Сушка древесины – необходимый этап изготовления пиломатериалов. Вакуумный метод один из самых эффективных, но требует специального оборудования, которое можно купить в готовом виде или построить самостоятельно.
Пусть термовакуумный принцип в самодельных камерах и недоступен для полной реализации, такие приспособления для сушки тоже эффективны.
Особенности применения вакуума
У технологии вакуумной сушки есть как положительные, так и отрицательные стороны. Ввиду общей дороговизны она применяется для работы с наиболее ценными и привередливыми породами.
Плюсов в этом методе больше. Применение вакуумной сушки позволяет избежать разрушения пиломатериалов, их растрескивания, коробления или других возможных дефектов. При этом кусок дерева просохнет равномерно вне зависимости от его толщины и длины. На это уйдет сравнительно меньше времени, ведь испарение влаги из дерева в условиях разреженной среды происходит очень быстро.
Необходимое для этого оборудование легко перевозить и монтировать, так что применять его можно в самых разных местах, даже непосредственно на вырубке леса.
Однако техника для вакуумной сушки стоит дорого, поэтому малые предприятия и домашние хозяйства почти никогда не могут себе ее позволить. Несмотря на малый объем камер (до 10 кубометров), устройство потребляет много электроэнергии. Пожалуй, этим ограничиваются его недостатки.
Профессиональная сушка
Корпус профессиональной камеры для сушки древесины производится из нержавеющей стали. Для полной герметизации его верх покрывается эластичной резиной, оформленной в рамку из металла. Внутри устанавливаются датчики для измерения влажности.
Специалист управляет камерой снаружи – необходимое для этого оборудование ставят в отдельный тамбур. Обязательно наличие вакуумной помпы, мощности которой хватит на откачку воздуха и скопившегося конденсата.
Для прогревания используются алюминиевые радиаторы (в виде пластин) с водой, которую греют при помощи бойлера снаружи камеры. Из-за отсутствия сложных элементов управлять такой машиной просто.
Для контроля над процессом используются датчики температур и вакуума. Если что-то пойдет не так, то специалист отследит это по показаниям на мониторе.
Но профессиональное оборудование стоит дорого – за камеру среднего объема придется заплатить сумму от 3 миллионов рублей. Зато оно справляется с сырым деревом всего за две недели, в то время как при естественной сушке древесина сохнет годами.
Конкретный срок высушивания зависит от типа и состояния древесины:
- доски из свежесрубленного дуба будут сохнуть около месяца, а свежего сруба и тонкого распила – 15 дней;
- влажные (30%) дубовые доски сушатся от 16 дней, но в тонком варианте (25 мм) – чуть больше недели;
- доски из только что срубленной сосны сохнут 8 суток, а меньшей влажности (30%) – всего 6 дней;
- строительный брус с размерами меньше 150 х 200 мм и влажностью 65% высохнет за 12 дней, однако толстые виды (200 х 300 мм) – примерно 21 сутки.
Время также варьируется из-за различий в настройках приборов для разных пород. Одни породы выносливы, а другие следует обрабатывать в щадящем режиме, постепенно, не спеша.
Работа вакуумной сушилки
Вакуумная сушка древесины делится на несколько этапов. Сначала древесину загружают внутрь камеры. При этом пиломатериалы размещают послойно между алюминиевыми пластинами для нагревания.
Специалист настраивает параметры сушки (температуру и давление). Это необходимо для работы с разными породами дерева, после чего можно включать устройство.
При сушке давление поддерживается на одном уровне, а температура может меняться.
Обратите внимание! На стадии прогрева используется обычное давление, вакуумная помпа отключена. Это необходимо для предотвращения появления дефектов.
Когда древесина нагревается до необходимой температуры, включают вакуумную помпу. Она удаляет воздух из сушильной камеры, тем самым создавая нужное давление. Влага в древесине перемещается от центра к внешним слоям. Так как при этом материал увлажняется, использовать дополнительные средства не требуется. Равномерное распределение влаги спасает древесину от порчи.
Вышедшая на поверхность материала влага испаряется из-за высокой температуры, оседает на стенках корпуса и выводится помпой.
Вакуумная среда ускоряет этот процесс, ведь испарение начинается уже при температуре в 40 градусов – этого бы не случилось при обычном давлении. Окружающий древесину воздух никогда не нагревают до температуры больше 70 градусов. Верхнее резиновое покрытие камеры при откачивании втягивается внутрь и давит на доски, создавая своеобразный пресс.
Завершающий этап – кондиционирование. Его применяют только после достижения древесиной необходимой влажности. Нагревание приостанавливают, но вакуумную помпу не отключают. Дерево постепенно остывает, продолжая находиться под прессом, который необходим для предотвращения изменений в форме материала. Когда температура становится комнатной, помпу отключают и достают древесину из устройства.
