Процесс сушки пиломатериалов и расчет теплового баланса

Заключается в удалении содержащейся в ма­териале влаги путем ее испарения, т. е. путем превращения влаги в пар, который затем поглощается нагретым воздухом (агентом сушки). При сушке древесины в первую очередь и наиболее быстро ис­паряется влага с поверхности и из наружных слоев древесины. Из внутренних зон к наружным влага поступает медленнее и требует определенных условий. Явление испарения влаги с поверхности древесины в окружаю­щую среду называется влагоотдачей.

Перемещение влаги внутри древесины определяется влагопроводностью. Влага перемещается от более влажных зон к более су­хим. Для нормального хода процесса сушки необходимо, чтобы оба эти явления протекали взаимосвязанно. Сушку нужно вести так, чтобы поток влаги из внутренних слоев древесины к наружным не отставал бы от интенсивности влагоотдачи. В противном случае наружные слои пересохнут и вследствие большей усадки по срав­нению с внутренними могут растрескаться.

Интенсивность влагоотдачи зависит от разности парциальных давлений в слое воздуха (газа или пара) над поверх­ностью влажной древесины и в объеме окружающего воздуха, а также от скорости воздуха. Чем больше разность парциальных давлений и скорость воздуха, тем сильнее испаряется влага с по­верхности, т. е. тем выше влагоотдача. Парциальное давление водяного пара над поверхностью древе­сины будет тем больше, чем влажнее или чем более нагрета древе­сина, которая отдает влагу. Парциальное давление воздуха в про­странстве, окружающем древесину, зависит в свою очередь от температуры воздуха и его относительной влажности.

Только при сушке очень тонких слоистых древесных материа­лов, например шпона и фанеры, интенсивность сушки может опре­деляться одной влагоотдачей. При сушке любых пиломатериалов решающую роль будет играть влагопроводность. На величину влагопроводности влияют следующие факторы:

- перепад влажности, т. е. разница по влажности между внут­ренними более влажными и наружными высыхающими слоями. Величина перепада влажности, выраженная в процентах на еди­ницу расстояния между зонами на 1 см или 1 мм толщины, назы­вается градиентом влажности. Чем выше градиент влажности, тем интенсивнее влагопроводность. Влагопроводность прямо пропор­циональна градиенту влажности древесины;

- температура древесины. Чем сильнее прогрета древесина, тем выше ее влагопроводность за счет снижения вязкости влаги в капиллярах. Поэтому при высокотемпературных режимах сушки процесс идет быстрее, чем при низкотемпературных.

Свойство древесины перемещать влагу под действием перепада (градиента) температур называется термовлагопроводностъю. Если одна часть отрезка древесины нагрета сильнее, чем другая, то в нем возникает интенсивный поток влаги от более горячих зон к более холодным даже в тех случаях, когда холодная зона оказы­вается более влажной.

Если древесину нагревать выше 100° С, т. е. выше точки кипе­ния воды, то свободная влага внутри клеток и в межклеточных пространствах может вскипать. При этом давление пара во внут­ренних зонах станет выше атмосферного, следовательно, образует­ся перепад давлений, который погонит влагу изнутри к поверхно­сти. Это явление можно наблюдать, например, при топке печи сырыми дровами. Мы можем видеть, как влага стремится от разо­гретой средней части полена, находящегося в костре, к более хо­лодному торцу полена и пар выбивается оттуда струйками.

Свойство термовлагопроводности древесины необходимо учиты­вать при проведении сушки в камерах. Так, в начальный период процесса при прогреве древесины влага, находящаяся в наружных зонах, нагревается сильнее, чем во внутренних, и это вызывает движение ее снаружи внутрь. Если при этом не замедлить вла­гоотдачу с поверхности, то наружные слои пересохнут и могут растрескаться. Поэтому прогревать древесину нужно обязательно при высокой относительной влажности воздуха в сушильном про­странстве, чтобы свести влагоотдачу к нулю.

Процесс сушки древесины протекает неравномерно и может быть разделен на четыре этапа.

1 — прогрев древесины, во время которого вла­га из нее не убывает. Влажность древесины может даже несколько увеличиться за счет конденсации влаги из окружающего воздуха на поверхности холодной древесины.

2 — сушка древесины от высокой начальной влажности W_H до так называемой критической W_KР, несколько пре­вышающей значение влажности при насыщении волокна. На этом этапе из древесины удаляется свободная влага и процесс проте­кает наиболее интенсивно.

3 — сушка от критической влажности до задан­ной конечной. На этом этапе из древесины удаляется связанная влага. Процесс идет более замедленно, чем на втором этапе.

4 — остывание материала. В некоторых слу­чаях ему предшествует кондиционирование.

Тепловой баланс в общем виде выражается уравнением:

Qн = Qк + Qп,

где Qн - подводимое тепло; Qк - отводимое тепло, складывается из тепла, удаляющегося с конечными продуктами и отводимого с теплоносителем (например, с охлаждающим агентом); Qп - потери тепла в окружающую среду.

При этом подводимое тепло равно:

Qн = Q₁ + Q₂ + Q₃,

где Q₁- тепло, вводимое с исходными веществами; Q₂ - тепло, подводимое извне, например, с теплоносителем, обогревающим аппарат; Q₃ - тепловой эффект физических или химических превращений.

На основании теплового баланса находят расход водяного пара, воды и других теплоносителей, а по данным энергетического баланса общий расход энергии на осуществление процесса.

При выполнении работы необходимо рассчитать расходную часть теплового баланса, если известен расход пиломатериалов, начальная и конечная влажность пиломатериалов. Расходная часть теплового баланса включает в себя расход теплоты на подогрев пиломатериала, на испарение влаги высушиваемого пиломатериала, потери тепла через ограждения сушильной камеры.

Дата добавления: 2015-07-08