрабатывающие и лесопильные предприятия, где сооружались большие сушильные цеха, то сейчас основная масса древесины перерабатывается на малых предприятиях, потребность которых может быть обеспечена одной-двумя камерами небольшой загрузочной ёмкости. Многие малые компании пытаются реконструировать устаревшие камеры или даже создают самодельные простейшие сушильные устройства, которые не могут обеспечить качественной сушки материала. Вместе с тем, рынок предъявляет всё более жёсткие требования к качеству изделий из древесины.
Низкое качество сушки древесины, обусловленное неудовлетворительным техническим состоянием сушилок и слабой технологической подготовкой обслуживающего персонала, приводит к скрытому браку - неравномерному распределению конечной влажности, который долгое время может оставаться незамеченным и сказаться тогда, когда изделие уже находится в эксплуатации.
Современные лесосушильные камеры как отечественного, так и зарубежного производства позволяют достичь высокого качества сушки древесины. Они оснащены системой автоматического управления процессом и являются сложным комплексом оборудования, требующим квалифицированного обслуживания.
Атмосферная сушка
Атмосферная сушка является наиболее доступным способом обезвоживания древесины. Известно, что атмосферно высушенная древесина может эксплуатироваться многие столетия, если её повторно не увлажнять.
Атмосферная сушка является наиболее дешёвым способом, и раньше она была основной на лесопильных предприятиях. Она не требует таких капитальных затрат, как камерная, но для неё 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 её 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 400х400 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 создаётся своеобразный микроклимат: воздух имеет пониженную температуру, повышенную влажность и небольшую скорость циркуляции. Поэтому процесс атмосферной сушки длительный. Древесина высушивается до влажности 12-20% в зависимости от климата (температуры и влажности воздуха), породы и толщины материала.
Можно ускорить процесс путём применения более разреженной укладки, размещения штабелей в соответствии с господствующим направлением ветра, или принудительной циркуляцией воздуха с помощью вентиляторов. Ускорение сушки, с одной стороны, сильно снижает возможность появления химических и прокладочных окрасок, синевы и гнили, но с другой стороны, способствует снижению относительной влажности воздуха, что приводит к увеличению остаточных напряжений. Ускоренная атмосферная сушка позволяет довести материал до влажности 20-30% за время, составляющее от 1/2 до 1/4 продолжительности обычной атмосферной сушки.
Для снижения вероятности заражения древесины грибами и плесенью в начальный период её необходимо защищать антисептиками. Сам процесс осуществляется опрыскиванием, т. е. поверхностным нанесением или глубокой пропиткой, путём окунания досок и пакетов в автоклавах.
А - Основание штабеля (подстопные места)
В - Штабель пиломатериалов с перекрестной укладкой
С - Инвентарная крыша (досчатые фермы, досчатые, скрытые рубероидом, щиты кровли)
D - Вентиляционная шахта
F - Штабель
а - Прижимные брусья (или бревна диаметром до 18 см)
b - Тяжи (проволока диаметром 3 - 4 мм)
c - Скрутки
d - Вынос кровли; одновременно - размеры (min) подготовленной площадки
Вакуумная сушка
Технология вакуумной сушки под давлением была изобретена в 1964 году. Сегодня в мире работает более 600 сушилок данного типа.
Вакуумная пресс-сушилка состоит из стальной нержавеющей камеры, которая внутри полностью герметична. Верх камеры закрыт эластичным резиновым покрытием в металлической рамке.
Доски укладываются внутрь камеры слоями, чередуясь с алюминиевыми нагревательными пластинами. Водяная помпа обеспечивает циркуляцию горячей воды внутри этих пластин. Вода нагревается внешним бойлером. Жидкостная вакуумная помпа обеспечивает вакуум внутри камеры.
После того, как древесина загружена в сушильную камеру, оператор устанавливает на панели управления параметры сушки: уровень вакуума (давление), температуру нагревательных пластин.
Практически каждая порода древесины требует своего уровня вакуума, который не изменяется на протяжении всей сушки. Изменяется только температура нагревательных пластин (параметры температур даны в таблицах производителя). Для программирования сушки и управления параметрами можно использовать микропроцессор.
Рассмотрим процесс сушки, состоящий из трех этапов:
1. Прогрев при атмосферном давлении.