Оборудование помещения своими руками
Вакуумная сушилка для древесины, сделанная своими руками, обойдется дешевле, чем покупка профессионального устройства. Для этого потребуется выделить камеру и обустроить ее источником тепла и вентилятором.
Использование недорогой тепловентиляции вместо мощного насоса – основный пункт экономии. Поэтому установить агрегат лучше в просторном помещении. Оно должно быть проветриваемым, чтобы воздух внутри корпуса мог постоянно обновляться, крытым и достаточно сухим, иначе дерево может заразиться плесенью или другими болезнями.
Камера
Самый хороший вариант корпуса для сушильной камеры – железный конвейер. Дешевле использовать бывший в употреблении (их активно используют на железной дороге), но придется побеспокоиться о его чистоте.
Для дела подойдет контейнер для морских транспортировок, нужно лишь поискать более герметичную модель. А также можно использовать старый металлический лом и сварить камеру самостоятельно. Это самый экономный вариант.
Для сохранения внутреннего тепла стены надо утеплить пенопластом и отделать вагонкой. Лучше приобрести специальный утепляющий материал для отражения, но можно использовать фольгу или пенофол, при этом второй вариант предпочтительнее.
Оборудование
Когда камера готова, приступают к сборке и установке нагревательного прибора и вакуумного насоса. Отопительную систему сушилки нужно монтировать отдельно от общего отопительного контура, ведь она должна стабильно и независимо функционировать. Подбирают радиатор, способный нагревать воду до 65-90 градусов.
Важно! Чтобы тепло при сушке распределялось равномерно, потребуется установить вентилятор.
Это обязательный этап, так как неравномерный нагрев портит качество древесины. При собственноручном строительстве сушилки уделяют большое внимание пожарной безопасности.
Для облегчения загрузки дерева нужна система погрузки. Так, можно использовать тележки на рельсах или вилочный погрузчик. Сырье можно сушить как на полках, так и прямо на полу.
Если важна сохранность древесины, то необходимо установить датчики температур, что поможет контролировать процесс. Это особенно важно для дорогих пород дерева.
Если конструкция построена правильно, то температура в камере будет меняться равномерно.
Эффективность сушилки
Следует учитывать, что подобная самодельная сушилка не совсем вакуумная. При применении самодельного оборудования фактически осуществляется обыкновенная сушка в помещении. Однако при этом создаются благоприятные условия благодаря нагреву и вентиляции, так что такой подход все равно эффективнее, пусть и не сравнится с настоящим вакуумным методом.
Самодельная конструкция высушит дерево примерно за три-четыре недели, когда профессиональная справится с задачей не более чем за полмесяца. Это неоспоримое достоинство дорогих средств, однако производство аналогов обходится в несколько раз дешевле.
Оценка статьи:
(5
Вакуумная сушка древесины
Одним из этапов заготовки пиломатериалов является сушка древесины. Одним из часто используемых на производстве методов сушки есть вакуумная сушка древесины.
Чем заслужила свою популярность вакуумная сушка древесины?
Сушка древесины с помощью вакуума начала широко использоваться еще в 1964 году и с тех пор не утратила своих позиций.
Плюсы и минусы вакуумной сушки древесины
Вакуумная сушка, как и другие методы сушки имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их более подробно.
Плюсы вакуумной сушки:
— отличное качество получаемого материала. Сушка древесины с помощью вакуума помогает уберечь пиломатериалы от разрушения, растрескивания, коробления и других дефектов.
— равномерная просушка. При вакуумной сушке дерево просыхает равномерно по всей толщине и длине.
— кратчайшее время сушки. Благодаря использованию вакуума все процесс испарения влаги из дерева проходит значительно быстрее, чем при других методах сушки.
— простота монтажа и использования установок для вакуумной сушки. Это позволяет использовать их повсеместно, например, непосредственно в месте вырубки дерева.
Вакуумная сушка – недостатки:
— основным недостатком вакуумной сушки является высокая стоимость оборудования. Это делает использование данного метода практически невозможным для маленьких предприятий и домашних хозяйств.
Устройство камеры для вакуумной сушки
Установка для вакуумной сушки древесины включает в себя камеру, которая выполнена из нержавеющей стали. Камера должна быть полностью герметизирована. Вверху камеры покрытие из эластичной резины, оформленной в металлическую рамку.
- Внутри камеры устанавливают датчики, которые замеряют влажность.
- Управление камерой производят снаружи, обычно оборудование для управление вакуумной камерой устанавливают в отдельно стоящем тамбуре.
- Камера, так же, должна быть оборудована вакуумной помпой, которая будет выкачивать воздух и скопившуюся влагу.
