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

Сушка древесины
состояние, проблемы, перспективы, часть 3 из 3


Сушка древесины Окончание, часть 3. Части 1 и 2.



О формировании штабеля

Междурядным прокладкам, по данным научно-технической литературы, зарубежные фирмы уделяют должное внимание. Прокладки обязательно должны быть строгаными и обязательно - определенного сечения (от 19 до З6 мм в толщину и от 22 до 50 мм в ширину в зависимости от толщины и породы высушиваемой древесины, а также от высоты штабеля). В процессе сушки от многократных разбуханий и усушки прокладки приходят в негодность. По данным фирмы "Муур", оборачиваемость простых прокладок составляет 13,6 раза, а пропитанных - до 80 раз. (Соответственно стоимость простых составляет $0,175, а пропитанных - $0,56).

Для чего обязательно нужно строгать прокладки? Оказывается, такой вид брака древесины, как образование в высушиваемом материале поверхностных и внутренних трещин, при прочих равных условиях пропорционально связан и с шероховатостью поверхности междурядных прокладок. Такой вид брака характерен для нижних слоев высокого штабеля, уложенного на нестроганые прокладки. Объемная усушка древесины составляет 12 - 15% в поперечном сечении, а это значительные линейные размеры, особенно для широкой доски. Если поверхность междурядной прокладки не является ровной, то ее выступы препятствуют смещению при усушке, что приводит к созданию таких внутренних напряжений, что в соответствующих местах образуются наружные и внутренние разрывы древесины.

В классическом варианте сушилки АнМих применяются междурядные прокладки, которые позволяют кардинально решить аэродинамические аспекты сушки. По сравнению с обычными прокладками они "вечные", сохраняют свои размеры, противостоят возникновению брака трещинообразования, так как в данном случае коэффициент трения значительно ниже, чем для обычной пары трения "древесина-древесина".

При серьезном отношении к сушке штабель формируют по стационарному шаблону, в массовом производстве - с помощью автоматического штабелеукладчика.

Важнейшим условием получения высокого качества древесины является равновеликая скорость движения сушильного агента на всех, без какого бы то ни было исключения, участках штабеля.

Аэродинамика

Рассмотрим наиболее часто применяемые аэродинамические схемы движения сушильного агента внутри камеры с размещенным в ней штабелем. При поперечном обдуве осевые вентиляторы размещаются в перегородке над штабелем. На рис. 9 показано, что при прохождении сушильного агента между рядами штабеля скорость его движения уменьшается настолько, что приближается к скорости движения при естественной конвекции. Если движение агента в процессе сушки однонаправленное (показано стрелками А и В), то на входе агента в штабель будет иметь место пересушка древесины, а на выходе - недосушка. Во избежание такого состояния направление движения сушильного агента постоянно меняют на противоположное. Однако и при реверсировании, хотя и снижается влажностная контрастность по ширине штабеля, все же остаются застойные зоны, в местах расположения которых материал недосушен (изображены сеткой на рис. 9). Вновь получается избирательная сушка, которая изображена на рисунке 2 (СиН №13).

В аэродинамических сушильных камерах также наблюдается зональная неравномерная сушка пиломатериалов, но выглядит она по-другому. На рис. 10 изображена продольная циркуляция сушильного агента (штабель уложен со шпациями - просветами между досками в горизонтальном ряду). Нет необходимости детально рассматривать недостатки неравномерности сушки. Сетчатое эллипсное изображение на рис. 10 - это зона недосушки пиломатериала, а светлое - пересушка. Попытка разрешить проблему формированием штабеля со шпациями приводит лишь к изменению формы эллипса, но значительно сокращает производительность камер.

Неумелые и упрямые потуги решить аэродинамические проблемы равномерности движения сушильного агента при помощи оперирования осевыми вентиляторами (увеличение их количества, размещение их над штабелем, сбоку штабеля, изменение геометрии крыльчаток вентиляторов) к эффективным результатом не приводят. Повсеместная картина такова - пересушка периферии штабеля и недосушка сердцевины штабеля, пятнистая влажность.

В древние времена, когда принудительная сушка древесины только начинала практиковаться, неувлажнение объема камеры считалось техническим криминалом.

