Способы обезвоживания древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Способы обезвоживания древесины

Обезвоживание -- это процесс удаления влаги из материала независимо от формы и способа. Влага, находящаяся в древесине, может быть удалена в виде пара, жидкости и льда. Исходя из этого, все способы обезвоживания можно разделить на три группы -- термические, механические и комбинированные.

1) При термических способах обезвоживания происходит фазовое превращение влаги в пар в результате теплового воздействия: выпаривания, испарения, вымораживания -- сублимации (когда влага переходит из твердого непосредственно в газообразное состояние). Эти способы получили наибольшее распространение под названием способов сушки древесины.

2) При механических способах обезвоживания влага удаляется в виде жидкости в результате силового воздействия электрического, электромагнитного полей, а также ультразвука. Эти способы пока не нашли широкого промышленного применения.

3) Третью группу составляют комбинированные способы, при которых используется как фазовое превращение влаги под действием тепла, так и удаление влаги в жидком виде под силовым воздействием. К этим способам можно отнести: высокочастотно-конвективный, центробежно-конвективный, пневмо-конвективный, центробежно-высокочастотный и др.

Комбинированными способами при которых большая часть свободной влаги удаляется силовым воздействием, а необходимой конечной влажности древесины доводится в результате теплового воздействия (сушки).

Термические способы обезвоживания. Особенности термических способов обезвоживания Термические способы обезвоживания в зависимости от вида используемого источника тепла делятся на 2 группы: естественные и искусственные. К естественным способам относят атмосферную и транспирационную сушки, для осуществления которых используются естественные источники тепла -- солнечная радиация и параметры окружавшего атмосферного воздуха. К искусственным термическим способам обезвоживания относят следующие способы сушки: конвективную, контактную, в жидких гидрофобных средах, диэлектрическую. При термических способах сушки перенос тепла материалу осуществляется: газообразной средой. При сушке в воздухе, топочном газе, или перегретом паре; жидкостью при сушке в керосине, петролатуме, масле и т.д.; твердым телом при контактной сушке; тепловыми лучами от специальных излучателей, электрическим током, нагревающим влажную древесину при прохождения тока; электромагнитным полем высокой частоты, пронизывающим и нагревающим древесину.

Сушка древесины в расплавленных гидрофобных составах. Этот способ рекомендуется для сушки строительных элементов (мостов, ферм), а так же столбов, шпал, бонов и т.д., предназначенных для эксплуатации в атмосферных условиях. Чаще всего в качестве гидрофобного состава применяют «петролатум», а так же пропиточные масла и антисептики. Процесс сушки протекает при температурах выше 100 С и характеризуется высокой интенсивностью снижения влажности. Например, свежесрубленные сосновые окоренные бревна диаметром 22 см за 12 ч высыхают до влажности 25%. К недостаткам способа сушки в гидрофобных составах относятся: большой расход гидрофобной жидкости, снижение технологических качеств (пропитанная древесина хуже склеивается), пожароопасность процесса. Имеет ограничения применительно к условиям сушки заготовок, которые в дальнейшем будут использоваться для изготовления тары для хранения продуктов, по санитарно-гигиеническим условиям.

Сушка со сбросом давления (сушка в воде). Способ во многом аналогичен способу сушки в «петролатуме». Сушка происходит следующим образом. В емкость с подкисленной водой погружают лесоматериалы или образцы древесины. Затем через воду пропускают электрический ток, который избирательно направляется в сырую древесину, которая обладает большой электропроводностью и, нагревая, подсушивает ее. Через определенное время (в зависимости от режима сушки) лесоматериалы вынимают из воды, и они на открытом воздухе быстро досыхают за счет отдачи влаги с поверхности в окружающий воздух. Способ сушки со сбросом давления или как его иногда называют, способ сушки в воде, может оказаться перспективным только в сочетании с другими механическими способами, например центробежным или электрокинетическим, так как в этом случае сравнительно малая энергоемкость сочетается, с возможностью бездефектной сушки бревен любых сечений. Этот способ для условий сушки изделий из древесины - представляет интерес в комбинаций с механическими.

Атмосферная сушка. Для снижения плотности древесины производилась атмосферная сушка круглых лесоматериалов или хлыстов, предназначенных для пуска в сплав. Для этих целей применялись: атмосферная сушка в рядовых штабелях бревен в коре, окоренных пятнами в течении 60 суток теплого периода года. Атмосферная сушка круглых лесоматериалов в штабелях достигается путем испарения воды через боковую и торцевые поверхности бревна под воздействием метеорологических факторов, Основная масса влаги удаляется через боковую поверхность.

Способы атмосферной сушки имеют ряд существенных недостатков:

1. Велики сроки сушки.

2. Низкая степень механизации труда на подготовительных операциях для осуществления ускоренной сушки (окорка пятнами и пролыска производятся, как правило, ручными инструментами).

3.Эффективна сушка только в период устойчивых положительных температур.

4. Потеря качества древесины при сушке. Древесина резко снижает качество: березовая - от грибкового поражения, а хвойная - кроме того, и от повреждения насекомыми.

