Режимы сушки лиственничных пиломатериалов в сушильных камерах периодического действия

УДК

674.047

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2018.5.151

Аннотация

В статье разрабатываются режимы сушки лиственничных пиломатериалов, основанные на положениях, принципиально отличающихся от тех, что заложены в современные режимы. Предполагается, что в процессе сушки влага в древесине перераспределяется в составе водного раствора экстрактивных веществ. При этом движущей силой массопереноса является перепад давлений, что позволяет рассматривать сушку как одну из разновидностей баромембранного переноса. Основной источник сопротивления переносу влаги – полимерная пленка, которая формируется на поверхности доски из экстрактивных веществ на начальной стадии сушки. Цель исследования – разработка основных положений формирования режимов сушки лиственничных пиломатериалов. Предполагается, что тепловая энергия, которая подводится к высушиваемому сортименту, расходуется на создание условий возникновения избыточного давления. Данный эффект объясняется образованием парогазовой смеси в результате химико-физической активности древесины лиственницы. Поэтому температура древесины служит своеобразной мерой протекания определенной группы физико-химических процессов. В результате устанавливаются химический состав и объем смеси. Уровень температуры также определяет проницаемость системы межклеточных мембран. В результате массопереноса на поверхность доски выводится содержимое полостей клеток древесины лиственницы: влага в жидком и газообразном состоянии, водорастворимые вещества (арабиногалактан), газовая смесь, в состав которой входят такие вещества, как серосодержащие соединения, вода, спирты, фенолы, карбоновые кислоты. В жидкой составляющей присутствует значительное количество водорастворимых веществ, в которых основная доля приходится на арабиногалактан, обладающий полиэлектролитными свойствами. Все эти вещества способны изменять свое физическое состояние в зависимости от внешних условий. Следующим этапом процесса удаления влаги из древесины лиственницы является массообмен, который следует рассматривать как процесс разделения на три основных группы веществ: одна испаряется – это парогазовая смесь и часть влаги, вторая – сливается на пол сушильной камеры, третья, к которой относится арабиногалактан, – накапливается на поверхности. Как показали опытные сушки, наличие на поверхности доски данной группы веществ в виде полимерной пленки оказывает значительное влияние на процесс удаления влаги из древесины лиственницы.

Сведения об авторах

Ш.Г. Зарипов, д-р техн. наук, проф.
Лесосибирский филиал Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, ул. Победы, д. 29, г. Лесосибирск, Красноярский край, Россия, 662543;
e-mail: zaripov_sh@mail.ru

Ключевые слова

массоперенос, массообмен, лиственничные пиломатериалы, режимы сушки, арабиногалактан

Для цитирования

Зарипов Ш.Г. Режимы сушки лиственничных пиломатериалов в сушильных камерах периодического действия // Лесн. журн. 2018. № 5. С. 151–160. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.151

Литература

1. Бабкин В.А., Малков Ю.А., Остроухова Л.А., Онучина Н.А., Еськова Л.А. Эффективный антиоксидант из древесины лиственницы // Хвойные бореальной зоны. 2003. № 1. С. 108–113.
2. Василевская B.B., Хохлов A.P. К теории заряженных полимерных сеток // Математические методы для исследования полимеров: материалы II всесоюз. совещ.: сб. / под ред. И.М. Лифшица и А.М. Молчанова. Пущино: АН СССР, Науч. центр биол. исслед., 1982. С. 45–52.
3. Зарипов Ш.Г. Рациональная технология начального прогрева лиственничных пиломатериалов перед конвективной сушкой // Хвойные бореальной зоны. 2012. Т. XXХ, № 3-4. С. 347–350.
4. Зарипов Ш.Г. Совершенствование технологии сушки лиственничных пиломатериалов: дис. … д-ра техн. наук. Архангельск, 2016. 243 с.
5. Кречетов И.В. Сушка древесины. 3-е изд., перераб. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 432 с.
6. Серговский П.С., Расев А.И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины: учеб. для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Лесн. пром-сть, 1987. 360 с. 7. Филиппова О.Е. «Восприимчивые» полимерные гели // Высокомолекулярные соединения. Сер. С. 2000. Т. 42, № 12. С. 2328–2352.
8. Шубин Г.С. Физические основы и расчет процессов сушки древесины. М.: Лесн. пром-сть, 1973. 248 с.
9. Хванг С.-Т., Каммермейер К. Мембранные процессы разделения. М.: Химия, 1981. 464 с.
10. Хохлов А.Р., Дормидонтова Е.Е. Самоорганизация в ион-содержащих полимерных системах // Успехи физ. наук. 1997. Т. 167, № 2. С. 113–128.
11. Alexiou P.N., Wilkins P., Hartley J. Effect of Pre-Steaming on Drying Rate, Wood Anatomy and Shrinkage of Regrowth Eucalyptus pilularis Sm. // Wood Science Technology. 1990. No. 24. Pp. 103–110.
12. Avramidis S., Hatzikiriakos S.G., Siau J.F. An Irreversible Thermodynamics Model for Unsteady-State Nonisothermal Moisture Diffusion in Wood // Wood Science and Technology. 1994. No. 28. Pp. 349–358.
13. Baronas R. Ivanauskas F. Reducing Spatial Dimensionality in a Model of Mois-ture Diffusion in a Solid Material // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2004. Vol. 47, iss. 4. Pp. 699–705.
14. Bengtsson P., Sanati M. Measurement and Mathematical Modeling of the Hydro-carbon Emissions from Wood Drying // Proceedings of the 14th International Drying Sym-posium. São Paulo, Brazil, August 22–25, 2004. São Paulo, Brazil, 2004. Vol. B. Pp. 1352–1359.
15. Chen P., Pei D.C.T. A Mathematical Model of Drying Processes // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1989. Vol. 32, no. 2. Pp. 297–310.
16. Comstock G.L. Moisture Diffusion Coefficients in Wood as Calculated from Adsorption Desorption and Steady State Data // Forest Products Journal. 1963. Vol. 13, no. 3. Pp. 97–103.
17. Haghi A.K. A Mathematical Model of the Drying Process // Acta Polytechnica. 2001. Vol. 41, no. 3. Pp. 20–23.
18. Krischer O. Der Wärme- und Stoffaustausch im Trocknungsgut. Die analytische und grafische Behandlung der Trocknung poriger hygroskopischer Güter VDI-Forschungsheji 415. Berlin: NW 7 VDI-Verlag GmbH, 1942.
19. Krischer O., Kast W. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik. Berlin: Springer Verlag, 1978. 489 S.
20. Tuttle F. A Mathematical Theory of the Drying of Wood // Journal of the Frank-lin Institute. 1925. Vol. 200, iss. 5. Pp. 609–614.

