nestormedia.com nestorexpo.com nestormarket.com nestorclub.com
на главнуюновостио проекте, реклама

Методы сушки древесины: сушильные камеры, физика процесса


Что ж, судя по статистическим данным, возможности республики Беларусь в сфере заготовки леса приблизились к своему экологически допустимому пределу, а ни экономического, ни практического эффекта не видно.

Что же препятствует развитию деревообработки в республике Беларусь?

Казалось – в каждом колхозе, строительном управлении, лесхозе имеется, как правило, несколько пилорам, в каждом городе есть свой ДОК, а в каждой области имеется по деревообрабатывающему гиганту. А возникшим в последнее десятилетие фирмам, малым и совместным предприятиям деревообрабатывающего профиля несть числа. И у всех них есть чем распилить бревна на доски.

Достаточно заметить, что по оснащенности современным распиловочным оборудованием наша республика обогнала большинство европейских стран.

Оборудования для производства чего-либо из уже готовой доски тоже, казалось бы, в достатке. Но, несмотря на это, производство деревянной мебели и деревянных изделий строительного назначения топчется на месте.

Ни для кого не секрет, что сушка дерева – непременное условие для его переработки. Сырое дерево плохо поддается фрезерованию, плохо склеивается, совершенно не шлифуется, лакокрасочные покрытия получаются неэстетичными и нестойкими. Даже обыкновенный гвоздь не держится в таком дереве. Кроме того, следует заметить, что прочность сырого дерева составляет всего 30—40% от прочности сухого, а это увеличивает затраты на материалы или приводит к уменьшению прочности готового изделия.

Сушильное хозяйство нашей республики Беларусь формировалось с начала 60-х до середины 70-х годов и состоит в основном из сушильных камер советского производства. Эти камеры были когда-то скопированы с лучших зарубежных образцов, но пока шла их отладка для использования в местных условиях, пока советские ученые совершенствовали технологию их производства, пока их, наконец, построили в достаточном количестве, эти камеры успели морально устареть. К настоящему времени это сушильное оборудование отработало по 25—30 лет и полностью изношено. Следует также заметить, что для работы на оборудовании тех лет нужно иметь соответствующим образом подготовленные кадры, чтобы сушить в соответствии с разработанными мировой наукой режимами. Можно, конечно, сушить и на глазок, превращая при этом значительное количество дерева и энергии в отходы.

В течение столетий свежераспиленная древесина высыхала на улице, предоставленная солнцу и ветру. Нагретый солнцем воздух отдавал свое тепло дереву. Дерево испаряло воду, увеличивая влажность воздуха и уменьшая его температуру. Ветер уносил влажный остывший воздух, приносил взамен теплый и сухой. В результате получалась древесина, подвергшаяся естественной атмосферной сушке. Влажность такой древесины в условиях Беларуси не может быть ниже 15%, а на практике обычно составляет от 20 до 30%. На срок сушки сильно влияет погода, поэтому количество высушенного до определенного процента влажности материала будет сильно меняться в зависимости от поры года.

Практика показывает, что при равномерной (по году) загрузке пиломатериалов на площадку для атмосферной сушки к концу мая будет высушено и готово для дальнейшей переработки 54% заготовленного материала, а 46% материалов будет высушено с начала июля до конца сентября. В большинстве случаев естественная сушка невозможна как по вышеуказанной причине, так и с точки зрения замораживания капитала (это следует из необходимости складирования большого количества медленно сохнущего дерева).

Техническая революция произвела два новшества, в значительной степени сузившие применение древесины, подвергшейся естественной атмосферной сушке. Первым новшеством стала разработка способов управления температурой и влажностью воздуха, окружающего древесину. В результате были созданы сушильные камеры, ускоряющие процесс сушки.

