Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЕЕ СУШКИ

Макартичян С В, Шилин А Н, Стрижиченко А В,

4.6.3. Численный анализ импульсных режимов конвективной сушки пиломатериалов

Достичь энергоэффективности и реализовать потенциал энергосбережения при сохранении качества высушенного изделия можно при применении режима импульсной конвективной сушки, описанного в [38]. Сущность его заключается в ведении процесса сушки циклами, содержащими импульс и паузу. На стадии импульса происходит интенсивный подвод тепла к материалу, сушка происходит посредством циркуляции через штабель воздуха с повышенной температурой и низкой относительной влажностью. Эта стадия характеризуется высокой интенсивностью сушки, максимально возможной, с точки зрения развития сушильных напряжений, скоростью удаления влаги из древесины, большим градиентом влажности по толщине пиломатериала. Возникающие в материале механические напряжения сравнительно малы, а деформации являются преимущественно упругими из-за малой продолжительности этой стадии.

На стадии паузы нагревательные элементы и принудительная циркуляция агента сушки отключены, и происходит следующее: степень насыщенности воздуха возрастает из-за продолжающегося испарения воды из материала, поверхность древесины увлажняется из-за роста равновесной влажности, снижается градиент влажности в материале, в нем снимаются напряжения, образуется положительный градиент температуры, который ускоряет движение влаги к поверхности за счет термодиффузии.

На рис. 4.13 представлены графики изменения влажности различных слоев пиломатериала толщиной 40 мм при использовании импульсного режима сушки.

Рис. 4.13. Графики изменения влажности различных слоев древесины во времени: 1 – поверхностный слой; 2 – на глубине 2 мм; 3 – на глубине 4 мм; 4 – на глубине 10 мм; 5 – на глубине 14 мм; 6 – на глубине 16 мм; 7 – на глубине 20 мм

Порода древесины – сосна; температура воздуха 75 °С; τим = 2 ч; τпа = 2 ч. Начальная влажность – 60 %, конечная влажность 6 %, скорость циркуляции 0,68 м/с. Конечная влажность и перепад влажности по толщине материала соответствует I категории качества сушки. Удельные энергозатраты на сушку 1 м3 древесины и удаление 1 кг воды составляют соответственно 374 кВт·ч/м3 и 1,19 кВт·ч/кг, что на 23 % меньше, чем при использовании непрерывного режима сушки при той же температуре для достижения I категории качества сушки. Время сушки составило 248 часов, что на 9 % дольше непрерывного режима сушки при той же температуре. На рис. 4.14 представлен график изменения перепада влажности между поверхностным и центральным слоями древесины при использовании импульсного режима сушки.

Рис. 4.14. График изменения перепада влажности между поверхностным и центральным слоями в импульсном режиме

Из данного графика видно, что наибольшее значение перепада влажности в древесине наблюдается через 18 часов после начала процесса сушки, в это время сушильные напряжения на растяжение поперек волокон максимальны. Также из графика видно, что разность между влажностью центральных слоев древесины и влажностью поверхностного слоя на стадии «пауза» уменьшается по мере высушивания материала. К моменту окончания процесса эта разность оказывается достаточно малой и находящейся в пределах допустимого, с точки зрения качества сушки, перепада влажности по толщине материала.

Приведенный в [38] анализ механических эксплуатационных свойств древесины, прошедшей импульсную сушку, включающий в себя определение предела прочности древесины при сжатии вдоль волокон, при статическом изгибе, статическую плотность и ударную вязкость при изгибе, показывает, что изменений рассматриваемых показателей при импульсной сушке по сравнению с классической не обнаружено.