Сушильные печи. Сушка древесных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ЗАБАЙКАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО ЗабГУ)

Энергетический факультет

Кафедра «Электроэнергетики и электротехники»

(ЭиЭТ)

Реферат

На тему: Сушильные печи. Сушка древесных материалов

Выполнил: студент гр. ЭП-07

Иванов В.А

Проверил: Дейс Д.А.

Чита 2011

Содержание

Общие сведения

Сушильные печи: виды и функции

Универсальный сушильный шкаф

Модульный сушильный шкаф

Конвейерная сушка

Барабанная сушка

Разновидности сушильных печей

Порошковое окрашивание и сушильные печи для него

Сушильные печи для порошкового окрашивания

Конвейерная сушка продовольственных продуктов

Барабанная сушка

Кондуктивные печи.

Вакуумные сушильные печи (шкафы) серии xf.

Сушильные печи для сыпучих материалов

Сушка древесных материалов.

Вакуумная сушка

Сушка в СВЧ

Камерная сушка

Конденсационный способ

Общие сведения

Печь-устройство для тепловой обработки материалов и изделий либо для отопления. По области применения делятся на промышленные и бытовые; промышленные печи по назначению - на плавильные (напр., для выплавки металлов), нагревательные, обжиговые, сушильные, отопительные, термические и др.

Электропечи сопротивления классифицируют:

· по роду работы - на печи периодического и непрерывного действия;

· по рабочей температуре - на низкотемпературные (до 400 °C), среднетемпературные (до 1000 °C), высокотемпературные(до 1600 °C), на более высокие температуры изготавливаются вакуумные электропечи или электропечи с контролируемыми атмосферами;

· по атмосфере в рабочем пространстве печи - на печи с окислительной (воздушной) атмосферой, на печи с контролируемой средой и вакуумные печи;

· по конструктивному исполнению - на камерные, шахтные, колпаковые, камерные с выдвижным подом, плавильные, конвейерные, толкательные, барабанные, карусельные, печи с пульсирующим подом и др;

· по типу обрабатываемого материала - на печи для термообработки металла, печи для обжига керамики и фарфора, печи для спекания, изгибания, закалки стекла, печи для прокалки опок и др.

По виду нагрева различают пламенные и электрические (дуговые, индукционные и др.) печи; особую группу составляют печи со специальным видом нагрева (плазменные, электронно-лучевые, оптические). Основные части печей: генератор тепла - часть печи или устройство, в котором выделяется тепло; рабочее пространство, в котором находится обрабатываемый материал или изделия; теплоотборник (в агрегатах для термической или химико-термической обработки), служащий для охлаждения изделий; устройство для подвода топлива или электрической энергии, а также для отвода продуктов сгорания; механизмы для загрузки, транспортирования через печи и выгрузки материалов и изделий; система автоматического управления работой печей; строительные конструкции (фундамент, каркас, площадки для обслуживания и т. п.); устройства для утилизации тепла продуктов сгорания топлива (рекуператоры и регенераторы).

В некоторых печах (напр., в индукционных) тепло генерируется в самом нагреваемом изделии. Отопительные печи совсем не имеют рабочего пространства, т. к. выделенное в них тепло передаётся нагреваемому помещению. Печи имеют самые разнообразные конструкции и работают на всех видах топлива, на электрической энергии, солнечной энергии и т. д. Рабочая температура в печах может быть от 100 до 5000 °C. Печи для удаления влаги из материалов делятся на сушильные печи, предназначенные для удаления влаги из твёрдых материалов (лесоматериалы, литейные формы, кожа, керамические и другие изделия), и выпарные аппараты - для удаления влаги из растворов, применяемые в пищевой промышленности, химии и т. д. Нагревательные печи предназначены для нагрева материалов или изделий без изменения их агрегатного состояния - напр., для нагрева металла перед обработкой давлением в металлургии и машиностроении.

Термические печи используют для придания материалам и изделиям новых механических свойств - напр., для термической и химико-термической обработки прокатной продукции в металлургии и изделий в машиностроении.

Обжиговые печи служат для обработки минерального сырья (руда, глина, известняк и т. п.) с целью изменения его структуры и химического состава перед последующей переработкой и для обжига изделий из этого сырья (строительные, огнеупорные материалы, глиняные и фарфоровые изделия и т. д.), а также эмалированных металлических изделий. Плавильные печи применяют для перевода обрабатываемого материала в жидкое состояние путём нагрева его выше температуры плавления при получении металлов из руд, выплавке стали и цветных металлов (напр., мартеновская печь), расплавлении чёрных и цветных металлов в литейном производстве, варке стекла, а также плавке различных материалов. Печи для разложения и возгонки материалов, большей частью с изменением агрегатного состояния, служат для сухой перегонки топлива - получения кокса, древесного угля, возгонки летучих металлов, крекинга нефти и многих процессов химической промышленности.