Вторым новшеством стало широкое распространение парового отопления. В большинстве случаев влажность воздуха в отапливаемом помещении ниже, чем на улице. Влажность дерева долго находившегося в теплом помещении обычно составляет 6—10%. Это означает, что высушенная на улице древесина, находясь в помещении, будет продолжать сохнуть. Дерево по своей природе материал неоднородный и в разных направлениях усыхает, то есть уменьшает свои размеры в процессе сушки, по-разному. Так, если мы высушим дерево до влажности 8%, то по длине (по направлению роста) оно может стать короче на 1%, поперек годовых колец — на 4 — 8%, а вдоль годовых колец — на 6—15%. Столь большие изменения размеров могут привести к появлению разнообразных дефектов в древесине.

Как дерево сохнет

Для сушки древесины необходимы всего три элемента: атмосфера, способная принять водяной пар; энергия, чтобы извлечь воду из дерева и движение воздуха возле древесины.
То есть мы нуждаемся в сухом воздухе, теплоте и ветре. В летние месяцы низкая влажность окружающей среды, ветер и солнце обеспечивают наличие трех необходимых факторов, и дубовая доска толщиной 25 мм высыхает до 20%-ной влажности за два-три месяца. Помните, однако, что уровни влажности в жилых или офисных помещениях столь низки, что дерево будет продолжать сохнуть до влажности 10% летом и 6% — зимой.

Когда свежая и влажная древесина начинает сохнуть, в первую очередь ее покидает вода, называемая свободной. Энергии для испарения этой воды требуется столько, сколько требует для испарения такого же количества воды обыкновенный чайник. Когда вся свободная вода удалена, дерево достигает точки насыщения волокон. Влажность точки насыщения волокон составляет от 25 до 30%, в зависимости от разновидности дерева. Должен заметить, что до тех пор, пока дерево не высохло до вышеупомянутых 25—30% влажности, его геометрические размеры не изменяются, т.е. так называемой усушки не происходит.

Вода, остающаяся в дереве ниже точки насыщения волокон, называется связанной водой и требует значительно более высоких энергетических затрат для того, чтобы молекулы воды разорвали свою связь с деревом. Более того, по мере снижения влажности дерева количество необходимой энергии резко возрастает.

В конечном итоге дерево достигнет влажности, которая находится в равновесии с окружающим воздухом, и сушка закончится. В то время как летом 25-миллиметровая сосновая доска может высохнуть до 20% за 2 недели, 50-миллиметровая дубовая доска может в теплое время года сохнуть от 6 до 8 месяцев, а более толстая древесина может сохнуть годами, чтобы стать воздушной сухой.

Часто ценную твердую древесину, например дуб и ясень, сушат естественной атмосферной сушкой до 25—30%-ной влажности, а затем помещают в сушильную камеру, где скорость высыхания выше, а процесс сушки управляем. Время и издержки, связанные с такой практикой, должны рассматриваться потенциальными пользователями перед вложением капитала. Награда, однако, может быть значительной. Ведь в большинстве случаев требуется только сухая древесина.

Ускоренная воздушная сушка

Сушка дерева может быть ускорена, если расположить штабели с деревом в специальной камере или под навесом, что обеспечит защиту дерева от непосредственного действия солнца и дождя, и воспользоваться вентилятором, чтобы заставить воздух идти через штабель дерева.
Такие устройства называются предсушилки (pre-dryers). Их выполняют как в виде навеса с легкими съемными стенками, так и в виде стационарных коммерческих низкотемпературных камерных сушилок. Емкость предсушилки может быть в диапазоне от единиц до нескольких тысяч кубометров.

Многие предсушилки вообще не используют никакой дополнительной теплоты, а если какой-либо источник тепла подключен, то температура в камере обычно не превышает 50°С. Дополнительная теплота может быть обеспечена как традиционными способами: при помощи горячей воды, пара, электричества, так и нетрадиционными способами, включая солнечное тепло.
В стационарных камерах могут использоваться также различные способы управления влажностью воздуха. В таких камерах дубовую доску можно высушить до 20% менее чем за 30 дней.

Современный способ сушки дерева инфракрасной сушилкой видео



Обыкновенные сушильные камеры

Более 90% существующих в мире сушильных камер — это обыкновенные камеры, представляющие собой стационарные строения, оснащенные вентиляторами, устройствами для направления потока, нагрева и для управления влажностью воздуха. Такие камеры обычно имеют объем от десятков до нескольких сотен кубометров. Первые индустриальные конструкции таких камер появились еще в 40-х годах прошлого столетия.

