Пресс - вакуумные сушильные камеры

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ.
ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ.
Изготовленные из сырой древесины изделия с течением времени изменяют свои размеры. Поэтому древесину перед дальнейшей переработкой нужно высушить! Сушка происходит путем перемещения влаги от середины к поверхности древесины и испарения воды с поверхности. Перемещение воды в объеме древесины занимает значительно большее время, чем испарение с поверхности. Древесина состоит из клеток удлиненной формы, расположенных вдоль оси ствола. Стенки клеток пронизаны микрокапиллярами. Влага в древесине находится в полостях клеток и в микрокапиллярах стенок. Та вода, которая содержится в полостях клеток, называется свободной. Влага в микрокапиллярах стенок клеток называется связанной или гигроскопической.

Свободная вода, которая находится внутри клеток, в процессе сушки удаляется первой. Этот этап сушки дерева считается более опасным. Возможно появление внутренних дефектов - трещин и разрывов. Когда влажность дерева достигнет уровня 28-30% (эта величина практически не зависит от вида древесины), это означает, что вся свободная вода удалена. С этого момента начинается процесс удаления связанной воды из стенок клеток. И с этого момента начинается процесс усушки. Усушка - это уменьшения линейных и объемных размеров. В процессе удаления свободной воды усушки не происходит. В деревообработке для количественной характеристики содержания влаги в древесине используют понятие абсолютная влажность, которая представляет собой процентное отношение массы влаги, содержащейся в древесине, к массе абсолютно сухой древесины. Существуют два способа сушки дерева: атмосферный и искусственный. Атмосферная сушка производится в штабелях, омываемых воздухом без подогрева. Достоинство атмосферной сушки - низкая стоимость. Недостатки: сезонность (зимой практически прекращается), большая продолжительность, высокая конечная влажность. Для ускорения процесса получения качественной продукции из исходного сырья применяется искусственная сушка древесины в сушильных камерах. По способу нагрева древесины сушильные установки разделяются:

Конвективные - нагрев древесины производится проходящим через штабель нагретым воздухом.
Кондуктивные - передача теплоты материалу при непосредственном контакте с нагретыми поверхностями.
Радиационные - передача тепла излучением.
Диэлектрические - нагрев электромагнитным полем высокой частоты.
Индукционные - электромагнитным полем промышленной частоты нагреваются расположенные внутри штабеля ферромагнитные пластины.

Сушильные установки разделяются еще на две категории:

Нормального давления - древесина сушится при атмосферном давлении;
Вакуумные - при сушке древесина находится в разреженной среде.

При искусственной сушке материала стоят три задачи:

Получить продукцию высокого качества с необходимой конечной влажностью.
Провести процесс сушки за минимальное время.
Затратить минимальное количество энергии.

В процессе сушки трудным моментом является создание условий, которые ускоряют движение воды из сердцевины древесины к ее поверхности. Действуют следующие законы, которые регулируют движение воды в древесине. Скорость перемещения влаги в древесине зависит:

От температуры (табл. 1).
От степени вакуума в сушильной камере (табл. 2).
От перепада температур. Вода движется из мест, имеющих высокую температуру, к местам с низкой температурой.
От разности концентраций. Вода движется из мест более насыщенных влагой к местам с меньшей насыщенностью.

Действует также следующий закон физики:
Температура кипения воды зависит от давления окружающего воздуха (табл. 3). При атмосферном давлении 760 мм. рт. ст. вода кипит при температуре 100оС.