На сегодняшний день некоторые разработчики конвективных сушильных камер предусматривают в них увлажнение, которое почему-то называют кондиционированием. Такая трактовка некорректна, так как в этих случаях авторы разработок пытаются присвоить камерам такие характеристики, которыми те не обладают. Напомню, "системы кондиционирования воздуха включают технические средства для охлаждения (подогрева), очистки, увлажнения (осушки) и перемешивания воздуха, а также автоматического регулирования его температуры, влажности, давления, состава и скорости движения".

Еще раз повторимся: многократное циклирование "сушка - увлажнение" приводит к необратимому ухудшению физико-механических свойств древесины. Как показано выше, простые междурядные прокладки приходят в негодность из-за знакопеременных нагрузок "сжатие-растяжение" через 13,6 сушки. Если на цикл полной сушки приходится столько или больше циклов увлажнения, то периферия штабеля практически приходит в негодность.

Кроме того, это и увеличение энергоемкости сушки, так как на испарение 1 кг воды нужно затратить 540 ккал, а также израсходовать дополнительную энергию на удаление образовавшегося пара.

Многие зарубежные фирмы, в частности "Dryfinn", используя для циркуляции сушильного агента осевые вентиляторы, сушат сосну толщиной 50 мм, от влажности W н = 60% до конечной W н = 8% за 14 суток. Из-за того, что вопрос равномерности продувания сушильного агента через штабель не решен, требуемого качества древесины достигают за счет продолжительности сушки. Расход электроэнергии при работе такой камеры равен 220 кВт на кубометр высушенного материала.

Вопросы аэродинамики, обеспечения равномерности продувки штабеля проработаны специалистами гомельского НПКП "Вингида" настолько тщательно, что есть возможность высушить отдельную доску или группу заранее выбранных досок штабеля (разумеется, на практике такой производственной необходимости не возникает), при этом влажность досок остальных остается исходной или почти исходной. Меняется существующее сегодня в сушильной технике положение дел, характеризуемое регулируемым обдувом штабеля и доминирующим турбулентным движением сушильного агента.

Конечная цель - равномерная продувка всех сортиментов штабеля путем чередования организованного порядка и организованного беспорядка, минимизация количества застойных, не продуваемых зон в штабеле.

Ксилема - ткань высших растений, служащая для проведения воды и растворов минеральных солей от корней к листьям и другим органам этих растений, иначе говоря, древесина состоит из проводящих элементов (трахеид, или сосудов), механических (либриформ) и париенхимных (клеток). Нет необходимости рассматривать механизм подъема воды и минеральных солей из глубины земли к листьям высокорастущих деревьям. Это отдельная тема, мы только уясним, что такой "насос" обязательно поднимает воду и соли вдоль волокон. По этим "дорогам" необходимо и удалять влагу при сушке древесины. При продольном продуве одновременно достигаются интенсификация процесса удаления влаги и получение высокого качества высушенной древесины. Получать высокое качество высушенной древесины можно и при поперечном продуве, но в этом случае увеличатся энергозатраты и время сушки.

Особенности конструирования сушилок

Конструкции ограждений сушильных камер обязательно должны включать теплоизоляцию и пароизоляцию. При этом для стен нежелательно применение со временем проседающих мягких теплоизоляционных материалов (для пола и потолка можно). Применение при устройстве ограждений камер таких рекомендуемых литературой по сушке древесины недолговечных пароизоляционных материалов, как битум, рубероид, толь нежелательно.

Идеальный пароизоляционный материал - металл, толщина которого может быть мизерной (например, фольга). Располагать его можно как снаружи, так и изнутри, а также внутри ограждения.

Следует учесть, что температура в камере всегда выше температуры окружающей среды, и тепловой поток направлен из сушильного объема наружу. Это не значит, что таково направление и парового потока. Здесь играет роль разность барометрических парциальных давлений сред - внутри камеры и снаружи. Во время сушки обязательно будут присутствовать такие режимные ситуации, когда давление снаружи будет больше внутрикамерного, поэтому пароизоляционный слой должен быть непрерывным и выполненным из металла.