Сушильные печи: виды и функции

То, что сушка - это процесс испарения воды и прочих жидкостей с поверхностей деталей известно всем. Так же общеизвестен факт, что скорость испарения напрямую зависит от температуры. Процесс испарения происходит при любой температуре, однако при более высоких температурах скорость испарения значительно возрастает. В промышленности неизбежной является нагрева при высоких температурах и организация отвода паров, и, как следствие, использование специальных сушильных устройств, различных технических характеристик и конструктивных особенностей.

Один из самых простых и не требующих специальных приспособлений способ сушки - это продувка нагретого воздуха от калориферов через влажные детали. Однако, у такого метода есть минус - он очень не экономичен. При его применении большое количество теплого воздуха просто на просто выбрасывается. Сушка подобным методом применятся крайне редко. Гораздо чаще для сушки деталей применяются сушильные печи или сушильные шкафы.

Универсальный сушильный шкаф

Процесс сушки требует равномерного прогревания объема рабочей камеры. При учете того, что нагревательные элементы расположены вдоль стен, явствует наличие проблемы: температура возле стен и в центральной части камеры имеет большую разницу. В результате детали, расположенные возле стены могут быть пережженными, а ближе к центру сырыми.

Для поддержания одинаковой температуры по всему объему, необходимо интенсивное перемешивание воздуха. Конструкция камеры должна обеспечивать полное перемешивание воздушных потоков. Имеются сушильные печи, не предусматривающие перемешивание воздуха, однако, они обладают очень не большими размерами и выпуск их незначителен.

Осуществить надлежащие расчеты газодинамики сушильных шкафов и спроектировать их по силу только профессионалам. На сегодняшний день сушильные печи имеют несколько модификаций и выпускаются серийно. Главное при выборе точно знать их параметры и характеристики.

Модульный сушильный шкаф

При сушке деталей, обладающих большими размерами, необходима механизация процесса загрузки и выгрузки их в камеру для сушки. Крупногабаритные изделия, вес которых невелик, очень удобно загружать при помощи монорельса, оснащенного специальной подвеской. Особенно это упрощает погрузку изделий, прошедших пропитку или окрашенных изделий.

Модульные сушильные печи оснащены перемещающимися в сторону дверями. Подобные камеры доставляются модулями, легкими в сборке. Такая конструкция делает возможным на месте варьировать размер камеры в глубину и решать необходимость делать ее тупиковой или проходной.

Конвейерная сушка

При необходимости сушки большого количества мелких деталей (гаек, болтов, дюбелей), применяют конвейерные электропечи.

Основные их элементы - это транспортная линия и нагревательная камера. Транспортное устройство обеспечивает перемещение мелких деталей через камеру нагрева. Вход и выход таких камер прикрыт тефлоновыми шторами или шторами из стеклоткани. Они снабжены разрезами, которые позволяют беспрепятственно транспортировать детали через камеру. Нагрев в таких печах идет посредствам групп нагревательных элементов, а циркуляция воздуха достигается за счет вентилятора. С его помощью нагретые воздух направляется по воздушному каналу камеры. Отличием конвейерной сушильной печи является ее высокая производительность и легкость монтажа.

Барабанная сушка

При сушке сыпучего материала существует не только необходимость в отличной циркуляции воздуха, но и необходимость постоянного перемешивания материала. В противном случае есть риск получения больших спекшихся глыб.

Самым удобным и практичным решением для сушки сыпучих материалов выступают барабанные сушильные печи. На входе в такую печь влажное сырье поступает непрерывно, а на выходе так же непрерывно подается уже прошедший сушку и готовый к дальнейшему применению материал. Непрерывное вращение барабана обеспечивает не только перемешивание сыпучих материалов, но и продвижение их по трубе.

Подача сырья в барабанную печь осуществляется рукавным бункером с виброзагрузчиком. Сухой порошок на выходе из сушильной печи может засыпаться непосредственно в тару.

Разновидности сушильных печей

Порошковое окрашивание и сушильные печи для него

Рисунок 1. Сушильная печь порошкового окрашивания.

Процесс оплавления и полимеризации краски является заключительным этапом в технологии. Он происходит в камерах полимеризации (их еще называют сушильные печи, камеры оплавления и т.д.), обеспечивающих стабильную температуру. Основное требование - минимальный градиент температуры по всему объему камеры полимеризации.

Наши печи полимеризации (окраска порошковая) соответствуют всем современным требованиям, а именно, максимальный градиент температуры должен быть не более +- 5 С.

Они экономичны: процесс нагрева управляется с помощью микропроцессора по заданной программе, благодаря чему потребление электроэнергии становится минимально возможным.

Они конструктивно продуманы: толщина стен печей, благодаря использованию ультрасупертонкого спец волокна, равна всего 75 мм. Следовательно, габаритные размеры камеры полимеризации порошковых покрытий не сильно отличаются от размеров полезного объема, и тепловые потери сведены к нулю.