2. Сушка нагреванием в вакууме.
3. Кондиционирование и охлаждение.
Прогрев. После того, как древесина уложена в камеру, переложена нагревательными пластинами и накрыта резиновым покрытием, начинается этап прогрева. Горячая вода, циркулируя в пластинах, нагревает древесину без включения вакуумной помпы. Влага в древесине не закипает, поскольку температура ниже 100°С, и следовательно, не происходит повреждения поверхности древесины.
Сушка. Когда температура внутри древесины достигает уровня, необходимого для сушки, включается вакуумная помпа, которая выкачивает воздух из камеры. В этом случае не происходит повреждения поверхности древесины, поскольку влага внутри древесины, двигаясь к поверхности, увлажняет её. Резиновое покрытие под воздействием атмосферного давления прижимает к полу камеры штабель древесины. Благодаря этому воздействию, доски делаются абсолютно ровными. Под воздействием высокой температуры и высокого уровня вакуума вода с поверхности древесины испаряется. Затем влага, как сконденсированная на стенках камеры, так и в виде пара, откачивается вакуумной помпой. Когда влажность древесины достигает установленного конечного значения, сушка переходит в фазу кондиционирования.
Кондиционирование и охлаждение. Нагревание пластин отключается, но вакуум в камере сохраняется. В этом случае древесина остывает под давлением пресса (1 кг/см2). После того, как древесина остыла достаточно, сушилка выключается.
Например: бук толщиной 32 мм высыхает в этих камерах до влажности 8% за 29 ч, а сосна толщиной 25 мм всего за 17 ч. Таким образом, вакуумные пресс-камеры сушат в 8-10 раз быстрее обычных и особенно эффективны при сушке толстых заготовок из ценных пород дерева, которые при сушке обычным способом могут давать трещины. Они занимают немного места, не нуждаются в фундаменте и расходуют намного меньше тепла. Объём камер (0,3-10 м3) позволяет использовать их на предприятиях с небольшим суточным объёмом производства.
Это даёт производителям неоценимое конкурентное преимущество - гибкость. Представьте себе, что к вам обращается клиент, который хочет купить лестницу из ясеня. Ему нужен всего 1 м3 высушенного материала. В случае с традиционной сушилкой объёмом, допустим, 50 м3 выполнить этот заказ теоретически возможно, а на практике - маловероятно. Ведь нужно ещё найти клиентов на 49 м3 сухого ясеня, купить 100 м3 круглого леса, распилить его и сушить не менее 30 дней. С вакуумной пресс-сушилкой объемом 1, 3 или 5 м3 вы в состоянии выполнить этот заказ за 4-5 дней. Таким образом, можно успешно конкурировать с крупными деревообрабатывающими комбинатами, работая в современных условиях с индивидуальными потребностями клиентов.
Но всё же имеется ряд существенных недостатков: большая трудоёмкость погрузо-разгрузочных работ; значительная неравномерность распределения конечной влажности по толщине материала и, соответственно, большие внутренние напряжения, малая вместимость камер. В силу этих причин вакуумно-кондуктивные камеры не получили широкого применения в промышленности, но в последнее время становятся всё более популярными. Этот способ является наиболее перспективным среди способов, направленных на ускорение процесса сушки.
Чтобы избавится от вышеперечисленных недостатков, с 1975 г. используются вакуумные сушилки с нагревом горячим воздухом. Характеристикой этого агрегата является конвекционная нагревательная система с вентиляцией, перпендикулярной по отношению к штабелю: поток воздуха, нагретый на внутренней стенке, перемещается мобильным соплом; под воздействием вращения этого сопла древесина подвергается нагреву с периодической сменой вакуумных фаз. То есть материал сначала прогревают, а потом вакуумируют. В древесине, нагретой до температуры кипения воды, происходит выкипание свободной воды из полостей клеток. Образовавшийся пар удаляется из материала под действием избыточного давления. После прекращения парообразования, т.е. охлаждения древесины, её вновь нагревают, и цикл многократно повторяют до достижения требуемой конечной влажности. Продолжительность циклов и их параметры зависят от породы, толщины и влажности материала. Такой способ даёт сокращение продолжительности процесса в 4 - 5 раз по сравнению с классическим конвективным способом при высоком качестве сушки.