Изготовление

Разработано модульное ограждение камеры, состоящее из наборных щитов, с помощью которых формируется сушильный объем (от 5 до 60 м 3 условного пиломатериала). Щиты состоят из деревянного каркаса, обшитого листовым металлом с обеих сторон, и теплоизоляцией внутри. Такая конструкция уступает в теплопроводности известным "сандвичам", применяемым в зарубежных сушильных камерах. "Сандвичи" состоят из гофрированных листов из алюминиевого сплава, пространство между которыми заполнено вспененным пенополиуретаном.

Пенополиуретановая теплоизоляция имеет достаточную адгезию с металлом и способна нести перекрытие камеры, выполненное аналогично стенам.

Для оборудования сушилки АнМих необходимо приобрести центробежный вентилятор №8 с электродвигателем мощностью N = 5,5 кВт, обеспечивающим n = 1500 об/мин (для камер объемом до 15 м 3 ), либо два вентилятора для камер с объемом больше 15 м 3, вплоть до 60 м 3 условного пиломатериала, а также средства автоматики. Все остальное можно изготовить на предприятии, по уровню технического оснащения не отличающемся от колхозной мастерской.

Автоматика

Автоматика в существующих отечественных сушильных камерах отсутствует или почти отсутствует. Контроль температуры и психрометрической разницы сушильного агента не в счет. Это косвенные характеристики. Отсутствуют же средства контроля основного параметра - влажности высушиваемой древесины с ее исходным, промежуточным (в процессе сушки) и конечным (отключение) состоянием.

В настоящее время на всех обследованных предприятиях процесс сушки древесины осуществляется вслепую. Достоверность метрологической оценки "сушить столько-то суток" так же близка к критерию, как попадание пальцем в небо. Исходное состояние древесины по влажности отличается большим разбросом, кроме того, качество высушенной древесины зависит от влажностного состояния окружающей среды, а снег и дождь могут быть продолжительными. Но ни одно предприятие не останавливает производства из-за ненастья. Отсюда - некачественное исходное сырье и, следовательно, скрытый брак.

В мире существует свыше ста методов измерения влажности материалов, из которых только три широко применяются в промышленности. Это метод высушивания (весовой), кондуктометрический (игольчатый) и диэлькометрический (бесконтактный).

В США имеется много различных по конструкциям и методам влагомеров, которые рекламируются в научно-производственных журналах и (с научными выкладками) в изданиях фирм-производителей. Это создает определенную конкурентную среду. Сказанное относится и к таким двум конкурирующим направлениям, как кондуктометрическое и диэлькометрическое измерение влажности.

Наиболее злободневный вопрос, с которым чаще всего приходится сталкиваться при внедрении влагомеров - это точность измерения влажности. Очень часто возникают трудности при сравнении показаний различных фирм. Поэтому целесообразно внести определенную ясность и представить исследования в более понятном виде.

Необходимо учитывать, что определенную путаницу вносят и рекламные издания различных фирм, в которых преподносится якобы высокая точность измерения. Это может относиться ко всем без исключения влагомерам любых конструкций.

Многие фирмы, чтобы обойти такие недоработанные вопросы в области точности измерения, стараются вводить свои понятия. Так, в частности, оперируют понятием разрешающей способности. При этом указывают, что этот параметр равен 0,1%. Многим кажется, что это и есть точность измерения. Хотя этот параметр показывает лишь, какова будет точность, если приставить какой-нибудь эталон к датчику и получить на выходе значение. Эта оценка и показывает допустимое отклонение. Но это ни в коем случае не фактическая точность измерения влажности. Это только точность относительного эталона, разработанного самой фирмой - изготовителем влагомеров, и сама аппаратурная погрешность прибора.

Особенность измерения влажности состоит в том, что в природе не существует соответствующего эталона. Это связано с тем, что древесина характеризуется двумя основными параметрами: плотностью и влажностью. При этом влажность зависит от пространственных координат точки измерения и от времени. Отсутствие эталона и затрудняет разработку - в массовом, крупномасштабном плане - таких приборов.