Температура внутри такой сушилки обычно находится в пределах от 40°С до 90°С, в зависимости от стадии высыхания. Хотя имеются камеры, в которых температуры достигают 115°С. Впрочем, при такой высокой температуре сушат только мягкое дерево.

И температура, и влажность воздуха в таких камерах управляется автоматическими или полуавтоматическими системами. Эти системы включают устройства, которые измеряют климат в камере и параметры состояния дерева, чтобы правильно управлять сушкой.
Скорость сушки в таких камерах контролируется управляющей системой, чтобы минимизировать или совершенно устранить дефекты, вызванные сушкой.

Источниками тепла в обыкновенных камерах служит пар или горячая вода, а также электричество. В некоторых конструкциях используется горячий воздух, образованный непосредственным сгоранием какого-либо топлива. Впрочем, в таких сушилках трудно точно управлять влажностью воздуха, поэтому сфера их применения ограничена мягкими породами дерева.

Использование электричества для отопления сушилок весьма ограничено из-за высокой стоимости. Обычно его используют, когда не располагают другими источниками тепла, и в этом случае сушильные камеры оснащают конденсационным агрегатом, минимизируя потери тепла.
Поток воздуха в камере формируется вентиляторами, установленными в специальном канале. Поток воздуха необходим для того, чтобы перенести тепло от калориферов к дереву и убрать влажный воздух с поверхности дерева. Направление движения воздушного потока периодически меняют, чтобы гарантировать равномерное высыхание всего штабеля.

Той же цели служат спойлеры и щитки, которые устанавливаются так, чтобы наиболее равномерно направлять поток воздуха сквозь штабель с досками.

Для того, чтобы управлять влажностью воздуха в камере, а в конечном итоге — скоростью сушки дерева, используются приточно-вытяжная вентиляция и система увлажнения. Приточно-вытяжная вентиляция забирает сухой воздух с улицы и выбрасывает туда отработанный воздух, насыщенный влагой. На тот случай, если влажность воздуха в камере недостаточна, имеется и система увлажнения, подающая в нужные моменты в камеру пар или воду. Системы увлажнения холодной водой в современных камерах практически полностью вытеснили паровое увлажнение. Во-первых, они используют в пять раз меньше воды, чем паровые системы увлажнения. Во-вторых, они не влияют на тепловой режим камеры и позволяют дереву сохранить естественный цвет.

Всеми этими устройствами управляет специальный компьютер. Он поддерживает в камере нужный климат без участия человека. До начала 90-х годов оператор программировал такую систему, указывая компьютеру режим, который он должен поддерживать в тот или иной момент времени.

Так как свойства дерева, спиленного даже в одном регионе, от партии к партии меняются, то оператор периодически заходил в камеру, отбирал образцы дерева и контролировал ход сушки, измеряя влажность дерева и наличие или отсутствие в нем тех или иных дефектов. На основании своих наблюдений оператор вносил изменения в ход программы, оптимизируя тем самым сушку. В современных системах необходимость в таких вмешательствах отсутствует, так как компьютер непрерывно ведет измерения влажности дерева в камере и сам корректирует течение процесса.

Такие системы позволяют документировать весь процесс сушки и вести на предприятии непрерывный контроль качества в соответствии с требованиями стандартов серии ISO 9000.
Надо заметить, что обычные камеры бывают как периодического, так и непрерывного действия. В камерах периодического действия вся партия дерева сохнет до установленной конечной влажности, затем выгружается и заменяется следующей партией. В камерах непрерывного действия происходит движение пиломатериала по мере высыхания вдоль камеры от "мокрого" конца к "сухому". Движение воздуха в таких камерах осуществляется в одном направлении, от "сухого" конца к "мокрому". Сушка в таких камерах осуществляется непрерывно, а это значит, что мы можем периодически загружать сырой пиломатериал с "мокрой" стороны и выгружать сухой материал с "сухой" стороны. Такие камеры применяются на предприятиях с непрерывным циклом производства и эффективно сушат материалы до транспортной (около 22%) влажности.