Особенности печей полимеризации производства ООО "ПОТОК":

1. Калориферы блока принудительной конвекции находятся внизу.

2. Возможны любые размеры полезного объема печей.

3. Возможность регулировать скорость нагрева печи полимеризации до заданной температуры.

4. Максимальный градиент температуры в наших печах составляет +-3 С.

5. Мы имеем опыт изготовления печей для самых разных целей: сушка древесины, полимеризация специальных резин авиапромышленности при температуре до 400 С и т.д.

6. Мы изготавливаем разборные печи полимеризации.

7. Возможность вывода графика подъема температуры на LAP TOP.

Сушильные печи для порошкового окрашивания

Технология окрашивания, в которой используется порошковая краска, не обходится без сушильных печей. Сушильные печи обеспечивают чрезвычайно важный этап в процессе порошкового окрашивания изделий, выполненных из термостойких материалов. Остановимся подробнее на сущностных моментах технологии порошкового окрашивания.

Порошковая краска активно и широко, в особенности в последние годы, применяется в различных сферах производства. Классификационные характеристики порошковой краски разграничивают полиэфирные, полиамидные, эпоксидные и др. виды красок. Результат окрашивания соответствует самым взыскательным требованиям, поскольку, используя технологию порошкового окрашивания, можно получить без преувеличения разнообразные в фактурном отношении типы глянцевых и матовых поверхностей.

Широкая область применения порошковых красок проистекает, прежде всего, из качеств порошковой краски. Отметим, что она не только пригодна для обработки как внутренних, так и наружных элементов, но также и обладает рядом важных свойств: химическая стойкость, устойчивость к трению, электроизоляционность, высокая экологичность, и, что немаловажно, прекрасная эстетика. Все это, вкупе с низкой токсичностью и пожароопасностью порошковой краски, привлекло заслуженное внимание к способу окрашивания, о котором идет речь.

Процесс порошкового окрашивания - дело профессионалов и специального оборудования на всех трех стадиях порошкового окрашивания: подготовка деталей, нанесение краски и оплавление.

Сушильные печи вступают в наиболее активную фазу работы на третьей заключительной стадии окрашивания. Сущность стадии заключается в том, что детали, на которые уже нанесена порошковая краска, помещаются в среду воздействия высокой температуры - как правило, в диапазоне 150-200С. Сушильные печи служат для нагревания до определенной температуры, и выдержки в ней окрашиваемых изделий в течении около 15 минут, на протяжении которых происходит оплавление, и частицы краски

Конвейерная сушка продовольственных продуктов

Как известно, необходимым условием для большинства технологических процессов в пищевой промышленности является быстрая и качественная сушка продуктов. При этом основным требованием, которому должна соответствовать каждая сушильная установка, является сохранение изначальных свойств пищевых продуктов. Даже более того, в отдельных случаях эти свойства должны быть улучшены.

Для выполнения данной задачи применяется специальное оборудование, например, установка для сушки фруктов, позволяющая обрабатывать значительные объёмы материала в короткие сроки.

Конвейерная сушильная установка применяется в самых различных областях пищевой промышленности. Это сушка овощей, оборудование для сушки мяса и рыбы, установка для сушки фруктов и т. д. Помимо этого, конвейерная сушка широко применяется для сушки и жарки семечек, орехов, кукурузных зёрен и попкорна и многих других продуктов питания.

В настоящее время сушка овощей, фруктов и других продуктов производится при помощи нескольких различных или совмещённых технологий. Наиболее распространены сушильные установки, использующие следующие технологии: инфракрасная установка для сушки фруктов и других продуктов, микроволновая сушильная установка, конвективная сушка и сублимационная сушка овощей. Помимо этого, используются акустическая и кондуктивная сушки. сушильный печь древесина

Наиболее перспективной является сушильная установка, работающая с использованием инфракрасного излучения. Для продуктов питания глубина проникновения инфракрасных лучей составляет от шести до двенадцати миллиметров. Но при этом глубина расположенного ниже слоя растёт более интенсивно, чем при нагревании другими способами.

Конвейерная установка для сушки фруктов может иметь от одной до пятнадцати лент в зависимости от требуемой производительности. Применение инфракрасного излучения позволяет достичь того, что содержание разного рода биологических веществ (витамины, микроэлементы и т. д.) составляет около восьмидесяти - девяноста процентов от первоначального состояния.

Если сравнивать с традиционными видами сушки, продукты, обработанные инфракрасным излучением после восстановления (замачивания) по вкусовым качествам максимально приближены к натуральным.

В заключение следует сказать о том, что сушильная установка может быть разработана для условий производства заказчика, для конкретных размеров помещения и наиболее оптимальной производительности.