Промышленные сушилки этого типа нашли распространение в производстве, работающем на толстом и трудно сушимом пиломатериале (из твёрдолиственных пород). Простая полуавтоматическая система позволяла управлять процессом сушения. В дальнейшем объединение двух одинарных сушилок в единый «тандем» дало заметное сокращение энергозатрат. Самая последняя сушилка - «Голиаф» - наконец позволила достичь цели: размеры загрузки составили 2,5х2,5 (3) м, полезная длина 13, 6 м и даже более.
Новые дорогостоящие вакуумно-термические сушильные камеры выпускаются такими компаниями, как WDE (Италия), Brunner и Lauber (Германия), IWT (Германия-Канада), причём камеры последней - с возможностью получения цветовой гаммы просушенного пиломатериала.
А вот сушилки фирмы Lauber предлагаются в тех случаях, когда для сохранения окраски дерева процесс сушки должен проходить быстро: например, для строительных лесоматериалов или для лиственных пород древесины. Сушилки «Мальбок» (Lauber) работают по технологии горячего пара. Процесс протекает без воздуха, в камере находится только водяной пар. Так как точка кипения воды в вакууме значительно ниже, процесс намного ускоряется. Для реализации различных технологических вариантов (обычная сушка, сушка без потребления воды или сушка вымораживанием) сушилки изготавливаются по специальному заказу. Объём загрузки камер - 1-30, а для сушки воздухом - 60, 100 или даже 1000 м3 пиломатериалов.
При эксплуатации сушилок часто возникает проблема снижения высоких энергозатрат. Например, на 100 м3 елового материала с исходной влажностью 80% при традиционной сушке до конечной влажности 10% необходимо в среднем израсходовать 30000 кВт/ч за всё время процесса. Отработанный воздух обычно выходит через выходной клапан наружу. В сушилке типа «Тандем» происходит иначе: в ней есть приспособление, очищающее отработанный воздух от влаги, забранной у древесины. Тепловую энергию сухого отработанного воздуха можно использовать далее: для отопления помещения или, опять же, для сушилки.
Основой всех агрегатов является алюминиевая конструкция с толстыми внутренними стенками с изоляцией из минваты. Внешний кожух выполнен из алюминиевого гофрированного листа.
При вакуумно-диэлектрическом способе сушки нагрев материала до 45 - 50°С осуществляется за счёт энергии высокочастотного электромагнитного поля при постоянном вакууме. Древесина находится в среде почти чистого пара малого давления, благодаря чему процесс происходит при малом перепаде влажности по толщине сортиментов и незначительных внутренних напряжениях.
Продолжительность сушки в этом случае уменьшается в 10 - 12 раз. Однако стоимость при таком способе достаточно большая из-за дороговизны и сложности оборудования и больших энергозатрат. И из опыта эксплуатации вакуумно-диэлектрических камер следует, что пока не удалось достичь хорошего качества сушки: материал из-за неравномерности электромагнитного поля имел очень большой разброс конечной влажности.
Поскольку температура кипения воды в вакууме ниже, чем при атмосферном давлении, то, создавая вакуум глубиной 0,9 кг/см2, температуру сушильного агента снижают до 40- 45°С. Таким образом, можно вести интенсивный и, вместе с тем, низкотемпературный процесс сушки при полном сохранении природных свойств древесины. Если сушить при постоянном неглубоком вакууме (0,2 кг/ см2) и одновременном конвективном нагреве, то это даёт также хорошее качество. Продолжительность процесса при этом не уменьшается, а соответствует конвективной сушке. Себестоимость сушки в три раза меньше за счёт использования теплоты конденсации испаренной воды и применения низких температур сушильного агента.
В общем, основываясь на анализе вышеупомянутых результатов, можно утверждать: сушилка типа «Голиаф» - это агрегат большой производительности, удобный для обработки больших размеров; значительно сокращая время сушки, по сравнению с обычной сушилкой, «Голиаф» позволяет существенно сократить количество древесины на складе и быстро реагировать на запросы рынка; значительное снижение расходов понижает стоимость сушения; что касается периода амортизации, сушилка может работать гораздо более длительное время. Поскольку камера из нержавеющей стали очень долговечна, это может принести дополнительную прибыль до истечения срока амортизации и будет иметь высокую рыночную и остаточную стоимость после него.