- Для прогревания в камере используют пластины из алюминия заполненные водой.
- Воду греют при помощи бойлера, который установлен снаружи камеры.
- Как видим установка для вакуумной сушки не имеет каких-то очень сложных элементов, управлять такой камерой проще простого.
Вакуумная сушка –особенности процесса
Вакуумная сушка древесины состоит из набора последовательных этапов. Рассмотрим каждый из них более подробно.
— Сушка древесины с помощью вакуума начинается с загрузки этой самой древесины в камеру. Пиломатериалы складывают слоями, на верх каждого слоя укладывают алюминиевые пластины-нагреватели, далее опять древесину и т.д.
— Далее человек, который занимается управление камеры устанавливает параметры сушки (температуру и уровень давления) и запускает процесс. Важно учитывать тот факт, что уровень давления отличается у разных пород дерева. В ходе сушки уровень давления в камере остается неизменным, меняется только температура.
— Следующий этап сушки – прогрев. На этом этапе древесина в камере прогревается при обычном давлении, то есть вакуум не включен. Делают это во избежание дефектов материала.
— Следом за прогревом наступает непосредственно сушка. Когда древесина достаточно прогрета запускается вакуумная помпа, она полностью удаляет воздух из камеры и создает необходимое давление внутри. При этом влага из внутренних слоев дерева перемещается к верхним слоям, таким образом увлажняя материал.
Именно поэтому вакуумная сушка древесины не нуждается в использовании дополнительных увлажнителей. Также такое постепенное перемещение влаги позволяет уберечь дерево от порчи.
Влага, вышедшая на поверхность древесины под воздействием температуры, испаряется оседает на стенках камеры в качестве конденсата и откачивается помпой. Испарение жидкости в вакуумной среде происходит гораздо быстрее чем при обычном атмосферном давлении, так как снижается температура закипания жидкости.
Испарение жидкости при вакуумной сушке начинается при прогреве дерева до 40-45 градусов. Максимальная температура в камере не превышает 70 градусов.
Во время откачивания воздуха верхнее резиновое покрытие камеры как бы «всасывается» во внутрь и начинает оказывать давление на доски, они сушатся под прессом.
— Вакуумная сушка древесины завершается этапом кондиционирования. Этот этак начинается при достижении древесиной необходимого уровня влажности. Нагревание в камере прекращается, но вакуум остается. Дерево начинает остывать, оставаясь под прессом. Это также позволяет избежать нежелательных изменений в форме пиломатериалов. После полного остывания вакуум отключают, дерево достают из камеры.
- Вакуумная сушка древесины более подробно в следующем ролике.
- Ирина Железняк, Собкор интернет-издания «AtmWood. Дерево-промышленный вестник»
(5
Вакуумная сушка древесины
- Плюсы вакуумных сушильных камер
Технологии в переработке древесины не стоят на месте. Все больше предприятий уходит в глубокую переработку. Тут и встает вопрос выбора наиболее эффективной сушильной камеры.
Это необходимо для этого, чтобы существенно повысить качества пиломатериала, увеличив его прочность, долговечность и наделив привлекательными характеристиками внешнего вида. Но далеко не каждая сушильная камера отвечает требованиям современных предприятий. При некоторых видов камер лишь 20-30 % влаги удаляются из древесины.
А это никак не вписывается в рамки понятия качественный пиломатериал, тем более, когда речь идет о столярных изделиях и погонаже.
Чтобы правильно подобрать оборудование для сушки древесины, необходимо руководствоваться, прежде всего, требованиями заказчика и первоначальным состоянием пиломатериала.
Плюсы вакуумных сушильных камер
Если он был спилен при влажности в 90%, то и распределенная влажность будет довольно высокой, поэтому сушка займет уйму времени, если пользоваться камеры традиционного типа. Все системы с воздушным обдувом выполняют удаление влаги сравнительно долго, при этом часто пиломатериал сильно крутит и коробит.
Чтобы получить качественный пиломатериал все чаще выбирают вакуумные сушильные камеры. Эти камеры различаются по методу нагрева на 2 типа: контактный и конвективный.
Контактный метод позволяет прогреть штабель на полную глубину равномерно по всей длине. Это достигается за счет использования специальных нагревательных панелей.
Такой способ позволяет получить качественный пиломатериал за более короткий промежуток времени.
Конвективный способ также хорошо при вакуумной сушке дерева. Главное преимущество процесса именно в вакууме, за счет которого влага буквально высасывается из глубин древесины.
Вакуумная сушка дерева позволяет более качественно и быстро удалить влагу до любого ее процентного содержания. Влажность 6-8% зачастую достигается за 3 суток.
А мобильность, универсальность и простота в эксплуатации статут идеальным дополнением.
