Особенности сушки хвойных пиломатериалов при пониженном давлении среды

УДК

DOI:

Аннотация

Рассмотрен процесс конвективной сушки хвойных пиломатериалов при непрерывной циркуляции сушильного агента в условиях пониженного давления среды. Установле- но, что заметное снижение скорости циркуляции сушильного агента в камере проис- ходит при давлении среды 50 кПа и менее. Давление насыщения водяного пара в су- шильной среде однозначно и логарифмически зависит от температуры, поэтому с по- нижением давления среды температура кипения воды снижается, коэффициенты диффузии и самодиффузии водяного пара, а также влагосодержание сушильной среды увеличиваются. В связи с этим определяется тепло- и массоперенос при пониженном давлении среды. Коэффициенты диффузии при пониженном давлении возрастают. Интенсивность процесса сушки в вакууме зависит от внутренней диффузии влаги к поверхности древесины. Влагосодержание сушильного агента, определяемое парци- альным давлением водяного пара в вакуумной камере (автоклаве), увеличивается с понижением давления. Для интенсификации испарения влаги из древесины необхо- димо, чтобы температура древесины была равна температуре кипения влаги или пре- вышала ее. Испаряясь, влага охлаждает поверхность древесины, в результате чего увеличивается внутренняя диффузия влаги к ее поверхности. Внутри древесины воз- никает избыточное давление, которое релаксируется в зависимости от ее гидравлического сопротивления. После релаксации давления в древесине температура насыще- ния будет ниже температуры влаги, и влага вскипает по всему объему древесины. Сушку проводят в вакуумной сушильной камере – автоклаве. Для конденсации водя- ного пара из сушильного агента корпус автоклава выполнен двойным в целях охла- ждения водой. Сконденсированная в процессе сушки влага собирается в градуирован- ную емкость с водомером. При начальной влажности пиломатериалов по объему кон- денсата можно определить текущую влажность древесины. Разовая вместимость ав- токлава – до 22 м3  пиломатериалов. Одновременно работают три автоклава. Исполь- зование пониженного давления среды в процессе конвективной сушки хвойных пи- ломатериалов на 13…26 ч снижает ее продолжительность. Процесс сушки контроли- руют с пульта управления по температуре древесины и состоянию среды в сушильной вакуумной камере.

Сведения об авторах

А.А. Горяев, канд. техн. наук, доц. 

В.И. Мелехов, д-р техн. наук, проф. 

Н.Б. Баланцева, канд. техн. наук, доц. 

О.А. Калиничева, канд. техн. наук, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: ark16111936@gmail.com

Ключевые слова

Литература

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адриано Д. Особенности испарения воды со свободной поверхности и с поверхности древесины в условиях вакуумной сушки // Revista padurilor – industry lemnulei celulosa sihirti. RSR. 1980. Т. 31, № 3.

2. Лэмб Ф.М., Венгерт Ю.М. Оценка новых методов при сушке твердой древе- сины // Forest Industries. 1982. Т. 109, № 13. С. 21–22.

3. Герман Г. Вакуумная сушка – состояние техники и прогнозы на будущее // HOB. 1980. № 4.

4. Горяев А.А. Современные вакуумные лесосушильные камеры: обзор. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1985. 32 с.

5. Горяев А.А., Мелехов В.И. Установка  для сушки древесины:  а.с. 1983. Бюл. № 45. С. 164.

6. Горяев А.А., Попов Н.Ю. Определение параметров воздуха по Id-диаграмме при пониженном давлении // Сушка и защита древесины: науч. тр. Архангельск: ЦНИИМОД, 1985. С. 59–68.

7. Кречетов И.В. Сушка древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 432 с.

8. Ли Энди В.К., Харрис Р.А. Свойства пиломатериалов из древесины дуба красного, высушенных высокочастотным и конвективным методами // Forest Products J. 1984. Т. 34, № 5. С. 56–58.

9. Паньоци М. Вакуумная сушка древесины // Деревообраб. и мебел. пром-сть // НРБ. 1984. № 1.

10. Петухов С.В., Баланцева Н.Б., Горяев А.А. Конвективно-вакуумная сушка хвойных пиломатериалов // «Развитие Северо-Арктического региона: проблемы и решения»: материалы науч. конф. САФУ. Архангельск: ИД САФУ, 2015. С. 129–131.

11. Попов Н.Ю. Об особенностях комбинированной конвективно- диэлектрической сушки древесины при пониженном давлении среды // Сушка и за- щита древесины: науч. тр. Архангельск: ЦНИИМОД, 1985. С. 69–71.

12. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1980. 424 с.

13. Руководящие технические материалы по технологии камерной сушки пиломатериалов. Архангельск: Научдревпром–ЦНИИМОД, 2000. 125 с.

14. Серговский П.С. Гидротермическая обработка древесины. М.; Л.: Гослесбу- миздат, 1975. 400 с.

15. Харрис Р.А., Тарас М.А. Сравнение распределения влагосодержания, напряжения и усушки в пиломатериалах из древесины красного дуба при сушке с помощью вакуумно-высокочастотного процесса и в конвективной сушилке // Forest Products J. 1984. № 34(1). С. 44–54.