Это позволяет уменьшить энергозатраты и расходы на техническое обслуживание, максимально использовать площадь производственного помещения. Технология конвейерной сушки позволяет добиться высокой производительности, выпускать высококачественные и востребованные на рынке продукты питания.

Барабанная сушка

Принцип работы барабанных сушилок

Сушильной камерой в барабанной сушилке служит внутренняя полость барабана, внутри которого по всей длине расположены различного типа лопасти или полки (зависит от назначения сушилки). В процессе сушки материал попадает через загрузочную полость в барабанную сушилку. Лопасти или полки перемешивают и поднимают материал равномерно распределяя его по барабану, затем частицы падают вниз, пересыпаются с полки на полку и высушиваются под действием горячего воздуха (непрямой нагрев) или смеси воздуха с топочными газами (прямой нагрев), который забирается из теплогенератора через барабан с помощью вентилятора путем создания разряжения внутри барабана.

Рисунок 2. Сушильный барабан.

Высушенный материал удаляется через разгрузочную полость барабанной сушилки. Нагрев воздуха осуществляется теплогенераторами прямого или непрямого нагрева работающих на газу, дизельном топливе, мазуте, электричестве или твердотопливные.

Кондуктивные печи

Рисунок 3. Печь кондуктивная ПСК-630/5100

Параметр	Значение
Производительность, кг/ч	до 2000
Температурный диапазон нагревания, °С	100 ч 900
Расчетное время нахождения материала, мин (угол наклона 1°)	60 ч 20
Интервал регулировки угла наклона печи, град.	0 ч 5
Частота вращения печи (при использовании частотного преобразователя), об/мин	8 (2 ч 10)
Газовое нагревательное устройство	СФН-80-1
Электродвигатель:
тип	4А112МВ6У3
мощность, кВт	4,0
частота вращения, об/мин	1000
напряжение, В	380
Редуктор	Ч-160-65-51-У3
Масса, кг	4900

Печь-сушилка ПСК 630/5100 используется для сушки и обжига сырья при температуре 100 ? 900 °С. Применяется в печи-сушилке ПСК 630/5100 конвективный способ передачи тепла.

Для нагрева печь-сушилка ПСК 630/5100 использует газ. Газовое оборудование закреплено на раме и устанавливается стационарно. Рама позволяет изменять угол наклона печи благодаря узлу регулировки. Вращающаяся часть печи-сушилки опирается фланцевыми цапфами через подшипниковые узлы на стойки рамы. Концы вращающейся трубы закреплены неподвижно и оснащены аэродинамическими заторами.

Разгрузочная камера и приводная станция крепятся на одной опорной раме. Загрузочная камера оснащена размещенным в верхней части окном загрузки сырья и патрубком, через который из внутренней рабочей зоны печи-сушилки отводится влажный воздух. Питатель обеспечивает равномерную непрерывную подачу исходного материала в печь. Специальными ковшами, которые расположены внутри загрузочной камеры, материал захватывается с питателя и загружается в рабочую зону печи-сушилки ПСК 630/5100.

Во время прохождения сырья через внутреннюю часть печи в сторону разгрузочной камеры происходит процесс сушки и обжига. Сырье не входит в контакт с горючими веществами, т.к. нагревательный комплекс размещается за стенкой трубы, по которой перемещается исходный материал и нагрев осуществляется через стенку трубы.

Прошедшее обработку в печи-сушилки ПСК 630/5100 сырье выгружается через окно в трубе внутри разгрузочной камеры. Затем исходный материал попадает на транспортную систему отбора или в тару.

Pисунок 4. Габаритные и присоединительные размеры

Вакуумные сушильные печи (шкафы) серии xf

Широкий диапазон компактных вакуумных сушильных шкафов. Данные шкафы позволяют просушивать термочувствительные материалы при низкой температуре. Более стабильные образцы могут быть высушены при температуре до 300 °C.

В вакуумных сушильных шкафах могут сушиться изделия и продукты из различных отраслей промышленности, таких как: фармацевтическая, химическая, косметологическая, электронная, точная механика и оптика, пищевая.

Рисунок 5. Вакумная сушильная печь.

· рабочий температурный от комнатной температуры +20°C до +200°C (+300°C опция),

· давление до 10^-2 мбар,

· флуктуации температуры <(+/-0,3) °C

Опция: изготовление печей с более глубоким вакуумом (до 10^-5 мбар)

Модель	Полезный объем, дм3	Размеры полезного объема: ШхГхВ, мм	Габаритные размеры: ШхГхВ, мм	мин. давление,	Макс. рабочая температура испытания, °C	Масса, кг
XF020	20	250x320x250	410x530x515	10-2	<0,3	44
XF050	51	320x500x320	530x710x635	10-2	<0,3	70
XF120	112	470x500x470	570x775x840	10-2	<0,3	149
XF240	223	470x1000x470	750x1175x840	10-2	<0,3	230