Данная вакуумная сушилка – это еще и отличный источник тепловой энергии. Вторичное тепло можно использовать для отопления производственных и складских помещений в зимний период.
Что позволит существенно сэкономить на энергозатратах. К тому же данная технология вакуумной сушки позволяет экономить и на процессе сушки древесины, т.к. при подключении котла на отходах производства электропотребление составляет около 1.5 кВт/час .
Вакуумная сушка древесины
Процесс вакуумной сушки привлекателен, прежде всего, тем, что он отличается реальной возможностью существенно уменьшить длительность сушки, сохранив при этом высокое качество высушенных пиломатериалов, а в некоторых случаях даже повысив его.
Вакуумные камеры для сушки древесины
В вакуумных камерах лесоматериалы сушатся в условиях высокого давления 700 мм рт. ст., но низкой температуры 45 С. В этих устройствах специально создается вакуум, что влечет за собой большие затраты электроэнергии.
Вакуумная сушка является крайне дорогим методом сушения лесоматериалов по ряду причин:
- дорогостоящие вакуумные камеры
- огромное количество мощности электроэнергии для правильной работы
- небольшая загрузка, примерно 5-8 м3.
В подобных устройствах лесоматериалы сушатся на протяжении одного-двух дней. Например, чтобы высушить 40 м3 доски понадобится примерно от 8-16 дней. А если осуществляется вакуумная сушка бруса, то времени понадобится еще больше.
Вследствие дороговизны процесса вакуумная сушка древесины осуществляется, преимущественно, для дорогостоящих сортов лесоматериалов, таких как дуб, ясень, бук, кедр. В таких случаях требуется высушить не большое количество пиломатериала. Для массового изготовления пиломатериалов применяют конвективные сушильные камеры, потому что они более доступны и имеют низкую себестоимость.
Несколько примеров вакуумной сушки:
- дубовые доски толщиной 52 мм с уровнем влажности 50 % высохнут до уровня влажности 4-5 % примерно за 28 — 35 дней
- дубовые доски толщиной 52 мм с уровнем влажности 30 % высохнут до уровня влажности 4-5 % за 16 — 18 дней
- дубовые доски толщиной 25 мм с уровнем влажности 50 % высохнут до уровня влажности 4-5 % примерно за 15 дней
- дубовые доски толщиной 25 мм с уровнем влажности 30 % высохнут до уровня влажности 4-5 % за 9 дней
- сосновые доски толщиной 55 мм с уровнем влажности 50 % высохнут до уровня влажности 5 -6 % примерно за 8 дней
- сосновые доски толщиной 55 мм с уровнем влажности 30 % высохнут до уровня влажности 5-6 % за 6 дней
- строительный брус 100 х 100 мм и 150 х 200 мм с уровнем влажности 65 % высохнет до уровня влажности 6 % на протяжении 8 — 12 дней. Брусу 200 х 300 мм для достижения таких же параметров понадобится 22 дня.
В условиях вакуума сушка древесины происходит более мягко. Однако и при таком методе сушения возможно растрескивание. Дерево — это живое сырье. Древесины присущи разные виды напряжений. Эти напряжения зависят от местности, в которой выросло дерево, от метода распила, от возраста. Во время сушки древесины даже в таких камерах не все напряжения снимаются равномерно.
Как происходит вакуумная сушка древесины
Нагнетание вакуума внутри камеры, где осуществляется высушивание лесоматериалов, в значительной степени изменяет физический характер протекания тепло-массообменных процессов в древесине. Сушка реализуется по действием постоянного вакуума 0.
95 Мпа и пара, образующегося из влаги лесоматериалов. Поскольку происходит естественное движение агента сушки со скоростью до 0.3 м/сек нет необходимости использовать вентиляторы, системы увлажнения пиломатериалов, устанавливать сухой /мокрый термометр.
Контролируют сушку датчики влажности пиломатериала. К примеру, в ходе сушки дубовых пиломатериалов от начального уровня влажности 65 % до остаточного — 6%, выделяется около 450 литров влаги.
Если загрузить в камеру максимальные 12 м3 дуба толщиной 55 мм, то суммарное количество влаги достигнет 5 400 литров.
Сегодня все компании, выпускающие сушильные вакуумные камеры, имеют сертификаты соответствия европейским стандартам. В таких устройствах можно сушить одновременно различные сорта древесины.
Качество сушки:
- остаточный уровень важности составляет от 6 до 0.5%
- перепад уровня влажности по штабелю не превышает 1 %
- перепад уровня влажности по толщине и длине доски не превышает 0.9 %.
