способ сушки пиломатериалов
Классы МПК: | F26B5/04 путем испарения или возгонки влаги при пониженном давлении, например в вакууме |
Автор(ы): | Сафин Руслан Рушанович (RU), Воронин Евгений Константинович (RU), Сафин Рушан Гареевич (RU), Хасаншин Руслан Ромелевич (RU), Расев Александр Иванович (RU), Хайдаров Салават Амирович (RU), Тимербаев Наиль Фарилович (RU), Мухаметзянова Дина Анасовна (RU) |
Патентообладатель(и): | Научно-технический центр по разработке прогрессивного оборудования (НТЦ РПО) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-11-18 публикация патента:
10.07.2006 |
Изобретение относится к технике сушки пиломатериалов и может быть использовано в лесной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности. Способ включает предварительный нагрев древесины горячим воздухом при атмосферном давлении, после прогрева древесины понижают давление среды до 50-60 кПа, затем сушка ведется при стационарном пониженном давлении при постоянной конвекции горячего воздуха до влагосодержания материала 25%, после чего начинается постепенное повышение давления в камере по закону, изложенному в формуле изобретения. Изобретение должно обеспечить сокращение времени сушки без ущерба качеству древесины. 2 ил.
Формула изобретения
Способ вакуумной сушки пиломатериалов, включающий предварительный нагрев древесины, стадию понижения давления по экспоненциальному закону
Р=ехр(19,69-5352,15/(Т-5,2· )),
отличающийся тем, что предварительный нагрев осуществляется горячим воздухом при атмосферном давлении, после прогрева материала понижается давление среды до 50-60 кПа, далее сушка ведется при стационарном пониженном давлении при постоянной конвекции горячего воздуха до влагосодержания материала 25%, после чего начинается постепенное повышение давления в камере по закону (1)
где Р - текущее остаточное давление в камере, кПа;
Т - температура нагретой древесины, °С;
- продолжительность процесса понижения давления, с;
P1 - остаточное давление, постепенно повышающееся в камере при сушке пиломатериалов, кПа;
W - интегральное влагосодержание материала, %.
Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к технике сушки пиломатериалов и может найти применение в лесной, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности.
Известен способ вакуумной сушки материала из древесины различной породы, в которой нагрев древесной заготовки происходит под действием на нее волн сверхвысокой частоты (см. патент РФ №2168126, МПК 6 F 26 В 7/00, 2000 г.).
Основным недостатком вышеуказанного способа является высокая себестоимость процесса сушки древесины, и не удовлетворительная однородность пиломатериалов по конечной влажности (из-за неравномерности нагрева по объему штабеля).
Известен также конвективный способ сушки древесины, основанный на передаче теплоты материалу путем конвекции нагретыми газами в специальных сушильных устройствах при атмосферном давлении (см. в литературе Расев А.И. Сушка древесины. - М.: «Лесная промышленность», 2000, с.45-46, с.74-96).
Основным недостатком данного способа является продолжительность сушки пиломатериалов до конечной влажности, а возможность интенсификации процесса путем повышения температуры ограничивается развитием объемно-напряженного состояния и ухудшением физико-механических свойств материала.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому методу является способ вакуум-осцилирующей сушки пиломатериалов, который включает предварительный нагрев древесины в среде перегретого пара, стадию понижения давления по экспоненциальному закону
Р=exp(19,69-5352,15/(Т-5,2· )),
где Р - текущее остаточное давление в камере, кПа;
Т - температура нагретой древесины, °С;
- продолжительность процесса понижения давления, с.
После создания в камере рабочего вакуума материал выдерживается при остаточном давлении до снижения температуры в центре материала до определенного значения, далее цикл «прогрев-вакуумирование» повторяется. Вакуумирование и конвективный нагрев чередуют до тех пор, пока влагосодержание пиломатериалов не достигнет заданного конечного значения (8-10%) (см. патент РФ №2186305, МПК 6 F 26 В 7/00, 2002 г.).
К основному недостатку данного способа следует отнести сложность ведения технологического процесса и нерентабельность при сушке мягких пород древесины.
Целью настоящего изобретения является сокращение продолжительности сушки мягких пород древесины без ущерба качеству высушиваемого пиломатериала. Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем предварительный нагрев древесины горячим воздухом при атмосферном давлении, после прогрева материала понижается давление среды до 50-60 кПа, далее сушка ведется при стационарном пониженном давлении при постоянной конвекции горячего воздуха до влагосодержания материала 25%, после чего начинается постепенное повышение давления в камере по закону (1)
где P1 - остаточное давление, постепенно повышающееся в камере при сушке пиломатериалов, кПа;
W - влагосодержание материала, %.
Отличительным признаком заявленного изобретения является то, что предварительный нагрев древесины осуществляется горячим воздухом при атмосферном давлении, после прогрева материала понижается давление среды до 50-60 кПа, далее сушка ведется при стационарном пониженном давлении при постоянной конвекции горячего воздуха до влагосодержания материала 25%, после чего начинается постепенное повышение давления в камере по закону (1).