Кондуктометрические влагомеры распространены наиболее широко, так как они разработаны еще в начале века. В их основе - схемы измерения сопротивлений. Такие влагомеры, особенно иностранные, имеют цифровые шкалы, сенсорное управление, встроенные микропроцессорные системы для статистической обработки результатов измерений. Хотя с научно-методической точки зрения - это уже устаревший путь развития контактной влагометрии, имеющий множество недостатков. Многим специалистам кажется, что стоит воткнуть иглы в древесину, как достоверные показания по влажности будут к их услугам. Но необходимо помнить, что показания, отражаемые на табло влагомера, не являются измеряемой влажностью. Они лишь оценка влажности.

В данном случае мы должны отметить, что современные тенденции развития контроля и управления процессами в высокоинтенсивных технологических процессах требуют своих правил, к которым можно отнести: высокое быстродействие контроля; бесконтактность измерения; высокую чувствительность во всем диапазоне измерения; исключение влияния различных мешающих факторов; малую трудоемкость процесса измерения; высокую проникающую способность; возможность измерения при резко меняющихся климатических условиях; возможность сбора и обработки достаточного объема информации и регулирования; возможность выбора большого количества электронных схем обработки, линеаризации и последующего ввода такой информации в системы управления и регулирования; выявление новых, оригинальных бесконтактных схемных решений операции технологического контроля.

Диэлькометрические, или емкостные методы отвечают таким требованиям практически в полной мере. Они основаны на измерении диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь контролируемого материала в поле измерительного преобразователя.

При построении градуировочных характеристик этих влагомеров имеется такой же разброс параметров, как и в случае игольчатых влагомеров. Но диапазон измерения влажности является более широким. Кроме того, было обнаружено, что на точность измерения практически не влияют температура образцов, анизотропия, антисептирование и различные химические включения. Как и в кондуктометрическом методе, с уменьшением влажности сужается зона разброса показаний. Однако ни тот, ни другой метод не обладают совершенством, так как являются однопараметрическими.

Мы только частично коснулись проблемы измерения влажности древесины. Процесс сушки древесины должен стать видимым на табло и программно управляемым. Для этого необходимо проведение экспериментально-исследовательских работ, так как позаимствовать из-за рубежа нет возможности - отечественные диапазоны сушки гораздо более широки, а, следовательно, отличны от аналогов и предпосылки, которые необходимо использовать для нахождения оптимальных режимов, алгоритмов сушки для различных пород древесины и ее толщины, состояния исходной и заданной конечной влажности. Проблемы, свойственные этой области, обсуждались со специалистами кафедры промышленной электроники Гомельской технического университета им. П. О. Сухого и представляются вполне решаемыми.

Годовой экономический эффект от одной конденсационной сушилки АнМих объемом 15 м 3 с годовой производительностью 1000 м 3 высушенного пиломатериала только по энергосбережению составит 962,32 млн рублей.

Обеспечив посредством качественной сушки пиломатериала увеличение прочностных характеристик и стабильность формы и размеров готового изделия, можно снизить их материалоемкость в целом, уменьшая межоперационные припуски, а это экономия материала, снижение энергопотребления и нагрузки на деревообрабатывающие станки и режущий инструмент. При этом увеличивается эксплутационная долговечность станков и инструмента.

Перспективы

Можно утверждать, что конструкция сушилки АнМих превосходит все существующие мировые аналоги по следующим совокупным показателям: высокое качество высушенной древесины, экологическая чистота процесса сушки, низкая себестоимость сушки 1 м 3 древесины, низкие капитальные затраты при изготовлении и строительстве сушильных камер (или реконструкции существующих, если они вообще подлежат реконструкции).

Задачу удалось решить благодаря новому философскому, если угодно, идеологическому подходу. Дело в том, что древесина, где бы она ни применялась, - это конструкционный материал с обязательными неизменными линейными размерами и формой. На одном из этапов разработки АнМих серьезно прорабатывался вопрос удаления влаги из древесины центрофугированием. С таким техническим решением разработчики встретились при изучении патентной информации. В первую очередь при разработке сушилки ими ставился вопрос качества высушенной древесины как конструкционного материала с соответствующими физико-механическими свойствами. Сушка и рассматривалась как одна из технологических операций, необходимых для достижения названной главной цели.