ТАБЛИЦА 1. Воздействие температуры (при влажности дерева 50%).
Температура С Коэффициент переноса влаги 10 в -5 степени см/сек
25 0,257
40 0,398
50 0,558
60 0,729
80 1,315

ТАБЛИЦА 1. Воздействие температуры (при влажности дерева 50%).
Температура С	Коэффициент переноса влаги 10 в -5 степени см/сек
25	0,257
40	0,398
50	0,558
60	0,729
80	1,315

ТАБЛИЦА 2. Влияние давления воздуха (при температуре дерева 40°С).
Давление кПа Коэффициент переноса влаги 10 в -5 степени см/сек
101 (атмосферное) 0,38
64 0,41
32 0,60
16 0,83
8,3 1,78

ТАБЛИЦА 2. Влияние давления воздуха (при температуре дерева 40°С).
Давление кПа	Коэффициент переноса влаги 10 в -5 степени см/сек
101 (атмосферное)	0,38
64	0,41
32	0,60
16	0,83
8,3	1,78

ТАБЛИЦА 3 Температура кипения воды
Давление мм. рт. ст. Коэффициент переноса влаги 10 в -5 степени см/сек
760 100
304 75,4
152 59,7
76 45,4
38 32,5
7,6 6,6

ТАБЛИЦА 3 Температура кипения воды
Давление мм. рт. ст.	Коэффициент переноса влаги 10 в -5 степени см/сек
760	100
304	75,4
152	59,7
76	45,4
38	32,5
7,6	6,6

Из всего вышеприведенного следует, что применение вакуума при сушке древесины позволяет существенно ускорить процесс. И при выборе оборудования для сушки пиломатериала вакуумным установкам следует отдавать предпочтение.

Вакуумные сушильные камеры производятся в большом количестве на разные объемы загружаемого материала.

Конвективные вакуумные сушильные установки представляют на рынке самую большую группу. Способ нагрева высушиваемого материала не позволяет использовать низкое давление воздуха в камере, поскольку этот же воздух является теплоносителем. Внутри камеры установлены вентиляторы, работающие при пониженном давлении. Стоимость высокая.

Вакуумные камеры с диэлектрическим высокочастотным нагревом способны обеспечить действие всех четырех вышеприведенных законов, способствующих повышению скорости перемещения древесной влаги из сердцевины на поверхность. В процессе сушки нагрев древесины происходит по всему объему по принципу микроволновой печи. Стоимость выше конвективных камер. Требуют высокой квалификации при обслуживании.

Радиационный и индуктивный способ нагрева в вакуумных сушильных установках применяется редко.

Вакуумные сушильные установки с кондуктивным нагревом применяются весьма успешно. В качестве нагревателей, прокладываемых между слоями древесины по всей площади штабеля, используют плоские нагревательные пластины, по которым циркулирует горячая вода. Применяют также электрические нагреватели из углеродной ткани, которые питаются непосредственно от сети. Выпускается камера с электрическими нагревательными пластинами в корпусе из нержавеющей стали, внутри которого размещены нихромовые нагреватели. Цена средняя. Просты в обслуживании.
В вакуумной сушильной установке весьма выгодно использовать еще одно свойство вакуума.

Дело в том, что древесина имеет некоторые присущие ей неоднородности строения:

сучья;

спиралеобразная форма древесных волокон;

внутреннее напряжение древесины, в силу воздействия ветра и различного рода внешних механических усилий.

Это вызывает серьезные дефекты в конечном продукте независимо от используемого метода сушки. Некоторые из этих дефектов - коробление, кривизна, загибание и т.д. Практика показала, что такие дефекты могут быть устранены путем использования относительно простого метода. Необходимо обеспечить сжатие хорошо уложенного штабеля древесины. Для этого в производстве применяют пружинные стяжки, пневмоприжимы, нагрузку штабеля бетонными плитами и т.д. Если в процессе сушки древесину удерживать в сжатом состоянии, то по окончании сушки получается идеально ровный пиломатериал.

Все приспособления для сжатия высушиваемого штабеля древесины в вакуумной установке можно очень эффективно заменить воздействием атмосферного давления.

Стенки сосуда, из которого откачан воздух, атмосферное давление сжимает с силой 1 кг на 1 квадратный сантиметр. Эту силу целесообразно использовать.

ВАКУУМНАЯ СУШИЛЬНАЯ КАМЕРА
Вакуумная камера для сушки древесины с контактным нагревом и вакуумным сжатием.

В данной установке реализованы все принципы эффективного вывода влаги из древесины и получения идеально ровного пиломатериала при высоком качестве древесины.

