Современные способы сушки древесины

 Электрические лампы  или плиты (они могут быть  чугунные или керамические) нагреваются  до красного каления, именно  они служат источниками тепла.  Создается поток инфракрасных  лучей, которые создает лучистая  теплота. Так как он распространяется  прямолинейно, то задерживается  различными экранами и телами, встречающимися на пути потока.

Лучистая теплота может  высушить только те части предметов, которые непосредственно облучаются со стороны источника тепла. Лучистая теплота с легкостью проникает  в дерево на глубину 10-12 мм, это доказано исследованиями советских ученых. Можно сделать вывод, что прогревая доски хвойных пород толщиной 20-25 мм с обеих сторон, их можно высушить в течение короткого времени. Эффективность радиационной сушки определяется плотностью потока инфракрасных лучей и их проницаемостью в твердых влажных телах. Интенсивность потока лучистой энергии ослабляется по мере углубления в материал.

1.9 Диэлектическая сушка  

Основана на нагреве древесины токами высокой частоты. В отличие от других способов передачи тепла нагрев древесины в высокочастотном поле происходит равномерно и сразу по всему объему. Энергия, потребляемая древесиной, превращается в теплоту и расходуется на нагревание материала и на испарение из него влаги. Вследствие теплообмена с окружающей средой температура на поверхности древесины оказывается значительно ниже, чем внутри. В связи с этим возникает температурный перепад, обеспечивающий значительную интенсификацию процесса, сушки по сравнению с обычной конвективной сушкой.

При температуре внутри материала  выше 100 °С дополнительно к обычному явлению передачи влаги на поверхность  древесины вследствие влагопроводности добавляется перенос влаги в  парообразном состоянии. Таким образом, продолжительность сушки может  быть сокращена по сравнению с  камерной сушкой в несколько десятков раз.

При диэлектрической сушке (Приложение. Рисунок 5) древесины процесс можно вести при малой величине внутренних напряжений в древесине, т. е. получать высушенный материал высокого качества. Основной недостаток диэлектрической сушки — сравнительно высокая стоимость, определяемая стоимостью расходуемой электроэнергии. Однако при определенных условиях (сушка заготовок из твердых лиственных материалов, предварительно высушенных атмосферной сушкой до влажности 30%) диэлектрическая сушка может быть экономически более выгодной, чем камерная.

1.10 Пресс-вакуумная сушка древесины 

Вакуумная пресс-сушилка (Приложение. Рисунок 6) 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.

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.

2. Дефекты сушки пиломатериалов и их предупреждение

Древесину сушат с целью  повышения ее физико-механических свойств, улучшения качества и сохранности, поэтому любые отклонения от нормальных показателей качества должны рассматриваться  как результат неудовлетворительного  ведения сушильного процесса.

Основные дефекты:

• недосушка всего штабеля пиломатериалов;
• неравномерное их просыхание по объему штабеля и по толщине сортимента;
• недопустимо большое коробление пиломатериалов во время сушки;
• растрескивание;
• плесень;
• коллапс;
• раковины.

Причины появления дефектов сушки и их предупреждение:

Недосушка древесины происходит при досрочной выгрузке пиломатериалов из камеры, при неудовлетворительном контроле процесса сушки или преднамеренном нарушении технологии (например, из-за срочной потребности в материале). Необходим систематический контроль за соблюдением технологии сушки.

Неравномерное просыхание по:

толщине материала возникает с применением форсированного процесса сушки при значительной конечной влажности древесины. Необходимо проведение конечной влаготеплообработки (выдержки), обязательной для пиломатериалов I и II качественной категории;

длине штабеля является следствием неравномерной раздачи воздуха или его нагрева по длине камеры, а также неудовлетворительного состояния дверей. Надлежит отрегулировать равномерность распределения воздуха и его нагревания, а также заменить двери на утепленные, герметичные;

ширине штабеля наблюдается при слабом движении воздуха, необходимо экранировать штабель для избежания перетекания воздуха помимо материала, а также увеличить подачу воздуха вентиляторами. В качестве паллиативного решения применяют разреженную укладку материала в местах его недосыхания;