Поступила 25.04.17

Ссылка на английскую версию:

Schedules of Larch Sawn Timber Drying in Intermittent Kiln

UDC 674.047
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.151

Schedules of Larch Sawn Timber Drying in Intermittent Kiln

Sh.G. Zaripov, Doctor of Engineering Sciences, Professor
The Lesosibirsk branch of the Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, ul. Pobedy, 29, Lesosibirsk, Krasnoyarsk region, 662543, Russian Federation;
e-mail: zaripov_sh@mail.ru

The article provides development of drying schedules of larch sawn timber based on con-cepts fundamentally different from those incorporated in present-day schedules. It is assumed that wood moisture is redistributed being a part of extractives water solution during drying. The pressure difference is a factor of mass transfer. Thus, it is possible to consider drying as a type of barmembrane transfer. At the initial stage of drying only a polymer film formed on the board surface from extractives provides resistance to moisture transfer. The purpose of the research is laying out the fundamental principles of formation of drying schedules of larch sawn timber. It is assumed that thermal energy brought to the drying lumber is expended for creating conditions of excessive pressure generation. This effect is explained by the formation of a steam gas mixture as a result of the chemical and physical activity of larch wood. Therefore, the wood temperature is a peculiar parameter of physical and chemical processes group. As a result mixture chemical composition and volume are established. The temperature level also determines the permeability of the intercellular membrane system. The contents of the larch wood cells lumen are derived to the board surface as a result of the mass transfer: moisture in liquid and gaseous state, water-soluble sub-stances (arabinogalactan) and a gas mixture which consists of sulfur-containing compounds, water, alcohols, phenols, carboxylic acids. There is a significant amount of water-soluble substances, mainly consist of arabinogalactan, in the liquid component. This substance has polyelectrolyte properties. All these substances are capable to change their physical state depending on external conditions. The next stage of removing the moisture from larch wood is mass exchange. It should be considered as a process of substances separation into three main groups. The first is a steam gas mixture and a part of moisture. It evaporates. The se-cond is drained on the floor of the drying chamber. The third includes substances (arabino-galactan) accumulated on the surface. Experimental drying showed that the presence of the third group of substances in the form of polymer film on the board surface has a significant effect on the moisture removal from larch wood.

Keywords: mass transfer, mass exchange, larch sawn timber, drying schedules, arabinogalactan.

