Вакуумная сушка

Технология вакуумной сушки под давлением была изобретена в 1964 году. Сегодня в мире работает более 600 сушилок данного типа.

Вакуумная пресс-сушилка 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.

Это даёт производителям неоценимое конкурентное преимущество — гибкость. Представьте себе, что к вам обращается клиент, который хочет купить лестницу из ясеня. Ему нужен всего 1 м3 высушенного материала. В случае с традиционной сушилкой объёмом, допустим, 50 м3 выполнить этот заказ теоретически возможно, а на практике — маловероятно. Ведь нужно ещё найти клиентов на 49 м3 сухого ясеня, купить 100 м3 круглого леса, распилить его и сушить не менее 30 дней. С вакуумной пресс-сушилкой объемом 1, 3 или 5 м3 вы в состоянии выполнить этот заказ за 4—5 дней. Таким образом, можно успешно конкурировать с крупными деревообрабатывающими комбинатами, работая в современных условиях с индивидуальными потребностями клиентов.

Но всё же 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.

Промышленные сушилки этого типа нашли распространение в производстве, работающем на толстом и трудно сушимом пиломатериале (из твёрдолиственных пород). Простая полуавтоматическая система позволяла управлять процессом сушения. В дальнейшем объединение двух одинарных сушилок в единый «тандем» дало заметное сокращение энергозатрат. Самая последняя сушилка — «Голиаф» — наконец позволила достичь цели: размеры загрузки составили 2,5х2,5 (3) м, полезная длина 13, 6 м и даже более.

Новые дорогостоящие вакуумно-термические сушильные камеры выпускаются такими компаниями, как WDE (Италия), Brunner и Lauber (Германия), IWT (Германия-Канада), причём камеры последней — с возможностью получения цветовой гаммы просушенного пиломатериала.

А вот сушилки фирмы Lauber предлагаются в тех случаях, когда для сохранения окраски дерева процесс сушки должен проходить быстро: например, для строительных лесоматериалов или для лиственных пород древесины. Сушилки «Мальбок» (Lauber) работают по технологии горячего пара. Процесс протекает без воздуха, в камере находится только водяной пар. Так как точка кипения воды в вакууме значительно ниже, процесс намного ускоряется. Для реализации различных технологических вариантов (обычная сушка, сушка без потребления воды или сушка вымораживанием) сушилки изготавливаются по специальному заказу. Объём загрузки камер — 1—30, а для сушки воздухом — 60, 100 или даже 1000 м3 пиломатериалов.

При эксплуатации сушилок часто возникает проблема снижения высоких энергозатрат. Например, на 100 м3 елового материала с исходной влажностью 80% при традиционной сушке до конечной влажности 10% необходимо в среднем израсходовать 30000 кВт/ч за всё время процесса. Отработанный воздух обычно выходит через выходной клапан наружу. В сушилке типа «Тандем» происходит иначе: в ней есть приспособление, очищающее отработанный воздух от влаги, забранной у древесины. Тепловую энергию сухого отработанного воздуха можно использовать далее: для отопления помещения или, опять же, для сушилки.

Основой всех агрегатов является алюминиевая конструкция с толстыми внутренними стенками с изоляцией из минваты. Внешний кожух выполнен из алюминиевого гофрированного листа.

При вакуумно-диэлектрическом способе сушки нагрев материала до 45 — 50°С осуществляется за счёт энергии высокочастотного электромагнитного поля при постоянном вакууме. Древесина находится в среде почти чистого пара малого давления, благодаря чему процесс происходит при малом перепаде влажности по толщине сортиментов и незначительных внутренних напряжениях.

Продолжительность сушки в этом случае уменьшается в 10 — 12 раз. Однако стоимость при таком способе достаточно большая из-за дороговизны и сложности оборудования и больших энергозатрат. И из опыта эксплуатации вакуумно-диэлектрических камер следует, что пока не удалось достичь хорошего качества сушки: материал из-за неравномерности электромагнитного поля имел очень большой разброс конечной влажности.

Поскольку температура кипения воды в вакууме ниже, чем при атмосферном давлении, то, создавая вакуум глубиной 0,9 кг/см2, температуру сушильного агента снижают до 40— 45°С. Таким образом, можно вести интенсивный и, вместе с тем, низкотемпературный процесс сушки при полном сохранении природных свойств древесины. Если сушить при постоянном неглубоком вакууме (0,2 кг/ см2) и одновременном конвективном нагреве, то это даёт также хорошее качество. Продолжительность процесса при этом не уменьшается, а соответствует конвективной сушке. Себестоимость сушки в три раза меньше за счёт использования теплоты конденсации испаренной воды и применения низких температур сушильного агента.

В общем, основываясь на анализе вышеупомянутых результатов, можно утверждать: сушилка типа «Голиаф» - это агрегат большой производительности, удобный для обработки больших размеров; значительно сокращая время сушки, по сравнению с обычной сушилкой, «Голиаф» позволяет существенно сократить количество древесины на складе и быстро реагировать на запросы рынка; значительное снижение расходов понижает стоимость сушения; что касается периода амортизации, сушилка может работать гораздо более длительное время. Поскольку камера из нержавеющей стали очень долговечна, это может принести дополнительную прибыль до истечения срока амортизации и будет иметь высокую рыночную и остаточную стоимость после него.

Дата добавления: 2015-08-17