Вакуумная сушка древесины своими руками
Процесс сушки очень выгоден при осуществлении своими руками. Однако приобретать заводскую вакуумную камеру дороговато, в этом разделе мы расскажем, как сделать ее своими руками. Сушку в домашних условиях можно осуществить в специальной камере, для обустройства которой нужно просторное помещение, источник тепла, а также вентилятор для распределения тепла внутри камеры.
Наилучшим вариантом для создания камеры является железный конвейер. Не обязательно покупать новый, можно найти и б/у. Кроме этого можно сварить камеру самостоятельно из старого железа.
Для того, чтобы сохранить тепло внутри камеры стены нужно утеплить пенопластом и обделать вагонкой. Кроме пенопласта подойдет минеральная вата и любой другой утеплительный материал. Для того чтобы тепло отражалось от поверхности необходимо постелить специальный материал. Можно воспользоваться фольгой или пенофолом. Кстати, теплоотражающие и сохраняющие качества пенофола намного выше.
Еще один важным моментом можно назвать создание системы погрузки пиломатериала в камеру. Для этой цели можно воспользоваться тележками, которые двигаются по рельсам или вилочным погрузчиком.
Сырье на просушку складывают на полки или же прямо на пол. Чтобы осуществлять контроль за процессом сушки нужно установить специальные датчики — термопары и датчики давления.
Если грамотно подойти к этому мероприятию, то у вас получится камера для сушки качественных пиломатериалов.
После загрузки сырья в камеру дверь плотно закрывается и начинается процесс сушки.
В таких условиях связанная и свободная жидкость будет плавно перемещаться от центра к периферии, что гарантирует качественную и равномерную сушку материала.
Сухие верхние клетки пиломатериала впитывают жидкость из клеток, находящихся ближе к сердцевине. Вначале просыхают тонкие места, далее влага из толстых слоев перемещается в уже высохшие, делая их влажными.
Для предотвращения смещения на пиломатериалы наносят специальную смесь, которая делается из мела и олифы. Чаще всего эту смесь наносят на торцевые части заготовок.
| Традиционная сушка | Вакуумная сушка | ||||||||
| Кол-во суток | Рпотреб., кВт/ч | Гарант. брак, % | t, °С | Гарант. влажность, % | Кол-во суток | Рпотреб., кВт/ч | Гарант. брак, % | t, °С | Гарант. влажность, % |
| 7 | 10 000 | 20 | 150 | 15 | 1 | 500 | 5 | 50 | 10 |
Нетрадиционная сушка древесины: вакуумная и СВЧ
Сушка - процесс удаления влаги из материала путем ее испарения. В настоящее время основным промышленным способом сушки древесины является конвективная сушка. При конвективной сушке древесины испарение влаги происходит при температуре ниже точки кипения. Мы в данной статье рассмотрим и сравним два вида нетрадиционных способов сушки древесины - вакуумную и СВЧ.
Эти два способа сушки древесины объединяет то, что испарение влаги из древесины происходит при температуре выше точки кипения. Процесс испарения можно объяснить в рамках кинетической теории. Молекулы воды движутся с различными скоростями. Между этими молекулами имеются значительные силы притяжения, которые и удерживают их вместе в жидком состоянии.
Благодаря своим скоростям молекулы, находящиеся в верхних слоях жидкости, на некоторое время могут покинуть жидкость. Но точно так же, как брошенный в воздух камень возвращается на землю, силы притяжения других молекул могут вернуть «сбежавшую» молекулу назад на поверхность жидкости (при условии, разумеется, что ее скорость не слишком велика).
Если молекула имеет достаточно высокую скорость, то она окончательно оторвется от жидкости и станет частью газовой фазы. Только те молекулы, кинетическая энергия которых больше некоторого определенного значения, могут перейти в газообразное состояние.
Согласно кинетической теории, число молекул с кинетической энергией, большей некоторого конкретного значения, увеличивается при повышении температуры. Это согласуется с хорошо известным наблюдением: при более высоких температурах скорость испарения больше. Поскольку самые быстрые молекулы улетают с поверхности жидкости, средняя скорость оставшихся молекул уменьшается.
А если средняя скорость уменьшается, то и абсолютная температура понижается. Таким образом, испарение представляет собой процесс охлаждения. Воздух обычно содержит водяные пары, причем они попадают в воздух главным образом за счет испарения.
Для того чтобы изучить этот процесс несколько более детально, рассмотрим закрытый сосуд, частично заполненный водой, из которого удален воздух. Наиболее быстрые молекулы испаряются в пространство над жидкостью.
Поскольку они движутся вблизи поверхности жидкости, некоторые из них будут сталкиваться с ней и возвращаться в жидкое состояние; этот процесс называется конденсацией. Число молекул пара возрастает до тех пор, пока не будут достигнуты такие условия, когда число возвращающихся в жидкость молекул равно числу молекул, покидающих жидкость за тот же промежуток времени.