Сушка в СВЧ
СВЧ-сушка аналогична диэлектрической сушке токами высокой частоты (ВЧ = 25 МГц). Проводится на более 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.
Достоинства. Качество сушки близко к естественному, высокая скорость сушки, энергозатраты средние: 550 кВт/ч на 1 м3 сосны, 2000 кВт/ч на 1 м3 дуба. Не требует коммуникаций, мобильна, имеет малые размеры. Универсальна, способна высушивать любые диэлектрические материалы: лекарственные травы, ягоды, фрукты, овощи, керамику, удобрения и т.д.
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 связан 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:
до 210 м3/мес. - хвойные породы;
180 м3/мес. - берёза, лиственница;
до 100 м3/мес. - дуб, бук, ясень.
Общая средняя продолжительность нахождения пиломатериалов в СВЧ - 20- 24 ч при WM4 = 48-55%, WKOS = 6- 8%. Для твёрдолиственных пород - дуб, бук, ясень - показатели иные.
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.
Сушка сосновых пиломатериалов. Сосна в силу своего строения (слоистая структура с длинными продольными волокнами и капиллярами) и химического состава (наличие в древесине скипидара) имеет хорошую влаго- и газопроводность. По этим причинам сосна может выдерживать высокие температуры до 100-120°С без внешних и внутренних физических повреждений. Согласно экспериментальным данным, значение температуры сушки сосновых пиломатериалов всех сортиментов составляет 100°С. Из-за малой плотности древесины и большой её влагоотдачи, длительности первого и второго этапов в сушке увеличиваются. Длительность первого этапа составляет 7- 8 ч, второго - до 80% всего времени сушки. Переход от второго этапа к третьему (переключение режима вентиляции вытяжки) производится при достижении температуры пиломатериалов 90°С.
Сушка буковых материалов. Бук относится к трудносохнущим видам пород древесины. При естественной сушке на воздухе бук быстро, в течение 1-2 суток, портится (синеет, поражается грибком), а также приобретает сильные напряжения (пиломатериалы закручивает в разных направлениях, появляются многочисленные трещины, наибольшие - по сердцевинной трубке). Исходя из вышеизложенного, качество СВЧ-сушки буковых пиломатериалов в сильной степени зависит от их начального качества и состояния.
Для исключения указанных недостатков распиловку бука необходимо проводить непосредственно перед сушкой, а сам бук держать в водяных ваннах.
Несмотря на высокую плотность древесины по сравнению с другими породами, бук хорошо сохнет в СВЧ-печи из-за наличия длинных продольных волокон и капилляров. Буковые пиломатериалы при СВЧ-сушке сушатся в мягких режимах с температурой не более 90°С. Посиневшие участки древесины на начальном этапе заражения грибком при СВЧ-сушке восстанавливают свой первоначальный цвет. При этом грибковые колонии погибают, а древесина стерилизуется. Переход от второго этапа сушки к третьему производится при достижении пиломатериалами температуры 80°С.
Сушка ясеневых и дубовых пиломатериалов. Дуб, ясень в силу своего строения (наличия множественных коротких переплетённых волокон по типу войлока) являются наиболее трудносохнущими породами древесины и обладают низкой влаго- и газопроводностью. При СВЧ-сушке требуют применения мягких режимов: 70- 75°С при сушке пиломатериалов с влажностью 80- 30% и 80- 85°С при сушке пиломатериалов с влажностью 30% и менее. В силу малой влагоотдачи и высокой плотности древесины динамика нагрева данных пиломатериалов в СВЧ-печах быстрее, чем у других пород. Влажность воздуха в сушильной камере необходимо держать на уровне 60- 80%. На третьем этапе досушка пиломатериалов с 30 до 8- 6% конечной влажности, особенно для сортиментов 40- 60 мм, проходит очень медленно. Причиной этому является обсыхание поверхностного слоя пиломатериалов на глубину 10- 15 мм (длину волокон) и блокирование влаги внутри. Для ускорения сушки в этих случаях применяют принудительное отпаривание (влагообработку) и подъём температуры сушки до 85- 90°С при влажности от 16% и ниже. Принудительное отпаривание проводят путём увлажнения (орошения) поверхности разогретых пиломатериалов водой из разбрызгивателя из расчёта 7- 10 л воды на 1 м3 пиломатериалов и зачехлением штабеля полиэтиленовой пленкой; сушка в таком состоянии длится 30-40 мин. Затем полиэтиленовый чехол удаляется, и сушка продолжается в обычном порядке.