REFERENCES

1. Babkin V.A., Malkov Yu.A., Ostroukhova L.A., Onuchina N.A., Es’kova L.A. Effektivnyy antioksidant iz drevesiny listvennitsy [Effective Larch Wood Antioxidant]. Khvoynyye boreal’noy zony [Hardwood of Boreal Zone], 2003, no. 1, pp. 108–113.
2. Vasilevskaya B.B., Khokhlov A.P. K teorii zaryazhennykh polimernykh setok [On the Theory of Charged Polymer Networks]. Matematicheskiye metody dlya issledovaniya polimerov: materialy II vsesoyuz. soveshchaniya: sb. [Mathematical Methods for Study-ing the Polymers. II All-Union Meeting Proceedings]. Ed. by I.M. Lifshitsa, A.M. Molchanova, Pushchino, AN SSSR, Nauch. tsentr biol. issled Publ., 1982, pp. 45–52.
3. Zaripov Sh.G. Ratsional’naya tekhnologiya nachal’nogo progreva listvennichnykh pilomaterialov pered konvektivnoy sushkoy [Rational Technology of Initial Heating of Larch Sawn Timber before Convective Drying]. Khvoynyye boreal’noy zony [Hardwood of Boreal Zone], 2012, vol. 30, no. 3–4, pp. 347–350.
4. Zaripov Sh.G. Sovershenstvovanie tekhnologii sushki listvennichnyh pilomaterialov: dis. … d-ra tekhn. nauk. [Improvement of Technology of Larch Sawn Timber Drying: Dr. Techn. Sci. Diss.]. Moscow, 2016. 243 p.
5. Krechetov I.V. Sushka drevesiny [Drying of Wood]. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1980. 432 p. (In Russ.)
6. Sergovskiy P.S., Rasev A.I. Gidrotermicheskaya obrabotka i konservirovaniye drevesiny: ucheb. dlya vuzov [Hydrothermal Treatment and Preservation of Wood. Texbook for University]. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1987. 360 p. (In Russ.)
7. Filippova O.E. «Vospriimchivyye» polimernyye geli [Sensitive Polymer Gels]. Vysokomolekulyarnyye soyedineniya. Ser. S [Polymer Science. Series S], 2000, vol. 42, no. 12, pp. 2328–2352.
8. Shubin G.S. Fizicheskiye osnovy i raschet protsessov sushki drevesiny [Physical Basis and Calculation of Wood Drying Processes]. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1973. 248 p. (in Russ.)
9. Hwang S.-T., Kammermeyer K. Membrannyye protsessy razdeleniya [Membranes in Separations]. Trans. from Eng. by E.P. Morgunova, Yu.N. Zhilin, ed. by prof. Yu.I. Dytnerskiy, Moscow, Khimiya Publ., 1981. 464 p. (In Russ.)
10. Khokhlov A.R., Dormidontova E.E. Samoorganizatsiya v ion-soderzhashchikh polimernykh sistemakh [Self-Organization in Ion-Containing Polymer Systems]. Uspekhi Fizicheskikh Nauk [Physics-Uspekhi (Advances in Physical Sciences)], 1997, vol. 167, no. 2, pp. 113–128.
11. Alexiou P.N., Wilkins P., Hartley J. Effect of Pre-Steaming on Drying Rate, Wood Anatomy and Shrinkage of Regrowth Eucalyptus pilularis Sm. Wood Science Tech-nology, 1990, no. 24, pp. 103–110.
12. Avramidis S., Hatzikiriakos S.G., Siau J.F. An Irreversible Thermodynamics Model for Unsteady-State Nonisothermal Moisture Diffusion in Wood. Wood Science and Technology, 1994, no. 28, pp. 349–358.
13. Baronas R. Ivanauskas F. Reducing Spatial Dimensionality in a Model of Moisture Diffusion in a Solid Material. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2004, vol. 47, iss. 4, pp. 699–705.
14. Bengtsson P., Sanati M. Measurement and Mathematical Modeling of the Hydrocarbon Emissions from Wood Drying. Proceedings of the 14th International Drying Symposi-um. São Paulo, Brazil, August 22–25, 2004. São Paulo, Brazil, 2004, vol. B, pp. 1352–1359.
15. Chen P., Pei D.C.T. A Mathematical Model of Drying Processes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 1989, vol. 32, no. 2, pp. 297–310.
16. Comstock G.L. Moisture Diffusion Coefficients in Wood as Calculated from Adsorption Desorption and Steady State Data. Forest Products Journal, 1963, vol. 13, no. 3, pp. 97–103.
17. Haghi A.K. A Mathematical Model of the Drying Process. Acta Polytechnica, 2001, vol. 41, no. 3, pp. 20–23.
18. Krischer O. Der Wärme- und Stoffaustausch im Trocknungsgut. Die analytische und grafische Behandlung der Trocknung poriger hygroskopischer Güter VDI-Forschungsheji 415. Berlin, NW 7 VDI-Verlag GmbH, 1942.
19. Krischer O., Kast W. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik. Trocknungstechnik. Band 1. Berlin, Springer Verlag, 1978. 489 S.
20. Tuttle F. A Mathematical Theory of the Drying of Wood. Journal of the Franklin Institute, 1925, vol. 200, iss. 5, pp. 609–614.

Received on April 25, 2017

---

For citation: Zaripov Sh.G. Schedules of Larch Sawn Timber Drying in Intermittent Kiln. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2018, no. 5, pp. 151–160. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.151