высоте штабеля происходит из за несоблюдения вертикальности рядов шпаций (в камерах с естественной циркуляцией) и слабой циркуляцией воздуха. необходимо улучшить укладку пиломатериалов в штабель и модернизировать сушильные камеры на реверсивные;

объему штабеля наблюдается при слабой циркуляции воздуха, укладке в штабель разных сортиментов, сдвоенной укладке пиломатериалов, применении широких (более 40мм) заготовок в качестве прокладок, укладке заготовок в клетку с частыми прокладками и др. Такие дефекты в укладке не допускаются.

Коробление материала во время сушки как продольное, так и поперечное - следствие плохого его зажатия, т.е. неудовлетворительной его укладки в штабель. Коробление после сушки происходит при наличии в высушенном материале влажности и упругих деформаций, поэтому необходимо проводить надлежащую конечную влаготеплообработку высушенных пиломатериалов и не загружать их до полного охлаждения древесины, т.е. охлаждать только в штабеле. Возникновение трещин внутри материала, готовых изделий происходит вследствие выравнивания влажности по толщине материала после сушки. Метод предупреждения - строгое соблюдение режимных параметров во второй стадии сушки и проведение надлежащей конечной влаготеплообработки материала после окончания сушки.

Растрескивание торцов и пластей материалов происходит при форсированном процессе в начале сушки; необходимо смягчить режим сушки. Растрескивание свежеотпиленных торцов досок и заготовок наблюдается в самом начале процесса сушки из-за быстрого их высыхания. Метод предупреждения - защита торцовых зон экранами, которые снижают скорость агента сушки и тем самым уменьшают влагоотдачу за счет снижения коэффициента влагопроводности вдоль волокон.

Плесень на материале появляется при застойной циркуляции воздуха. Рекомендуется усилить движение воздуха, повысить его температуру, применить влаготеплообработку.

Коллапс или сморщивание древесины возникает при камерной сушке дуба и некоторых пород, эвкалипт, ясень, тополь, ива, кипарис. Внешне коллапс проявляется в том, что пиломатериалы приобретают вид "стиральных досок", а поперечное сечение пиломатериалов и брусков изменяет свою форму. Для его предотвращения следует пиломатериалы до камерной сушки предварительно просушивать либо в атмосферных условиях, либо специальных предрайдерах.

Возникновение раковин во второй стадии из-за форсированного процесса в первой стадии. Надлежит проводить промежуточную влаготеплообработку материала по II стадии.

Наиболее распространенные причины дефектов древесины при сушке:

• Слишком высокая начальная температура - снова увлажните высохшую поверхность древесины.
• Бактериальное заражение древесины.
• Слишком высокая температура при влажности древесины > 30% - увлажните сухую поверхность.
• Напряжение в древесине, сжатие древесины, молодая древесина.
• Реакция энзиматического окисления под влиянием температуры, атмосферной влажности и влагосодержания древесины.
• Влажные прокладочные рейки или слишком широкие прокладочные рейки.
• Слишком высокая температура.
• Распил под углом к волокнам.
• Слишком сухая и поверхностно упрочненная древесина.
• Пиломатериалы из тонкой древесины.
• Разница между радиальной и тангенциальной (боковой) усушкой.
• Изменение влагосодержания древесины после сушки, влагосодержание древесины отличается от РВС воздуха.
• Смесь разных древесных пород, тонкомерной и крупномерной древесины, комлевых и отрубных кряжей, разные скорости воздуха.
• Плохие образцы, неправильный замер влагосодержания, неисправное оборудование, ошибки в таблицах или методике замеров.
• Только мягкие древесные породы: применяйте температуру 52°С и более.
• Не допускайте превышение температуры 30°С.
• Сучок в древесине держался на смоле.
• Разность в плотности весенней и летней древесины и несоответствие настройкам оборудования.
• Влагосодержание еще слишком высокое или слишком низкое: настройка оборудования