Сушильные печи для сыпучих материалов

Сушка- это процесс удаления избыточной влаги из материала. Принцип работы: сыпучий материал загружается в бункер, откуда поступает в барабан, параллельно с ним с левого конца печи подается сушильный агент в виде сгоревших дымовых газов из топки. Температура дымовых газов 600-800 ?C . Материал нагревается до 80-100 ?C. Он совершает спиралеобразное движение по корпусу печи, осуществляется режим прямотока, т.е движение дыма и материала параллельно. Наклон печи к горизонту 40;Скорость движения барабана от 1 до 5 оборотов в мин; Диаметр барабана до 3,5 м; Длина до 27 м. Барабан изнутри может быть оснащен перегребными лопастями, лопатками или цепями, которое, кроме того, что улучшают перемешивание еще и увеличивают поверхность теплообмена. Просушенный материал попадает в приемный бункер, а пыль и пар в циклон, где с помощью струи сжатого воздуха, подведенной тангенциально (по касательной к окружности) ,тяжелые частицы пыли, при винтовом движении, под действием центробежных сил оседают на стенках циклона.

Рисунок 6. Сушильные печи сыпучих материалов.

Сушка древесных материалов

Выбор способа сушки древесины и сушильного оборудования определяется рядом факторов: породным и сортиментным составом высушиваемых пиломатериалов, стоимостью энергоносителя, необходимой производительностью, производственными условиями и инвестиционными возможностями потребителя. То есть, если раньше при стабильных ценах для технико-экономического обоснования проекта достаточно было двух-трёх обобщающих факторов, то сегодня нужен расчёт в каждом конкретном случае.

Сушка древесины, как ранее было объяснено, основывается на законах физики. В принципе не имеет значения как подводится к материалу необходимая энергия и удаляется испаряющаяся вода. Чем быстрее поступает энергия, тем быстрее сохнет материал. Также нужно учитывать физические свойства древесины, чтобы не испортить материал. В реальной жизни используются следующие типы сушилок:
В конвективных сушильных камерах необходимая энергия подводится к материалу при помощи круговорота воздуха и теплопередача материалу происходит путём конвекции. Конвективные сушильные камеры бывают в основном двух типов:

· Сушильные камеры непрерывного действия (канальные сушилки) - глубокие сушилки, где пачки штабелей проталкиваются постоянно дальше из мокрого конца камеры в более сухой. Эти тунели обязательно загружаются с одного (мокрого) конца и выгружаются с другого конца. Проталкивание пачек штабелей (заполнение камер и выгрузка) происходит по одному штабелю с промежутком обычно в 4 - 12 часов. Эти сушилки типичны для больших лесопилен (более 100 000 м³ готового пиломатериала в год) и позволяют производить только сушку до транспортной влажности.

· Сушильные камеры переодического действия короче чем туннельные, во всей камере во время процесса сушки поддерживаются одинаковые параметры среды в одни и те же моменты времени. При глубине продуваемости более 2 м для уравнивания условий сушки древесины используется реверсия направления вращения вентиляции. Загрузка и выгрузка камер может происходить с одной стороны, в таком случае камера имеет одну дверь. Используются также другие системы загрузки, которые могут быть похожи на загрузку туннельных камер. Однако, всегда меняется всё содержимое камеры полностью одновременно. В принципе, сушить можно всё до любых желаемых конечных влажностей. В настоящее время во всех камерах используют автоматические системы управления влажностью, вентиляцией, отоплением. За последнее десятилетие построено большое количество камерных сушилок и сейчас нет ни одной большой лесопильни, где бы не было камерных сушилок. Для сушки одинакового количества материала тепловой энергии расходуется из-за различных потерь на 20% больше, чем в туннельных сушильных камерах.

В Европе и России 90% сушки всего материала происходит в конвективных камерных сушилках.

Следующий используемый тип сушильной камеры:

· Конденсационная сушильная камера, основным отличием которой от предыдущих является то, что влага, возникающаяся в воздухе в процессе сушки конденсируют на специальных охладителях и стекает в канализацию. Энергетический коэффициент полезного действия процесса большой, но, так как тепловые насосы не позволяют развить больших температур, то цикл сушки длинный. Во время длинного цикла суммарные потери тепла больше. В процессе сушки нет возможности использовать другую, более дешёвую энергию, чем электроэнергия, так как энергия сушки подаётся в камеру большей частью с помощью компрессора охладительного агрегата. В основном конденсационная сушилка подходит для сушки небольших объёмов, или для сушки плотных пород древесины, таких как дуб, бук, ясень и др. Большой плюс таких камер заключается в том, что не требуется котельной и себестоимость процесса сушки получается дешевле.