В ходе приватной беседы с зарубежными специалистами, а также при изучении соответствующей научно-технической информации удалось уяснить, что работа всех сушилок базируется на такой теоретической базе, как уравнение Клапейрона (РV = RТ, где R - газовая постоянная). А этого мало. Попытки отечественной науки рассматривать процесс сушки по I-d диаграмме влажного воздуха (диаграмма Л. К. Рамзина) дальше теоретических аспектов не продвинулись. Разработчиками АнМих рассмотрены многие механизмы структурирования естественного полимера (древесины) в процессе удаления влаги, то есть сушки, а также влияние спектра физико-химических последовательных и параллельных процессов, протекающих при сушке, и их влияние на физико-механические свойства материала.

Владея теоретической базой тепловлагопереноса, они разработали очень гибкую технологию сушки, позволяющую на различных этапах процесса воздействовать на изменение качественных и количественных характеристик. К недостаткам нашей разработки можно отнести отсутствие экспериментальных данных по оптимизации режимом сушки различных сортиментов и пород древесины. Все просчитать невозможно, так как подход к проблеме принципиально новый.

Обзор современной научно-технической информации по сушке древесины позволяет видеть, что одни специалисты утверждают: высокотемпературная сушка (100°С и больше) обеспечивает высокое качество древесины (во что весьма трудно поверить). Если верить другим авторам, то качественную древесину можно получить, если температура сушки не превышает 60°С.

Специалисты же НПКП "Вингида" придерживаются следующей точки зрения: что температура сушки не должна превышать 30 +3°С, так как скипидар испаряется из древесины при 34°С.

Таким образом, необходимы многочисленные испытания прочностных характеристик древесины с одинаковой влажностью, полученной при различных температурных режимах сушки. Расчеты себестоимости сушки древесины, в частности, дубового фриза для изготовления паркета, показывают, что сушка с использованием оборудования ПАП-32 стоит $17,6, c использованием же АнМих - $2,48 за кубометр. В перспективе планируется, что себестоимость сушки 1 м 3 хвойных пород не будет превышать $1 (при t ? 30°С).

Если высокотемпературная сушка действительно обеспечивает высокое качество древесины по физико-механическим свойствам, то уже сегодня можно сделать процесс сушки весьма доходной технологией. Как показано выше, испарившиеся из древесины в процессе сушки вещества (скипидар, метанол) можно собирать и продавать заинтересованным предприятиям, собственно же сушка древесины станет бесплатной (доходной) операцией.

Способы реализации разработки

Расчеты показывают, что камеры в строительном исполнении обходятся дешевле. Самая дешевая примерная технология реализации проекта на конкретном предприятии, по-видимому, такова.

В первую очередь составляется договор на обследование предприятия.

При этом собирается такая информация, как годовая программа сушки древесины на настоящий момент и перспективу, количество древесных отходов; места расположения камер, возможные источники бросового тепла на конкретном предприятии, максимальные возможности организации атмосферной сушки, технические, организационные и исполнительные возможности предприятия в реализации проекта.

По результатам обследования обсуждается предлагаемая схема реализации проекта и составляется техническое задание.

Далее составляются договор подряда, календарный план, смета расходов.

Всякий раз с целью снижения стоимости сушилок предлагается максимально использовать возможности конкретного предприятия. При этом ведется авторский надзор за строительством и монтажом, производятся пуско-наладочные работы и контрольные сушки, обучается персонал. По результатам пуско-наладочных работ выдается технология сушки для применяемых на предприятии сортиментов и пород древесины. В случае применения в качестве топлива отходов выдается экологический паспорт. Получает заказчик и результаты физико-механических испытаний качества сушки и влажности древесины при выбранных эксплутационных режимах сушки.

Михаил АНДРЕЙЧИК


Поделиться
Еще из раздела технология сушки древесины
Опыт строительства и эксплуатации солнечных сушильных камер СВЧ-технологии для сушки древесины Сушильные камеры - долой связанную воду! Сушим древесину грамотно
© 2017 Новости деревообработки

Сайт работает на платформе Nestorclub.com