Сушка пиломатериалов из ольхи. По своему строению и физическим свойствам ольха близка к сосне. Технологии сушки данных пород подобны. Различие состоит в использовании более мягкого температурного режима: температура сушки составляет 90°С.
Особенности сушки материалов с сердцевиной. Высушивание таких пиломатериалов без трещин и напряжений по сердцевине на торцах практически невозможно. Для уменьшения торцевых трещин целесообразно покрывать последние защитным слоем, ухудшающим влагопроводность в продольном направлении. С этой целью могут использоваться меловые или известковые водные растворы.
Камерная сушка
Процесс сушки происходит в конвективных камерах. Эти камеры классифицируются по следующим признакам: принципу действия, устройству ограждения, виду теплоносителя, циркуляции агента сушки.
По принципу действия различают камеры периодического действия и непрерывного. Камеры периодического действия представляют собой помещения, в которые загружается определённый объём материала, высушивается, а затем выгружается. Режимы сушки здесь изменяются с течением времени в зависимости от влажности древесины. На период загрузки и выгрузки камеры процесс сушки прекращается. Камеры непрерывного действия представляют собой помещения, туннели, в которых постоянно находится древесина, перемещаемая на вагонетках. Материал высушивается по мере прохождения им туннеля, от сырого конца к сухому. Режимы сушки изменяются по мере продвижения материала по длине камер.
Камеры непрерывного действия применяются обычно на крупных предприятиях при массовой сушке товарных пиломатериалов до транспортной влажности, а также для сушки хвойных пиломатериалов, берёзы и осины, идущих на столярно-строительные изделия, тару, сельхоз- и вагоностроение.
По устройству ограждения камеры подразделяются на стационарные и сборные . Стационарные камеры строятся на месте их эксплуатации из строительных материалов, а сборные, как правило, металлические, изготавливаются заводским способом и собираются на месте их эксплуатации.
По теплоносителю камеры различаются на паровые, электрические, водяные, газовые. В первых трёх агентом служит влажный воздух или перегретый пар, а в последнем - смесь воздуха и топочных газов.
По циркуляции воздуха различают камеры с естественной и принудительной циркуляцией. Газовые и электрические бескалориферные камеры (аэродинамические) имеют только принудительную циркуляцию.
Естественная циркуляция создаётся за счёт разности плотности нагретого и охлаждённого воздуха: горячий, более лёгкий воздух стремится вверх, а охлаждённый, тяжёлый - вниз. Поскольку воздух в силу этого циркулирует вертикально по штабелю, пиломатериалы укладываются со шпациями. Камеры с естественной циркуляцией давно устарели, хотя продолжают эксплуатироваться на ряде предприятий. Продолжать эксплуатировать такие камеры нерационально, так как они малопроизводительны, качество сушки в них низкое из-за большой неравномерности распределения конечной влажности по штабелю.
Принудительная циркуляция воздуха или газа достигается при помощи вентиляторов. Побуждение циркуляции может быть прямое - когда перемещение воздуха осуществляется непосредственно вентилятором, или косвенное (эжекционное) - когда побудителем циркуляции служит энергия струй сушильного агента, вытекающих с большими скоростями из сопл эжекторов. Эжекционные камеры были распространены в 50- 60-х гг., теперь же эта конструкция устарела. Но несмотря на большие энергозатраты на циркуляцию, большую неравномерность сушки, эти камеры продолжают эксплуатироваться.
По кратности циркуляции сушильного агента камеры могут быть с однократной и многократной циркуляцией. При однократной циркуляции сушильный агент после прохождения через штабель полностью выбрасывается в атмосферу; при многократной - воздух постоянно циркулирует по штабелю в течение всего процесса сушки и только часть его выбрасывается. В современных лесосушильных камерах используется только многократная циркуляция воздуха.
Современные лесосушильные камеры имеют прямое побуждение воздуха, создаваемое осевыми или центробежными вентиляторами.