Ссылка на английскую версию:

UDC 674.047.38

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.5.132

Features of Softwood Lumber Drying Under Reduced Medium Pressure

A.A. Goryaev, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor

V.I. Melekhov, Doctor of Engineering Sciences, Professor

N.B. Balantseva, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor O.A. Kalinicheva, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation; е-mail: ark16111936@gmail.com

The paper considers the convective drying of softwood lumber at the continuous circulation of a drying agent under low pressure. A noticeable rate reduction of the drying agent circu- lation takes place in the kiln at a pressure of 50 kPa and less. The water-vapor saturation pressure in the drying medium is uniquely and logarithmically dependent on a temperature. That is why the steam point reduces with decrease of a medium pressure. Moreover the dif- fusion and self-diffusion coefficients of water vapor and the moisture content of the drying medium increase. In connection with these phenomena, heat- and mass transfer under re- duced medium pressure is determined. The diffusion coefficients under reduced pressure increase. The intensity of the vacuum drying process depends on the internal diffusion of moisture to the wood surface. The moisture content of the drying agent determined by the partial pressure of water vapor in a vacuum kiln increases with decreasing pressure. The temperature of wood should be equal to the boiling temperature or higher to intensify the evaporation of moisture from wood. The evaporating moisture cools the wood surface, and the internal diffusion of moisture to the wood surface increases. An overpressure occurs inside the wood, which relaxes depending on the hydraulic resistance of wood. After the relaxation of pressure in wood the saturation temperature is below of the moisture tempera- ture, and moisture boils throughout the wood volume. A drying process is carried out in a vacuum drying kiln – an autoclave. The autoclave casing is doubled for water-cooling for condensation of water vapor from the drying agent. The condensed moisture is collected in a graduated container with a water meter. In the initial lumber moisture we can determine the current moisture content of wood by a condensate volume. The autoclave single occupancy is up to 22 m3 of sawn timber. Three autoclaves work at the same time. The use of a medium low-pressure in the process of convective drying of softwood lumber reduces its duration by 13...26 hours. The drying process is controlled by the remote control using the wood temperature and medium condition in a vacuum drying kiln.

Keywords: drying, timber, vacuum, degree of saturation, drying agent, superheated steam, equilibrium moisture content, diffusion, heat conduction, circulation, pressure.

REFERENCES

1. Adriano D. Osobennosti ispareniya vody so svobodnoy poverkhnosti i s poverkh- nosti drevesiny v usloviyakh vakuumnoy sushki [Features of Water Evaporation from a Free Surface and a Wood Surface in a Vacuum Drying]. Revista padurilor – industria lemnului celuloza si hartie – RSR, 1980, vol. 31, no. 3.

2. Lamb F.M., Wengert E.M. Hardwood Drying Test Evaluates New Methods. For- est Industries, 1982, vol. 109(13), pp. 21–22.

3. Herman G. Vacuum Drying – State of the Art and Future Projections. HOB, 1980, no. 4.

4. Goryaev A.A. Sovremennye vakuumnye lesosushil'nye kamery: obzor [Modern Vacuum Wood-Drying Kilns: a Review]. Moscow, 1985. 32 p.

5. Goryaev A.A., Melekhov V.I. Ustanovka dlya sushki drevesiny [Apparatus for Wood Drying]. Certificate of Authorship, 1983. Bulletin no. 45, p. 164.

6. Goryaev A.A., Popov N.Yu. Opredelenie parametrov vozdukha po Id-diagramme pri ponizhennom davlenii [Defining of Air Parameters by the ID-Diagram under Reduced Pressure]. Sushka i zashchita drevesiny [Drying and Wood Protection]. Arkhangelsk, 1985, pp. 59–68.

7. Krechetov I.V. Sushka drevesiny [Wood Drying]. Moscow, 1980. 432 p.

8. Lee A.W.C., Harris R.A. Properties of Red Oak Lumber Dried by Radio- Frequency /  Vacuum Process and Dehumidification Process. Forest Products J., 1984, no. 34(5), pp. 56–58.

9. Panotstsi M. Vacuum Drying of Wood. Woodworking and furniture industry,1984, no. 1.

10. Petukhov S.V., Balantseva N.B., Goryaev A.A. Konvektivno-vakuumnaya su- shka khvoynykh pilomaterialov [Convective and Vacuum Softwood Lumber Drying]. “Razvitie Severo-Arkticheskogo regiona: problemy i resheniya”: materialy nauch. konf. SAFU [“Development of the Northern Arctic Region: Problems and Solutions”: Proc. Conf. NArFU]. Arkhangelsk, 2015, pp. 129–131.

11. Popov     N.Yu.     Ob     osobennostyakh    kombinirovannoy    konvektivno- dielektricheskoy sushki drevesiny pri ponizhennom davlenii sredy [On the Specifics of the Combined Convective and Dielectric Timber Drying under Medium Reduced Pressure]. Sushka i zashchita drevesiny [Drying and Wood Protection]. Arkhangelsk, 1985, pp. 69–71.

12. Rivkin S.L., Aleksandrov A.A. Teplofizicheskie svoystva vody i vodyanogo para

[Thermal Properties of Water and Steam]. Moscow, 1980. 424 p.

13. Rukovodyashchie tekhnicheskie materialy po tekhnologii kamernoy sushki pilo- materialov [Reference Specification for Chamber Lumber Drying Technology]. Arkhan- gelsk, 2000. 125 p.

14. Sergovskiy P.S. Gidrotermicheskaya obrabotka drevesiny [Hydrothermal Treat- ment of Wood]. Moscow; Leningrad, 1975. 400 p.

15. Harris R.A., Taras M.A. Comparison of Moisture Content Distribution, Stress Distribution, and Shrinkage of Red Oak Lumber Dried by a Radio-Frequency / Vacuum Drying Process and a Conventional Kiln. Forest Products J., 1984, no. 34(1), pp. 44–54.