При этом мы имеем состояние равновесия, и про пространство над жидкостью говорят, что оно насыщено. Давление насыщенного пара не зависит от объема сосуда. Если бы мы уменьшили объем пространства над жидкостью, то плотность молекул в газообразном состоянии возрастала бы. При этом за единицу времени с поверхностью воды сталкивалось бы больше молекул.
Образовался бы результирующий поток молекул, возвращающихся обратно в жидкую фазу, и этот поток существовал бы до тех пор, пока не было бы вновь достигнуто равновесие, которое возникнет при том же давлении насыщенного пара. Давление насыщенного пара любого вещества зависит от температуры. При более высоких температурах больше молекул имеют кинетическую энергию, достаточную для перехода с поверхности жидкости в газообразное состояние. Следовательно, состояние равновесия будет достигнуто при более высоком давлении.
При обычной сушке испарение воды происходит не в вакуум, а в воздух над ней. Это существенно не изменит приведенных выше рассуждений.
Состояние равновесия по-прежнему будет достигаться в момент, когда достаточное число молекул окажется в газообразном состоянии и число возвращающихся в жидкость молекул станет равно числу молекул, покидающих ее.
Это число не зависит от присутствия воздуха, хотя столкновения с его молекулами могут удлинить время, необходимое для достижения состояния равновесия. Таким образом, равновесие будет при том же значении давления насыщенного пара, что и в отсутствие воздуха.
Давление насыщенного пара жидкости растет с повышением температуры. Когда температура достигает той точки, в которой давление насыщенного пара становится равно внешнему давлению, начинается процесс кипения.
Вакуумная сушка
Основы вакуумной сушки. На границе раздела двух фаз жидкость-пар имеет место равновесное протекание процессов испарения и конденсации. Испарение представляет собой процесс превращения жидкости в пар со скоростью, превышающей скорость обратного явления - конденсации.
В обоих случаях происходит теплообмен, связанный с поглощением или выделением теплоты фазового перехода при изменении агрегатного состояния вещества: при испарении тепло поглощается, а при конденсации высвобождается. Конденсация происходит при соприкосновении насыщенного пара с поверхностью, температура которой ниже температуры насыщения.
Если температура поверхности превышает температуру насыщения, то никакой конденсации не происходит. Различают два вида конденсации: пленочную и капельную. В пленочной конденсации жидкий конденсат смачивает поверхность и образует на ней непрерывную пленку, которая оказывает значительное сопротивление тепловому потоку.
В случае капельной конденсации пары конденсируются на охлаждаемой поверхности в центрах конденсации в виде капель. Они не смачивают полностью всю поверхность и растут только за счет конденсации в них пара и слияния их с другими, рядом расположенными каплями.
Они увеличиваются до тех пор, пока под действием гравитационных или других сил не оторвутся от поверхности и не стекут по ней. Сухие и мокрые участки на поверхности чередуются, и она приобретает пятнистый вид. При капельной конденсации самая высокая интенсивность теплоотдачи.
Для инициирования формирования капелек поверхность охлаждения обрабатывают тонким слоем вещества, которое имеет чрезвычайно низкую смачиваемость жидкостью. Таким образом, при вакуумной сушке происходит 2 фазовых перехода жидкость-пар и пар-жидкость.
Процессы сушки древесины в вакууме. Процесс сушки состоит из перемещения пара и влаги к поверхности древесины и испарения в окружающую среду. Образовавшийся пар путем диффузии переходит в окружающую среду.
В вакууме по мере уменьшения давления среды в поверхностном слое слабеют межмолекулярные связи, и те молекулы, у которых силы взаимодействия меньше других, отрываются и диффундируют в среду. При вязкостном режиме в камере они испытывают много столкновений на пути к стенке камеры.
Поэтому часть их возвращается обратно, способствуя созданию пограничного слоя, часть остается в пространстве, объединяясь в ассоциации, а часть конденсируется, достигая стенки камеры и отдавая ей тепло конденсации.
Температура стенки повышается, часть адсорбированных на ней молекул снова отражается, поэтому стенку необходимо интенсивно охлаждать. Чем ниже температура охлаждения, тем больше конденсация водяного пара. Для интенсивного испарения необходимо, чтобы относительная влажность среды не увеличивалась, а поддерживалась в соответствии с режимом.
Интенсивное испарение влаги с поверхности древесины вызывает быстрое снижение ее влажности до предела гигроскопичности. После этого влага начинает перемещаться к поверхности древесины. По ее толщине образуется две зоны: околоповерхностная - диффузионная и внутренняя — капиллярная. По мере высушивания диффузионная зона углубляется.