Менее распространёнными типами являются вакуумные сушильные камеры, где для ускорения процесса сушки (понижения температуры кипения воды) в сушильной камере создаётся вакуум до 0,5 бар, что даёт процессу часть необходимой для сушки энергии. Также существуют микроволновые сушильные камеры, основанные на принципе работы микроволновой печи, электромагнитные сушилки. В последнее время произведены исследования с сушилками горячего воздуха, где температуры сушки достигают 200°С. Все эти типы сушилок подходят для сушки небольших объёмов и у материала, высушенного таким образом, есть какие-нибудь особенные свойства, которые нужно учитывать при дальнейшем использовании материала. Некоторые особенные свойства могут быть также уникальны, например древесина, высушенная при высокой температуре, подходит для изготовления определённых музыкальных инструментов из-за её особенных свойств звучания.

В настоящее время результаты изучения рынка сушильных камер показывают, что среди предлагаемых камер 90-95% - классического типа: конвективные с различными системами приточно-вытяжной вентиляции и видами теплоносителя. Их преимущества: малые капитальные затраты, простота процесса, удобства технического обслуживания.

Основными элементами таких сушилок являются: циркуляционное оборудование (вентиляторы), система нагрева (калориферы), система управления (регуляторы).

Вентиляторы должны обеспечивать необходимую скорость и равномерность распределения сушильного агента по материалу для различных пород с целью получения высшего качества и оптимальной продолжительности процесса сушки древесины. Для побуждения циркуляции сушильного агента используют осевые и, в отдельных случаях при большом сопротивлении, центробежные вентиляторы. К этому оборудованию должны предъявляться жёсткие требования по его надёжности при эксплуатации в среде с высокими температурой и влажностью.

Сушка древесины - длительный и энергоёмкий процесс. Тепловая энергия для сушилок вырабатывается в котельных. Тепловым носителем здесь является пар или горячая вода. Электроэнергию вследствие её дороговизны используют редко, хотя в последнее время этот вид энергоносителя становится всё популярнее.

За рубежом для выработки тепловой энергии в основном используют установки для сжигания древесных отходов (опилок, щепы, коры, стружки).

Параметры среды в сушильных камерах, как правило, измеряют психрометром. Управление и регулирование осуществляется автоматически.

Наряду с традиционными конвективными камерами определённое распространение получили вакуумные и конденсационные сушилки.

Вакуумные сушилки целесообразно использовать для сушки древесины твёрдых лиственных пород (дуб), крупных сечений (50 мм и более), когда скорость сушки является важным фактором. При покупке таких камер нельзя забывать о больших капитальных вложениях.

Конденсационные сушилки используют в тех случаях, когда электроэнергия как энергоноситель более дешёвая по сравнению с другими видами. КПД таких сушилок наиболее высок при температуре сушильного агента до 45°С. При этих параметрах себестоимость небольшая, зато срок сушки значительный.

В последнее время произошли значительные изменения в организации, технике и технологии сушки древесины. Если раньше основной объём сушки древесины приходился на крупные деревообрабатывающие и лесопильные предприятия, где сооружались большие сушильные цеха, то сейчас основная масса древесины перерабатывается на малых предприятиях, потребность которых может быть обеспечена одной-двумя камерами небольшой загрузочной ёмкости. Многие малые компании пытаются реконструировать устаревшие камеры или даже создают самодельные простейшие сушильные устройства, которые не могут обеспечить качественной сушки материала. Вместе с тем, рынок предъявляет всё более жёсткие требования к качеству изделий из древесины.

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.

Сушка в СВЧ

СВЧ-сушка аналогична диэлектрической сушке токами высокой частоты (ВЧ = 25 МГц). Проводится на более высоких частотах 460, 915 - 2500 МГц. Поэтому энергия СВЧ-поля передаётся в древесину путём излучения свободных, не связанных линией передачи энергии (контуром) колебаний в пространство герметичной металлической камеры, где располагается штабель пиломатериалов. В этом случае взаимодействие электромагнитного поля с древесиной максимально и не зависит от характеристик древесины и нагрузочных способностей генераторов. Генераторы пространственно разнесены с высушиваемым материалом. Условия сушки близки к оптимальным.

Достоинства. Качество сушки близко к естественному, высокая скорость сушки, энергозатраты средние: 550 кВт/ч на 1 м3 сосны, 2000 кВт/ч на 1 м3 дуба. Не требует коммуникаций, мобильна, имеет малые размеры. Универсальна, способна высушивать любые диэлектрические материалы: лекарственные травы, ягоды, фрукты, овощи, керамику, удобрения и т.д.

Недостатки. Высокая стоимость магнетронных генераторов и малый ресурс их работы (около 600 ч). Большие энергетические затраты. Трудность контроля процесса (над температурой среды и древесины, в силу специфики микроволновой энергии). Частота случаев возгорания материала изнутри. Малый объём одновременно высушиваемых пиломатериалов: объём загрузки - до 7 м3 для хвойных пород и до 4,5 м3 для твёрдолиственных. Комбинированный СВЧ-способ ещё мало изучен, и режимы сушки не отработаны.