В зависимости от направления движения сушильного агента различают камеры с вертикальным или горизонтальным кольцом циркуляции. Вентиляторные установки в камерах с вертикальным кольцом циркуляции расположены в верхней части над штабелями, а с горизонтальным - за штабелем.
Конденсационный способ
По 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 компаний Hildebrand, Brunner, Vanicek, энергопотребление конденсационных сушилок составляет 0,25- 0,5 кВт/ч на 1 л испаренной воды в зависимости от влажности материала, увеличиваясь при её 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 дешёвой по сравнению со всеми другими теплоносителями.
Учитывая, что этот способ даёт сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных сушильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять нормальные режимы сушки.
Отечественных конденсационных сушилок пока нет. Из импортных можно рекомендовать сушилки следующих компаний: Vanicek , Hildebrand-Brunner , Nardi .
Современный способ сушки древесины инфракрасной сушилкой видео
Сегодня известно много способов достаточно эффективной сушки пиломатериалов различных пород древесины и каждый имеет свои определенные преимущества.
Например, конденсационные сушильные камеры для древесины в отличие от традиционных конвекционного типа, в которых по технологии нагретый пар и выделенная влага из пиломатериалов удаляется в атмосферу, в этих камерах вся тепловая энергия в основном направляется на отопление производственных помещений различного назначения. Это позволяет существенно экономить на энергозатратах и повысить эффективность работы оборудования в целом.
Конструкция конденсационных камер
Сушильные камеры конденсационного типа имеют схожее устройство с обычными конвекционного типа. В ней циркулирует воздух или пар, который нагревается калориферами. В них циркулирует агент, нагреваемый в местных котельных или электрическими нагревателями.
Вентиляторы, осуществляющие циркуляцию нагретого воздуха, расположены в верхней части камеры сразу за калориферами. За счет герметичности, конденсационные сушильные камеры не сбрасывают в атмосферу выделенный в процессе сушки пар в атмосферу, а собирается в специальных сборниках.
Камера конденсационного типа может быть построена из любых типом материалов: из деревянного каркаса, железобетона, пеноблоков, кирпича и профилированного металла. Для обустройства теплоизоляции применяются любые пористые и волокнистые материалы.
Особенности камеры
Конденсационная сушка древесины подразумевает нагрев агента до температуры от 40 до 72 градусов, что зависит от первоначальных показателей влажности древесины. При этом объем сушильной камеры может достигать 50м 3 . И ориентировочно 40% тепловой энергии, выделенной при работе установки, может быть использовано для обогрева помещений.
Сушильные камеры достаточно экономичны. Для доведения процента влажности с 50% до 12% в сосновых пиломатериалах объемом 1 м 3 потребуется от 7- до 150 кВт энергии. Но при этом время сушки в такой камере остается долгим и составляет около 2-3 недель даже при сушки сосновой породы.
В случае необходимости более быстрой и качественной сушки можно обратить внимание на вакуумную сушильную камеру ВСК Байкал. Технология вакуумирования и прогрева штабеля позволяет сушить доску менее суток до заданных показателей. Сохраняя отличное качество!
Производство сушилок осуществляется объемом загрузки от 1 куба до 27 кубов. Сушильные камеры работают установлены на предприятиях разного масштаба. от столярных цехов, до предприятий глубокой переработки, осуществляющие поставки на экспорт.
Смотрите также:
Содержание Технические параметры паровой сушильной камерыАльтернатива паровым сушильным камерам Сегодня известно много способ сушки пиломатериалов, в них получают высокое качество и небольшой процент брака. Одной из таких сушильных установок является паровая камера. Сушка древесины паром – это достаточно эффективная технология термообработки различных пород древесины и с различным содержанием влаги в первоначальном состоянии. А заключается методика в […]
Содержание Особенности ультразвуковой сушки Сегодня известно много методов достаточно эффективной сушки древесины и готовых пиломатериалов, но каждый из них имеет свои определенные особенности, преимущества и недостатки. Например, ультразвуковая сушка древесины представляет собой процесс, схожий с конвейерной сушкой, при которой пиломатериал приобретает заданные практические и геометрические показатели. Ультразвуковую сушку так же называют акустической, подобное оборудование достаточно […]