В результате интенсивного испарения влаги поверхность древесины быстро охлаждается до температуры окружающей среды и образуется пограничный слой, поэтому сушка резко замедляется.
Чтобы интенсифицировать процесс испарения при таких условиях, необходимо либо разрушить пограничный слой над поверхностью, либо максимально уменьшить его толщину. Таким образом, материал при вакуумной сушке необходимо постоянно нагревать.
Способ конвективного нагрева в данном случае отпадает, так как при снижении давления окружающей среды теплопроводность ее снижается. Отсюда вытекает необходимость комбинирования вакуумной сушки с другим способом нагрева.
Тепло может передаваться контактным, радиационным или диэлектрическими методами. Передача тепла материалу при вакуумно-диэлектрическом способе позволяет реализовать эту возможность в полной мере.
Что предлагает рынок? В последние годы на рынке сушилок древесины доминирует два вида вакуумных камер. Первый вид с циклическим нагревом и второй с контактным нагревом древесины. В циклических камерах сначала производится нагрев древесины, а потом вакуумирование.
Весь этот процесс повторяется несколько раз до тех пор, пока древесина не высохнет. При этом способе сушки передача тепла материалу производится конвективным способом. Предположим, что нам необходимо высушить древесину с циклическим конвективным нагревом древесины до температуры 900С и сушкой в вакууме при температуре 450С.
Затраты на нагрев сырой древесины на 450С (от 450С до 900С) составят 28946 + 66352 = 95298 кДж/м3 (см. таблицу 2). При скрытой теплоте испарения воды 2392,1 кДж/кг за первый цикл испаряется 95298: 2392,1 = 40 кг воды. В процессе сушки после каждого цикла теплоемкость сырой древесины снижается.
В каждый последующий раз из древесины будет испаряться все меньше и меньше влаги. Как показывают эти расчеты, циклов должно быть не менее 10.
Недостатком этого способа сушки является большая продолжительность сушки древесины (продолжительность сушки приближается к продолжительности сушки конвективным способом), большие энергетические затраты (от 450 кВт/м3 и выше). Высокие затраты связаны с многократным нагревом и охлаждением не только древесины, но и всей сушильной камеры.
В вакуумных камерах с контактным нагревом передача тепла материалу производится пластинами, которые укладываются в штабель пиломатериалов. Пластины чередуются с пиломатериалами. Пластины нагреваются горячей водой или электроэнергией. Электрические нагреватели применяются жесткие или гибкие.
Гибкие нагреватели изготовлены из прочной прорезиненной синтетической ткани с протянутой внутри углеродной нитью, и иногда их называют «электрополотенцами».
Недостатками этого способа сушки являются сложность укладки штабеля, низкий коэффициент использования пространства камеры, закрытие пластин пиломатериалов нагревательными элементами. В 80-е годы прошлого века хорошие результаты были получены при комбинировании вакуумной и диэлектрической сушки.
В качестве источника энергии использовались высокочастотные (ВЧ) генераторы, работающие на частотах 5,28 МГц, 13,56 МГц, 26 МГц, 30 МГц. Однако, из-за громоздкости ВЧ-оборудования, данные сушилки распространения не получили.
К сожалению, на рынке сушилок встречаются вакуумные камеры с фантастическими затратами на сушку пиломатериалов — от 50 кВт/м3 за сушку древесины от начальной влажности 60 % до конечной влажности 10 %. Такие низкие расходы производители объясняют образованием холодного тумана или выдавливанием почти всей влаги в жидкой фазе.
Но физические процессы, происходящие при вакуумной сушке, никто не отменил. При КПД 0,6 расход энергии при сушке свежесрубленной древесины до влажности 10 % составит 400 кВт/м3. Но с учетом, что древесина в сушилку попадает с влажностью 40 - 60 %, расход энергии не может быть менее 250 - 300 кВт/м3.
Поэтому на рынке есть такие вакуумные камеры, которые не сушат древесину или время сушки больше чем при конвективной сушке. В процессе сушки из 1 м3 древесины испаряется около 200 кг воды. Из штабеля объемом 5 м3 необходимо удалить 1 т воды. При продолжительности сушки 24 часа ежеминутно из древесины удаляются 700 г воды.
Среда в камере может вмещать только до 1,4 кг влаги в виде пара. (При давлении 0,01 МПа среда в вакууме может вместить только 68 г воды в одном кубометре (см. таблицу 1)). При этом среда полностью насыщается, дальнейшая сушка прекращается, поэтому водяной пар из окружающей среды необходимо конденсировать и удалить из камеры.
Поэтому вакуумные камеры должны снабжаться системой охлаждения. Особенно важно, что скорость конденсации пара внутри камеры должна быть больше или равной скорости испарения влаги. Согласно фазовым переходам жидкость-пар-жидкость, сколько тепла тратится на испарение воды, столько же тепла должно отводиться системой охлаждения камеры от конденсации пара.