Характер процессов, происходящих при сушке пиломатериалов в СВЧ-печи (СВЧ электромагнитном поле) не отличается существенно от сушки другими методами. Отличие состоит лишь в способе нагрева пиломатериалов. Поэтому, как и при других способах, процесс подразделяется на четыре этапа.

Первый этап - разогрев с отпариванием. При СВЧ-сушке связан с нагревом заложенного объёма пиломатериалов и находящегося в них объёма воды до температуры 55 - 60°С, при которой начинается сушка. Одновременно с этим при отключенной вентиляции вытяжки идёт увеличение влажности воздуха в сушильной камере до 100% и более. Это обеспечивает отпаривание древесины. Последнее необходимо для снятия имевшихся в древесине напряжений и улучшения влагопроводности поверхностных слоёв пиломатериалов. Для рекомендуемых объёмов закладки и располагаемой энергетики СВЧ-печи длительность первого этапа составляет 6- 8 ч. Характерными признаками конца первого этапа являются накопление в сушильной камере воды в виде капель на стенках и даже небольших луж.

Второй этап - собственно сушка с выпариванием основной влаги; является логическим продолжением первого этапа. Сущность этого этапа - удаление интенсивно выделяющейся влаги из пиломатериалов при их дальнейшем нагреве. Величина подъёма температуры при этом может составлять всего 5 - 10°С, т. е. 60 - 70°С в конечном итоге. Для удаления большого количества выделившейся влаги из камеры вентилятор работает в усиленном режиме. Далее, с выпариванием основного объёма влаги из слоистых структур древесины начинаются процессы выпаривания влаги из клеточных структур (обычно это наступает при влажности древесины 24 - 30%). Интенсивность выхода влаги при этом существенно замедляется. Подаваемая к пиломатериалам энергия начинает всё больше тратиться на их нагрев, что приводит к возрастанию температуры до значения, заданного оператором. Усиленный режим работы вентилятора в этих условиях может привести к снижению влажности до низких уровней порядка 25 - 30%, что затрудняет выход влаги с поверхности. Таким образом, нарастание температуры пиломатериалов до заданной величины может служить критерием для перехода к третьему этапу (для задания нового значения температуры и режима работы вентилятора вытяжки).

Третий этап - досушка пиломатериалов до нижнего (заданного) порога влажности. Он характеризуется сушкой в жёстких режимах, прежде всего температурных. Целью введения таких режимов является эффективное и быстрое удаление клеточной влаги. Для поддержания хорошей влагопроводности поверхностных слоёв древесины уровень влажности в сушильной камере должен быть вновь высокий, порядка 70%. С этой целью вентилятор вытяжки переводится в нормальный режим работы, а температура сушки поднимается на 5- 10°С.

Необходимо осознавать, что длительная сушка пиломатериалов в жёстких режимах, особенно трудносохнущих пород (дуб, ясень), может привести к потемнению древесины и к внутренним трещинам в ней. Критерием окончания третьего этапа является достижение требуемого уровня влажности.

Четвёртый этап - охлаждение пиломатериалов до температуры внешней среды. Это производится вне СВЧ-сушки, и тем самым повышается производительность:

до 210 м3/мес. - хвойные породы;

180 м3/мес. - берёза, лиственница;

до 100 м3/мес. - дуб, бук, ясень.

Общая средняя продолжительность нахождения пиломатериалов в СВЧ - 20 - 24 ч при WM4 = 48 - 55%, WKOS = 6 - 8%. Для твёрдолиственных пород - дуб, бук, ясень - показатели иные.

Охлаждение проводится естественным путем без выгрузки пиломатериалов из камеры. СВЧ-печь отключается, створки дверей приоткрываются, пиломатериалы остывают за счет конвекции. Разность температур пиломатериалов и внешней среды при выгрузке не должна быть более 20°С. Обычно длительность остывания пиломатериалов составляет 5 - 6 ч.

Следует отметить, что выделение описанных выше этапов условно и их длительность и соотношение определяются многими факторами: видом и сортиментом древесины, начальной влажностью, начальной температурой пиломатериалов, объёмом закладки. Очевидно, что при начальной влажности этапа 30 - 40% сушка по условиям второго этапа может и не проводиться, а длительность первого этапа будет меньше. Все эти особенности необходимо учитывать и сверять с реальными параметрами процесса сушки по указанным критериям.

Камерная сушка

Процесс сушки происходит в конвективных камерах. Эти камеры классифицируются по следующим признакам: принципу действия, устройству ограждения, виду теплоносителя, циркуляции агента сушки.

