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,

5.5. Измерение влажности древесины в процессе камерной сушки

Древесина является сложным объектом, т.к. обладает неоднородной структурой и характеризуется различными свойствами в различных направлениях. Процесс влагопереноса в древесине сложен, при этом превышение значений градиентов температуры и влажности при сушке приводят к необратимым механическим изменениям в материале, таким как коробление, растрескивание и т.д.

Процессы влагопереноса в древесине сложны. Движущими его силами при сушке являются градиенты влажности, температуры и давления, и повышенные их значения могут привести к необратимым механическим изменениям в материале. Неравномерность влажности различных слоев древесины приводит к значительным затруднениям при её сушке. Необходимо также учитывать свойство термовлагопроводности древесины при проведении сушки. Если одна зона древесины нагрета сильнее, чем другая, то в материале возникает интенсивный поток влаги от более горячих зон к более холодным.

В процессе сушки древесина может нежелательно изменить окраску под воздействием высокой температуры и влажности сушильного агента, однако при высоких температурах в древесине уничтожаются гнилостные бактерии, грибок и личинки дереворазрушающих насекомых.

Поддержание высокого градиента влажности в процессе сушки приводит к быстрому удалению влаги, сокращает время сушки, однако в таком режиме велика вероятность коробления и растрескивания материала. При низком градиенте влажности сушка древесины будет качественной, однако продолжительность её и энергозатраты велики, а сам процесс – неэкономичным.

Для обеспечения оптимальности сушильного режима необходимо увеличить интенсивность влагопереноса в древесине при поддержании градиентов температуры и влажности ниже критических. Это приведет к сокращению затрат времени и энергии на проведение процесса, что позволит реализовать потенциал энерго- и ресурсосбережения в деревообработке.

В деревообрабатывающей промышленности наиболее распространены конвективно-тепловые сушильные камеры, куда высушиваемая древесина загружается штабелями. При этом в первую очередь подвергаются сушке поверхностные слои древесины и штабеля в целом, и процесс обезвоживания слоев постепенно продвигается внутрь материала. Неравномерность нагрева штабеля или наличие застойных зон циркуляции приводит к неравномерной усушке пиломатериалов, что является причиной технологического брака.

Качество сушки определяется несколькими показателями. К ним относятся средняя величина конечной влажности древесины, равномерность конечной влажности, перепад влажности по толщине материала и остаточные внутренние напряжения. Показатели качества сушки устанавливаются по отношению к определенной партии древесины.

Точное определение показателей качества сушки представляет собой сложную и трудоемкую работу. Среднюю конечную влажность и равномерность ее в партии определяют отбором из штабеля нескольких контрольных досок и выпиловкой из них секций влажности. Показателями равномерности считают наибольшие положительные и отрицательные отклонения фактической влажности секций от средней Wф – Wср.

Перепад влажности по толщине устанавливают по секциям послойной влажности. Выпиленную из доски секцию делят на несколько слоев по толщине. Влажность каждого слоя определяют весовыми анализами.

Требуемая средняя конечная влажность древесины после сушки колеблется для различных изделий в широких пределах и регламентируется стандартами и техническими условиями на них. Она, в частности, составляет для мебели 7–8 %, для столярно-строительных изделий 10–12 %, для тары и деталей строительных конструкций 15–20 %.

Длительность процесса сушки определяется в зависимости от породы древесины, ее толщины и начальной влажности. Для каждой породы и ее толщины существуют разработанные графики сушильного процесса [18]. Качество сушки древесины наряду с толщиной пиломатериала являются определяющими факторами в расчете продолжительности сушки. Для расчета продолжительности сушки древесины различного сортимента разработано множество эмпирических методик. Этими методиками пользуются для расчета производительности сушильных камер и, соответственно, расчета, в зависимости от требуемой производительности, количества необходимых сушильных камер.

Однако указанные методики позволяют лишь приблизительно определить время, необходимое для сушки. Кроме того, существующие графики проведения сушильного процесса необходимо корректировать с учетом марки сушильной камеры, условий сушки, объема и сортимента загружаемого материала и т.д.

Для обоснованного выбора параметров технологического процесса сушки и проектирования технологического оборудования необходима информация о физических процессах, протекающих в материале, а именно об испарении влаги с поверхности материала, переносе тепла и перемещении влаги внутри материала.

Одной из сложных и актуальных задач деревообрабатывающей промышленности является исследование динамики сушильного процесса в конвективно-тепловых сушильных камерах. Информация о текущем распределении влажности и температуры по толщине пиломатериала позволит оптимальным образом производить управление процессом и решить задачу оптимизации энергозатрат в процессе сушки.

Информацию о текущей влажности различных слоев древесины возможно получать с помощью кондуктометрических датчиков влажности. Применяемые в настоящее время кондуктометрические датчики позволяют измерить лишь среднеинтегральную влажность слоя древесины с толщиной, равной длине игольчатого электрода, что не позволяет получать информацию о перепаде влажности. Для этой цели может быть применен датчик, позволяющий наиболее точно определить сопротивление древесины на определенной глубине (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Пара датчиков с изолированными по длине игольчатыми электродами

Значение влажности рассчитывается по сопротивлению образца с помощью микроконтроллерной системы обработки результатов.

В памяти микроконтроллера находятся зависимости влажности от сопротивления ω = ω(Rдр) для различных пород древесины.