Пневматический способ обезвоживания. Одним из механических способов обезвоживаний является пневматический; который основан на создании повышенного давления сжатого воздуха на одном из торцов бревна или сортимента. Результаты исследований; показали, что удаление влаги происходит при давлении, большем 0,8 МН/м давления количество удаляемой влаги возрастает. В опытах достигнуто максимальное снижение влажности образцов длиной 200 мм до 10% при начальной влажности; 30% и давление сжатого воздуха 2,5 МН/м? Центробежный способ. В 1943г. М Kastmark (Швеция) обнаружил высокую эффективность центробежного способа обезвоживания. Было установлено, что при вращении штабеля пиломатериалов на центрифуге со скоростью 0,3 рад/с интенсивность сушки увеличивается в 2-3 раза по сравнению с обычной сушкой в камере. Отмечалась высокая интенсивность сушки пиломатериалов на вращающейся карусели (при радиусе -16-вращения 3 -м) выше 6,3-10,5 рад/с не приводило к сокращению влажности (это справедливо для конечной влажности 8-10%). В указанных выше экспериментах производился только подвод влаги к поверхности испарения (боковой поверхности пиломатериалов) за счет центробежных сил, а удаление влаги с поверхности производилось нагретым воздухом или газом, т.е. применялся ротационный способ обезвоживания.

Удаление влаги в силовых полях.

СВЧ сушка древесины Основные причины возникновения внутреннего нагрева в диэлектриках, помещенных в переменное электрическое поле. Дипольная поляризация. Молекулы диэлектрика размещаются в электрическом поле хаотично и имеют равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды (диполи). При помещении диэлектрика в электрическое поле переменного тока, на полярные молекулы воздействуют силы, стремящиеся перемещать молекулы в соответствии, с изменением направления поля. В результате трения молекул при их перемещении выделяется тепло. Чем больше напряжение поля, тем больше угол поворота молекул; чем больше частота тока, тем чаще меняется направление поля, тем чаще молекулы меняют свое положение и тем интенсивнее нагревается диэлектрик.

Структурная поляризация.

Она характеризуется смещением диполей и ионов в ограниченном пространстве с возникновением при этом ударов молекул друг о друга, сопровождающихся выделением тепла. Чем плотнее строение вещества диэлектрика, тем меньше структурные потери. Электропроводность, обусловленная передвижением ионов (ионным током).

Виды энергетических воздействий:

1) Акустическое воздействие

Акустическое воздействие представляет собой распространение в обрабатываемой среде упругих или квазиупругих колебаний. Акустические колебания различают на инфразвуковые (частота f < 20 Гц), звуковые (20 Гц ? f ? 20·103 Гц), ультразвуковые (20·103 Гц < f ? 20·108 Гц), гиперзвуковые (f > 20·108 Гц). Для применения в промышленности наиболее часто используются колебания с частотами звукового и ультразвукового диапазонов.

В гидромеханических процессах акустические волны интенсифицируют такие процессы как: отстаивание, флотация, осаждение, диспергирование, эмульгирование, перемешивание, пеногашение, дегазация. В тепловых процессах - нагревание, охлаждение, выпаривание, испарение, горение. В массообменных процессах - кристаллизацию, сушку, растворение, набухание, абсорбцию, адсорбцию, экстракцию, выщелачивание. В механических процессах - экструдирование, литье, формование, диспергирование.

В зависимости от заложенного в принцип работы физического эффекта, различают следующие виды акустических излучателей: пьезоэлектрические, магнитострикционные, электродинамические, гидродинамические.

Акустическое воздействие вызывает такие физико-химические эффекты как:

1) акустические волны - периодическое изменение давления в каждой точке жидкости;

2) акустическая турбулентность - пульсации скорости и давления жидкости при ее течении за счет акустического давления;

3) кавитация - разрыв сплошности жидкости под действием растягивающих напряжений, приводящих к образованию пузырьков, наполненных газом и паром;

4) кумулятивный эффект - усиленное в определенном направлении импульсное динамическое воздействие, например, схлопывание кавитационного пузырька с выбросом в определенном направлении микроструйки жидкости;

5) звукохимические реакции - химические превращения вещества под действием акустического поля (сонолиз);

6) резонанс - возрастание амплитуды вынужденных колебаний при совпадении частоты вынужденных колебаний с собственной частотой колебательной системы.

При акустическом воздействии происходит инициирование других воздействий - механического,теплового, химического.

Электрическое воздействие

Электрическое воздействие осуществляется за счет электрических полей различной структуры: постоянные (однородные и неоднородные); переменные (бегущие); скрещивающиеся (электрические и магнитные). ХТП с использованием электрических полей можно разделить на процессы, которые осуществляются только за счет электрического поля (электродиализ, электроосмос и т.д.), и процессы, которые интенсифицируются электрическим полем (сушка, экстракция, кристаллизация и т.п.).