По принципу действия различают камеры периодического действия и непрерывного. Камеры периодического действия представляют собой помещения, в которые загружается определённый объём материала, высушивается, а затем выгружается. Режимы сушки здесь изменяются с течением времени в зависимости от влажности древесины. На период загрузки и выгрузки камеры процесс сушки прекращается. Камеры непрерывного действия представляют собой помещения, туннели, в которых постоянно находится древесина, перемещаемая на вагонетках. Материал высушивается по мере прохождения им туннеля, от сырого конца к сухому. Режимы сушки изменяются по мере продвижения материала по длине камер.

Камеры непрерывного действия применяются обычно на крупных предприятиях при массовой сушке товарных пиломатериалов до транспортной влажности, а также для сушки хвойных пиломатериалов, берёзы и осины, идущих на столярно-строительные изделия, тару, сельхоз- и вагоностроение.

По устройству ограждения камеры подразделяются на стационарные и сборные. Стационарные камеры строятся на месте их эксплуатации из строительных материалов, а сборные, как правило, металлические, изготавливаются заводским способом и собираются на месте их эксплуатации.

По теплоносителю камеры различаются на паровые, электрические, водяные, газовые. В первых трёх агентом служит влажный воздух или перегретый пар, а в последнем - смесь воздуха и топочных газов.

По циркуляции воздуха различают камеры с естественной и принудительной циркуляцией. Газовые и электрические бескалориферные камеры (аэродинамические) имеют только принудительную циркуляцию.

Естественная циркуляция создаётся за счёт разности плотности нагретого и охлаждённого воздуха: горячий, более лёгкий воздух стремится вверх, а охлаждённый, тяжёлый - вниз. Поскольку воздух в силу этого циркулирует вертикально по штабелю, пиломатериалы укладываются со шпациями. Камеры с естественной циркуляцией давно устарели, хотя продолжают эксплуатироваться на ряде предприятий. Продолжать эксплуатировать такие камеры нерационально, так как они малопроизводительны, качество сушки в них низкое из-за большой неравномерности распределения конечной влажности по штабелю.

Принудительная циркуляция воздуха или газа достигается при помощи вентиляторов. Побуждение циркуляции может быть прямое - когда перемещение воздуха осуществляется непосредственно вентилятором, или косвенное (эжекционное) - когда побудителем циркуляции служит энергия струй сушильного агента, вытекающих с большими скоростями из сопл эжекторов. Эжекционные камеры были распространены в 50 - 60-х гг., теперь же эта конструкция устарела. Но несмотря на большие энергозатраты на циркуляцию, большую неравномерность сушки, эти камеры продолжают эксплуатироваться.

По кратности циркуляции сушильного агента камеры могут быть с однократной и многократной циркуляцией. При однократной циркуляции сушильный агент после прохождения через штабель полностью выбрасывается в атмосферу; при многократной - воздух постоянно циркулирует по штабелю в течение всего процесса сушки и только часть его выбрасывается. В современных лесосушильных камерах используется только многократная циркуляция воздуха.

Современные лесосушильные камеры имеют прямое побуждение воздуха, создаваемое осевыми или центробежными вентиляторами.

В зависимости от направления движения сушильного агента различают камеры с вертикальным или горизонтальным кольцом циркуляции. Вентиляторные установки в камерах с вертикальным кольцом циркуляции расположены в верхней части над штабелями, а с горизонтальным - за штабелем.

Конденсационный способ

По принципу действия конденсационный способ относится к замкнутому циклу, т.е. сушильный агент совершает циркуляцию по камере без выброса в атмосферу и, соответственно, без подпитки свежим воздухом. Воздух, насыщенный влагой, отобранной из древесины, омывает холодную поверхность и охлаждается до температуры ниже точки росы. Часть влаги, содержащейся в воздухе, конденсируется, а теплота, выделенная при этом, используется для подогрева сушильного агента. В качестве охладителя используется фреон.

Теоретически конденсационный сушильный цикл с холодильником, играющим роль теплового насоса, характеризуется нулевым расходом тепла на испарение влаги. Затраты электроэнергии здесь идут на прогрев материала и теплопотери, а также на привод компрессора и вентиляторов. Для компенсации теплопотерь агрегат снабжается дополнительным калорифером с внешним электропитанием.

Из-за свойств фреона, который используется в качестве хладагента, в конденсационных камерах применяются низкотемпературные режимы сушки с температурой не выше 45°С. При повышении температуры сушильного агента более 45°С КПД таких сушилок понижается. Поэтому производительность их малая, так как продолжительность процесса в 2 - 3 раза больше, чем в камерных сушилках. Эти сушилки следует использовать в тех случаях, когда электроэнергия является наиболее дешёвой по сравнению со всеми другими теплоносителями.

Учитывая, что этот способ даёт сокращение энергозатрат, перспективной является разработка новых конденсационных сушильных камер с холодильными установками на хладагенте, позволяющем применять нормальные режимы сушки.

Размещено на Allbest.ru