Благодаря тому что процесс осуществляется в разреженной среде, удаление влаги из древесины мягких пород происходит более интенсивно, кроме того, это позволяет проводить сушку при низких температурных режимах, что приводит к существенному снижению энергетических затрат на сушку, уменьшает деструкцию древесины и не влияет на изменение цвета.
Пример осуществления способа поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен продольный разрез установки сушки древесины (вид сверху); и на фиг.2 - график-схема ведения конвективной сушки пиломатериалов при пониженном давлении в среде горячего воздуха, поясняющий способ сушки древесины согласно изобретению. Первая кривая показывает изменение температуры внутри древесины во времени, а вторая - изменение давления над пиломатериалом.
Представленная сушильная камера 1 имеет конструкцию, типичную для данной области техники.
Внутри камеры расположены: калориферы 2, вентилятор 3, экраны 4, выполненные из эластичного материала, которые формируют аэродинамический тракт циркуляции агента сушки. Штабель пиломатериалов 12 обычно содержит ряд лежащих досок в продольном направлении.
Экраны 4 образуют внутри камеры сегментные зазоры 5, внутри которых расположены нагревательные элементы - калориферы 2. Сегментные зазоры 5 формируют направленный поток агента сушки к калориферам 2 с последующей циркуляцией через штабель пиломатериалов 12.
Внутреннее пространство корпуса 1 сообщено с вакуумным насосом 6 с помощью патрубка 8; а с атмосферой - через патрубок 9.
Предусмотрен щит управления 11 снабженный контрольной аппаратурой и управляющим средством, необходимым для осуществления способа согласно изобретению.
Установка работает следующим образом. Штабель пиломатериалов 12 помещают в сушильную камеру 1, после чего герметизируют.
Включением калориферов 2 и вентилятора 3 происходит нагрев штабеля пиломатериалов 12 при атмосферном давлении в среде циркулирующего сушильного агента (стадия I на фиг.2).
При достижении температуры внутри пиломатериала 65°С начинается вторая стадия, где включают вакуумный насос 6, сообщенный через патрубок 8 с герметичным корпусом 1, и понижают давление над штабелем пиломатериалов 12 до 50-60 кПа по экспоненциальному закону
Р=ехр(19,69-5352,15/(Т-5,2· )),
где Р - текущее остаточное давление в камере, кПа;
Т - температура нагретой древесины, °С;
- продолжительность процесса понижения давления, с.
Температура агента сушки равная 80-85°С автоматически поддерживается щитом управления 11. Также с помощью регистрирующих приборов и щитка управления 11 снимаются показания температуры внутри древесины и ее влагосодержания.
Период сушки в постоянно понижающемся остаточном давлении протекает при непрерывной вынужденной циркуляции сушильного агента через штабель пиломатериалов 12 и длится 10-15 мин. При этом удаление свободной влаги в древесине происходит под действием градиентов давления, влажности и температуры.
Процесс вакуумирования прекращается после падения давления до значения 50-60 кПа, затем начинается третья стадия, в работе остаются электровентилятор 3 и калориферы 2. Пониженное давление над штабелем пиломатериалов 12 автоматически поддерживается щитом управления 11 с помощью вакуумного насоса 6 и конденсатора 7.
После падения влагосодержания материала до 25% при стационарном пониженном давлении процесс переводят в следующую стадию, характеризующуюся повышением давления над материалом в зависимости от его влагосодержания (стадия IV).
Повышение давления в сушильной камере происходит за счет удаления влаги из материала и дополнительного напуска горячего воздуха в рабочую полость аппарата согласно закону (1), с этой целью отключают вакуум-насос 6, открывают вентиль 10, и в корпус 1 поступает нагретый газ.
Проведены опыты при различных технологических режимах и сравнительный анализ с прототипом и выбраны оптимальные параметры.
Нижняя граница диапазона изменения температуры 80°С обусловлена температурой кипения воды при данном вакууме; понижение температуры ниже указанного значения вызывает увеличение продолжительности процесса сушки, вследствие незначительного количества подведенной энергии. Верхняя граница диапазона 85°С определяется изменением окраски материала.
Нижняя граница диапазона изменения давления 50 кПа обусловлена резким падением коэффициента теплоотдачи. Верхняя граница диапазона 60 кПа вызывает увеличение продолжительности процесса сушки из-за падения скорости процесса удаления влаги.
Выбор значения влагосодержания пиломатериалов 25% как переходной точки от третьей стадии к четвертой обусловлен окончанием процесса удаления свободной влаги и началом удаления связанной. Отклонение от указанного значения вызывает увеличение продолжительности сушки.
Выбор закона (1) для роста давления в камере в зависимости от влагосодержания древесины определяется увеличением продолжительности процесса сушки в случае отклонения от данной функции.
Разработанный способ сушки принят к внедрению на казанском предприятии «Татмебель» для сушки пиломатериалов. Использование предлагаемой установки позволило сократить продолжительность процесса и повысить качество высушенной древесины мягких пород вследствие снижения температуры среды.
Класс F26B5/04 путем испарения или возгонки влаги при пониженном давлении, например в вакууме