Электрические (электромагнитные) поля характеризуются частотой (промышленные частоты - 50Гц, 60 Гц; поле токов высокой частоты - до 300 МГц; поля токов сверхвысокой частоты - от 0,3 до 30 ГГц), напряжением или силой тока, длительностью воздействия. Электрическое поле воздействует на дипольные молекулы жидкостей и газов. При этом возникают пондеромоторные силы, вызванные наложением полей, поляризационные заряды, направление которых обусловлено разностью диэлектрической проницаемости среды. Эти силы изменяют поверхностное натяжение жидкостей. Протекание электрического тока через электролиты приводит к электролизу. В коллоидных системах и капиллярно-пористых телах наблюдаются такие процессы, как электрофорез, электроосмос, электродиализ, электрокоагуляция, ионофорез и др. [28]. Воздействие электрического тока на проводящие среды вызывает их нагрев за счет выделения тепла и пробой при высоких напряжениях.

Таким образом, электрическое поле в обрабатываемой среде вызывает следующие физико-химические эффекты:

1) электросепарация - разделение гетерогенной среды за счет разности электропроводности фаз.

2) электрофорез - перенос частиц в электрическом поле вследствие наличия разноименных зарядов у твердой и жидкой фаз;

3) электроосмос - перемещение жидкости вдоль стенок капилляра под действием приложенной ЭДС;

4) эффект Юткина (электрогидравлический удар) - генерация ударных волн в жидкости при ее электрическом пробое

5) электрокоагуляция - процесс сближения и укрупнения взвешенных в жидкости или газе частиц под действием электрического поля;

6) электрохимические эффекты - химические превращения под действием электрического тока (электролиз);

7) электронагрев - выделение тепла за счет прохождения через обрабатываемую среду электрического тока.

При электрическом воздействии на жидкость возможно его преобразование в механическое, тепловое, химическое, акустическое, магнитное и радиационное воздействия.

Тепловое воздействие

Тепловое воздействие на обрабатываемую среду осуществляется, как правило, за счет передачи теплоты от теплоносителя. Теплоноситель может быть подведен как через разделяющую стенку, так и непосредственно в жидкость или газ. Нагревание жидкости может быть также произведено за счет других видов воздействий - акустического, механического, электромагнитного и радиационного. Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода теплоты, называют тепловыми. Тепловой процесс может быть реализован как нагреванием, так и охлаждением. древесина сушка электрический акустический

Перенос теплоты является сложным процессом, поэтому при исследовании тепловых процессов их разделяют на более простые явления. Различают три вида переноса теплоты: теплопроводность, тепловое излучение и конвекция. При теплопроводности перенос теплоты происходит путем непосредственного соприкосновения между микрочастицами (молекулами, атомами, электронами). Явление теплового излучения - это процесс распространения энергии с помощью электромагнитных колебаний. Конвекция состоит в том, что перенос теплоты осуществляется вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов фазы. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью.

Тепловое воздействие на вещества вызывает следующие эффекты:

1) кипение - образование парогазовых пузырьков в жидкости;

2) фазовый переход - изменение фазового состояния вещества;

3) инверсия фаз - переход дисперсной фазы в сплошную и наоборот (при концентрациях фаз, близких к предельным);

4) эффект Соре (термическая диффузия) - перенос вещества за счет теплопроводности;

5) термоэффекты - изменение физико-химических свойств веществ за счет нагревания или охлаждения;

6) эффект Марангони - непостоянство коэффициента поверхностного натяжения в зависимости от температуры или концентрации вещества;

7) структурообразование - формирование регулярных структур за счет тепловых потоков (например, ячейки Бенара).

Механическое воздействие.

Под механическим воздействием будем понимать непосредственно механическое воздействие твердых тел на обрабатываемую среду и в ней содержащиеся частицы. Наряду с тепловыми, электрическими, акустическими и другими видами энергетических воздействий, механическое воздействие на вещества может считаться эффективным средством повышения активности веществ, ускоряя химические и массообменные процессы.

Механическая активация - это процесс поглощения веществом части подводимой механической энергии, которая, накапливаясь в веществе, меняет его свойства и стимулирует физико-химические процессы. Наиболее эффективна механическая активация за счет свободного удара (в том числе гидравлического) и напряжений трения. Механические воздействия делятся на три класса:

? линейные перегрузки;

? вибрационные воздействия;

? ударные воздействия.

Линейными перегрузками называют кинематические воздействия, возникающие при ускоренном движении источника колебаний. Например, в транспортных машинах при изменении скорости и ускорения.

Вибрационные воздействия являются колебательными процессами. Вибрационные воздействия делятся на стационарные, нестационарные и случайные. Простейшим видом стационарного вибрационного воздействия является гармоническое воздействие.

Высокочастотные вибрационные воздействия могут передаваться объекту не только через элементы механических соединений его с источником, но и через окружающую среду (воздух, воду). Такие воздействия называются акустическими. Случайные вибрационные возбуждения не являются полностью предсказуемыми как гармоническое или полигармоническое воздействия. Стохастический сигнал не может быть представлен графически наперед заданным, так как он обусловлен процессом, содержащим элемент случайности.

Размещено на Allbest.ru