Камеры непрерывного действия отличаются высокой производительностью — меньше, чем на 5000 кубометров дерева в год их не строят. Бывают также многокамерные системы непрерывного действия, в которых сушка производится до "столярной" влажности (12—15%) или до "мебельной" — (8—10%). У камер непрерывного действия, кроме высокой стоимости, имеется существенный недостаток: как правило, они рассчитаны на сушку дерева одной породы и строго заданных размеров. Камеры периодического действия могут сушить практически любые породы дерева в широком диапазоне размеров.

Специальные методы сушки

Одним из таких методов является сушка в конденсационных камерах, которые представляют собой обычную конвекционную сушилку, совмещенную с конденсационным агрегатом (тепловым насосом). Конденсационный агрегат превращает извлеченную из дерева влагу, находящуюся внутри камеры в виде пара, снова в воду и выводит эту воду в канализацию, возвращая назад в камеру тепло, потраченное на испарение влаги из дерева, и сухой воздух. Идеи конденсационной сушки известны давно и до изобретения теплового насоса в том или ином виде применялись в некоторых конструкциях.

Такие камеры отличаются относительно низким энергопотреблением, но стоимость их выше, чем у обыкновенных камер. Связано это с тем, что к теплоизоляции таких камер предъявляют повышенные требования, да и сам тепловой насос не дешев.

Недостатком таких камер является то, что для работы они используют электричество. Кроме того, максимальная температура несколько ниже, а конденсат воды может содержать нежелательные химикалии. По сравнению с обычной сушилкой такая камера требует большее количество времени для сушки.

Солнечные сушилки

Солнечные сушилки появились еще в середине 30-х годов нашего столетия в Германии, но стали особенно популярными в середине 70-х в Америке, когда цена энергии стремительно выросла. Основное преимущество солнечной сушилки — она проста в строительстве и в работе. Такие камеры могут обеспечивать нужные количества хорошо высушенной древесины для малых фирм.
Главный недостаток — относительно большой период времени, требующийся для высыхания дерева до 6—8% влажности.

Вакуумное высыхание

Этот метод родился в Англии в 1854 году и время от времени использовался в промышленности. Из-за высокой стоимости вакуумной установки он оставался вне коммерческого внимания до начала 70-ых гг. Понижение давления воздуха в герметичной камере понижает температуру кипения воды ниже 100°С. Сушка в таких камерах идет при температурах 30—50°С. Это уменьшает количество энергии, необходимой для сушки древесины.

Вакуумная сушка очень эффективна при сушке толстых заготовок, а также ценных твердых пород дерева, склонных к образованию трещин в обычных камерах. Надо отметить, что вакуумные камеры сушат в 3—8 раз быстрее, чем обычные камеры при более низком энергопотреблении.

Другие методы сушки

Имеются другие нетрадиционные методы сушки, которые нашли применение в единичных экспериментальных установках. Это сушилки с использованием сушки в жидкостях — горячих органических растворителях или в перегретых соляных растворах. Так сушат, например, шпалы и телеграфные столбы, а также импрегнируют деревянные детали строительных конструкций.
Имеются сушильные установки с высокочастотным или микроволновым подогревом. Впрочем, разговоры о таких установках относятся скорее к области фантастики, нежели к деревообработке. Опять энергоносителем выступает электричество, да и равномерность нагрева в таких камерах неудовлетворительна.

Перспективной для целей индустриального строительства считается также высокотемпературная сушка в среде насыщенного водяного пара. Этот метод по скорости и по энергопотреблению может сравниться с вакуумной сушкой, но, к сожалению, снижает прочность высушенного дерева.

Георгий СТАЛЬБОВСКИЙ


Поделиться
Еще из раздела технология сушки древесины
Сушка древесины Высокая экономия древесины и её сушка как составляющие бизнес-платформы Богдана Журава Еще о сушке древесины. Часть 1 из 2 История технологии вакуумной сушки древесины
© 2017 Новости деревообработки

Сайт работает на платформе Nestorclub.com