Некоторые производители думают, что вся влага будет конденсироваться на поверхности внутренней стенки камеры, и систему охлаждения не делают. Это приводит к прекращению процесса сушки или к увеличению сроков сушки древесины в 2 - 3 раза.
СВЧ-сушка
Одним из перспективных направлений в интенсификации сушки древесины является использование энергии электромагнитного поля сверхвысоких частот (СВЧ).
В результате быстрого повышения температуры внутри древесины, что характерно для СВЧ-нагрева, повышается давление водяных паров, то есть появляется избыточное давление пара внутри древесины по отношению к давлению среды.
Этот градиент избыточного давления резко интенсифицирует процесс сушки, так как в этом случае перенос пара происходит как путем молекулярной диффузии, так и путем фильтрации через поры и капилляры древесины. Этот вид переноса при СВЧ-нагреве подавляет остальные виды переноса.
В последние годы повышенное внимание привлекает использование в технологических процессах токов СВЧ. Привлекательность применения СВЧ-энергии для сушки древесины заключается в следующем:
- будучи влажным материалом, древесина обладает очень высокой поглощаемостью энергии электромагнитного поля СВЧ;
- возможность со скоростью света подвести и выделить в единице объема древесины мощность, недоступную ни одному из традиционных способов подвода энергии;
- возможность осуществить бесконтактный избирательный нагрев и получить требуемое распределение температур в древесине, в т. ч. в режиме саморегулирующегося нагрева;
- возможность мгновенного включения и выключения теплового воздействия, что обеспечивает режим тепловой безынерционности и высокую точность регулирования нагрева;
- практически 100 % КПД преобразования СВЧ-энергии в тепловую, выделяемую в нагреваемом материале, низкие потери энергии в подводящих трактах и рабочих камерах;
- возможность использовать в сушке древесины заложенные природой механизмы транспортации больших объемов жидкости вдоль волокон.
Основным недостатком СВЧ-сушки является то, что из-за большой концентрации в сучках смолы при СВЧ-нагреве она вытекает из сучка.
Более подробно о проблемах и перспективах СВЧ-сушки древесины Вы можете прочитать в первом номере журнала за 2004 г.
Что предлагает рынок? Ничего. В настоящее время ни в России, ни за рубежом рынка СВЧ-сушилок нет. Иногда появляются предложения СВЧ-сушилок. Но через год или два исчезают и распространения не получают. Причиной тому создание неконкурентоспособных СВЧ-сушилок. Сушилки создаются без понимания процессов СВЧ-сушки древесины.
Вакуум + СВЧ-сушка
Несомненно, идеальным вариантом является комбинирование вакуумной сушки с СВЧ-сушкой. Но стоит ли комбинировать вакуумную и СВЧ-сушку? Рассмотрим положительные и отрицательные стороны комбинирования вакуумной и СВЧ-сушки.
Все хорошо помнят, наверное со школьного курса физики, лабораторную работу, когда под вакуумом воду кипятили при комнатной температуре. Поэтому многие думают, что сушка под вакуумом — самый экономичный способ сушки, не требующий больших энергетических затрат.
Так ли это, и насколько экономичнее вакуумная сушка? В таблице 2 дается расчет энергетических затрат на сушку одного кубометра пиломатериалов вакуумным и СВЧ-способом. Затраты приведены без учета КПД установок. Как показывает расчет энергетические затраты на сушку отличаются всего на 9 %.
Но здесь не учтены энергетические затраты на создание вакуума (работа вакуумного насоса) и на конденсацию пара внутри камеры (работа охладителя и циркуляционного насоса). Кроме того, при глубине вакуума 0,01 МПа удельное давление на стену вакуумной камеры составляет 9 тонн на квадратный метр.
Поэтому стена вакуумной камеры должна быть в десять раз толще, чем стена в СВЧ-камере. Это приводит к увеличению металлоемкости камеры.
Из вышесказанного следует:
- вакуумные сушильные камеры не такие же экономичные, как думают;
- комбинирование вакуумной сушки с диэлектрическим нагревом требует дополнительных затрат на сушилку и на сушку древесины;
- СВЧ-способом древесину можно также быстро сушить, как и при вакуумной сушке;
- при СВЧ-сушке происходит стерилизация древесины;
- СВЧ-камеры более компактны и имеют меньшую массу;
- и в заключение: вакуумно-диэлектрические камеры выгодно применять там, где по технологии требуется низкотемпературная сушка древесины.
Фаузат Хамитович Гареев, к.т.н., НТЦ «ПИК»
Загрузка...