Рис. 1.
Схематичный поперечный разрез.

Герметичный корпус камеры
Высушиваемый пиломатериал
Нагревательные элементы
Эластичная мембрана
Термоизолирующая прокладка
Теплоизоляционная прокладка
Прижимная пластина

При откачке воздуха из камеры вакуумным насосом атмосферное давление через мембрану и днище камеры сжимает штабель высушиваемого материала с силой 10000 кг на 1 квадратный метр. Древесина нагревается плоскими нагревательными элементами.

Вакуумный насос подключается шлангом через патрубок к внутреннему объему камеры. Насосы долговечны и могут работать длительное время. К насосу должна подводиться техническая вода.

Микропроцессорный блок контроля и управления в ручном или автоматическом режиме выполняет следующие функции:

Измерение и поддержание заданной температуры нагревательных элементов.
Включение вакуумного насоса и измерение давления в камере.
Измерение в трех точках влажности высушиваемого материла.
Управление технологическим процессом сушки в автоматическом режиме. Поддержание параметров процесса в текущей зависимости от влажности древесины.
Цифровую индикацию температуры, давления, влажности древесины.
Индикацию аварийного состояния.

Технические характеристики вакуумной камеры:
Габаритные размеры, м	4,75х1,45х1 или 6,75х1,45х1
Полезный объем загружаемой древесины, куб. м	3 или 4,5
Максимальная длина доски, м	4,2 или 6,2
Максимальная температура нагрева, oС	90
Максимальная потребляемая мощность от сети 220В, 50Гц, кВт	4,5 или 6,75
Максимальная потребляемая мощность от трехфазной сети 380В, 50Гц, кВт	1,5
Давление в камере, мм. рт. ст.	50...80
Расход технической воды, л/мин	0,3

Реальное значение потребляемой нагревателями мощности по цепи 220В 50Гц зависит от температуры в сушильной камере, температуры окружающей среды и начальной влажности дерева.

Время сушки доски толщиной 20 мм от Wнач=50% до Wкон=8% в часах:

Дуб - 108
Сосна - 18
Береза - 22

Вакуумная сушильная камера.

Древесина загружается вручную. Доски укладываются в открытую камеру слоями максимально плотно. Сверху каждого слоя укладывается нагреватель. Штабель закрывается сверху прижимной пластиной. Камера закрывается крышкой. Застегиваются замки, прижимающие крышку к корпусу.

Процесс сушки состоит из трех стадий:

Разогрев древесины.
Включение вакуума (нагрев продолжается).
Отключение нагрева. Охлаждение древесины.

Для каждой породы древесины, для каждой толщины и начальной влажности пиломатериала устанавливается значение температуры нагрева на первой стадии. Но в любом случае при переходе на вторую стадию температура должна быть выше температуры кипения воды при давлении 80 мм. рт. ст.

Давление остаточного воздуха в камере измеряется и контролируется, но не регулируется.

Выделяющая из древесины влага испаряется. Частично пар отсасывается вакуумным насосом. Часть влаги конденсируется на полу и стенках камеры и стекает в специальную емкость из которой периодически удаляется.

В процессе сушки блок управления измеряет в трех точках (с помощью установленных при укладке древесины кернов) текущее значение влажности и выбирает большее. Когда влажность самого сырого материала снижается до заданного значения, блок управления переходит на следующую ступень запрограммированного режима. При достижении заданной конечной влажности блок управления выключает установку.

Процесс сушки можно вести в ручном режиме. Устанавливается необходимое значение температуры и блок управления эту температуру поддерживает.

Предусмотрена индикация аварийного состояния при превышении температуры, обрыве в цепи нагревательных элементов и снижении степени вакуума.

Каждый нагревательный элемент имеет тепловой предохранитель, который расплавляется при температуре 95 градусов и прекращает нагрев.

По окончании процесса блок управления полностью отключает нагрев. Древесина начинает остывать. После остывания материала до температуры 35:40 градусов контроллер отключает вакуумный насос. Процесс окончен.

Если вышеизложенная информация заинтересовала Вас, как потребителя, пишите